關于往復式壓縮機振動分析及應對措施的探討

劉明海

江西氣體壓縮機有限公司，江西贛州 341000

隨著我國經濟的發展以及科技的進步，壓縮機的使用在很大程度上改善了人們的生活水平、工作水平以及實驗環境。這些先進的科學技術在給生活帶來好的影響的同時也帶來了一定負面的影響，比如噪聲污染。壓縮機作為一種先進設備，大量應用于空氣壓縮機中，在工作過程中難免會產生噪聲方面的污染，給我們的生活、工作以及學習帶來影響。因此，研究壓縮機振動原因以及應對措施顯得尤為重要。

1 往復式壓縮機工作原理

一般來講，往復式壓縮機通常是由單個部分所組成的，工作腔、曲柄連桿以及輔助系統。常見的往復式壓縮機其結構如下圖所示：

曲柄連桿是壓縮機主要的傳動部分，也是其動力的主要提供部件，能夠將驅動級的旋轉運動直接的轉換為往復式的運動，從而推動活塞在氣缸里做往復式運動，進一步實現的往復式壓縮機的排氣和吸氣的過程。

往復式壓縮機其工作基本可以分為四個部分：

首先是膨脹階段。在活塞的運動造成工作室里面的容積增加的時候殘留在其內部的高壓的氣體就會發生膨脹，此時氣閥不會打開，只有當壓力小于吸入管路的壓力時氣閥才會打開；

其次是吸氣階段。吸入口的氣閥在壓差的作用下打開，活塞運行，工作室容積變大，氣體不斷吸入。當壓差消失后進氣閥關閉；

第三是壓縮階段。活塞的反向運行，工作室的容積減小，當工作室壓力增加時排氣口閥門仍然關閉，氣體被壓縮；

第四階段排氣階段。當工作室的壓力大于排氣管壓力時，就會克服氣閥壓力排出氣體。

2 往復式壓縮機振動產生原因及危害

2.1 往復式壓縮機產生震動的原因

1）壓縮機動平衡性能導致的振動。往復式壓縮機在運行過程中，曲柄和活塞組建的連接部件是在做加速或減速運動，所以在旋轉時產生往復的慣性力以及旋轉的慣性力。活塞壓縮氣體，此時缸蓋和活塞都會受到體力的作用。同時，還存在滑道與軸承、運動部件與氣缸等摩擦阻力。其中氣體力和摩擦力是可以在機器的背部平衡，屬于內部力。而旋轉和往復慣性力在機器使用和安裝中沒有消除不平衡力，就會在機器運轉中承受周期性的載荷，從而導致壓縮機振動，最終損壞相關部件和組建，給使用帶來影響；

2）壓縮機在運轉過程中產生振動。由于往復式壓縮機在其運轉的時候，其內部的組件之間會產生一定的摩擦、撞擊，這些都很容易引起壓縮機的振動。同時，由于壓縮機在安裝過程中，難免會出現安裝場所的地面不夠平整、壓縮機固定不夠牢固以及機組本身的平衡性能不好、安裝沒有很好的實現對稱以及支撐設計不對等情況，這些問題最終都會導致壓縮機在運行時出現振動現象；

3）壓縮機運行時氣體沖擊管路產生振動。壓縮機在實現其壓縮功能時，空氣進入機體以及排除機體具有往復性質的特征，在一個沖程完全結束后空氣進出管道在壓縮機活塞上下運動的帶動下，空氣的進入以及排除都是在外力下來完成的，所以就會對其管壁以及彎曲的地方產生一定的沖擊。這些沖擊，在壓縮機連續工作時就變成了連續的沖擊，持續的作用于管壁、閥門以及彎曲的管道時，就會引起其管路的振動；

4）壓縮機運行引起管路的共振。在工程上，0.8-1.2f 的頻率是產生共振現象的共振區域。眾所周知，共振具有一定的破壞性，往復式的壓縮機在其運行的過程中，管路內的氣體具備一定的頻率，同時管路本身也有一定的頻率。當二者的頻率共存于一定的共振區域時，就會引發共振現象，而長時間的共振就會對管路產生很大的壓力，引發管路的變形，產生斷裂現象，從而造成系統出現故障。

2.2 往復式壓縮機共振的危害

壓縮機由于其管路的振動劇烈，使得管里發生破裂，并且破壞氣閥，從而極大的減少了往復式壓縮機以及相關零部件的使用壽命和使用安全。當振動噪聲達到一定的標準后，就會形成噪聲污染，，同時也會引起機器設備使用壽命的降低，可以說給人們的生活帶來很多危害。

3 往復式壓縮機振動改善措施

3.1 平衡振動應對措施

針對由于不平衡而導致的慣性力和慣性力所產生的力矩所引起的振動，最為有效的消除方式便是要盡量的平衡機器內部的慣性力以及慣性力矩，這便是我們常講的最佳動平衡設計。通常來講，慣性力和慣性力矩都是自由力，只有變化周期一致并且運動方向反向時，利用慣性力或是慣性力矩來平衡其中的一個。常用的實際措施可以采用在曲柄的對面安裝一個平衡質量從而產生一個和慣性力等大小但是反向的離心慣性力，將旋轉慣性力平衡掉。但對于多列結構來講，就可以采用布置一些合理的曲柄錯角、配置適宜的往復運動的部件質量等這些措施，使得慣性力或者慣性力矩能夠達到完全或者部分的平衡，從而有效的減少壓縮機的振動。

3.2 管路振動應對措施

要進行管路的機械其固有頻率的計算，從而使得固有的頻率和活塞的頻率錯開，也要與氣柱的固有頻率錯開。同時，要在滿足管路柔性分析的要求下，應該盡可能的減少管路中的轉彎，減少彎頭在共振中產生的頻率。另外，還應該要在支架處采用防振的管架，支架之間應該滿足最小要求距離，管路的鋪設也要盡量的沿地面鋪設。為了防止機組運行不平衡而引發的震動，應該在進出口緩沖罐上放置牢固的支撐架。

3.3 共振的應對措施

對于壓縮機的共振現象，應該要適當的加強對于閥門的布控支撐，加強壓縮機管道的支撐。此外，為了要嚴格的控制共振現象，要求避開氣柱固有的一階、二階或更高階次的共振，就可以處于脈動控制的范圍內，從而防止共振的發生。

3.4 氣流振動的應對措施

緩解壓縮機氣流振動可以通過調整工藝氣固有頻率來實現。一般在出口段需要設置緩沖罐，這是比較簡單但又很有效的緩沖壓縮機氣流振動的措施。氣流經過緩沖罐后其壓力就會明顯降低，從而實現減振效果。

3.5 壓縮機自身振動的應對措施

對于壓縮機自身的振動，需要在安裝時加以控制。安裝時，應該要將其放置地面進行找平處理，將壓縮機或裝有壓縮機相關設備的中心線和重心線相互重合，并且要在固定的地方加裝緊固螺絲。而且，還應該在振動發生較為頻繁的部件上加上防震片，從而有效的減輕壓縮機自身的震動現象，并且要在需要潤滑的部件上涂抹潤滑油，減輕由于摩擦而引發的震動。

[1]中國環境保護產業協會噪聲與振動控制委員會.我國噪聲與振動控制行業2009年發展綜述[J].中國環保產業， 2010，11.

[2]楊保江.往復式壓縮機組的振動機理及其控制[J].化工設備與管道，2012，8.