往复式压缩机组的振动原因及振动机理

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　　往复式压缩机的振动是往复式压缩机在开车过程中经常出现的问题，也是影响压缩机长周期、安全、满负荷、稳定运行的主要问题。若不采取一定措施加以消除，可能会导致机器本身无法正常运转，或者使得临近的仪器、仪表无法正常工作。

　　往复式压缩机组及其管道系统的振动，主要有以下几方面的原因：

　　  · 压缩机本体振动引起的。

　　  · 压缩机工作的周期性造成的。


　　  · 压缩机组内部管路系统设计不合理造成的。


　　  · 压缩机基础共振引起的振动。

　　实践表明，第二种情况是往复式压缩机组在实际生产操作中，引起机组管路振动大的主要原因。区分清楚压缩机振动机理，找对影响压缩机振动的振源，才能很好地解决压缩机的振动。

　　往复式压缩机的振动机理

　　1. 本身结构带来的惯性力和力矩的不平衡

　　往复压缩机在实现吸排气过程中，其机体主要承受以下几方面的力：

　　  · 压力气体作用在活塞上的力，这部分的力进而传递到活塞杆，通过十字头、连杆传递到机身上。


　　  · 驱动机的作用力。


　　  · 活塞的惯性力。


　　  · 活塞及曲柄连杆机构自身的重力。

　　如果往复式压缩机机组结构或者基础设计不合理，机组各零部件不对中或间隙不合理，还会由于机组严重磨损而产生摩擦力等，上述各方面产生力的合力就会通过某一支点传递到压缩机的机身或基础上，造成压缩机机组的振动。

　　2. 往复式压缩机气流脉动

　　气流在管路中的流动，如果没有压力和速度的变化，则气流对管路的作用力只有静力而没有动力作用，管路也就不会引起振动。

　　压缩机管路内充满的气体称为气柱。由于气体可以压缩、膨胀，所以气柱本身是一个具有连续质量的弹性振动系统。这个系统受到一定的激发之后，就会发生振动。

　　往复式压缩机组在输送流体的过程中，由于压缩机的吸排气过程具有间歇性、周期性，故气流在通过其管道系统某一指定点的气流压力和速度也呈周期性变化，这种现象叫气流脉动。

　　这种脉动不但随着位置改变，而且随着时间改变。气流脉动会对气柱形成一定的激发或者干扰。当激发频率与管道的气柱固有频率一致时，就形成了气柱共振，更加增强了管路内的气流脉动，此时管路的振动会成倍增加，导致机组或系统的破坏或事故的发生。

　　往复式压缩机组的这种气流脉动现象会造成很多危害，如：降低压缩机的容积效率、引起压缩机的额外耗功、进出口气阀疲劳损坏、管路系统应力发生周期性变化，从而引起压缩机组管路系统及其相连接的管路系统的振动，引发机组停车、管道系统断裂，造成泄漏和爆炸等重大事故。

　　3. 管路系统设计不合理引起的振动

　　往复式压缩机的特性决定了气流脉动是不可能完全消除的。压力脉动作用在压力管道的转弯处或者截面积的变化处，形成不平衡力，这些不平衡力作用在管路系统上时，管路系统就会做出机械振动响应。所以当往复式压缩机机组在设计时管路系统设计不合理，也会造成管路振动。例如：压缩机进出口缓冲罐设计较小，缓冲效果差，造成压力脉动大;阀门位置布置不合理或者管道管径选择不合理，管路长度落在气柱共振长度范围之内，造成管路气柱和压缩机吸排气发生共振;管路支撑不合理，管路自振频率落在压缩机的共振频率之内，造成管路机械共振;或者管路支撑不合理、走向不合理，造成管路激振力较大，引发较大的实际振幅。

　　4. 压缩机基础设计不合理引起的振动

　　压缩机应保证基础的结构强度，保证基础的振动不得超过允许值，保证基础不发生沉降。一般压缩机的基础质量应为不平衡扰力的15~20倍。一般基础允许的最大振幅为200μm，最大振动速度不应大于6.3mm/s，同时避免基础落入压缩机的扰力的共振范围之内。国内就曾有压缩机因为扰力计算错误，基础落人扰力二次谐波共振范围内，出现较大振动，最后将基础全部炸掉，重新浇筑。

　　5. 安装和使用不当引起的振动

　　压缩机地脚螺栓松动，机身水平度不符合要求，机组对中不好，滑道间隙过大，曲轴中心线和机身滑道中心线不垂直，连杆大小头瓦间隙过大，缸套松动，以及死点间隙过小，活塞杆跳动过大等都会引起压缩机机组的振动。

　　来源：摘编自《化工设备与管道》2012年8月第49卷第4期《往复式压缩机组的振动机理及其控制》一文，作者：杨保江