气流脉动分析介绍

1、气流脉动给压缩机工作带来不利的影响，例如， 使压缩机的指示功率增加；降低气阀的使用寿命； 引起排气量的增大或减小；破坏安全阀的严密性 以及造成管道和设备的振动。 压缩机管道内的气流脉动及其激发的机械振动会 导致一系列的危害。 管道和设备的振动对安全生产造成重大威胁在 国内国外，时有因管道振动造成的泄漏甚至爆炸 事故 与管线相连的设备振动（往复式压缩机、往复泵） 或基础设计不当 管内流体流动不稳定或者压力不稳定，气流脉动 共振（机械、气柱、或机械及气柱同时共振） 实践表明，生产中遇到的与压缩机有关的振动绝大 多数是由气流脉动引起的。 气流脉动激发管道振动，管道振动反过来又会激发 机组振动。 所以

2、要消除管道的振动，首要的问题是要消除气流 脉动。 Bentley PULS 是一个交互式的模拟软件，主要用 于分析管网中的流体在稳态脉动流条件下的动态响 应特性。 PULS 是基于一维波动理论，使用转移矩阵方法进 行模拟计算，可以非常有效的预测压力脉动大小和 声学激振力 用PULS 软件可以有效的解决管网和管道系统中由 于往复设备或者流体的流动产生的压力脉动问题， 例如压缩机，泵，控制阀和仪表等。 和以前所采取的模拟式分析方法不同，PULS 采用 了非常先进的数字式解决方案。这个解决方案，是 基于加拿大Alberta 的NOVA 公司的一种先进的计 算方法，并且这个计算方法通过数百万美圆的科研

3、 项目中得到完善并通过了验证。 该软件投入市场应 用近二十余年，得到众多知名大公司认可。 PULS的界面非常的先进、友好，采用WINDOWS 菜单驱动式的界面，这样可以在输入最少数据的 同时快速建立系统模型。由于软件具有强大的图 形功能使我们可以在建模过程中突出显示模型特 征，所以可以非常方便的对模型进行检查及修改。 PULS可以进行一致性检查来发现所建模型的错误。 PULS支持英制、标准国际单位，和用户自定义单 位。 PULS 通过节点定义系统中相互连接的单元的几何 尺寸。软件系统中的单元包括直管、三通、大小头、 阀门和孔板等。软件将单元转移矩阵集成到由复杂 的系数和变量组成的线性方程组中。

4、待求变量包括 各个节点的脉动压力和脉动体积流量。采用高斯消 去法来求解非对称稀疏矩阵形式的方程组，计算结 果通过了Nova 机构和Calgary 的大学实施的实验 验证。 气体属性是通过BenedictWebb-Rubin- Starling(BWRS)，Soave-Redlich-Kwong (SRK)， Peng-Robinson (PR)状态方程计算，同时PULS 也 允许用户自定义流体属性。 PULS 提供了批报告输出和交互式图形输出，通过 图形可以动态的显示声学响应模态。主要的结果包 括基于API618 技术指南的脉动幅值，脉动压力的 频谱图，容积流量，阻抗，振动激发力和pV 图。

5、振动激发力可以自动地转换到Bentley AutoPIPE 软件中来计算管线的振动特性。 操作简单，菜单驱动程序 减少了昂贵的咨询费用 模拟气体和流体系统 快速的转移矩阵解决方案，使求解在不到一分 钟就能完成。 属性包括：管道，体积，压降，三通，孔板和阀门。 管线属性包括由于黏性产生的阻尼，热膨胀和摩擦 效应。 脉动源包括压力，容积流量速度，孔板，球阀和球 心阀，和往复式压缩机，和往复试泵。 据API 618技术指南检查脉动 在设计阶段预测和消除问题 在优化工程中模拟假设条件进行分析 流量引起的振动 可以导入到CAD绘图软件AutoPLANT，管线应 力分析软件AutoPIPE模型中 有助于发

6、现振动问题，从而进行滤波器设计 自动生成天然气等混合气的气体属性 管线的振动往往会引起很大的管线应力，很多管线的振动往往会引起很大的管线应力，很多 时候可能引起管线过载而破坏管线。所以此处讨论一时候可能引起管线过载而破坏管线。所以此处讨论一 下如何使用下如何使用PULSPULS分析设备振动引起的管线振动。分析设备振动引起的管线振动。 PULSPULS的两种建模方式：的两种建模方式： u直接在直接在PULSPULS中建模中建模 u将将AUTOPIPEAUTOPIPE模型导入模型导入PULSPULS软件（本案例使用）软件（本案例使用） 打开打开AUTOPIPEAUTOPIPE建立的模型，并另存为建

7、立的模型，并另存为PULSPULS软件可识别的软件可识别的NTLNTL文件文件 AUTOPIPEAUTOPIPE界面 友好，用户可 以使用它快速 地建模 导入模型导入模型 启动启动PULSPULS软件，并打开用软件，并打开用AUTOPIPEAUTOPIPE生成的生成的NTLNTL文件文件 全局参数设置全局参数设置 1.Fluid Type: 流体类型 2.Input Units：输入单位制 3.Output Units：输出单位制 流体参数设置流体参数设置(参数说明在下页参数说明在下页) 气体参数：气体参数： 1. Static Pressure：静压力 2. Static Temperatu

8、re:静温度 3. Z Factor：气体偏差因子 4. Cp/Cv：气体定压比热容和定 容比热容之比 5. Specific Heat Capacity：比热容 6. Thermal Conductivity：热导率 7. Isentropic Exponent：等熵指数 边界条件设置：边界条件设置：设置边界点、添加往复式压缩机设置边界点、添加往复式压缩机 压缩机及其中参数压缩机及其中参数 1.Clearance Volume %:余隙容积 （活塞在止点时气缸可容纳的 残留气体的容积值） 2.Phase Angle：相位角 3.Polytrophic Exponent :多变指数 （当选好流

9、体类型当选好流体类型Other Side Fluid ID时就可以计算出来时就可以计算出来） 4.Crank Radius:曲柄半径 5.Connecting Rod Length:连杆长 度 6.Acoustic Volume:活塞和阀门之 间的体积（可以通过流率、曲可以通过流率、曲 柄半径和多变指数算出柄半径和多变指数算出） 7.Rated Valve Loss:额定阀门损失 （可通过流率和多变指数算出可通过流率和多变指数算出） 定义压缩机另一端的参数设置（每个压缩机必须定义两个端点）定义压缩机另一端的参数设置（每个压缩机必须定义两个端点） 输出报告设置输出报告设置 接下来我们还 需要对输

10、出报 告进行设置， 否则计算时会 出现错误 如果计算时还是出现 问题，则我们则可以 通过软件自带的 adjust Flow/Pulsation 调整一下模型（如下 图） 调试模型调试模型 计算后我们可以查看模型计算的结果计算后我们可以查看模型计算的结果 以下五张幻灯片的内容依次是上面图中的PV card、Pressure Pulsation Plot、Shaking Force Plot、Animated Pulsation plot 和 计算的 输出报告 计算并查看结果计算并查看结果 1. PV card 压缩机热功图 2. Pressure Pulsation Plot 压力脉动压力脉动

11、3. Shaking Force Plot 振动力 4. Volume Velocity Plot 体积流量 5. Animated Pulsation plot 6. Side-by-Side plots of before and after scenarios前后工况对照图 7. 计算的输出报告计算的输出报告 可以将振动力直接导入到AUTOPIPE中进行简 谐分析 生成文件生成文件 直接调用直接调用 管道应力分析软件管道应力分析软件BENTLEY AUTOPIPE 技术答疑技术答疑 气流脉动给压缩机工作带来不利的影响，例如， 使压缩机的指示功率增加；降低气阀的使用寿命； 引起排气量的增大

12、或减小；破坏安全阀的严密性 以及造成管道和设备的振动。 压缩机管道内的气流脉动及其激发的机械振动会 导致一系列的危害。 管道和设备的振动对安全生产造成重大威胁在 国内国外，时有因管道振动造成的泄漏甚至爆炸 事故 Bentley PULS 是一个交互式的模拟软件，主要用 于分析管网中的流体在稳态脉动流条件下的动态响 应特性。 PULS 是基于一维波动理论，使用转移矩阵方法进 行模拟计算，可以非常有效的预测压力脉动大小和 声学激振力 PULS 通过节点定义系统中相互连接的单元的几何 尺寸。软件系统中的单元包括直管、三通、大小头、 阀门和孔板等。软件将单元转移矩阵集成到由复杂 的系数和变量组成的线性

13、方程组中。待求变量包括 各个节点的脉动压力和脉动体积流量。采用高斯消 去法来求解非对称稀疏矩阵形式的方程组，计算结 果通过了Nova 机构和Calgary 的大学实施的实验 验证。 PULS 提供了批报告输出和交互式图形输出，通过 图形可以动态的显示声学响应模态。主要的结果包 括基于API618 技术指南的脉动幅值，脉动压力的 频谱图，容积流量，阻抗，振动激发力和pV 图。 振动激发力可以自动地转换到Bentley AutoPIPE 软件中来计算管线的振动特性。 压缩机及其中参数压缩机及其中参数 1.Clearance Volume %:余隙容积 （活塞在止点时气缸可容纳的 残留气体的容积值） 2.Phase Angle：相位角 3.Polytrophic Exponent :多变指数 （当选好流体类型当选好流体类型Other Side Fluid ID时就可以计算出