活塞式空氣壓縮機的振動(dòng)與處理

　　活塞式空氣壓縮機的振動(dòng)與處理

　　摘要：活塞式壓縮機是通過(guò)氣缸、氣閥和活塞構成的不斷變化的容積來(lái)完成工作的，本文將從慣性力、氣流脈動(dòng)等方面來(lái)分析其產(chǎn)生振動(dòng)的原因，并從設備的安裝、檢修、維護和操作等方面提出了減小振動(dòng)的有效方法。

　　關(guān)鍵詞：活塞式壓縮機;管道;振動(dòng)

　　1.概述

　　空氣壓縮機作為礦山風(fēng)動(dòng)設備、工具動(dòng)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(zhuān)門(mén)設置了地表集中供風(fēng)站，為井下風(fēng)動(dòng)設備提供高壓用風(fēng)。

　　空壓站主要安裝有 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(dòng)和本身的慣性力所引起的機組和管道震動(dòng)的影響，導致壓縮機出現曲軸箱地腳螺栓松動(dòng)、裂紋、中體支座螺栓振斷、風(fēng)包支撐點(diǎn)裂紋等一系列問(wèn)題，嚴重影響壓縮機的安全運行。

　　因此，不僅設計部門(mén)要重點(diǎn)考慮減少壓縮機震動(dòng)的問(wèn)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(wèn)題。

　　2.振動(dòng)分類(lèi)及產(chǎn)生的原因

　　活塞式壓縮機的振動(dòng)就其產(chǎn)生的原因可分為兩大類(lèi)：(1)慣性力引起的機械振動(dòng);(2)氣流脈動(dòng)引起的振動(dòng)。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(dòng)

　　從計算公式可知，在設計時(shí)，可以通過(guò)曲拐錯角、列和級的合理配置來(lái)減小或平衡往復慣性力，或是通過(guò)加平衡塊來(lái)平衡旋轉慣性力。但是，在實(shí)際工作中，總會(huì )有一部分無(wú)法達到平衡的往復慣性力，而這部分往復慣性力(或稱(chēng)為力矩)就是產(chǎn)生機組機械振動(dòng)的根源。

　　2.2. 氣流脈動(dòng)引起的振動(dòng)

　　活塞式壓縮機在運轉過(guò)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出周期性的變化，這便是氣流脈動(dòng)現象。在設計過(guò)程中，我們要想降低氣流脈動(dòng)，可以采用多級配置的方式來(lái)減小壓力差。

　　2.2.1.氣柱共振：管路系統內所容納的氣體稱(chēng)為氣柱。因為氣體具有一定的質(zhì)量和彈性，可呈現壓縮、膨脹的狀態(tài)，而氣柱本身可以視為類(lèi)似彈簧的振動(dòng)系統。在壓縮機的吸氣、排氣的激發(fā)下，氣柱便會(huì )形成振動(dòng)。

　　所以，氣柱在接受激發(fā)后，把所形成的振動(dòng)以聲速向遠方傳播。氣柱由于邊界條件的存在會(huì )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(shí)，便會(huì )導致氣柱共振的發(fā)生。

　　2.2.2.管道機械共振：其實(shí)作為輸送氣流的管道，其本身也是一個(gè)彈性系統。這是由于氣流脈動(dòng)導致壓力的脈動(dòng)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(dòng)力作用。在激振力作用下，管道就會(huì )發(fā)生振動(dòng)。

　　而當激發(fā)主頻率等于管道固有頻率1時(shí)，管道的機械振動(dòng)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(huì )出現 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(dòng)無(wú)法避免，故機組與管道振動(dòng)也是無(wú)法避免的，因而振動(dòng)必須被控制在一定的范圍內，以確保機組和管系的長(cháng)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(chēng)力矩)是引起機組機械振動(dòng)的源頭，安裝、檢修至關(guān)重要，它直接關(guān)系到振動(dòng)的大小。大紅山銅礦空壓機就是因為安裝時(shí)基礎澆灌問(wèn)題，使用中出現基礎松動(dòng)，從而加大機組的振動(dòng)。為此，在安裝與檢修中應注意：

　　3.1.1.壓縮機的地基要穩固;

　　3.1.2.基礎必須單獨設置，不能和其他物體連在一起，以免生產(chǎn)額外的振動(dòng);

　　3.1.3.在主基礎、進(jìn)排氣支座基礎上各墊一塊 30mm 厚的鋼板，增加基礎的整體性與穩性;我礦在對壓縮機振動(dòng)大、基礎松動(dòng)處理時(shí)，在一級進(jìn)氣支座、二級排氣支座及曲軸箱基礎上各墊上 30mm 的鋼板，并與基礎澆灌成一體，再在鋼板上安裝斜墊鐵，使基礎連成一體，增加了基礎的穩固性。通過(guò)改造后，機組振動(dòng)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(dòng)，壓縮機的氣缸、中體、曲軸箱等要保持同心，并達到一定的水平規范;

　　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)上的規范要求;

　　3.1.6.在風(fēng)包底座支撐點(diǎn)各增加一塊鋼板，以增大受力面積，減小振動(dòng);

　　我礦2#風(fēng)包的底座支撐點(diǎn)上曾經(jīng)出現裂痕，究其原因，主要在于風(fēng)包質(zhì)量較大，加之振動(dòng)，便在底座支撐點(diǎn)上形成集中受力點(diǎn)，導致風(fēng)包裂紋。通過(guò)在支撐點(diǎn)處加裝 4 塊200×300mm 的鋼板后，重新安裝風(fēng)包，經(jīng)過(guò)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(shí)，要根據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%，或是計算出共振管的長(cháng)度，使實(shí)際管長(cháng)避開(kāi)共振管長(cháng);

　　3.2.2.可以把緩沖罐安裝在氣流脈動(dòng)的發(fā)源處，它能緩和前后管道內的氣流脈動(dòng)，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(dòng)的衰減程度影響較大，如圖 1：

　　圖 1

　　圖(a)的消振效果最差，圖(b)的消振效果可提高 15%-20%，圖(c)氣體流過(guò)的阻力(即壓力降)最大，在實(shí)際配管時(shí)要根據生產(chǎn)條件，功耗，許用壓降酌情考慮選用。

　　3.3. 避免管路機械共振

　　3.3.1.布置管路時(shí)，需算出其機械振動(dòng)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，特別避免急轉彎，轉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(dòng)過(guò)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(dòng)過(guò)大的最佳方法便是增加支撐并減小簡(jiǎn)支長(cháng)度。

　　3.3.2.在管路系統中安裝管道伸縮器，減小熱脹冷縮管道位移時(shí)對管道造成的振動(dòng);

　　3.3.3.閥門(mén)因脈動(dòng)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(dòng)。所以，在操作壓縮機的過(guò)程中，應當盡量少用高壓-低壓級循環(huán)，避免節流，降低壓力脈動(dòng)的不均勻度，從而減小管道振動(dòng)，延長(cháng)管道使用壽命;

　　3.3.4.可以在振幅最大的地方增設管架，依據激振力產(chǎn)生的方向來(lái)設計管架的強度與剛度;

　　3.3.5.設置管卡不能強行固定在某一點(diǎn)上，而應分散固定在多個(gè)點(diǎn)，如靠近彎頭的兩端、三通交叉處附近的三個(gè)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，盡量把管卡設置在振源點(diǎn)，切忌撇勁而增加附加載荷

　　3.3.7.在具有振動(dòng)的場(chǎng)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(guò)程中，很多因素可能引起振動(dòng)的加劇，例如設備之間、管道之間振動(dòng)的相互牽連。。因此，應盡量避免不同設備、管道使用同一支撐，同一廠(chǎng)房放置多臺設備。

　　4.總結

　　活塞式壓縮機的振動(dòng)是正�，F象，只有在使用中耐心維護，精心操作，把壓縮機的振動(dòng)降低到最小范圍。這樣，不僅能提高壓縮機和管道的使用壽命，還能降低消耗，提高生產(chǎn)效率。

　　參考文獻：

　　[1]陳宏均. 活塞式壓縮機使用技術(shù)手冊M. 北京： 機械工業(yè)出版社，1992.

　　[2]徐少明，金光熹.空氣壓縮機實(shí)用技術(shù)M. 北京： 機械工業(yè)出版社，1994.

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