摘要：随着当今社会的不断发展和生产技术水平的不断提高，生产和生活中对活塞式压缩机的需求也日益渐高。因此，积极采用科学的手段，对活塞式压缩机的管道振动原因及防振措施进行分析的意义就显得非常重要。
关键词：活塞式压缩机；振动原因；解决措施
1现状和存在的问题
某公司年产50万吨合成氨80万吨尿素项目低温甲醇洗装置循环氢压缩机为上海东方压缩机制造有限公司设计并制造的往复式压缩机；循环氢压缩机共有3列气缸并联，缸体为双作用式成对置型分布，Ⅰ缸单独使用一个进气缓冲罐和排气缓冲罐，Ⅱ缸和Ⅲ缸共享一个进气缓冲罐和排气缓冲罐。压缩机自安装试车以来，始终存在机组Ⅱ缸和Ⅲ缸垂直方向上振动值偏高的问题，曾出现缓冲罐焊缝振断的情况。下面，笔者就针对压缩机的振动原因展开分析。
2活塞式压缩机的概述
2.1活塞式压缩机的原理
单级压缩机所能提高的压力范围十分有限，对于要求气体工作压力更高的场合，采用单级压缩不仅不经济，有时甚至是不可能实现的，所以必须采用多级压缩。多级压缩是将气体的总压力分成若干级，按先后级次把气体逐级进行压缩，并在级与级间将气体进行冷却。其理论循环由三个连续压缩的单级理论循环组成，为便于分析比较，假设循环中各级吸气和排气无阻力损失，且各级压缩按绝热过程（或多变指数相同的过程）进行；每级气体排出经冷却后的温度与第一级的吸气温度相同（即完全冷却）；不计泄漏以及余隙容积的影响。
2.2活塞式压缩机的特点
当压缩机的时，其绝热循环功比等温循环功高，压力比越大，这种现象越严重。为了使耗功降低以及不使排气温度过高而影响润滑油的性能，并考虑其它因素，总是把较大的压力比分成两级、三级以及多级压缩，保证每级压力比都处于较小而可行的范围内。多级压缩具有下列特点：（1）经济性好，可以节省耗功。（2）降低排气温度，提高安全可靠性。多级压缩虽然具有一系列的优点，然而也并不是级数越多越好，这是因为：①级数增加使结构趋于复杂，整个装置的制造费用、尺寸和重量等都有所增加。②气体通道增加，气阀及管道的压力损失增加。有时增加级数，使压缩循环更接近等温循环而省的功耗，还抵不过由于增加新的级从而产生的气阀及管路的阻力损失所消耗的功，级数过多反而使经济性下降。③运动部件数增多，发生故障的可能性也要增加。由于摩擦表面的增加，摩擦功亦增加，机器效率反而有所降低。
3振动分类及产生的原因
3.1由于惯性力引起的机械振动
从计算公式可知，在设计时，可以通过曲拐错角、列和级的合理配置来减小或平衡往复惯性力，或是通过加平衡块来平衡旋转惯性力。但是，在实际工作中，总会有一部分无法达到平衡的往复惯性力，而这部分往复惯性力（或称为力矩）就是产生机组机械振动的根源。
2.2.气流脉动引起的振动
活塞式压缩机在运转过程中，由于吸气、排气的间歇性使得管路中气流的速度和压力呈现出周期性的变化，这便是气流脉动现象。在设计过程中，我们要想降低气流脉动，可以采用多级配置的方式来减小压力差。
气柱共振：管路系统内所容纳的气体称为气柱。因为气体具有一定的质量和弹性，可呈现压缩、膨胀的状态，而气柱本身可以视为类似弹簧的振动系统。在压缩机的吸气、排气的激发下，气柱便会形成振动。所以，气柱在接受激发后，把所形成的振动以声速向远方传播。气柱由于边界条件的存在会有自己一系列的固有频率K1，因而当激发主频率等于K1时，便会导致气柱共振的发生。
管道机械共振：其实作为输送气流的管道，其本身也是一个弹性系统。这是由于气流脉动导致压力的脉动变化，从而引发管道截面变化处或是拐弯处的周期性振动力作用。在激振力作用下，管道就会发生振动。而当激发主频率等于管道固有频率1时，管道的机械振动便产生了。气柱共振、管道机械共振都与配管情况，管路始末端的边界条件有关。如果配管不好，可能会出现F1=K1=1的情况。既有气柱共振又有管道机械共振，这将使得管道难以工作，后果极其严重。
3解决措施
3.1管道加固
通过实际测量和计算分析，Ⅰ缸排气管道、Ⅱ缸和Ⅲ缸进气管道振动过大，需要对其支撑进行增加和改进。增加支撑首先要选择使用鞍式支撑，支撑与管道间填充木方缓冲，另外支撑要加在管路弯头等受气流脉冲较大的位置，并且支撑基础要打在地面，支撑基础绝对不可与压缩机基础打在同一个框架上，那样会加剧振动。
3.2改变缓冲罐容积
由于Ⅱ缸和Ⅲ缸进排气缓冲罐容积与设计要求偏差较大，所以对这2个缓冲罐进行了更换，其中Ⅱ缸和Ⅲ缸进气缓冲罐更换后容积变为2.6m3，排气缓冲罐更换后容积变为1.9m3。
以上2种改进方法实施以后，机组再次开车，测得的振动值转换成振动烈度级见表1。
表1 循环氢压缩机各位置振动烈度级
与表2相比较可见，通过改进，循环氢压缩机的振动值得到了有效地控制，大大降低了压缩机的运行风险。
表2 循环氢压缩机各位置振动烈度级
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3.3采用聚四氟乙烯类制品填充物
对于没有润滑油的压缩机的气阀，如果是传统的环状阀，其损坏就会比较严重，所以可以采用没有摩擦结垢的网状阀，亦或是将换向阀的升程限制器的导向金属改为填充的聚四氟乙烯类制品，气阀地步的密封台也用聚四氟乙烯制造的密封圈。与此同时，气阀的弹簧可以采用不锈钢的弹簧钢丝来制造，这些钢丝在出厂之前都会进行相应的处理来避免钢丝中那些微笑缺陷的发生，从而保证了使用性能的稳定，也增强了他们承受脉动载荷的能力。
3.4做好定期的检查和维护
要定期的对气阀进行全面的检查和清晰工作，要在不对其强度减小的情况下对气阀的底座以及升程限制器所损伤的外表面进行修复，并且要及时的更换易损件。如果发现气阀的弹簧发生损坏，就需要对气阀其它的弹簧也进行全部的更换，这样就会使得弹簧受力能够均匀的分散的阀片上。
3.5避免管路机械共振
布置管路时，需算出其机械振动的固有频率，从而使其基本固有频率1比激发主频率F1高30%；应尽量减少弯头，特别避免急转弯，转弯的地方要配上适当支撑，并使曲率半径大一些；为防止管道振动过大产生磨损，应当在管道和支撑之间安装橡皮或木质衬垫；在生产中，有效抑制管道机械振动过大的最佳方法便是增加支撑并减小简支长度。在管路系统中安装管道伸缩器，减小热胀冷缩管道位移时对管道造成的振动；阀门因脉动气流冲击弯头而产生周期性变化的激振力，继而使管道产生振动。所以，在操作压缩机的过程中，应当尽量少用高压-低压级循环，避免节流，降低压力脉动的不均匀度，从而减小管道振动，延长管道使用寿命；可以在振幅最大的地方增设管架，依据激振力产生的方向来设计管架的强度与刚度；设置管卡不能强行固定在某一点上，而应分散固定在多个点，如靠近弯头的两端、三通交叉处附近的三个支管上，以便尽可能地降低管道附加应力；管道应在自有状态固定位置，尽量把管卡设置在振源点，切忌撇劲而增加附加载荷。在具有振动的场合应避免管道与管道、管道与管架、管道与紧固螺栓等直接摩察；在生产过程中，很多因素可能引起振动的加剧，例如设备之间、管道之间振动的相互牵连。。因此，应尽量避免不同设备、管道使用同一支撑，同一厂房放置多台设备。
结论
活塞式压缩机的振动是正常现象，只有在使用中耐心维护，精心操作，把压缩机的振动降低到最小范围。这样，不仅能提高压缩机和管道的使用寿命，还能降低消耗，提高生产效率。
参考文献：
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