重庆气体压缩机厂有限责任公司 重庆 400037
摘要：空气压缩机是一种以制造压缩空气的机械，通常称为空压机。它能将一定容量的空气，压缩其体积，升高其压力，可用来做功或充填容器。本文将从惯性力、气流脉动等方面来分析其产生振动的原因，并从设备的安装、检修、维护和操作等方面提出了减小振动的有效方法。
关键词：空气压缩机；振动；整改方案
1.概况介绍
我公司于2012年12月给四川省乐山市福华通达农药科技有限公司提供的四台MW-35/75型往复活塞式空气压缩机，四列四级、无油润滑、水冷，对称平衡型，机组安装方式为室内有基础平层布置；主轴承采用滑动轴承，压缩机与主驱动设备为刚性联轴器连接，气缸压力填料带有不锈钢卡紧弹簧的剖分环填料；气缸的作用形式为：一级为双作用、二级双作用、三级双作用、四级双作用，压缩机十字头为整体结构，十字头与活塞杆用螺纹连接。
该四台机组从2013年8月安装调试投产以来，一直为该公司工艺系统提供压缩空气，以满足生产需要。但该四台机组由于多种原因，机组及管道振动较大，造成机组的某些部件寿命缩短，增加了维修次数和成本，管道发生强烈振动，尤其是一级排气管道振动更为剧烈，严重影响生产，同时因振动产生的噪音对周边环境形成一种噪音污染。
2往复式压缩机工作原理
往复活塞式压缩机，https：//www.baidu.com/s?wd=%E5%BE%80%E5%A4%8D%E5%BC%8F%E5%8E%8B%E7%BC%A9%E6%9C%BA&tn=SE_PcZhidaonwhc_ngpagmjz&rsv_dl=gh_pc_zhidao属于容积式压缩机，活塞在气缸内往复运动，直接压缩气体，提高气体压力并输送气体。
压缩机工作时，由电动机通过联轴器带动曲轴旋转，再通过曲轴连杆机构将曲轴的旋转运动变成十字头的往复运动，十字头带动活塞杆，使活塞在气缸内作往复运动，曲轴旋转一周，活塞在气缸内往复一次，压缩机完成一次工作循环。电机带动曲轴不断旋转，工作循环不断重复，从而不断吸入并压缩排出气体。
往复式压缩机工作基本可以分为四个部分：首先是膨胀阶段，在活塞的运动使工作室里面的容积增加，残留在其内部的高压气体就会发生膨胀，此时气阀不会打开，只有当压力小于吸气阀打开压力时气阀才会打开；其次是吸气阶段，吸入口的气阀在压差的作用下打开，活塞运行，工作室容积变大，气体不断吸入，当压差消失后进入，吸气阀关闭；第三是压缩阶段，活塞反向运行，工作室的容积减小，当工作室压力增加时，排气口阀门仍然关闭，气体被压缩；最后是排气阶段，当工作室的压力大于排气阀打开压力时，就会克服气阀压力排出气体。
3引起机组的振动主要原因
机组在运行中产生振动，从振动源的方面来分析有两大类：机械振动和气流脉动引起的振动（包括气柱共振和管道机械共振）。
机械内部振动主要原因：首先是压缩机未被平衡的惯性力及力矩引起机器的振动。往复式压缩机在运动过程中，曲柄和活塞等运动件做加速或减速运动，会产生惯性力和力矩；压缩气体时，此时缸盖和活塞都会受到体力的作用，同时还存在滑道与轴承、运动部件与气缸等摩擦阻力，其中气体力和摩擦力是可以在机械的背部平衡，属于内部力；而旋转和往复惯性力在机器使用和安装中没有消除不平衡力，就会在机器运转中承受周期性的载荷，从而使基础和机器发生振动，导致机械部件容易损坏，功率消耗增加，仪表损坏，还容易出现断轴、泄漏等其他事故，给机器和生产带来很大危害。其次是指机组内部运转、移动的零部件克服阻力做功时，产生的弹性变形和位移、碰撞等物理过程，其主要现象有：机身或辅机地脚螺栓松动；设备联轴器找正不当；机组下沉、垫片松动；气缸、缓冲罐支撑不良；轴瓦、十字头滑道间隙大；填料或活塞坏异常磨损；气阀损坏或密封不严等。
气流脉动引起的外部振动主要是指往复式压缩机在运转过程中，由于吸气、排气的间隙性使管路中的气流压力和速度呈周期性变化，这种现象称为气流脉动，会产生气柱共振和管道机械共振。主机的振动而引起周边物体的振动，同时周边物体的振动又通过一定途径反馈到主机上。
通过去现场勘察，测量机身及管道振动，发现机身振动接近设计标准的上限，但管线振动严重超标。在空负荷运转时，管道振动较小；在50%负荷运转时，管道振动加大；在100%负荷运转时，管道振动剧烈，机组振动接近上限。通过分析，该4台机组产生振动的主要原因如下：
3.1机组运行时内部产生的机械振动
①活塞在气缸中压缩空气产生振动
机组运行时，活塞在气缸中以每分钟485次的固有频率压缩空气，在压缩空气过程中，机组产生受迫振动。
②气阀部件产生的振动
机组运行时，气阀弹片在气压差和气阀弹簧的作用下，快速开启和闭合，以满足机器吸入大气排出压缩空气的要求，气阀弹片和气阀弹簧的快速开启和闭合引起气阀部件产生振动。
③运动副产生的振动
因为该设备的基本原理是曲柄滑块机构，曲柄与连杆连接的运动副（连杆大头瓦、曲轴）和连杆与滑块连接的运动副（十字头销、连杆小头瓦）存在间隙，在运动时作用在运动副上的交变载荷使运动副产生冲击和振动。
3.2机组运行时气流脉动产生的外部振动
①气流脉冲载荷引起的振动
由于该机组的压缩过程为间断性压缩过程，在输出的排气管道内产生气流脉动冲击载荷，把所形成的振动以声速向远方传播，激发的主频率等于气柱的基本固有频率，则发生了气柱共振现象，引起排气管道产生了振动，同时在储气缓冲罐内产生脉动冲击载荷，引起储气缓冲罐产生振动。
②排气管道、支架布置不合理的振动
一方面机组安装时受场地限制，排气管道从机组排气口出来后经过三个90度的弯头后才能连接到储气缓冲罐，增加了压缩空气在管道内的阻力。另一方面排气管道采用简单的摆放在枕木垫上的固定方式，当排气管道产生振动时，其支撑点不能很好地产生约束作用，同时排气管道的振动又传递到机组和储气缓冲罐，进一步加剧了机组的振动，产生了机械共振现象。其次是现场观察发现，管道储气缓冲器处的支撑结构刚性较差，管卡间距较大，且管卡结构形式不好，它是直接用角钢与螺栓将管子卡住，这样的管卡结构在振动中容易产生松动，使管系的结构刚度进一步减弱，难以避免在气体脉动激励下产生高阶机械共振，这很可能是管道剧烈振动的一个原因。管道支架必须与压缩机基础和建筑物脱开，并不得在楼板或平台上生根，应设计成独立的支架且支架的高度尽可能低，同时应设在所有管道拐弯、分支、标高有变化以及集中荷载附近，应采用特殊的抑振管架，而不能只为承重或止推架。
③振动叠加对机组的影响
上述分析的只是单一振动源，实际在机组运行时，作用在机组上振动为各个单一振动源在机组上的叠加，使得机组在运行时受到各种振动源叠加后的综合干扰作用，使机组产生再生效应，形成自激振动，对机组主要产生以下几个方面的影响。
出口法兰、螺栓松动、断裂泄漏、系统失压
通过以上分析，该设备的振动主要由气流脉动引起，在工艺管线拐弯处振动最为严重。
4整改措施
在以上分析的机组振动中，有些内部振动是无法消除的，它由机组本身的工作原理和结构所决定的。对于内部振动只能通过提高检修质量、合理调节运动副的间隙，加强些巡检工作，对于外部振动则可以采用一系列的有效措施。
4.1压缩机自身的振动改进
对压缩机再进行找正处理，将压缩机或装有压缩机相关设备的中心线和重心线相互重合，并在固定的地方加装紧固。检查机组下沉、垫铁松动情况，并进行调整。检查轴瓦、十字头滑道等运动部位间隙，在合格范围之内。检查气阀，未发现损坏或松动。检查其他地方未发现异常。
论文作者:廖维权
论文发表刊物:《防护工程》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/2
标签：机组论文; 管道论文; 压缩机论文; 气阀论文; 活塞论文; 气缸论文; 气体论文; 《防护工程》2018年第17期论文;