往复式压缩机的设计需求

在设计阶段妥善处理振动风险，能大大提高可靠性。但并非所有的压缩机应用都有相同的风险。比如，小型压缩机受力较小，机械问题也少，然而以下机械则会具有更大风险：

• 大型设备（功率超过500HP或375KW），因为他们会产生更高的脉动和振动力
• 转速变化范围大的压缩机
• 需要很多不同运行工况
• 硫化氢气体，酸性气体，和其他类型的气体
• 复杂管道系统、多级、海上应用、多机组站点或其他应用因素。

1 振动设计需求

以下表单提供了建议振动分析选项。基于应用风险等级，简述不同分析选项。

为判断风险等级，请参照 北塔风险评级表单(英文, Excel)

各种应用支持，敬请  联系北塔的服务人员。

2 标准振动研究

API 618标准和GMRC高速设备标准（详见下文）需要这些振动设计研究。这些研究高度整合，并使用相同的分析数据。为避免错误、矛盾建议以及延期，应将整体分析交给同一个顾问公司。

1. 扭振动分析（TVA）评估系统传动系的扭转动态应力，考虑所有预期机械运行状态，包括异常或瞬态事件。基于质量-弹性模型、扭矩工作曲线、受迫响应等，提供建议，避免共振并保障扭转应力在标准之下。
2. 脉动分析 分析进行管道系统的声学模拟，并推荐脉动控制解决方案。评估整体操作域和整个管道系统。基于优化设计提供解决方案，全面考虑脉动力、缓冲罐机械固有频率、压力降（以及对功耗的影响），还有投资成本等。标准研究包括20个运行工况，包括不同压力和流量控制。可添加额外的运行工况。
3. 机械分析适于大中型设备。包括管道系统的机械评审，以及频率规避分析。使用有限元模型，输入某些关键频率脉动力和气体力，避免共振。对于高风险应用，建议使用受迫响应分析，计算振动和应力幅度。报告中包括共振避免建议或共振管理建议。
4. 管道应力分析（热学分析）评估压缩机和冷却器或其他工艺管道之间的热载荷，或冷却塔/容器接口载荷。使用恰当的边界条件，避免过于简化的假设比如“完全固定”或“刚体假设”。可以包括管道支撑设计。
5. 撬块设计和分析。撬块评审保障关键位置有足够刚度和恰当的受力方式。可以包括吊装、运输以及环境载荷。动态分析对压缩机系统进行受迫响应分析，分析中的动态力包括驱动载荷、气体力、十字头力以及重要的脉动力等。

3 可选振动研究

好的设计实践经常需要以下额外的工程服务：

6. 小口径管道及连接评估 强烈推荐，可以避免气体泄漏和振动引发的故障。SBC的故障是最常见的压缩机系统管道故障。通常，这些连接处会发生共振，所以即使主管道有小幅振动，也会引发小管道部件剧烈振动并损坏。请见下列推荐文献，了解更多信息。我们还推荐进行车间或现场测试，测量实际的小管道固有频率以及振动。
7. 基础设计和动态分析 大型压缩机通常需要评估基础，保障其不会因为压缩机产生的力而共振。
8. 结构振动和动态设计分析（FPSO，作业平台）强烈推荐用于海上应用。因为这些设备不会有实体（比如水泥砖块等）来支持压缩机撬，所以作业平台和FPSO上的甲板和横梁经常会同压缩机，发动机产生共振。该研究提供避免共振的建议。请参见北塔官网，获取更多结构振动信息。
9. 站点管道脉动
   1. 撬块外或站点管道。北塔将提供压缩机机组以外的管道脉动评估（若可获得相关信息）。当冷却器和/或涤气罐位于压缩机机组外时，或当需要对汇管以及管路系统进行脉动分析时，该附加分析非常重要。
   2. 站点分析（压缩机间相互作用）。当某压缩机站点采用多台往复式压缩机，或结合使用往复式与离心式压缩机时，需要注意避免进气和排气部件的脉动相互作用。该研究评估了脉动相互作用，并提供设计建议，最小化脉动幅度。
10. 瞬态分析：
    3. 燃气增压器分析（供气/受气系统影响）。燃气涡轮机对原料气进气要求严格。进气过高的压力脉动将影响涡轮机的运行。北塔开发出独特的方法，评估在涡轮机进气口的压力脉动，并提供建议，确保达到要求。
    4. 放空分析。在一些高压应用中，比如气体存储应用中的多压缩机系统，当排气阀因瞬态事件打开时，会产生高能的‘流体锤’力和振动。放空分析有助于判定排气阀打开的时序和时间间隔，以及确定放空管道和支架的布局。

4 行业标准（API,GMRC）

三个已经公布的现行标准，来支持以上振动研究，它们是：

• GMRC高速机标准（2013）该标准为设计可靠的高速压缩机系统（750 RPM以上）补充了很多信息。虽然本标准针对天然气管线和存储应用，但也适用于任何高速机应用。第6、7、以及13章，以及附件3、6、7，中有振动控制的要求。
• API 618，第5版，第7章。该标准应用于低速压缩机系统（＜750RPM）。该标准源于炼油厂/石化工业等使用大型压缩机的工业。该标准定义了压缩机以及相关管道的振动需求，但并没有规范基础、撬块、小口径管道等其他区域。新版标准将有望于2014年出台。
• API 688该标准由实践建议（RP-688）发展而来，即将作为API标准颁布。该标准针对于往复式压缩机以及泵，并将包含振动和脉动相关问题的详细信息。

API 618定义的评价：

API 618设计方法包括脉动分析和机械分析。在早期版本，API使用“M”术语来描述组件的设计方法。该术语仍广泛地被工程师使用。例如：

设计方法2 （DA2）：M2和M4：包括带有机械评审的脉动研究
设计方法3 （DA3）：M2-M5：基本脉动和机械分析（避免共振）。M6和M7分别为压缩机撬内，撬外管道机械分析（受迫响应）。 

5 相关服务

1. 扭振分析（TVA）
2. 机械分析
   • ​​​​往复式压缩机：脉动和机械分析
   • 往复式泵脉动和机械分析
3. 管道应力分析
4. 撬块设计和分析
5. 小口径管道评估
6. 基础设计和动态分析
7. 动态结构振动设计分析
8. 工厂管道脉动：设计方法3的可选部分。机械分析
9. 燃料气体压缩机管道瞬态分析

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