Вибрации трубопроводов. Причины колебаний трубопроводов. Собственные частоты колебаний трубопроводов. Экспериментальные исследования колебаний трубопроводов нагнетательных установок, страница 11

1) Величина амплитуды пульсаций давления газа в трубопроводах пропорциональна среднему статическому рабочему давлению (рис. 7.11,а).

2) Степень неравномерности пульсации давления газа определяется частотой пульсирующего потока.

3) Частота пульсаций давления газа в трубопроводе и вибраций трубопровода пропорциональны частоте вращения вала компрессора (рис. 7.12).

Рис. 7.11 Осциллограммы пульсаций газа в трубопроводе,

вибраций самого трубопровода и компрессора:

а – амплитуда пульсаций газа;  б – амплитуда вибраций трубопровода; 
в – колебания компрессора

4) Амплитуда колебаний трубопровода зависит от амплитуды пульсаций газа в нем (см. рис. 7.11,а и б).

5) Вибрации, возникающие от пульсирующего потока газа, особенно интенсивно проявляются в местах резкого изменения направления трубопровода, где пульсации давления обусловливают значительные реактивные силы. В то же время плавное, даже многократное изменение направления движения потока вибраций газопровода не вызывает.

6) Колебания компрессора не зависят от величины рабочего давления и неравномерности потока в присоединенном трубопроводе, поскольку возникающие переменные силы давления практически замкнуты в цилиндре и полностью уравновешиваются (рис. 7.11, в). Колебания трубопровода через жесткое сопряжение могут вызывать колебания компрессора.

7) Скорость распространения волн давления газа в трубопроводе, суммируясь со скоростью и направлением движения самой среды, соответствует скорости звука.

Рис. 7.12. Осциллограммы, записанные

при работе компрессоров разного типа

На втором этапе анализировались мероприятия, устраняющие вибрации коммуникаций, превращающие пульсирующий поток газа в равномерный. С этой целью были проведены исследования реактивных гасителей пульсаций верхних и нижних частот, определены их конструкции и оптимальные размеры. Кроме того, устанавливалась возможность гашения пульсаций путем интерференции волн давления методом смещения фаз.

На втором этапе изучалось влияние комбинированных гасителей на величину амплитуды пульсаций, а, следовательно, и на интенсивность вибраций присоединенной системы.

Рассмотрим практический пример. На одном магистральном трубопроводе во всех компрессорных установках типа  10ГК-1 приемные и  нагнетательные трубопроводы присоединялись к верхним и нижним  коллекторам  под прямым углом (рис. 7.13,а). При такой схеме примыкания возникали встречные потоки газа в коллекторах, которые в свою очередь вызывали вибрации в присоединенной системе и массовые разрушения клапанных пластинок в компрессорных цилиндрах. Поломки клапанных пластинок наблюдались почти ежедневно в течение ряда лет на всех компрессорных станциях этого газопровода, во всех компрессорных цилиндрах, как на приемном, так и на нагнетательном трубопроводе.

Каждая поломка и смена пластинок была связана с рядом вредных последствий и материальными затратами. Так, остановка агрегата вызывала сокращение производительности газопровода, выброс газа из системы коммуникаций («травление») в атмосферу.

Предотвратить поломки пластинок удалось в результате присоединения приемных и нагнетательных трубопроводов к малым коллекторам в торцах с плавными углами поворота, как показано на рис. 7.13,б. При такой схеме присоединения в коллекторе не возникает встречных потоков газа, вследствие чего число поломок клапанных пластинок уменьшается более чем в три раза. Однако проведенные мероприятия не привели к полной ликвидации поломок, так как, кроме изложенных факторов, источником разрушения клапанных пластинок могут быть качество металла, точность геометрических размеров и другие причины.