壓縮機的振動原因分析及改進措施

曹 亮

(安瑞科（蚌埠）壓縮機有限公司，安徽 蚌埠 233000)

在現代工業企業，特別是一些石化生產企業中，大型壓縮機和與其相連的管道系統，是實現石油和天然氣輸送的主要運行方式，可以達到方便快捷的效果。但壓縮機的振動，特別是管道的振動，直接影響到所有設備的安全運行，甚至主宰著設備的命脈。由于強烈的振動會導致管道本身及與之相連的構件疲勞與損傷。而這種疲勞與損傷，積累到一定的程度時，就形成比較明顯的裂紋，在焊縫等性能較差并承受較高應力的部位，表現相當的明顯。振動使管道的使用壽命縮短，對管道系統相連的壓縮機機組的安全狀況造成嚴重威脅，重者有可能造成安全事故。

而我國對壓縮機管道振動問題的研究，在上世紀70年代已經開始。通過提出一些問題，使得壓縮機振動的一些問題得以解決。但目前的壓縮機出口管系振動仍嚴重超標，頻繁出現故障，對裝置的安全平穩運行產生嚴重的影響。因此，找出壓縮機出口管系的振動原因，提出行之有效的解決方案，保障裝置的安全平穩運行，在現代生產企業中，具有十分重要的意義。

1 壓縮機振動異常的基本情況

我國的壓縮機及管道系統，一直處于一種不太穩定的使用狀況，無法確保十分安全與穩定。以廣東茂名石化公司為例，石油四廠有5臺天然氣增壓系統壓縮機，而且都是雙作用壓縮機，型號為B-3Bk1M。通常情況下，正常運行中氣體先從進口總分離器經進氣總管路，進入3臺壓縮機的進氣分支管路。在此過程當中，要求1臺停機，3臺運行。觀察壓縮機管道的振動情況，發現經過兩級壓縮后，進入管網在運行了一段時間后，排氣總管路有相應的排氣分支管路進入。此時，3號機組的排氣管道三通和彎管處振動較大，機組的功率、轉速、排氣等均有所下降，管架發生了振動。

管架的排氣通道往往由4根排氣管并聯組成，以鋼為主的材料，在排氣管連接2個緩沖罐。經觀察得知，排氣管振動比較明顯，而且幅度相當大。這種振動在長時間里得不到有效的控制，會直接對壓縮機產生嚴重的影響。主要表現在排氣管連接緩沖罐處焊口曾發生斷裂。對4臺壓縮機管道系統的排氣管路進行分析，發現振幅是隨著使用時間的推移，變得越來越大。因此，通過對煙氣輪機進行了擴能改造，有效地控制主風機低壓側的振動幅值，使得其出現的振幅波動在正常的范圍內，防止管道伴隨低壓側氣封有較大的油泄漏現象的發生。

2 壓縮機的振動異常原因分析

壓縮機的振動異常，原因多種多樣，下面是針對管道一些振動現象，對壓縮機振動異常作一些分析，為改進方案提出作參考。

2.1 壓縮機振動探頭不能正常工作

壓縮機振動探頭，是控制壓縮機振動幅度的一個有效的工具，但一旦探頭出現故障，或者受到干擾，很容易導致振動異常現象的發生。例如，通過監測與及利用有軸流壓縮機的報警系統方法，測量軸承箱外殼的水平垂直和軸向振動的情況。這種方法最簡單的是用手持測振儀進行測試，如發現沒有明顯變化，可以初步判斷振動探頭受到某些因素的干擾。因此，從前置放大器探頭一直到放大器之間的引線，每個細節都要認真的檢查，測量振動系統。對于沒有發現的問題，還要將探頭引線和前置放大器部分進行交換測試，利用示波器監測探頭的信號。對于存在摩軸向局部碰摩軸產生流體力作用的激振，可以判斷壓縮機振動探頭受到干擾，不能正常工作。這種情況下，還會伴有偏隙引起激振透平不均勻進汽隔板傾斜喘振旋轉，包括轉子軸承系統臨界轉速、懸臂臨界轉速出現異常，壓力脈動閥門激振有外界振源干擾等現象的發生。

2.2 壓縮機振動不能處于平衡狀態

壓縮機的振動不平衡時，無規律的振動會造成重大的損害，在管道失去平衡后，影響正常的輸送功能。

以往復壓縮機為例，這種往復壓縮機最大的特點，是對稱平衡。對于曲軸連桿機構，一般采樣點選擇在中下方，在滾動軸承部位。由于滾動軸承裝位于箱體結構中，可以有效地反映曲軸真實振動值，振動判定標準根據經驗，將振動判定值適當降低。在十字頭部位，測量方向在垂直地面的方向上，采樣點應當選擇在缸體部位。為了可在氣閥蓋上直接測量，應當設置測量方向在垂直地面的方向上。往復式壓縮機的十字頭部件和曲軸連桿的振動類型多種多樣，主要有電動機引起的振動、滾動軸承的振動、連桿與十字頭銷的振動、曲軸連桿機構的振動、連桿瓦曲軸油膜振蕩、十字頭與十字頭滑軌的油膜渦動等。這一系列的振動方式，都具有振動信號相對穩定的特點。例如，活塞與氣缸的振動、進排氣管以及氣閥的振動對曲軸連桿和十字頭部件的影響都不大。還可以通過部件的受力和運動分析，計算出曲軸連桿部件和十字頭部件的位移與時間的關系，計算轉子的質量、偏心質量、偏心距、撓度等各方面的因素，再利用利用計算機軟件進行FFT振動分析，可以得到幅值分布，判斷振動的類型和狀態。這種類型和狀態，均是在不同頻率下所產生的。

不平衡的振動頻率與轉速一致，有3個特點：

（1）在基頻處幅值有最大峰值；

（2）振幅與轉速變化關系密切，轉速下降，振幅將明顯下降；（3）軸向振幅不明顯，振動方向以徑向為主。

2.3 管道結構布置不合理

一般情況下，管道系統的支柱與地面沒有地腳螺釘連接，這樣會造成在水平方向缺乏剛度，在管道離平地較高的情況下，需要用較高的支柱來支撐，同時也可以確保水平剛度。但有的支撐位置設計不合理，甚至沒有設置支撐位置等，一旦管系結構的固有頻率與激振頻率相近，從基本物理學的共振現象可知，管道結構極有可能毀于共振。在一些國家中，還專門規劃管道振幅的許用值與危險值，根據共振頻率，設計一定的范圍值，約束著整個管道系統。

2.4 其他原因

引起壓縮機振動的原因，還有多種多樣，特別是旋轉機械故障，如轉子自身包括轉子質量偏心軸彎曲、軸裂紋軸彎曲剛度不對稱、對中不良、徑向軸承偏心聯軸節問題、支承松動間隙激振、電機轉子斷條、定子短路、軸磁化碰摩、徑向碰摩、軸向局部碰摩、干渦動流體動力激振等等。綜合分析各種原因，可以更有效地對壓縮機管道振動進行準確判斷。

3 改進壓縮機振動故障方案

根據上述分析，結合壓縮機管道系統的實際情況，提出以下3點改進方案。

3.1 改變管道支承方式提高系統固有頻率

提高系統的固有頻率，可以提高管道共振事故的發生。通過改變管道的支承方式，可以實現此功能。具體做法是，當激勵作用衰減較大時，不作考慮，充分利用好其他的激勵源，對于有活塞與缸體的作用、進排氣閥開啟和閉合，要多加利用。壓縮氣體、進排氣管道內氣流的脈動、氣流進出缸體產生的作用，也不能忽視。通過利用FFT對缸體部件進行有效的振動分析，結合小波分析方法，先確定某一特定頻率區間的信號，再準確判定引起振動的零件，通過更換或者直接改變支承方式，從而提高振動的固有頻率。

3.2 改進管道的走向

為了防止壓縮機振動產生的不良影響，管道盡可能采用彎曲半徑較大的彎管，如不是很特殊的需要，不采用直角彎頭。以盡量減少彎頭和異徑為原則，根據現場的具體情況，改變管道的支承情況，使其變得簡單明了。正如有關文獻所述，這種方法在實踐中是極為有效的，而且實施簡單，操作方便。結合有限元分析，計算出振型分布狀況，通過建模的方法等，改進管道的走向，這成為新時期減少振動損害的有效措施。

3.3 安裝脈動氣流消振器

要提高傳遞特性和降低聲波強度，首選是脈動氣流消振器。脈動氣流消振器可以通過改變管系及其附屬設備內氣路的聲波，達到消減激振力的作用。從改進管道走向中可以看出，在計算模態對應的應力分布情況下，一旦增加支承，但沒有讓應力分布發生明顯的變化，整體情況較好，有利于應力支承方案的實施。因此，脈動氣流消振器有減小振動損害、提高壓縮機使用效率的重要作用。

4 結束語

文章針對B-3Bk1M壓縮機振動的異常情況進行分析，指出壓縮機振動探頭不能正常工作、壓縮機振動不能處于平衡狀態、管道結構布置不合理的三大原因，激發壓縮機振動故障。在此基礎上，給出改進壓縮機振動故障方案，并通過分析證明該方案可行。

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