大型往復(fù)壓縮機(jī)異常振動(dòng)原因分析及處理

鄧德民（中國化學(xué)工程第十四建設(shè)有限公司，寧夏銀川750411）

大型往復(fù)壓縮機(jī)異常振動(dòng)原因分析及處理

鄧德民（中國化學(xué)工程第十四建設(shè)有限公司，寧夏銀川750411）

針對(duì)大型往復(fù)壓縮機(jī)異常振動(dòng)原因和處理對(duì)策，以6M50壓縮機(jī)為例，淺要分析了導(dǎo)致壓縮機(jī)異常振動(dòng)的原因，并從減小軸系的激振能量、調(diào)整軸系的固有頻率、劃轉(zhuǎn)速禁區(qū)、增大軸系的阻尼消耗能量四個(gè)方面提出了處理大型往復(fù)壓塑機(jī)異常振動(dòng)的措施。

壓縮機(jī)；異常振動(dòng)；原因分析；處理措施

壓縮機(jī)是一種用來輸送氣體，提高氣體壓力的主要機(jī)械設(shè)備，被廣泛應(yīng)用在石油化工、工業(yè)氣體生產(chǎn)等領(lǐng)域當(dāng)中。近年來，我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，石油化工行業(yè)為我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)，其中大型反復(fù)壓塑機(jī)發(fā)揮了重要作用，但是大型往復(fù)壓縮機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中存在異常振動(dòng)等問題，嚴(yán)重限制了其作用和價(jià)值的發(fā)揮，因此，本文基于6M50壓縮機(jī)異常振動(dòng)為例，對(duì)處理措施做了如下分析。

1 6M50壓縮機(jī)簡介

6M50壓縮機(jī)全稱6M50-340/320-Ⅱ-BX壓縮機(jī)引進(jìn)德國相關(guān)技術(shù)，制造的大型往復(fù)活塞式氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)，一臺(tái)6M50壓縮機(jī)在正常情況下，一年可以合成氨4.2萬噸，機(jī)組主要由壓縮機(jī)曲軸、電動(dòng)機(jī)機(jī)軸、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子、聯(lián)軸器等配件組成，具體結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示：

圖1 6M50壓縮機(jī)組軸系整體結(jié)構(gòu)簡圖圖

我國第一臺(tái)6M50壓縮機(jī)是在2003年投入使用的，但是在使用不到3個(gè)月的時(shí)間內(nèi)的，就出現(xiàn)了一系列問題，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，6M50壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中，異常振動(dòng)噪音非常大，尤其是負(fù)荷軸承200mm的位置噪聲值高達(dá)115分貝，已經(jīng)嚴(yán)重超出國際規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)；第二，主機(jī)的異常振動(dòng)頻率最大，振幅高達(dá)0.071mm，超出預(yù)期設(shè)計(jì)0.025mm；第三，6M50壓縮機(jī)組軸系中一級(jí)主軸頸和二級(jí)主軸頸的連桿，經(jīng)常發(fā)生磨損失效，通過不完全統(tǒng)計(jì)，連桿壽命只有230h，不足德國自主生產(chǎn)的6M50壓縮機(jī)連桿使用壽命的四分之一。

2 大型往復(fù)壓縮機(jī)異常振動(dòng)原因分析

2.1 激振頻率和軸系振動(dòng)固有頻率近似

從圖1中可以看出，6M50壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和曲軸連接在一起，形成質(zhì)量軸系。軸承在具體運(yùn)動(dòng)過程中，會(huì)形成固有慣性、彈性等力學(xué)特性。在往復(fù)工作中，由于其質(zhì)量比較大，產(chǎn)生的慣性也就必須大，機(jī)組中的軸系就會(huì)受到氣體力壓力等形成的周期性變化的激振力矩影響，當(dāng)激振力矩增加到一定程度以后，軸系就會(huì)按照激振力矩的固有頻率產(chǎn)生振動(dòng)，當(dāng)激振頻率和軸系振動(dòng)固有頻率相似時(shí)，軸系就會(huì)進(jìn)行強(qiáng)烈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，從而導(dǎo)致大型往復(fù)壓縮機(jī)產(chǎn)生異常振動(dòng)現(xiàn)象，如果不能及時(shí)解決，就會(huì)對(duì)急速零件造成非常的磨損，并產(chǎn)生較大的噪聲，不利于石油化工企業(yè)持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展。

2.2 軸系發(fā)生異常扭轉(zhuǎn)振動(dòng)

主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：第一，當(dāng)軸系發(fā)生異常扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)，會(huì)進(jìn)一步加大電動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子之間的孔隙，也就會(huì)在轉(zhuǎn)子和定子之間形成氣流噪聲或者磁場脈沖，從而引發(fā)中軸系異常振動(dòng)；第二，軸系發(fā)生異常扭轉(zhuǎn)振動(dòng)還會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中氣隙扭矩出現(xiàn)在波動(dòng)現(xiàn)象，從而引發(fā)異常振動(dòng)。

2.3 同頻和倍頻的扭轉(zhuǎn)縱向耦合振動(dòng)

當(dāng)內(nèi)燃機(jī)曲軸出現(xiàn)振動(dòng)后，就會(huì)形成同頻和倍頻的扭轉(zhuǎn)縱向耦合振動(dòng)，如果不能及時(shí)解決，此振動(dòng)會(huì)逐漸增加，最終引發(fā)同頻耦合振動(dòng)。相關(guān)實(shí)踐表明，同頻耦合振動(dòng)引發(fā)大型往壓縮機(jī)振動(dòng)的途徑有兩種，第一種，通過各個(gè)連桿活塞把振動(dòng)頻率傳給壓縮機(jī)，從而引發(fā)機(jī)體異常振動(dòng)；第二種，通過主軸承把振動(dòng)傳給機(jī)體。而壓縮機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)幾乎相同，也就可以得出，當(dāng)同頻和倍頻的扭轉(zhuǎn)縱向耦合振動(dòng)時(shí)，勢(shì)必會(huì)引發(fā)壓縮機(jī)主體的異常振動(dòng)[2]。

3 大型往復(fù)壓縮機(jī)異常振動(dòng)的處理措施

3.1 減小軸系的激振能量

減小軸系的激振能量可以從以下兩個(gè)方面進(jìn)行入手：第一，推進(jìn)軸系縱向振動(dòng)的衡量標(biāo)準(zhǔn)，推進(jìn)軸系縱振必須限制軸系縱振的振幅，就大型往復(fù)壓縮機(jī)而言，縱振的曲軸臂距差作為振動(dòng)強(qiáng)烈程度的主要判定依據(jù)，因此切實(shí)減少異常振動(dòng)對(duì)壓縮機(jī)的影響，必須機(jī)組設(shè)計(jì)和安裝中為縱向振動(dòng)預(yù)留足夠的空間；第二，消減和回避縱向振動(dòng)，適當(dāng)振動(dòng)頻率，改變軸系的長度和直徑，或者安裝附加質(zhì)量。減少輸入系統(tǒng)的激振能量，改變啟動(dòng)順序以減少副簡諧引起的有害縱振。

3.2 調(diào)整軸系的固有頻率

調(diào)整軸系的固有頻率處理大型往復(fù)收縮機(jī)異常振最簡單有效的方法。相關(guān)實(shí)例表明，收縮機(jī)多質(zhì)量系統(tǒng)扭振的固有頻率，完全取決于收縮機(jī)各個(gè)零部件的運(yùn)行的慣性和彈性系數(shù)，以及發(fā)生振動(dòng)的形式。改變軸系結(jié)點(diǎn)附近柔度值或改變振幅較大處的慣量對(duì)軸系的固有頻率有較顯著的影響。因此通過增加飛輪慣性、改變曲軸材質(zhì)都可以改變軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率[3]。

3.3 劃轉(zhuǎn)速禁區(qū)

通常情況下大型往復(fù)壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中其轉(zhuǎn)速比在0.6~1之間，在持續(xù)轉(zhuǎn)速范圍當(dāng)中，嚴(yán)禁劃分轉(zhuǎn)速禁區(qū)，因此在劃轉(zhuǎn)速禁區(qū)時(shí)，必須結(jié)合應(yīng)用頻率，才能把振動(dòng)頻率調(diào)整到到0.6之下，然后才能劃分轉(zhuǎn)速禁區(qū)，由于大型往復(fù)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速相對(duì)比較低，因此減震器來抵消振動(dòng)的效果并不是非常理想，故應(yīng)該采用在劃分轉(zhuǎn)速禁區(qū)的方法來遏制異常振動(dòng)大型往復(fù)壓縮機(jī)的影響。

3.4 提高軸系的阻力消耗能量

為切實(shí)提高軸系的阻力消耗能量，緩減異常振動(dòng)對(duì)大型往復(fù)壓縮的影響，需要對(duì)壓縮機(jī)組軸系進(jìn)行適當(dāng)改造，比如：增加軸系裝配的重量，根據(jù)壓縮機(jī)具體運(yùn)行狀況測量其準(zhǔn)確的壓縮機(jī)振動(dòng)和噪聲的數(shù)據(jù)，并對(duì)相關(guān)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)綜合的分析，確定加裝配重體的位置、裝配重量、裝配材料等，促使軸系在工作過程能帶動(dòng)配重體同時(shí)運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到改變軸系固有頻率的目的，最終達(dá)到有效地處理大型往復(fù)壓縮機(jī)的異常振動(dòng)現(xiàn)象的效果[4]。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)石油化工產(chǎn)業(yè)提出了更高的要求，而大型往復(fù)壓縮機(jī)作為石油化工企業(yè)必不可少的設(shè)備之一，其在運(yùn)行效率直接決定了石油化工企業(yè)能否實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展。本文以6M50壓縮機(jī)為例，分析了導(dǎo)致壓縮機(jī)發(fā)生異常振動(dòng)的原因，并提出相應(yīng)的處理方式，希望對(duì)我國大型往復(fù)壓縮機(jī)的發(fā)展有一定幫助。

[1]唐斌,劉廣彬,許海平,楊啟超,王樂,趙遠(yuǎn)揚(yáng),李連生.大型工藝往復(fù)壓縮機(jī)系統(tǒng)振動(dòng)分析[J].中國機(jī)械工程,2014,07:873-877.

[2]韋性尊,姚頤,姜偉吉.高壓往復(fù)壓縮機(jī)柱塞振動(dòng)、溫度異常原因分析及預(yù)防措施[J].甘肅科技,2016,05:68-70.

[3]彭衛(wèi)國.往復(fù)壓縮機(jī)系統(tǒng)管道振動(dòng)處理措施分析[J].化工設(shè)計(jì)通訊,2016,04:109-110.

[4]屈世棟,黃衛(wèi)東.丙烯壓縮機(jī)的異常振動(dòng)分析及處理對(duì)策[J].石油化工設(shè)備技術(shù),2015,01:49-51+55+5.

鄧德民（1985-），男，漢族，江蘇揚(yáng)州人，本科，任職于中國化學(xué)工程第十四建設(shè)有限公司，研究方向：設(shè)備安裝技術(shù)。