活塞式空氣壓縮機(jī)的振動(dòng)分析與處理

摘要：活塞式壓縮機(jī)是通過氣缸、氣閥和活塞構(gòu)成的不斷變化的容積來完成工作的，本文將從慣性力、氣流脈動(dòng)等方面來分析其產(chǎn)生振動(dòng)的原因，并從設(shè)備的安裝、檢修、維護(hù)和操作等方面提出了減小振動(dòng)的有效方法。

關(guān)鍵詞：活塞式壓縮機(jī)；管道；振動(dòng)

1.概述

空氣壓縮機(jī)作為礦山風(fēng)動(dòng)設(shè)備、工具動(dòng)力的提供者，被廣泛應(yīng)用。玉溪礦業(yè)大紅山銅礦作為全國最大的井采礦山之一，專門設(shè)置了地表集中供風(fēng)站，為井下風(fēng)動(dòng)設(shè)備提供高壓用風(fēng)。空壓站主要安裝有 7 臺(tái) D-100/8e 型活塞式空氣壓縮機(jī)，壓縮機(jī)零部件使用壽命、連接件的強(qiáng)度和密封性受到其安裝質(zhì)量、氣流的脈動(dòng)和本身的慣性力所引起的機(jī)組和管道震動(dòng)的影響，導(dǎo)致壓縮機(jī)出現(xiàn)曲軸箱地腳螺栓松動(dòng)、裂紋、中體支座螺栓振斷、風(fēng)包支撐點(diǎn)裂紋等一系列問題，嚴(yán)重影響壓縮機(jī)的安全運(yùn)行。因此，不僅設(shè)計(jì)部門要重點(diǎn)考慮減少壓縮機(jī)震動(dòng)的問題，我們使用單位也應(yīng)在安裝、檢修、維護(hù)和操作中特別注意這一問題。

2.振動(dòng)分類及產(chǎn)生的原因

活塞式壓縮機(jī)的振動(dòng)就其產(chǎn)生的原因可分為兩大類：（1）慣性力引起的機(jī)械振動(dòng)；（2）氣流脈動(dòng)引起的振動(dòng)。它包括氣柱共振和管道機(jī)械共振。

2.1.由于慣性力引起的機(jī)械振動(dòng)

從計(jì)算公式可知，在設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過曲拐錯(cuò)角、列和級(jí)的合理配置來減小或平衡往復(fù)慣性力，或是通過加平衡塊來平衡旋轉(zhuǎn)慣性力。但是，在實(shí)際工作中，總會(huì)有一部分無法達(dá)到平衡的往復(fù)慣性力，而這部分往復(fù)慣性力（或稱為力矩）就是產(chǎn)生機(jī)組機(jī)械振動(dòng)的根源。

2.2. 氣流脈動(dòng)引起的振動(dòng)

活塞式壓縮機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于吸氣、排氣的間歇性使得管路中氣流的速度和壓力呈現(xiàn)出周期性的變化，這便是氣流脈動(dòng)現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)過程中，我們要想降低氣流脈動(dòng)，可以采用多級(jí)配置的方式來減小壓力差。

2.2.1.氣柱共振：管路系統(tǒng)內(nèi)所容納的氣體稱為氣柱。因?yàn)闅怏w具有一定的質(zhì)量和彈性，可呈現(xiàn)壓縮、膨脹的狀態(tài)，而氣柱本身可以視為類似彈簧的振動(dòng)系統(tǒng)。在壓縮機(jī)的吸氣、排氣的激發(fā)下，氣柱便會(huì)形成振動(dòng)。所以，氣柱在接受激發(fā)后，把所形成的振動(dòng)以聲速向遠(yuǎn)方傳播。氣柱由于邊界條件的存在會(huì)有自己一系列的固有頻率 K1，因而當(dāng)激發(fā)主頻率等于K1時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致氣柱共振的發(fā)生。

2.2.2.管道機(jī)械共振：其實(shí)作為輸送氣流的管道，其本身也是一個(gè)彈性系統(tǒng)。這是由于氣流脈動(dòng)導(dǎo)致壓力的脈動(dòng)變化，從而引發(fā)管道截面變化處或是拐彎處的周期性振動(dòng)力作用。在激振力作用下，管道就會(huì)發(fā)生振動(dòng)。而當(dāng)激發(fā)主頻率等于管道固有頻率1時(shí)，管道的機(jī)械振動(dòng)便產(chǎn)生了。氣柱共振、管道機(jī)械共振都與配管情況，管路始末端的邊界條件有關(guān)。如果配管不好，可能會(huì)出現(xiàn) F1=K1=1的情況。既有氣柱共振又有管道機(jī)械共振，這將使得管道難以工作，后果極其嚴(yán)重。

3.減振方法

活塞式壓縮機(jī)慣性力與氣流脈動(dòng)無法避免，故機(jī)組與管道振動(dòng)也是無法避免的，因而振動(dòng)必須被控制在一定的范圍內(nèi)，以確保機(jī)組和管系的長周期使用而不被破壞。

3.1. 安裝和檢修達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求

往復(fù)慣性（或稱力矩）是引起機(jī)組機(jī)械振動(dòng)的源頭，安裝、檢修至關(guān)重要，它直接關(guān)系到振動(dòng)的大小。大紅山銅礦空壓機(jī)就是因?yàn)榘惭b時(shí)基礎(chǔ)澆灌問題，使用中出現(xiàn)基礎(chǔ)松動(dòng)，從而加大機(jī)組的振動(dòng)。為此，在安裝與檢修中應(yīng)注意：

3.1.1.壓縮機(jī)的地基要穩(wěn)固；

3.1.2.基礎(chǔ)必須單獨(dú)設(shè)置，不能和其他物體連在一起，以免生產(chǎn)額外的振動(dòng)；

3.1.3.在主基礎(chǔ)、進(jìn)排氣支座基礎(chǔ)上各墊一塊 30mm 厚的鋼板，增加基礎(chǔ)的整體性與穩(wěn)性；我礦在對(duì)壓縮機(jī)振動(dòng)大、基礎(chǔ)松動(dòng)處理時(shí)，在一級(jí)進(jìn)氣支座、二級(jí)排氣支座及曲軸箱基礎(chǔ)上各墊上 30mm 的鋼板，并與基礎(chǔ)澆灌成一體，再在鋼板上安裝斜墊鐵，使基礎(chǔ)連成一體，增加了基礎(chǔ)的穩(wěn)固性。通過改造后，機(jī)組振動(dòng)減小了很多，效果非常好。

3.1.4.為了避免產(chǎn)生附加力而增加振動(dòng)，壓縮機(jī)的氣缸、中體、曲軸箱等要保持同心，并達(dá)到一定的水平規(guī)范；

3.1.5.連桿大、小頭瓦、主軸瓦等與滑道的間隙要符合技術(shù)上的規(guī)范要求；

3.1.6.在風(fēng)包底座支撐點(diǎn)各增加一塊鋼板，以增大受力面積，減小振動(dòng)；

我礦2#風(fēng)包的底座支撐點(diǎn)上曾經(jīng)出現(xiàn)裂痕，究其原因，主要在于風(fēng)包質(zhì)量較大，加之振動(dòng)，便在底座支撐點(diǎn)上形成集中受力點(diǎn)，導(dǎo)致風(fēng)包裂紋。通過在支撐點(diǎn)處加裝 4 塊200×300mm 的鋼板后，重新安裝風(fēng)包，經(jīng)過十多年的運(yùn)行，效果較好。

3.2.避免氣柱共振

3.2.1.在安裝管道時(shí)，要根據(jù)管路的配置和尺寸算出管路氣柱的固有頻率，合氣柱的固有頻率K1要高于或者是低于F1的30%，或是計(jì)算出共振管的長度，使實(shí)際管長避開共振管長；

3.2.2.可以把緩沖罐安裝在氣流脈動(dòng)的發(fā)源處，它能緩和前后管道內(nèi)的氣流脈動(dòng)，降低氣體沖擊，減小激發(fā)力。緩沖罐上接管的配置對(duì)壓力脈動(dòng)的衰減程度影響較大，如圖 1：

圖 1

圖（a）的消振效果最差，圖（b）的消振效果可提高 15%-20%，圖（c）氣體流過的阻力（即壓力降）最大，在實(shí)際配管時(shí)要根據(jù)生產(chǎn)條件，功耗，許用壓降酌情考慮選用。

3.3. 避免管路機(jī)械共振

3.3.1.布置管路時(shí)，需算出其機(jī)械振動(dòng)的固有頻率，從而使其基本固有頻率1比激發(fā)主頻率F1高30%；應(yīng)盡量減少彎頭，特別避免急轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎的地方要配上適當(dāng)支撐，并使曲率半徑大一些；為防止管道振動(dòng)過大產(chǎn)生磨損，應(yīng)當(dāng)在管道和支撐之間安裝橡皮或木質(zhì)襯墊；在生產(chǎn)中，有效抑制管道機(jī)械振動(dòng)過大的最佳方法便是增加支撐并減小簡支長度。

3.3.2.在管路系統(tǒng)中安裝管道伸縮器，減小熱脹冷縮管道位移時(shí)對(duì)管道造成的振動(dòng)；

3.3.3.閥門因脈動(dòng)氣流沖擊彎頭而產(chǎn)生周期性變化的激振力，繼而使管道產(chǎn)生振動(dòng)。所以，在操作壓縮機(jī)的過程中，應(yīng)當(dāng)盡量少用高壓-低壓級(jí)循環(huán)，避免節(jié)流，降低壓力脈動(dòng)的不均勻度，從而減小管道振動(dòng)，延長管道使用壽命；

3.3.4.可以在振幅最大的地方增設(shè)管架，依據(jù)激振力產(chǎn)生的方向來設(shè)計(jì)管架的強(qiáng)度與剛度；

3.3.5.設(shè)置管卡不能強(qiáng)行固定在某一點(diǎn)上，而應(yīng)分散固定在多個(gè)點(diǎn)，如靠近彎頭的兩端、三通交叉處附近的三個(gè)支管上，以便盡可能地降低管道附加應(yīng)力；

3.3.6.管道應(yīng)在自有狀態(tài)固定位置，盡量把管卡設(shè)置在振源點(diǎn)，切忌撇勁而增加附加載荷

3.3.7.在具有振動(dòng)的場合應(yīng)避免管道與管道、管道與管架、管道與緊固螺栓等直接摩察；

在生產(chǎn)過程中，很多因素可能引起振動(dòng)的加劇，例如設(shè)備之間、管道之間振動(dòng)的相互牽連。。因此，應(yīng)盡量避免不同設(shè)備、管道使用同一支撐，同一廠房放置多臺(tái)設(shè)備。

4.總結(jié)

活塞式壓縮機(jī)的振動(dòng)是正常現(xiàn)象，只有在使用中耐心維護(hù)，精心操作，把壓縮機(jī)的振動(dòng)降低到最小范圍。這樣，不僅能提高壓縮機(jī)和管道的使用壽命，還能降低消耗，提高生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)：

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