压缩机的减振没计及优化

【摘要】本文对大型活塞式压缩机进行了分析，对振动产生的原因进行了说明，并在分析的基础上提出了相应的减震措施。比如孔板消振、增设管架、对管路系统进行设计等措施。

关键词：压缩机；振动；减震

1、引言

在石油行业、化肥生产等行业中，大型活塞式压缩机对于生产制造效率的提高具有重要的作用，但是在这些行业中，普遍存在着管线振动的问题。在过去，人们对压缩机管路的设计主要是从工艺流程的角度考虑问题，而对管道振动这一个力学因素引起的问题并没有过多的重视，因此导致压缩机在使用过程中经常出现剧烈的振动，并伴随着有巨大的噪声。压缩机振动现象轻则导致管件裂纹、零部件松动，而重则会导致中毒、火灾、爆炸等一系列恶劣现象的产生。其实，这些事故不是不可以避免的，只需要在压缩机过程中，采取合理的减震措施就可以保证压缩机管道的运转。

2、管道振动原因分析

引起压缩机振动的因素有很多种，但是导致振动问题产生的原因主要有3个：

第1种原因是压缩机本身安装不对，设计不合理，运动部件的动平衡性能差，都可以导致机组的振动，从而最终与之连接的管道也同样发生振动。

第2中引起振动的原因是由于脉动气流导致管道受迫性产生振动。活塞式压缩机做着往复式运动，其工作特点是排气具有周期性和间歇性的变化，这必然会导致管道内的气体呈现脉动的状态，管道内的压力、密度、速度等不仅随着位置变化，同时也会随着时间进行着周期性的变化，即所谓的气流脉动。脉动的气流沿着管道流动，如果在输送过程中遇到异径管、控制阀、弯头以及盲板等变化时，将会产生随着时间而不断变化的激振力。在激振力的作用下，压缩机的管道系统便会产生一定的机械振动响应，并且随着压力脉冲的不断的增大，管道振动的应力以及位移峰值也会越大。

第3中原因是由于共振而引起。在前面分析和研究气流脉动而引起的管道共振时，同时会存在着3个固有频率和2个振动系统，其中，2个振动系统中一个是管道内由于气体而形成的气柱系统，它是由于压缩机的往复作用使得管道内产生脉动；另一个是管道结构的机械系统，压力脉动使得管路做机械的运动。3个固有频率是指管路结构固有频率、固有频率、压缩机激发频率，如果在这些频率中，三个或者有两个频率相同或者接近的时候，就会导致共振现象的产生，表现为耦合振动，共振现象会导致管道具有较大的应力和位移。

由相关文献所测得的转动部件的动平衡以及测振数据知道，压缩机本身的基础设计不当或者动力平衡性差往往在试车的时候就会发现问题的所在，因此，导致压缩机振动的原因主要是后面两种。

3、管道减震的措施

压缩机管路内系统产生的气体压力脉动会降低压缩的功率，导致共振的产生，因此，消除压力脉动，避开共振可以提高压缩机装置工作的可靠性和其自身的工作性能。而改变压缩机管道的尺寸和系统配置会改变相应的固有频率，避免共振的产生。

3.1 避开共振

当压缩机管路内的气柱自身的固有频率与干扰你在某个阶段内的频率相同时，则会导致气柱的共振，从而产生强烈的振动和噪声。据相关理论研究发现，气柱产生的噪声和振动与管路结构中的尺寸和构成要素相关。研究发现，避开共振的条件因素是：

在公式中，f1表示的是基本频率，n表示的压缩机转数，m表示管道内气体脉动达到的最大振动阶数。对于不同的气缸，m可以取到不同的值，对于单作用气缸而言，由于在管道内每一点都进行着一次的压力脉动循环，所以，m取值是1、2、3……；对于双作用的气缸或者曲柄错角为180°的两个作用的气缸，由于气缸的每次作用都会出现两次的脉动，所以m取值是2、4、6……。

在进行压缩机管道设计的时候，可以参阅有关的设计手册查出不同管道的布置形式，并根据手册判断其是否满足上述公式，如果不能够满足，则需要重新进行布置。

3.2 消振措施

由于往复式的活塞的气流扰动是无法避免的，因此也就无法消除振动现象，故我们应该尽最大的努力将振动控制在一定的范围之内，保证管道的长期使用安全。目前，常见的脉动消除的措施有孔板、缓冲罐、声学滤波器等等。

（1）缓冲罐消振

利用缓冲罐消振是目前最有效而且也是最简单的方法，主要用于气流脉冲大引起的振动。缓冲罐直接与振源的气缸相连，利用罐体容积大的特点，使得从气缸喷出来的气体得到缓冲，从而增大了气流脉动的阻力系数。采用缓冲罐进行消振的条件主要有三个，首先是安装于检修的空间良好，同时，缓冲罐离气缸应当最大化的近，最好使用弯管式，避免使用直通管，另外，缓冲罐消振的关键是在于拥有足够大的容积，因此，缓冲器的容积应该尽可能的大。

（2） 设置集管器

当有多台压缩机在同时并联运行的时候，需要使用集管器，从而使得脉动的气流产生的压力不均匀度控制在合理的范围之内。集管器应该具有足够大的通流面积，一般而言，总管的面积应该等于或者大于支管面积的3倍之和，否则缓冲的效果将不明显，另外，在设计阶段还需要分支管长度的设计，必须避开一阶和二阶气柱产生的共振。

（3） 脉动衰减器

脉动衰减器的结构有多种，由于其结构的复杂性以及内部气流流动的不确定性，因此，衰减器的使用和设计过程中都需要辅以实验。并且在不同的场合，同一个衰减器的效果也是不相同的，并且衰减器通常只是对某几个特有的频率具有明显的衰减作用，故其不具备通用性。图1是多孔式组合衰减器，其中，小孔的作用是高通滤波作用，其对低频波衰减效果明显；短管的起到抗式滤波器作用，通过改变管的半径以及长度可以改变衰减器的作用范围；该衰减器结构中，利用中间的隔板将其内部分为两个腔室，从而构成了室式滤波器；隔板上的直管与中心部分的带孔直管中的气流可以形成干涉，降低了压力的不均匀度，从而提高了缓冲效果。

（4） 孔板消振

作为阻力原件，由于孔板自身的特点，其不具备反射行波的条件，从而避免在管道内部产生了驻波，使得振幅减少了一半，并且也不会产生共振的现象。据大量的研究发现，管子的内径是D，孔板的孔径是d，当d/D的开口比在0.43～0.5之间的时候，压力脉动的衰减程度达到了最大的值，减震下过最明显。

（5） 管路系统设计改造

当由于弯头的数量过多等而引起激振力过大、机械共振而导致管路系统振动的时候，可以考虑改变管路系统的布置实现减小振动的目的。具体方法如下：首先尽可能的将管子的长度减低到最小，减小异径管和弯头的数量；改变管路的走向或者是增加支吊架，避开共振的官长；使得管道的转弯曲率半径尽可能的大，这样可以增加脉动的阻尼系数，实现减震多用；通过增加管架的数量来改变机械振动的频率；在保证强度和工艺要求的情况下，通过改变管路的厚度和直径，增加管路系统的质量和厚度，从而该表管路系统的振动频率。

4、结束语

压缩机的振动对生产工作具有一定的影响，为了保证正常生产和安全，需要对压缩机进行一定程度的减震。本文从压缩机的管道设计、孔板以及衰减器等方面考虑，消除管道内的压力脉动，提出了消减管道压力的措施。为了防止结构共振和气柱共振的产生，本文从避开共振以及消除措施两方面考虑。这些方法和措施不仅在管道的设计阶段，同时在压缩机的工作时，在其安全性受到威胁而又不能够进行重大调整的情况字儿，具有重要的参考价值和指导意义。

参看文献

[1] 王茂廷.压缩机管路的气体脉动分析及其减振设计[J].东北大学学报，1994，15（增刊），112-116.

[2] 姜文全，杨帆，王茂廷，王莲.基于ANSYS的压缩机管系结构振动模态分析[J].噪声与振动控制，2008，28（4），17—19

[3] 谢林章.往复式气体压缩机管线的振动及其计算方法[J].石油化工设备，1987，16（9），14—22.

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