项目来源：福建省特种设备检验院科技项目 项目编号：
管道作为输送流体的设备，广泛应用于石油化工、化学化工、动力水能等工业领域中。随着工业的发展，管线振动问题越来越引起人们的重视。通过本项目的研究，可以消除管道剧烈振动而造成的连接部位疲劳破裂，避免或减少了事故隐患，有利于保证安全生产，避免或减少了因事故而引起的重大经济损失；本项目的研究还能减少由于剧烈振动而引起的噪声，改善了工人的操作环境。因此，该项目有明显的经济效益和社会效益。
1管道系统结构的有限元模态分析
采用ANSYS有限元软件，对海安橡胶公司螺杆式压缩机管道结构系统进行有限元分析用子空间叠代法（Subspace法）对管系结构的模态求解，求得管系结构的前10阶固有频率值（见表1）。
图1 现场管道走向图
表1 复杂管系结构固有频率值
图2 复杂管系结构的有限元模型
3 管道系统结构动力响应的有限元分析
在求得若干阶最低的固有频率和振型向量后，就可以利用振型分析法来求解管系上指定点在振动时的位移，并在此基础上进一步计算振动应力等。然后进行管道脉动激振力的计算和管道结构谐响应的计算。
图3 复杂管道的动力有限元模型
图4 a、b、c为关键点9分别在UY、UZ、UX方向振幅值随频率的变化情况
4管道系统结构动力响应的测试
试验中使用的数据采集分析系统为东方振动和噪声技术研究所研制的INV306型智能信号采集处理分析系统 .采用单点激励多点测量响应方法，对压缩机出口管道进行锤击激励振动试验模态分析.结果表明压缩机在空载下工作时，管道振动幅度很小；而在满载下工作时，管道位移振动幅度很大；这说明了管道内压力脉动是引起管道振动的主要原因。
图5 现场仪器连接及传感器布置情况图
5 管道内气柱固有频率的有限元计算
利用有限元方法，对复杂管道气柱固有频率进行计算。有限元法的基本思想就是把连续的求解区域离散为一组有限个、且按一定方式联结在一起的单元组合体；在每一个单元上构建近似函数，这个近似函数用结点坐标和结点参数来表示；由于单元能按不同的联结方式进行组合，且单元本身又可以有不同的形状，因此可以模拟几何形状复杂的求解域。
图6 管道内气柱模型图
图7 第一阶声学模态
6 管道内压力脉动的计算
采用有限元方法计算管道压力脉动，建立边界条件计算任何复杂管道内的压力脉动。从计算结果可以看出：当激发频率等于管道内气柱的固有频率时，即气柱共振，产生的压力脉动值很大。因此为了降低压力脉动值，应该使激发频率尽量避开气柱频率共振区。
图8 管道1号测点的压力脉动谱图
7 压缩机管道的防振及减振措施
消减气流脉动的方法比较的多，有些方法在配管的设计阶段中实施，有的在压缩机工作时，还有一些是应急性的，即安全运转受到威胁而不能作大的调整时，在现场使用的。减少脉动的方法有：1、在主机设计中消减气流脉动；2、在管道设计中消减气流脉动；3、采用脉动衰减器及孔板消减气流脉动。
图9 多孔式组合衰减器
避免气柱共振与结构共振的方法：通常必须避开一、二阶固有频率，并尽可能避开一些更高阶次的频率，使管系避开共振管长区。管系气柱固有频率取决于管道的配管方式、长度、通流面积、容器容积的大小和安放位置、以及气体的种类和温度等。改变管道和容器的尺寸以及它们的配置，可以改变管系的气柱固有频率并能避开共振。避开共振的最简单的方法是改变管道的长度。
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