天然氣壓縮機(jī)基礎(chǔ)振動(dòng)危害及處理方法

陳喜軍

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采氣廠，內(nèi)蒙古 烏審旗 017300）

1 壓縮機(jī)基礎(chǔ)振動(dòng)的影響及允許振動(dòng)范圍

1.1 基礎(chǔ)振動(dòng)對(duì)機(jī)器的影響

機(jī)器設(shè)備會(huì)在運(yùn)行的過程中產(chǎn)生振動(dòng)，但是不相同型號(hào)的機(jī)器設(shè)備在不同的工作狀態(tài)下所產(chǎn)生的振動(dòng)是不相同的。可由機(jī)器設(shè)備的本身在運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)大小來判斷機(jī)器本身的質(zhì)量等級(jí)，如果機(jī)器設(shè)備的振動(dòng)較大，根本沒有辦法正常的工作，機(jī)器設(shè)備的振動(dòng)可以根據(jù)機(jī)器的表面以及軸承和安裝等處的振動(dòng)得以反映和表征。要考慮到機(jī)器的振動(dòng)是否影響機(jī)器的工作性能、機(jī)器在工作時(shí)是否安全、機(jī)器設(shè)備里邊的主要零部件是否能夠承受因?yàn)檎駝?dòng)而產(chǎn)生的壓力，機(jī)器設(shè)備本身所帶有的重要儀器能否正常的工作。

1.2 基礎(chǔ)允許振動(dòng)范圍

根據(jù)《動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50040-96，活塞式壓縮機(jī)基礎(chǔ)頂面的允許振動(dòng)為：活塞式壓塑機(jī)基礎(chǔ)振幅值的標(biāo)準(zhǔn)主要是以機(jī)器運(yùn)行良好為依據(jù)，n<或=300r/min的活塞式壓縮機(jī)采用振幅控制，基礎(chǔ)頂面控制點(diǎn)的最大振動(dòng)線位移步應(yīng)大于0.2mm；>n>300r/min的活塞式壓縮機(jī)采用速度控制，基礎(chǔ)頂面控制點(diǎn)的最大振動(dòng)速度不應(yīng)大于6.3mm/s.計(jì)算振幅為一、而階振幅疊加，并用等效圓頻率來控制。

2 基礎(chǔ)振動(dòng)對(duì)地基土的影響

2.1 土的懂強(qiáng)度和動(dòng)變形

2.1.1 土的動(dòng)強(qiáng)度特性。土的動(dòng)強(qiáng)度是指土在一定動(dòng)荷作用次數(shù)下，產(chǎn)生某個(gè)指定的破壞應(yīng)變所需要的動(dòng)應(yīng)力。顯然，破壞應(yīng)變和振次的數(shù)值不同，相應(yīng)的動(dòng)強(qiáng)度也就不同。土的動(dòng)強(qiáng)度特征主要反映在速率效應(yīng)和循環(huán)效應(yīng)兩個(gè)方面。不同的動(dòng)荷作用速率和不同的循環(huán)作用次數(shù)，動(dòng)強(qiáng)度也不同。

2.1.2 土動(dòng)強(qiáng)度受影響的主要原因。土性。土的粒度和密實(shí)度以及結(jié)構(gòu)性和含水量等等方面的原因造成對(duì)動(dòng)強(qiáng)度的影響。靜應(yīng)力狀態(tài)。土動(dòng)強(qiáng)度受靜應(yīng)力狀態(tài)的應(yīng)力水平和動(dòng)靜應(yīng)力組合的影響。動(dòng)荷。動(dòng)荷的大小和循環(huán)次數(shù)以及頻率、波形、動(dòng)荷引起的剪應(yīng)力方向?qū)ν羷?dòng)強(qiáng)度造成影響。

2.1.3 土的動(dòng)變形。土的動(dòng)變形是指動(dòng)載荷作用下土體產(chǎn)生附加變形，一般有以下兩種情況：一是動(dòng)荷作用下土體產(chǎn)生振動(dòng)壓密，二是子啊動(dòng)荷作用下土地發(fā)生強(qiáng)度破壞，產(chǎn)生殘余變形，稱為“震陷“。振動(dòng)壓密多發(fā)生在較松散的無粘性土中；震陷一般發(fā)生在軟粘性土中。土的動(dòng)變形與土的初始密度、天然濕度、初始靜應(yīng)力狀態(tài)、動(dòng)荷作用次數(shù)以及振動(dòng)持續(xù)時(shí)間等因素有關(guān)。

2.1.4 地基土的動(dòng)承載力。地基可能會(huì)受到動(dòng)荷載作用的影響，產(chǎn)生強(qiáng)度的破壞，有可能會(huì)附加變形，因此產(chǎn)生基礎(chǔ)沉陷、滑移或者是轉(zhuǎn)動(dòng)。理論上來說相對(duì)繁瑣，動(dòng)承載力包括動(dòng)荷特性、動(dòng)荷持續(xù)時(shí)間等等。所以大部分都運(yùn)用將動(dòng)荷所產(chǎn)生的慣性力引入靜力平衡方程中進(jìn)行分析，屬于”擬動(dòng)力法“。結(jié)合前面所描述，按照《動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行大型壓縮機(jī)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，采用地基承載力的動(dòng)力折減系數(shù)來考慮動(dòng)荷載下地基承載力的降低，并引入地基土的動(dòng)沉陷影響系數(shù)。

3 基礎(chǔ)振動(dòng)對(duì)人體影響

在不同的環(huán)境里，振動(dòng)對(duì)人體影響克分為以下兩種情況。

3.1 從勞動(dòng)保護(hù)角度考慮，全身振動(dòng)通過物理效應(yīng)和生物學(xué)效應(yīng)會(huì)對(duì)人體的骨骼、肌腱、循環(huán)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)及新陳代謝等多方面造成影響和危害。

3.2 從環(huán)境保護(hù)角度考慮，環(huán)境振動(dòng)傳達(dá)至居民處，其強(qiáng)度小于、甚至遠(yuǎn)小與作業(yè)環(huán)境中操作工人所在處的振動(dòng)強(qiáng)度，不至于危害居民身體健康，但居民的正常生活將會(huì)受到不同程度的干擾。

4 壓縮機(jī)基礎(chǔ)的振動(dòng)控制方法

大型壓縮機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，為了減小基礎(chǔ)的振動(dòng)速度和位移，應(yīng)盡可能減小基礎(chǔ)的高度，使基礎(chǔ)平面對(duì)稱布置，且盡可能減小壓縮機(jī)主撬的重心與基組總重心之間的距離，以減小機(jī)器振動(dòng)引起的總扭矩和回轉(zhuǎn)力矩。

4.1 調(diào)整基礎(chǔ)的剛度

4.1.1 調(diào)整基礎(chǔ)的底面積，若保持基礎(chǔ)的質(zhì)量不變，增大基礎(chǔ)的底面積，則基礎(chǔ)的剛度增大，提高基礎(chǔ)的固有頻率。

4.1.2 調(diào)整基礎(chǔ)的高度，若保持基礎(chǔ)的質(zhì)量不變，增大基礎(chǔ)的底面積，則基礎(chǔ)的剛度增大，提高基礎(chǔ)的固有頻率。

4.1.3 調(diào)整地基的水平剛度，若在基礎(chǔ)周邊布置一排斜樁，可以增大基礎(chǔ)（地基土）的水平剛度。在基礎(chǔ)底面增設(shè)毛石混凝土墊層，但墊層與基礎(chǔ)混凝土分開澆筑，則可以只增大基礎(chǔ)（地基土）的剛度，而不增加基礎(chǔ)的質(zhì)量，從而提高基礎(chǔ)的固有頻率。

4.2 調(diào)整基礎(chǔ)的參振質(zhì)量

4.2.1 采用聯(lián)合基礎(chǔ)。一般情況下，采用聯(lián)合基礎(chǔ)時(shí)基礎(chǔ)的質(zhì)量和剛度同時(shí)增大，但基礎(chǔ)抗彎剛度和慣性距增長(zhǎng)的幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于基礎(chǔ)質(zhì)量增長(zhǎng)的幅度。因此，聯(lián)合基礎(chǔ)的固有頻率通常高于單獨(dú)基礎(chǔ)。對(duì)于低頻率振動(dòng)的機(jī)器，可采用聯(lián)合基礎(chǔ)提高基礎(chǔ)的固有頻率以避開共振區(qū)。

4.2.2 利用混凝土地坪和”土釘樁“的作用主要是提高基礎(chǔ)的抗壓剛度和抗壓剛度和轉(zhuǎn)動(dòng)剛度，兩者都可以顯著減小基礎(chǔ)的振動(dòng)速度和位移，但由于基礎(chǔ)參振質(zhì)量的增加，必須根據(jù)動(dòng)力計(jì)算分析和試驗(yàn)結(jié)果來確定對(duì)基礎(chǔ)自振頻率的影響。

4.3 基礎(chǔ)隔振與減震設(shè)計(jì)

4.3.1 基礎(chǔ)隔振設(shè)計(jì)。對(duì)機(jī)器自身振動(dòng)較大或周圍環(huán)境對(duì)機(jī)器振動(dòng)控制要求較高的情況，可以對(duì)基礎(chǔ)采用隔振設(shè)計(jì)。隔振基礎(chǔ)必須設(shè)計(jì)成雙層基礎(chǔ)，上層基礎(chǔ)與機(jī)器鏈接，下層基礎(chǔ)放置在地基土上，上、下層基礎(chǔ)之間設(shè)置隔振彈簧。其作用是通過設(shè)置隔振彈簧，減小上部機(jī)器傳給下層基礎(chǔ)的擾力，從而減小機(jī)器振動(dòng)對(duì)地基土的影響。

4.3.2 減震設(shè)計(jì)。基礎(chǔ)減震設(shè)計(jì)是在隔振基礎(chǔ)的基礎(chǔ)上設(shè)置阻尼器，改變機(jī)器和上部基礎(chǔ)振動(dòng)的阻尼比，以減少機(jī)器自身的振動(dòng)。其他類型的震動(dòng)設(shè)備，也可借鑒以上方法降低震動(dòng)危害。

結(jié)語(yǔ)

一般氣田集氣站和天然氣中央處理廠中的大型天然氣壓壓縮機(jī)都是該類站中的核心設(shè)備，大部分都是使用曲柄連桿式和往復(fù)活塞式壓縮機(jī)。因?yàn)樾D(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生不平衡的質(zhì)量慣性力也就是離心力，由活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生質(zhì)量慣性力，所以就出現(xiàn)了振動(dòng)的現(xiàn)象。機(jī)器設(shè)備和人的身體以及所在地基都會(huì)因?yàn)檎駝?dòng)而受到不好的影響， 必須采取相應(yīng)的措施，控制設(shè)備的振動(dòng)在能夠接受的范圍內(nèi)。

[1]張學(xué)軍. 大型工業(yè)天然氣壓縮機(jī)站分布式監(jiān)控系統(tǒng)[J].化工自動(dòng)化及儀表，2010（01）：05-108.

[2]李俊山. 天然氣壓縮機(jī)可靠性分析[J].西南石油學(xué)院，2005（05）：56-123.