【正文】 　一般工業(yè)管道規(guī)定管道撓曲所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角不得大于管道的坡度，即 　　θmax≤i　　θmax——管道撓曲的最大轉(zhuǎn)角；i——管道坡度，i=h/L，一般i=　　按強度條件來計算跨度 L=（10σW/q）1/2 　　按剛度條件來計算跨度 L=5（EI i/q）1/3 　　一般應(yīng)同時按強度條件和剛度條件來計算跨度，選用兩者中較小者作為管道跨度 　　設(shè)置支吊架時，還應(yīng)盡量在靠近閥門等較重管件處設(shè)置支吊架 　　在垂直管道上設(shè)置管架時最好使管架位于管道重心的上方，應(yīng)盡量做到使機器設(shè)備的接口不承重。它應(yīng)盡量保持管系有足夠的柔性，盡量不影響管系的自然補償 　　不宜在過份靠近彎頭和支管連接部位設(shè)置導(dǎo)向支架 　　彈簧支吊架應(yīng)設(shè)置在熱脹等位移量小的地方 　　例題　　例如，右圖所示為一泵的進(jìn)口管系，工作時管系溫度較高。支吊裝置設(shè)計有（a）、（b）兩個方案。（a）方案中，水平管段32和45分別設(shè)有導(dǎo)向支架，限制了垂直管段12和56的上下位移，而水平管段可以自由膨脹；彎頭6處的彈簧支架承受管系重力。該方案似乎合理，但經(jīng)過詳細(xì)的應(yīng)力分析后發(fā)現(xiàn)彎頭2至導(dǎo)向支架和彎頭5至導(dǎo)向支架兩段處的應(yīng)力超過許用值，且A點處的管端載荷較大?！　　　∫虼耍摲桨覆荒艹闪?。方案（b）改在垂直管段12，34，56上分別設(shè)置導(dǎo)向支架，解除了對上下位移的限制。并將第6點處的彈簧支架改為剛性支架，這樣熱膨脹只能向上，對保護(hù)泵接口有很大好處。此方案經(jīng)電算后證實應(yīng)力值在許用值以下，管端載荷也大為降低，在許用范圍內(nèi)，因此該方案可行 　　　　　　　　 　　般管架主要考慮以下三方面因素　　 　　 　　 　　垂直載荷　　　　qw——管架單位長度上管道和保溫層的質(zhì)量；　　qv——管道單位長度內(nèi)所輸送流體的質(zhì)量；　　l——管架跨距，當(dāng)管架兩側(cè)跨距不等時，取其平均值 　　風(fēng)載荷　　P=C L DW q 　　P——風(fēng)載荷；　　C——系數(shù)，～　　Dw——管子或保溫層外徑；　　q——不同高度的風(fēng)壓值；　　q=KzW0　　Kz——風(fēng)壓高度變化系數(shù)，；　　W0——在10米高處的基本風(fēng)壓值， 　　　風(fēng)壓高度變化系數(shù) Kz 離地面或海面高度，mKz 陸上海（島）上≤51015203040　　沿管道的軸向水平載荷　　補償器的反彈力：在兩個固定管架之間設(shè)有補償器，當(dāng)管道受熱膨脹時，補償器被壓縮變形，由于補償器的剛度，將產(chǎn)生一個抵抗壓縮的力量，這個力通過管道作用于管道上，這就是補償器的反彈力 　　管道內(nèi)的不平衡內(nèi)壓力：當(dāng)兩個固定管架之間設(shè)填料函式補償器，且在該補償器一側(cè)設(shè)有閥門，在關(guān)閉閥門時，由于內(nèi)壓力的作用，將使填料函式補償器有脫開的趨勢，為不使補償器脫開，固定管架就要有足夠的剛度。管架上受的這個力就是管道內(nèi)的不平衡內(nèi)壓力 　　此外還有管道移動時作用在滑動管架上的摩擦力等 　　上述的這些軸向水平推力不是對所有管架都同時存在的。固定管架和滑動管架承受的軸向推力所包括的項目就不同。要根據(jù)具體情況計算 　　管道的振動 　　引起管道系統(tǒng)振動的原因，大致可分為三類 　　1）回轉(zhuǎn)機械（如壓縮機、泵）的回轉(zhuǎn)部分動平衡不良而引起的振動，此振動傳遞給與他連接的管道，將引起管道振動 　　2）管道內(nèi)氣體或液體的不穩(wěn)定流而引起的振動，如往復(fù)式機泵管道內(nèi)流體周期性脈動引起的管道振動，液擊產(chǎn)生的沖擊波引起的管道振動等，汽液兩相流也會引起管道振動 　　3）外力引起的管道振動，如強大的風(fēng)力橫向?qū)χ艿来禃r，在管線的背風(fēng)面產(chǎn)生卡曼渦流引起的管道振動，地震引起的管道振動等 　　　　　　　往復(fù)式壓縮機管道振動分析及對策　　A 往復(fù)式壓縮機管道振動原因分析 　　1 氣流脈動引起管道振動 　　2 氣柱共振與機械共振 　　B 管道振動的防治對策 　　1 消減氣流脈動 　　2 改進(jìn)管道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，消減管道振動　　 　　往復(fù)式壓縮機管道振動原因 　　1）由于機器運動機構(gòu)的動平衡差或基礎(chǔ)設(shè)計不當(dāng)，壓縮機往復(fù)運動慣性力使機組發(fā)生振動 　　2）由于氣流壓力脈動引起，往復(fù)式壓縮機在運行時，吸氣和排氣均是間歇性的，兩者交替進(jìn)行。此外，活塞運動速度又是變化的，這種現(xiàn)象必然造成氣流壓力脈動，較大的壓力脈動會引起管道和機器設(shè)備的很大振動 　　實踐證明，生產(chǎn)過程中遇到的往復(fù)式壓縮機管道振動絕大部分是由氣流脈動引起的。要緩解管道振動，首要的問題是減小氣流壓力脈動　　壓縮機PV展開圖　　　　往復(fù)式壓縮機管道內(nèi)的氣流壓力呈脈動狀態(tài)，氣流脈動大小用壓力不均勻度來表示:　　δ=（PmaxPmin）/Pm100% 　　δ——氣體壓力不均勻度，% ；　　Pmax、Pmin——在一個循環(huán)中最大、最小氣體壓力（MPa）；　　Pm——在一個循環(huán)中平均氣體壓力，（MPa），　　Pm=（Pmax+Pmin）/2 　　　　管道的氣流壓力不均勻度δ值越大，振動頻率越高，則振動的能量越大，對管道帶來破壞的可能性也越大對往復(fù)式壓縮機管道中的氣體壓力不均勻度需要規(guī)定許用值。前蘇聯(lián)列寧格勒化工機械研究院對大型對置式壓縮機的許用壓力不均勻度［δ］提出了一個標(biāo)準(zhǔn)， 　?。郐模葜祊（MPa） 10202050[δ]（%） 28262524　　 　　　　管道（雙）振幅的許用值和危險值　　 　　氣柱固有頻率與共振管長　　管道系統(tǒng)內(nèi)所充滿的氣體稱為氣柱。氣體可以壓縮，膨脹，具有一定的彈性，因而氣柱是一個具有連續(xù)質(zhì)量的彈性振動系統(tǒng)，在一定的激發(fā)作用下會產(chǎn)生振動 　　壓縮機氣缸周期性地向管道吸氣和排氣，就是對管道中氣柱的激發(fā)，使氣柱產(chǎn)生振動，即氣流脈動 　　根據(jù)管道長度和管道兩端邊界條件等，氣柱有一系列固有頻率，叫氣柱固有頻率　　當(dāng)壓縮機的激振頻率與管道的氣柱固有頻率接近時，就會產(chǎn)生氣柱共振，這時管道內(nèi)氣流脈動將非常強烈 　　復(fù)雜管系氣柱固有頻率計算 　　復(fù)雜管系由若干直管，容器，三通，異徑管等元件組成。在計算時將管系分解成若干元件的組合 　　復(fù)雜管系氣柱固有頻率的計算不像簡單管道那樣容易，一般都是在計算機上進(jìn)行。目前已有不少計算管系氣柱固有頻率的專用軟件　　為了使管道的氣柱固有頻率避開壓縮機的激發(fā)頻率fex　　激發(fā)頻率的計算公式如下 　　 Hz 　　n——壓縮機主軸轉(zhuǎn)速，r/min　　m——激發(fā)的諧量分析階 　　對單缸單作用壓縮機，m=1，2，3，...，其中m=1為主諧波　　對單缸雙作用壓縮機，m=2，4，6，...，其中m=2為主諧波 　　管道系統(tǒng)的機械共振 　　當(dāng)管道的脈動氣流遇到彎管、異徑管、閥門、盲板時，就對管道產(chǎn)生激發(fā)，引起管道振動 　　兩處的激振力幅值均較大，尤其是彎頭處，足以引起管道振動 　　異徑管處的激振力幅值隨小端截面積的縮小而增大，如果A2=0，那就是盲板了。盲板處的激振力最大 　　　?。╝）彎管　　　　　　　　　　　（b）異徑管 　　　　算出彎管和異徑管處的激振力幅值ΔR 　　在彎管處　　在異徑管處　　管道系統(tǒng)是一個連續(xù)的彈性體，根據(jù)配管情況，支撐類型及位置的不同，管系有各自的機械固有頻率 　　如果激振力的頻率與管系的機械固有頻率很接近，這時，即使并不很大，也會激起很強的機械振動，這種情況稱為機械共振 　　往復(fù)式壓縮機管道的設(shè)計，不僅要避免氣柱共振，也要避免機械共振 　　　　（a）彎管　　　　　　　　　　?。╞）異徑管 　　圖　彎管和異徑管處的激振力　　算出彎管和異徑管處的激振力幅值ΔR 　　在彎管處　　在異徑管處　　管系的機械固有頻率分析方法 　　實驗測試法:用激振器激振或用敲擊法測管道的固有頻率 　　計算法：計算管道的固有頻率。計算法由于對支架約束條件的估計不準(zhǔn)會帶來計算結(jié)果的誤差 　　　　g—重力加速度；δst—管道在本身質(zhì)量力作用下的靜變形量，按材料力學(xué)的方法計算 　　復(fù)雜管系機械固有頻率 　　復(fù)雜管系很難用簡單的計算方法計算出其機械固有頻率，工程上都用計算機采用有限元法計算，將管系劃分成若干單元 　　一般將一段直管作為一個管單元；彎管處理成彎管單元或若干根截面與彎管相等的直管組成的折線代替；法蘭和閥門作為集中質(zhì)量；緩沖器、分離器等容器有兩種情況，園筒形容器視為截面尺寸較大的管單元，球形容器作剛體處理，與相連的管子組成含剛體管單元 　　用計算機計算復(fù)雜管系的固有頻率，可以得到精度很高的數(shù)值。但它能否真正反映管系的固有頻率，還要看計算模型是否與實際情況一致 　　計算管系機械固有頻率的程序很多，如CaesarⅡ，SAP等　　B 管道振動的防治對策 　　　　通過降低管內(nèi)氣流壓力的不均勻度，減小氣流壓力脈動幅值，對于緩解管道振動是非常重要的 　　消減氣流脈動，首先應(yīng)避免氣柱共振。此外，還須采取進(jìn)一步的措施，使管道內(nèi)的氣流壓力不均勻度δ小于許用值［δ］ 　　幾種消減氣流脈動的措施 　?。?）采用合理的吸、排氣順序 　?。?）裝設(shè)緩沖器 　　（3）裝設(shè)聲學(xué)濾波器 　?。?）裝設(shè)孔板 　　（5）消減氣流脈動的其他措施 　　采用合理的吸、排氣順序　　　?。╝）、（b）為雙缸雙作用壓縮機的不同配置在排氣管道和吸氣管道上激發(fā)的壓力脈動形式。顯然，（a）這種配置方案（曲柄錯角α=180176。）是不利的，在一個瞬間兩個氣缸同時排（吸）氣，形成十分不均勻的氣流。（b）的方案（α=90176。）則排（吸）氣較均勻，顯著改善了壓力脈動的狀況 　　通過改進(jìn)氣缸的結(jié)構(gòu)和配置，采用合理的吸、排氣順序，使壓縮機較均勻地向管道排（吸）氣，可以達(dá)到減小氣流壓力脈動的目的 　　裝設(shè)緩沖器 　　緩沖器被認(rèn)為是最簡單且有效的減緩氣流脈動的設(shè)施，它是一個其容積比氣缸容積大10倍以上的容器。壓縮機排出的氣體經(jīng)過緩沖器后壓力脈動明顯下降　　為了能充分發(fā)揮緩沖器減緩氣流脈動的效果，應(yīng)盡量將緩沖器放置在緊靠壓縮機的進(jìn)排氣口 　　，據(jù)試驗比較發(fā)現(xiàn)連接方式（a）消振作用不明顯，連接方式（b）消振效果提高15～20%，連接方式（c）又比連接方式（b）提高2～3倍 　　　　裝設(shè)聲學(xué)濾波器　　聲學(xué)濾波是基于聲學(xué)濾波原理制作，比緩沖器有更好的衰減氣流脈動的效果，不過它的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜 　　　　圖　常用的聲學(xué)濾波器　　裝設(shè)孔板　　孔板是消減管道氣流脈動的一個簡單有效的方法，孔板應(yīng)設(shè)置在大容器的入口處 　　孔板的作用是將管內(nèi)的壓力駐波轉(zhuǎn)變?yōu)樾胁ǎ瑥亩梢越档凸芏蝺?nèi)的壓力不均勻度　　孔板的孔徑d與管道直徑D之比d/D與工質(zhì)、平均流速u0有關(guān) 　　　　孔板的孔徑d與管道直徑D之比d/D與工質(zhì)、平均流速u0有關(guān) 　　　　消減氣流脈動的其他措施　　利用波的干涉原理設(shè)計的消振器 　　加大總管直徑 　　，消減管道振動　　降低管道內(nèi)氣流壓力不均勻度δ的方法，是消減管道振動的根本措施 　　往復(fù)式壓縮機由于吸排氣的間歇性，決定了其壓力不均勻度不可能完全消除。因此，通過適當(dāng)改進(jìn)管道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，盡量降低氣流脈動的激振力十分必要 　　管系結(jié)構(gòu)改進(jìn)方面可采取的措施 　　1）避免氣流方向和速度的突變 　　2）避免機械共振的措施 　　避免氣流方向和速度的突變　　氣流脈動對管的激發(fā)主要出現(xiàn)在氣流方向和速度發(fā)生改變的地方，如彎管和異徑接頭處 　　配管設(shè)計時應(yīng)注意在管道中氣流壓力不均勻度比較高的部位，如連接氣缸和緩沖器的一段管線，應(yīng)盡量不用彎管，保持管線的平直 　　管道中必須使用彎頭的地方，彎管的彎曲半徑要大，轉(zhuǎn)角β要盡量小，避免氣流方向的突然改變 　　　　轉(zhuǎn)角β越小，則激振力越小 　　　　在異徑接頭處，應(yīng)盡量減小異徑接頭的大端截面積與小端截面積之差，同時還應(yīng)盡量減小收縮口的角度，避免管徑的突然收縮 　　避免機械共振的措施　　一般通過采用不同的支架型式、數(shù)量、位置等方法來實現(xiàn)實質(zhì)是改變管道的結(jié)構(gòu)固有頻率，使之避免落入機械共振區(qū)域 　　采用加固支架或增加支架數(shù)目的方法可以提高管系的結(jié)構(gòu)固有頻率。反之，減少支架數(shù)目或采用弱支撐 　　但應(yīng)注意，在管道內(nèi)氣流壓力不均勻度δ值不很小時，不宜采用弱支承。否則，由于管系固定很弱，既使激振力的倍頻與管系的高階結(jié)構(gòu)固有頻率重合或接近（這很難避免），也將產(chǎn)生較大的振動 　　還應(yīng)注意避免在尚未弄清管道振動原因時就一概采用增加或支承的辦法，盲目加固有時并無好處。因為當(dāng)氣流壓力脈動過大而引起管道振動時，加固支承雖然使振動現(xiàn)象一時得以緩和，但管道所承受的激振力沒有減小，管道動應(yīng)力有時反而會增加，加速了管子的破裂 　　　　　管道的液擊與對策 　　液體速度的變化使液體的動量改變，必然使管道內(nèi)的壓力迅速上升或下降，并伴有液體錘擊的聲音，這種壓力波動在管中交替升降來回傳播的現(xiàn)象叫液擊，也稱為水錘或水擊 　　液擊造成管道內(nèi)壓力的變化有時是很大的，常導(dǎo)致管道振動，發(fā)出噪音，嚴(yán)重影響管道系統(tǒng)的正常運行。突然升壓嚴(yán)重時可使管子爆烈，突然的迅速降壓形成的管內(nèi)負(fù)壓有時可使管子失穩(wěn) 　　 　　液擊問題的研究有剛性液柱理論和彈性理論兩種方法 　?。?）剛性液柱理論：一般工程問題都將液體視為不可壓縮流體，在一般的計算中也并不考慮管子材料的彈性。在研究液擊時忽略液體可壓縮性和管子材料彈性。對于短管基本能夠符合實際情況 　?。?）彈性理論：考慮液體的可壓縮性和管子材料的彈性，它是在研究波速中發(fā)展起來的，是近代液擊理論的基礎(chǔ)。適合于在長管道中　　液擊問題主要是液體的彈性力和慣性力起作用 　　右圖是一個等直徑簡單管道，一端M接一個有固定水頭的水箱，另一端O為閥門，管子長度為L，管子直徑為D，閥門正常開啟時，水箱的水流經(jīng)管道流到一個敞口大容器。該管道的閥門突然關(guān)閉時壓強發(fā)生變化設(shè)管中原流動狀態(tài)時的壓強為p0，流速為u0?？梢詫⒁簱舻倪^程分解為四個階段研究　　　　　　減速、升壓過程