基于化工机械设备的振动控制研究

【摘 要】振动是指一个状态改变的过程，即物体的往复运动。在许多情况下，振动被认为是消极因素。例如，振动会影响精密仪器设备的功能，降低加工精度和光洁度等。在化工、石油企业中往复式压缩机被大量应用，其设备生产厂家通常将其设计为通用设备，没有根据用户的实际要求针对性的优化，普遍出现振动现象。本文就此展开相关论述。

【关键词】振动原因 减震措施 化工机械设备 往复式压缩机

前 言：往复式压缩机属于容积式压缩机，是使一定容积的气体顺序地吸入和排出封闭空间提高静压力的压缩机。往复式压缩机的类型比较多，相对结构较为复杂，从结构上研究，一般包含了气缸、运动机构和机体、辅助部件、驱动机和控制系统。其工作过程可以分为膨胀、吸气、压缩、排气4个环节。

一 振动原因

1）自身结构形成的惯性力与力矩的不平衡。往复式压缩机在吸排气过程中，其机体对几下方面的力积极承受：①压力气体在活塞上产生的力进一步传输到活塞杆上，通过十字头、连杆传输到机身。②驱动机产生的作用力。③活塞产生的惯性力。④活塞机曲杆结构本身形成的重力。如果往复式压缩机设计机构不够科学合理，全部机组零件没有对中或者缺少合理的间隙，就会导致机组形成十分严重的磨损进而产生摩擦力，上述情况形成的合力会通过某个支点传输到压缩机机身，如此一来压缩机便出现了振动。

2）往复式压缩机气流脉动。气流存在于管路中，在输送过程中采用往复式压缩机时，在吸排气过程中压缩机体现出的间歇与周期特点，所以某一指定点在管理系统中通过气流的过程中气流压力和速度之间的周期变化特点，将其称作气流脉动。这一脉动不但随着位置出现改变，也会随着时间而发生变化。一定程度上气流脉动对其气柱进行了激发或者干扰。当激发频率等同于管道中气柱的特有频率时，便会出现气柱共振，有效加强了管路中形成的气流脉动，此时管路的振动也会迅速增加，造成机组或者系统发生破坏性事故。往复式压缩机的这一气流脉动现象会造成很大的危害，比如：影响了压缩机的容积效率、使压缩机形成额外功耗、对出口气阀造成了疲劳损坏、管理系统中的应力发生周期变化，使得整个压缩机管路系统以及与其相连的管路系统的振动，进而引发机组停车、管理系统的断裂，最终导致了严重的泄漏和爆炸问题。

3）管路系统设计缺乏科学性引发的振动。往复式压缩机的特点决定了无法抵消气流脉动。压力脉动在压力管道拐弯位置或者截面积上出现了改变引发了不平衡力，其在管路系统中最大程度发挥了作用，引起了机械振动。因此对往复式压缩机管路系统进行缺少科学性的设计时，就会导致管路振动。例如：压缩机进出口缓冲罐设计很小，不能形成良好的缓冲效果，产生了巨大的压力脉动；设计阀门位置不科学或者选择管道管径不科学，管路长度在气柱共振范围内引起了管路气柱和压缩机吸排气形成了共振；不够合理的管路支撑，在压缩机共振频率内出现了自振频率，进而引发了管路机械共振问题；或者缺乏科学的管路支撑，走向十分模糊，增加了管路激振力，形成了极大的实际振幅。

4）压缩机基础设计不科学造成的振动。压缩机必须确保基础的结构强度，保证基础振动在允许的范围内，进而促使基础不会出现沉降。压缩机一般的基础质量想到与不平衡扰力的15-20倍。允许的基础最大振幅为200um，最大振动速度一定不高于6.3mm/s，与此同时避免在压缩机扰力共振范围内落入基础。

二 往复式压缩机减振措施

1）科学选择气缸的作用方式。气缸吸排气对往复式压缩机进出口的激发，形成了气流脉动。气流脉动与气缸对管道形成了直接相关的作用方式。因此，科学选择气缸作用方式，可以从根本上对进出口管道上的气流脉动有效降低。

2）设置缓冲罐，降低压力不均匀度。减缓气流脉动最为简单与有效的措施便是设置缓冲罐，经过压缩机排除的气体通过缓冲罐之后显著降低了压力脉动。缓冲罐和气缸之间距离越短则其缓冲效果越佳；缓冲器和气缸之间的距离越长，则其缓冲效率越差。在保证足够的空间距离状况下，必须尽可能在紧靠压缩机进出口位置设置缓冲罐，同时必须认真计算缓冲罐的容积。缓冲器的结构不同，也会形成不同的缓冲效果。缓冲器通常包括了球形和圆筒形缓冲。在容积一定的情况下，球形缓冲器的缓冲效果则越好。

3）科学增减消振孔板。孔板可以降低气流脉动，主要原因在于其属于一个阻力元件，当出现不同尺寸时，它的局部损失系数也不同。在足够大的容积的容器进出口上安装科学尺寸的孔板，由于损失能量进而降低振幅，这样可以迅速衰减了管道机械振动。对于容器来讲，假如进口管脉动数值比较大，则应当在进口位置安装孔板，假如出口脉动数值较大，则应当在出口位置安装。将孔径比值0.5的孔板安装在128米长的等截面管的气罐进口法兰位置，利用单杠单作用空气压缩机，测量压力不均匀度δ，无孔板时δ=20%，有孔板时δ=19%。假如在远离容器位置安装同一孔板，δ=11%，效果明显降低。由于增加消振孔板的同时又出现了局部压力损失，因此在对孔板选择的过程中，应当选择合理的孔径，通常孔径比是0.43-0.5，厚度3-5mm。孔板比较厚会增加局部阻力损失，并且形成噪音。孔板的材料等同于管道。孔板的型式应当很好适应法兰的密封面。

4）管道系统局部增加抗振能力。尽量利用标准管件实现压缩机工艺管道的分支、拐弯以及变径位置，重要因为标准管件自身拥有较高的强度。对于无法应用标准管件的位置，对于仪表管嘴以及分支管道和主管管径差距较大造成标准异径三通不能实现位置，应当采取合理的补强措施，所以在该处集中应力，形成交变的峰值应力，将会很快对结构造成疲劳损坏。同样，这类管系不适合利用螺纹连接分支管道也应当采取合理的支撑，由于支管比较小，非常容易出现振动。应当尽可能与主管靠近安装放空、排凝、阀门。

5）科学设置管道支架。①利用独立基础的支架基础。压缩机的管道应当防止在厂房结构梁上固定，如果无法避免，应当认真分析计算管道振动情况，促使管道系统不会与厂房结构出现共振。振动管道的支架基础必须和压缩机、建筑物基础分离，严禁在厂房、构架、平台与设备上固定振动管道。②采用不等间距布置管道支架。为了避免管道的振动，应当在不等跨的管墩上布置管道，也就是两个相邻支架间距不等。其差值通常取100-200mm。一般间距小于3m，支架设置应当促使管道固有频率避开激振频率的0.8-1.2被区域。③管道支架设置防振管卡。为了避免机组不平衡转动引起的管道系统振动，必须在进出口缓冲罐位置设计支承，但是由于管道系统温度比较高，假如利用固定支架则阻碍了管道热补偿。而防振管卡允许管道的轴向自由度，不但符合了管道系统的热补偿要求，还发挥了极好的防振功能，因此，在压缩机管道支架中防振管卡应用十分广泛。在管道和防振管卡之间设计一层非金属板，这样有效确保了管道与管卡的充分接触，防止出现间隙，同时对管道的热膨胀位移进行了考虑。

三 结束语

目前往复式压缩机主要是活塞式空压机，化工工艺压缩机，石油、天然气压缩机等，拥有十分广泛的应用范围，在使用过程中，容易形成振动，对用户造成了不利影响。因此，需要有目的性的实行技术改造，实现降振减噪的目标。

参考文献：

[1]吴东旭.往复式压缩机出口管线振动分析及防振设计[J].当代化工，2011（1）.

[2]赫暮雨.往复式压缩机管系振动与控制措施[J].油气田地面工程，2010（2）.