關(guān)于往復(fù)式壓縮機(jī)振動(dòng)分析及應(yīng)對(duì)措施的探討

劉明海

江西氣體壓縮機(jī)有限公司，江西贛州 341000

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及科技的進(jìn)步，壓縮機(jī)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(shí)驗(yàn)環(huán)境。這些先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)在給生活帶來好的影響的同時(shí)也帶來了一定負(fù)面的影響，比如噪聲污染。壓縮機(jī)作為一種先進(jìn)設(shè)備，大量應(yīng)用于空氣壓縮機(jī)中，在工作過程中難免會(huì)產(chǎn)生噪聲方面的污染，給我們的生活、工作以及學(xué)習(xí)帶來影響。因此，研究壓縮機(jī)振動(dòng)原因以及應(yīng)對(duì)措施顯得尤為重要。

1 往復(fù)式壓縮機(jī)工作原理

一般來講，往復(fù)式壓縮機(jī)通常是由單個(gè)部分所組成的，工作腔、曲柄連桿以及輔助系統(tǒng)。常見的往復(fù)式壓縮機(jī)其結(jié)構(gòu)如下圖所示：

曲柄連桿是壓縮機(jī)主要的傳動(dòng)部分，也是其動(dòng)力的主要提供部件，能夠?qū)Ⅱ?qū)動(dòng)級(jí)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直接的轉(zhuǎn)換為往復(fù)式的運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)活塞在氣缸里做往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)的往復(fù)式壓縮機(jī)的排氣和吸氣的過程。

往復(fù)式壓縮機(jī)其工作基本可以分為四個(gè)部分：

首先是膨脹階段。在活塞的運(yùn)動(dòng)造成工作室里面的容積增加的時(shí)候殘留在其內(nèi)部的高壓的氣體就會(huì)發(fā)生膨脹，此時(shí)氣閥不會(huì)打開，只有當(dāng)壓力小于吸入管路的壓力時(shí)氣閥才會(huì)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(yùn)行，工作室容積變大，氣體不斷吸入。當(dāng)壓差消失后進(jìn)氣閥關(guān)閉；

第三是壓縮階段?；钊姆聪蜻\(yùn)行，工作室的容積減小，當(dāng)工作室壓力增加時(shí)排氣口閥門仍然關(guān)閉，氣體被壓縮；

第四階段排氣階段。當(dāng)工作室的壓力大于排氣管壓力時(shí)，就會(huì)克服氣閥壓力排出氣體。

2 往復(fù)式壓縮機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生原因及危害

2.1 往復(fù)式壓縮機(jī)產(chǎn)生震動(dòng)的原因

1）壓縮機(jī)動(dòng)平衡性能導(dǎo)致的振動(dòng)。往復(fù)式壓縮機(jī)在運(yùn)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(yùn)動(dòng)，所以在旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生往復(fù)的慣性力以及旋轉(zhuǎn)的慣性力。活塞壓縮氣體，此時(shí)缸蓋和活塞都會(huì)受到體力的作用。同時(shí)，還存在滑道與軸承、運(yùn)動(dòng)部件與氣缸等摩擦阻力。其中氣體力和摩擦力是可以在機(jī)器的背部平衡，屬于內(nèi)部力。而旋轉(zhuǎn)和往復(fù)慣性力在機(jī)器使用和安裝中沒有消除不平衡力，就會(huì)在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中承受周期性的載荷，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)振動(dòng)，最終損壞相關(guān)部件和組建，給使用帶來影響；

2）壓縮機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生振動(dòng)。由于往復(fù)式壓縮機(jī)在其運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，其內(nèi)部的組件之間會(huì)產(chǎn)生一定的摩擦、撞擊，這些都很容易引起壓縮機(jī)的振動(dòng)。同時(shí)，由于壓縮機(jī)在安裝過程中，難免會(huì)出現(xiàn)安裝場(chǎng)所的地面不夠平整、壓縮機(jī)固定不夠牢固以及機(jī)組本身的平衡性能不好、安裝沒有很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)稱以及支撐設(shè)計(jì)不對(duì)等情況，這些問題最終都會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象；

3）壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)氣體沖擊管路產(chǎn)生振動(dòng)。壓縮機(jī)在實(shí)現(xiàn)其壓縮功能時(shí)，空氣進(jìn)入機(jī)體以及排除機(jī)體具有往復(fù)性質(zhì)的特征，在一個(gè)沖程完全結(jié)束后空氣進(jìn)出管道在壓縮機(jī)活塞上下運(yùn)動(dòng)的帶動(dòng)下，空氣的進(jìn)入以及排除都是在外力下來完成的，所以就會(huì)對(duì)其管壁以及彎曲的地方產(chǎn)生一定的沖擊。這些沖擊，在壓縮機(jī)連續(xù)工作時(shí)就變成了連續(xù)的沖擊，持續(xù)的作用于管壁、閥門以及彎曲的管道時(shí)，就會(huì)引起其管路的振動(dòng)；

4）壓縮機(jī)運(yùn)行引起管路的共振。在工程上，0.8-1.2f 的頻率是產(chǎn)生共振現(xiàn)象的共振區(qū)域。眾所周知，共振具有一定的破壞性，往復(fù)式的壓縮機(jī)在其運(yùn)行的過程中，管路內(nèi)的氣體具備一定的頻率，同時(shí)管路本身也有一定的頻率。當(dāng)二者的頻率共存于一定的共振區(qū)域時(shí)，就會(huì)引發(fā)共振現(xiàn)象，而長(zhǎng)時(shí)間的共振就會(huì)對(duì)管路產(chǎn)生很大的壓力，引發(fā)管路的變形，產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象，從而造成系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

2.2 往復(fù)式壓縮機(jī)共振的危害

壓縮機(jī)由于其管路的振動(dòng)劇烈，使得管里發(fā)生破裂，并且破壞氣閥，從而極大的減少了往復(fù)式壓縮機(jī)以及相關(guān)零部件的使用壽命和使用安全。當(dāng)振動(dòng)噪聲達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)后，就會(huì)形成噪聲污染，，同時(shí)也會(huì)引起機(jī)器設(shè)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(fù)式壓縮機(jī)振動(dòng)改善措施

3.1 平衡振動(dòng)應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)由于不平衡而導(dǎo)致的慣性力和慣性力所產(chǎn)生的力矩所引起的振動(dòng)，最為有效的消除方式便是要盡量的平衡機(jī)器內(nèi)部的慣性力以及慣性力矩，這便是我們常講的最佳動(dòng)平衡設(shè)計(jì)。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(yùn)動(dòng)方向反向時(shí)，利用慣性力或是慣性力矩來平衡其中的一個(gè)。常用的實(shí)際措施可以采用在曲柄的對(duì)面安裝一個(gè)平衡質(zhì)量從而產(chǎn)生一個(gè)和慣性力等大小但是反向的離心慣性力，將旋轉(zhuǎn)慣性力平衡掉。但對(duì)于多列結(jié)構(gòu)來講，就可以采用布置一些合理的曲柄錯(cuò)角、配置適宜的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的部件質(zhì)量等這些措施，使得慣性力或者慣性力矩能夠達(dá)到完全或者部分的平衡，從而有效的減少壓縮機(jī)的振動(dòng)。

3.2 管路振動(dòng)應(yīng)對(duì)措施

要進(jìn)行管路的機(jī)械其固有頻率的計(jì)算，從而使得固有的頻率和活塞的頻率錯(cuò)開，也要與氣柱的固有頻率錯(cuò)開。同時(shí)，要在滿足管路柔性分析的要求下，應(yīng)該盡可能的減少管路中的轉(zhuǎn)彎，減少?gòu)濐^在共振中產(chǎn)生的頻率。另外，還應(yīng)該要在支架處采用防振的管架，支架之間應(yīng)該滿足最小要求距離，管路的鋪設(shè)也要盡量的沿地面鋪設(shè)。為了防止機(jī)組運(yùn)行不平衡而引發(fā)的震動(dòng)，應(yīng)該在進(jìn)出口緩沖罐上放置牢固的支撐架。

3.3 共振的應(yīng)對(duì)措施

對(duì)于壓縮機(jī)的共振現(xiàn)象，應(yīng)該要適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)對(duì)于閥門的布控支撐，加強(qiáng)壓縮機(jī)管道的支撐。此外，為了要嚴(yán)格的控制共振現(xiàn)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(dòng)控制的范圍內(nèi)，從而防止共振的發(fā)生。

3.4 氣流振動(dòng)的應(yīng)對(duì)措施

緩解壓縮機(jī)氣流振動(dòng)可以通過調(diào)整工藝氣固有頻率來實(shí)現(xiàn)。一般在出口段需要設(shè)置緩沖罐，這是比較簡(jiǎn)單但又很有效的緩沖壓縮機(jī)氣流振動(dòng)的措施。氣流經(jīng)過緩沖罐后其壓力就會(huì)明顯降低，從而實(shí)現(xiàn)減振效果。

3.5 壓縮機(jī)自身振動(dòng)的應(yīng)對(duì)措施

對(duì)于壓縮機(jī)自身的振動(dòng)，需要在安裝時(shí)加以控制。安裝時(shí)，應(yīng)該要將其放置地面進(jìn)行找平處理，將壓縮機(jī)或裝有壓縮機(jī)相關(guān)設(shè)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(yīng)該在振動(dòng)發(fā)生較為頻繁的部件上加上防震片，從而有效的減輕壓縮機(jī)自身的震動(dòng)現(xiàn)象，并且要在需要潤(rùn)滑的部件上涂抹潤(rùn)滑油，減輕由于摩擦而引發(fā)的震動(dòng)。

[1]中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)噪聲與振動(dòng)控制委員會(huì).我國(guó)噪聲與振動(dòng)控制行業(yè)2009年發(fā)展綜述[J].中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)， 2010，11.

[2]楊保江.往復(fù)式壓縮機(jī)組的振動(dòng)機(jī)理及其控制[J].化工設(shè)備與管道，2012，8.