往复式压缩机震动的危害与缓解措施

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摘 要：往复式压缩机是一种使用较广的压缩设备 ，其振动分析以及应对措施的研究对于其使用有着重要的意义。本文在阐述往复式压缩机工作原理的基础上 ，详细的分析了压缩机产生振动的原因 ，并且探讨了振动的应对措施。

关键词：往复式；压缩机 ；振动

随着我国经济的发展以及科技的进步 ，压缩机的使用在很大程度上改善了人们的生活水平、工作水平以及实验环境。这些先进的科学技术在给生活带来好的影响的同时也带来了一定负面的影响，比如噪声污染。压缩机作为一种先进设备 ，大量应用于工艺气体压缩机中，在工作过程中难免会产生噪声方面的污染 ，给我们的生活、工作以及学习带来影响。因此 ，研究压缩机振动原因以及应对措施显得尤为重要。

1 往复式压缩机工作原理

一般来讲 ，往复式压缩机通常是由单个部分所组成的 ，工作腔、曲柄连杆以及辅助系统。 曲柄连杆是压缩机主要的传动部分 ，也是其动力的主要提供部件，能够将驱动级的旋转运动直接的转换为往复式的运动，从而推动活塞在气缸里做往复式运动 ，进一步实现的往复式压缩机的排气和吸气的过程。

往复式压缩机其工作基本可以分为四个部分 ：首先是膨胀阶段。在活塞的运动造成工作室里面的容积增加的时候残留在其内部的高压的气体就会发生膨胀 ，此时气阀不会打开 ，只有当压力小于吸入管路的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。当压差消失后进气阀关闭 ；第三是压缩阶段。活塞的反向运行 ，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 ；第四阶段排气阶段。当工作室的压力大于排气管压力时 ，就会克服气阀压力排出气体。

2 往复式压缩机振动产生原因及危害

2.1 往复式压缩机产生震动的原因

1）压缩机动平衡性能导致的振动。往复式压缩机在运行过程中 ，曲柄和活塞组建的连接部件是在做加速或减速运动 ，所以在旋转时产生往复的惯性力以及旋转的惯性力。活塞压缩气体 ，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器的背部平衡 ，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 ，从而导致压缩机振动 ，最终损坏相关部件和组建 ，给使用带来影响 ；2）压缩机在运转过程中产生振动。由于往复式压缩机在其运转的时候 ，其内部的组件之间会产生一定的摩擦、撞击 ，这些都很容易引起压缩机的振动。同时 ，由于压缩机在安装过程中 ，难免会出现安装场所的地面不够平整、压缩机固定不够牢固以及机组本身的平衡性能不好、安装没有很好的实现对称以及支撑设计不对等情况 ，这些问题最终都会导致压缩机在运行时出现振动现象 ；3）压缩机运行时气体冲击管路产生振动。压缩机在实现其压缩功能时 ，工艺气体进入机体以及排除机体具有往复性质的特征 ，在一个冲程完全结束后工艺气体进出管道在压缩机活塞上下运动的带动下 ，工艺气体的进入以及排除都是在外力下来完成的 ，所以就会对其管壁以及弯曲的地方产生一定的冲击。这些冲击 ，在压缩机连续工作时就变成了连续的冲击，持续的作用于管壁、阀门以及弯曲的管道时 ，就会引起其管路的振动 ；4）压缩机运行引起管路的共振。在工程上 ，0.8-1.2f 的频率是产生共振现象的共振区域。众所周知 ，共振具有一定的破坏性 ，往复式的压缩机在其运行的过程中 ，管路内的气体具备一定的频率 ，同时管路本身也有一定的频率。当二者的频率共存于一定的共振区域时，就会引发共振现象，而长时间的共振就会对管路产生很大的应力，引发管路的变形，产生断裂现象，从而造成系统出现故障。

2.2 往复式压缩机共振的危害

压缩机由于其管路的振动剧烈 ，使得管里发生破裂 ，并且破坏气阀 ，从而极大的减少了往复式压缩机以及相关零部件的使用寿命和使用安全。当振动噪声达到一定的标准后 ，就会形成噪声污染 ，同时也会引起机器设备使用寿命的降低 ，可以说给人们的生活带来很多危害。

3 往复式压缩机振动改善措施

3.1 平衡振动应对措施

针对由于不平衡而导致的惯性力和惯性力所产生的力矩所引起的振动 ，最为有效的消除方式便是要尽量的平衡机器内部的惯性力以及惯性力矩 ，这便是我们常讲的最佳动平衡设计。通常来讲 ，惯性力和惯性力矩都是自由力 ，只有变化周期一致并且运动方向反向时 ，利用惯性力或是惯性力矩来平衡其中的一个。常用的实际措施可以采用在曲柄的对面安装一个平衡质量从而产生一个和惯性力等大小但是反向的离心惯性力 ，将旋转惯性力平衡掉。但对于多列结构来讲 ，就可以采用布置一些合理的曲柄错角、配置适宜的往复运动的部件质量等这些措施，使得惯性力或者惯性力矩能够达到完全或者部分的平衡 ，从而有效的减少压缩机的振动。

3.2 管路振动应对措施

要进行管路的机械其固有频率的计算 ，从而使得固有的频率和活塞的频率错开 ，也要与气柱的固有频率错开。同时 ，要在满足管路柔性分析的要求下 ，应该尽可能的减少管路中的转弯 ，减少弯头在共振中产生的频率。另外 ，还应该要在支架处采用防振的管架 ，支架之间应该满足最小要求距离 ，管路的铺设也要尽量的沿地面铺设。为了防止机组运行不平衡而引发的震动 ，应该在进出口缓冲罐上放置牢固的支撑架。

3.3 共振的应对措施

对于压缩机的共振现象 ，应该要适当的加强对于阀门的布控支撑 ，加强压缩机管道的支撑。此外 ，为了要严格的控制共振现象 ，要求避开气柱固有的一阶、二阶或更高阶次的共振 ，就可以处于脉动控制的范围内 ，从而防止共振的发生。

3.4 气流振动的应对措施

缓解压缩机气流振动可以通过调整工艺气固有频率来实现。一般在出口段需要设置缓冲罐 ，这是比较简单但又很有效的缓冲压缩机气流振动的措施。气流经过缓冲罐后其压力就会明显降低 ，从而实现减振效果。

3.5 压缩机自身振动的应对措施

对于压缩机自身的振动，需要在安装时加以控制。安装时，应该要将其放置地面进行找平处理 ，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 ，并且要在固定的地方加装紧固螺丝。而且 ，还应该在振动发生较为频繁的部件上加上防震片 ，从而有效的减轻压缩机自身的震动现象 ，并且要在需要的部件上涂抹油 ，减轻由于摩擦而引发的震动。

3.6 设计合适的飞轮

往复式压缩机的运动特点决定了压缩机需要的阻力矩和驱动机提供的驱动力矩存在不平衡，致使曲轴转速不均匀。为了使压缩机运转趋向均匀、平稳，可在压缩机转轴上增设具有较大转动惯量的飞轮。当阻力矩小于驱动力矩时，存在盈功，飞轮和转子一起加速运转，盈功转化为飞轮的动能，储存在飞轮内以阻止转子做更大加速；当阻力矩大于驱动力矩时，存在亏功，亏功使飞轮减速，飞轮释放出储存在飞轮内的动能以弥补驱动功的不足，从而避免转子更大的降速。所以飞轮就是通过储放能量来调节压缩机在一转中的角速度，使转速均匀化。

4. 结束语

振动大、噪声高是往复式压缩机运转过程常遇到的问题，必须采取有效的措施予以解决，以提高压缩机的性能和使用寿命，使压缩机运转平稳。

参考文献

[1]中国环境保护产业协会噪声与振动控制委员会.我国噪声与振动控制行业2009年发展综述[J].中国环保产业， 2010，11.

[2]杨保江.往复式压缩机组的振动机理及其控制[J].化工设备与管道，2012，8.