活塞式空氣壓縮機的振動分析與處理

1、活塞式空氣壓縮機的振動分析與處理 活塞式壓縮機是通過氣缸、氣閥和活塞構(gòu)成的不斷變化的容積來 完成工作的，本文將從慣性力、氣流脈動等方面來分析其產(chǎn)生振動的 原因，并從設(shè)備的安裝、檢修、維護和操作等方面提出了減小振動的 有效方法。 1. 概述 空氣壓縮機作為礦山風動設(shè)備、工具動力的提供者，被廣泛應 用。玉溪礦業(yè)大紅山銅礦作為全國最大的井采礦山之一，專門設(shè)置了 地表集中供風站，為井下風動設(shè)備提供高壓用風?？諌赫局饕惭b有 7 臺 D-100/8e 型活塞式空氣壓縮機，壓縮機零部件使用壽命、連接件的 強度和密封性受到其安裝質(zhì)量、氣流的脈動和本身的慣性力所引起的 機組和管道震動的影響，導致壓縮機出現(xiàn)曲軸

2、箱地腳螺栓松動、裂 紋、中體支座螺栓振斷、風包支撐點裂紋等一系列問題，嚴重影響壓 縮機的安全運行。因此，不僅設(shè)計部門要重點考慮減少壓縮機震動的 問題，我們使用單位也應在安裝、檢修、維護和操作中特別注意這一 問題。 2. 振動分類及產(chǎn)生的原因 活塞式壓縮機的振動就其產(chǎn)生的原因可分為兩大類： （1）慣性力引起的機械振動；（ 2）氣流脈動引起的振動。它包 括氣柱共振和管道機械共振。 2.1. 由于慣性力引起的機械振動 活塞式壓縮機的慣性力分為兩種：曲軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)慣性力和十字 頭組件、活塞往復運動的往復慣性力。其中，旋轉(zhuǎn)慣性力 Ir=MrR2（ Mr 旋轉(zhuǎn)運動件總質(zhì)量， R曲軸旋轉(zhuǎn)半徑，曲軸旋轉(zhuǎn)角速度

3、）；往復運動慣 性力 Is=MsR2（cos+cos2） （Ms往復運動件總質(zhì)量， R曲軸旋轉(zhuǎn)半徑，曲 軸旋轉(zhuǎn)角速度，曲軸轉(zhuǎn)角， =R/L 連桿長徑比）。 從計算公式可知，在設(shè)計時，可以通過曲拐錯角、列和級的合理 配置來減小或平衡往復慣性力，或是通過加平衡塊來平衡旋轉(zhuǎn)慣性 力。但是，在實際工作中，總會有一部分無法達到平衡的往復慣性 力，而這部分往復慣性力（或稱為力矩）就是產(chǎn)生機組機械振動的根 源。 2.2. 氣流脈動引起的振動 活塞式壓縮機在運轉(zhuǎn)過程中，由于吸氣、排氣的間歇性使得管路 中氣流的速度和壓力呈現(xiàn)出周期性的變化，這便是氣流脈動現(xiàn)象。在 設(shè)計過程中，我們要想降低氣流脈動，可以采用多級配

4、置的方式來減 小壓力差。 2.2.1. 氣柱共振：管路系統(tǒng)內(nèi)所容納的氣體稱為氣柱。因為氣體 具有一定的質(zhì)量和彈性，可呈現(xiàn)壓縮、膨脹的狀態(tài)，而氣柱本身可以 視為類似彈簧的振動系統(tǒng)。在壓縮機的吸氣、排氣的激發(fā)下，氣柱便 會形成振動。所以，氣柱在接受激發(fā)后，把所形成的振動以聲速向遠 方傳播。氣柱由于邊界條件的存在會有自己一系列的固有頻率 K1，因 而當激發(fā)主頻率等于 K1 時，便會導致氣柱共振的發(fā)生。 2.2.2. 管道機械共振：其實作為輸送氣流的管道，其本身也是一 個彈性系統(tǒng)。這是由于氣流脈動導致壓力的脈動變化，從而引發(fā)管道 截面變化處或是拐彎處的周期性振動力作用。在激振力作用下，管道 就會發(fā)生振

5、動。而當激發(fā)主頻率等于管道固有頻率 1 時，管道的機械 振動便產(chǎn)生了。氣柱共振、管道機械共振都與配管情況，管路始末端 的邊界條件有關(guān)。如果配管不好，可能會出現(xiàn) F1=K1=1的情況。既有 氣柱共振又有管道機械共振，這將使得管道難以工作，后果極其嚴 重。 3. 減振方法 活塞式壓縮機慣性力與氣流脈動無法避免，故機組與管道振動也 是無法避免的，因而振動必須被控制在一定的范圍內(nèi)，以確保機組和 管系的長周期使用而不被破壞。 3.1. 安裝和檢修達到技術(shù)標準要求 往復慣性（或稱力矩）是引起機組機械振動的源頭，安裝、檢修 至關(guān)重要，它直接關(guān)系到振動的大小。大紅山銅礦空壓機就是因為安 裝時基礎(chǔ)澆灌問題，使用

6、中出現(xiàn)基礎(chǔ)松動，從而加大機組的振動。為 此，在安裝與檢修中應注意： 3.1.1. 壓縮機的地基要穩(wěn)固； 3.1.2. 基礎(chǔ)必須單獨設(shè)置，不能和其他物體連在一起，以免生產(chǎn) 額外的振動； 3.1.3. 在主基礎(chǔ)、進排氣支座基礎(chǔ)上各墊一塊 30mm厚的鋼板，增 加基礎(chǔ)的整體性與穩(wěn)性；我礦在對壓縮機振動大、基礎(chǔ)松動處理時， 在一級進氣支座、二級排氣支座及曲軸箱基礎(chǔ)上各墊上 30mm的鋼板， 并與基礎(chǔ)澆灌成一體，再在鋼板上安裝斜墊鐵，使基礎(chǔ)連成一體，增 加了基礎(chǔ)的穩(wěn)固性。通過改造后，機組振動減小了很多，效果非常 好。 3.1.4. 為了避免產(chǎn)生附加力而增加振動，壓縮機的氣缸、中體、 曲軸箱等要保持同心，

7、并達到一定的水平規(guī)范； 3.1.5. 連桿大、小頭瓦、主軸瓦等與滑道的間隙要符合技術(shù)上的 規(guī)范要求； 第 3 頁 共 5 頁 3.1.6. 在風包底座支撐點各增加一塊鋼板，以增大受力面積，減 小振動； 我礦 2#風包的底座支撐點上曾經(jīng)出現(xiàn)裂痕，究其原因，主要在于 風包質(zhì)量較大，加之振動，便在底座支撐點上形成集中受力點，導致 風包裂紋。通過在支撐點處加裝 4塊 200300mm的鋼板后，重新安裝風 包，經(jīng)過十多年的運行，效果較好。 3.2. 避免氣柱共振 3.2.1. 在安裝管道時，要根據(jù)管路的配置和尺寸算出管路氣柱的 固有頻率，合氣柱的固有頻率 K1要高于或者是低于 F1的 30%，或是計 算

8、出共振管的長度，使實際管長避開共振管長 ; 3.2.2. 可以把緩沖罐安裝在氣流脈動的發(fā)源處，它能緩和前后管 道內(nèi)的氣流脈動，降低氣體沖擊，減小激發(fā)力。緩沖罐上接管的配置 對壓力脈動的衰減程度影響較大。 3.3. 避免管路機械共振 3.3.1. 布置管路時，需算出其機械振動的固有頻率，從而使其基 本固有頻率 1比激發(fā)主頻率 F1高 30%；應盡量減少彎頭，特別避免急 轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎的地方要配上適當支撐，并使曲率半徑大一些；為防止管 道振動過大產(chǎn)生磨損，應當在管道和支撐之間安裝橡皮或木質(zhì)襯墊； 在生產(chǎn)中，有效抑制管道機械振動過大的最佳方法便是增加支撐并減 小簡支長度。 3.3.2. 在管路系統(tǒng)中安裝

9、管道伸縮器，減小熱脹冷縮管道位移時 對管道造成的振動； 3.3.3. 閥門因脈動氣流沖擊彎頭而產(chǎn)生周期性變化的激振力，繼 而使管道產(chǎn)生振動。所以，在操作壓縮機的過程中，應當盡量少用高 壓-低壓級循環(huán)，避免節(jié)流，降低壓力脈動的不均勻度，從而減小管道 振動，延長管道使用壽命； 3.3.4. 可以在振幅最大的地方增設(shè)管架，依據(jù)激振力產(chǎn)生的方向 來設(shè)計管架的強度與剛度； 3.3.5. 設(shè)置管卡不能強行固定在某一點上，而應分散固定在多個 點，如靠近彎頭的兩端、三通交叉處附近的三個支管上，以便盡可能 地降低管道附加應力； 3.3.6. 管道應在自有狀態(tài)固定位置，盡量把管卡設(shè)置在振源點， 切忌撇勁而增加附加載荷 3.3.7. 在具有振動的場合應避免管道與管道、管道與管架、管道 與緊固螺栓等直接摩察； 在生產(chǎn)過程中，很多因素可能