活塞式往复压缩机振动问题探讨

赵小军

（中国石油乌鲁木齐石化公司机电仪运维中心，新疆乌鲁木齐）

摘要：活塞式往复压缩机是一种广泛应用于石油、化工、制冷等行业的机械设备。然而，在实际运行过程中，活塞式往复压缩机可能会出现振动问题，这不仅会影响设备的稳定性和安全性，还可能导致设备性能下降、寿命缩短甚至故障停机。因此，对于活塞式往复压缩机的振动问题进行深入分析和分类，对于保障设备的正常运行具有重要意义。

关键词：活塞式往复压缩机；振动；原因分析；处理措施；

1活塞式往复压缩机结构组成及工作原理

1.1结构组成

（1）机体：是压缩机的骨架，由气缸体、中体、曲轴箱三部分组成。它们之间通过法兰和定位销定位，并通过螺栓紧固连成一体。机体内部安装着曲轴、连杆、十字头、滑道、中间冷却器、气缸等部件，为它们提供安装空间。机体外部设有进、排气口和润滑油进、回油口等接口，方便与外设连接。

（2）曲轴：是压缩机中最重要的运动部件之一，它接受电动机或内燃机的功率，并将其转换为活塞的往复运动。曲轴的设计需考虑强度、刚度和耐磨性，以确保其长期稳定运行。

（3）连杆：连接曲轴和十字头的部件，将曲轴的旋转运动转换为活塞的往复运动。连杆在工作过程中需承受较大的交变载荷，因此其材质和制造工艺需满足高强度和高耐磨性的要求。

（4）十字头：连接连杆和活塞杆的部件，具有导向作用，确保活塞在气缸内做直线往复运动。十字头的设计需考虑其导向精度和耐磨性，以保证活塞运动的稳定性。

（5）活塞与活塞杆：活塞是压缩机的主要工作部件，它在气缸内做往复运动，实现气体的压缩。活塞杆连接活塞和十字头，传递活塞的往复运动。活塞和活塞杆的材料需具有良好的耐磨性和抗腐蚀性。

（6）气缸与气阀：气缸是活塞运动的空间，气阀则控制气体的进出。气缸需具有良好的密封性和耐磨性，而气阀则需具有快速响应和良好密封性能。

1.2活塞式往复压缩机工作原理

活塞式往复压缩机的工作原理是通过活塞的往复运动来压缩气体。具体过程如下：

（1）吸气过程：当活塞从气缸一端向另一端运动时，气缸内压力降低，外部气体在大气压力的作用下通过气阀进入气缸。

（2）压缩过程：活塞继续向气缸另一端运动，气缸内气体被压缩，压力逐渐升高。

（3）排气过程：当活塞运动到气缸另一端时，气缸内压力达到最高，此时气阀关闭。活塞开始向气缸一端运动，将压缩后的气体通过气阀排出。

（4）排气后吸气过程：活塞继续向气缸一端运动，气缸内压力降低，外部气体再次通过气阀进入气缸，完成一个工作循环。

通过以上四个过程，活塞式往复压缩机不断地将气体压缩并排出，实现气体的输送和压缩。

2活塞式往复压缩机振动分类

活塞式往复压缩机的振动可以根据其产生原因和表现形式进行分类。一般而言，压缩机振动可以分为以下几类：

（1）机械振动：机械振动主要是由于压缩机内部运动部件的不平衡、松动或磨损等原因引起的。这类振动通常表现为设备整体的晃动或某一部件的振动。

（2）气流脉动振动：气流脉动振动是由于压缩机内气体流动的不稳定性导致的。当气体在管道中流动时，由于流速的变化和管道结构的影响，会产生脉动现象，进而引发振动。

（3）电磁振动：电磁振动主要是由于电机的工作不稳定或电气部件故障引起的。这类振动通常与电机的运行状态密切相关，表现为电压、电流的波动和电机的振动。

（4）共振：共振是由于压缩机的振动频率与外部激励频率相接近或相等时产生的。这种情况下，振动幅度会显著增大，对设备造成严重影响。

3活塞式往复压缩机振动原因分析

3.1机械振动原因分析

（1）运动部件不平衡：如曲轴、连杆、活塞等部件的不平衡会导致旋转或往复运动的不稳定，进而产生振动。

（2）部件松动或磨损：长时间运行或维护不当可能导致部件松动或磨损，使得压缩机在运行过程中产生振动。

（3）安装不当：压缩机的安装基础不牢固、水平度不够或安装位置不合理等因素，也可能导致机械振动。

3.2气流脉动振动原因分析

（1）气体流速变化：压缩机内部气体流速的不稳定会导致气体压力的波动，进而引发振动。

（2）管道结构影响：管道的长度、直径、弯曲度等因素都会影响气体的流动状态，导致气流脉动现象的产生。

（3）进排气阀工作不稳定：进排气阀的开启和关闭时间不准确或不稳定，会影响气体的流动，从而引发振动。

3.3电磁振动原因分析

（1）电机故障：电机内部故障如绕组短路、断路或轴承磨损等，会导致电机运行不稳定，进而产生电磁振动。

（2）电气部件故障：如电压不稳定、电源线路接触不良等电气部件故障，也可能导致电磁振动的发生。

3.4共振原因分析

（1）固有频率与外部激励频率接近：当压缩机的固有频率与外部激励频率相接近或相等时，容易引发共振现象。

（2）系统阻尼不足：阻尼是减少振动的重要因素之一。如果压缩机系统的阻尼不足，会使得振动更容易被放大，进而引发共振。

3活塞式往复压缩机高振动处理措施

3.1机械振动处理措施

机械振动是活塞式往复压缩机高振动的常见原因之一，处理机械振动主要从以下几个方面入手：均衡和调整旋转部件：压缩机中的曲轴、连杆、活塞等旋转部件若存在不平衡，会导致振动加剧。因此，需要对这些部件进行精确的质量分布均衡和调整，以减少不平衡振动。这通常涉及到对部件进行动平衡测试，并根据测试结果进行相应的调整。检查和更换磨损零件：定期检查压缩机内部的机械零件，特别是轴承、齿轮等易磨损部件，对于磨损严重的零件及时更换。通过减少因零件磨损引起的振动，可以有效降低压缩机的整体振动水平。加强设备基础：确保压缩机安装基础牢固、水平度符合要求，以减少因安装不当引起的振动。在必要时，可以采用加固措施，如增加支撑结构或使用减振垫等，以提高设备的稳定性。

3.2气流脉动振动处理措施

气流脉动振动是活塞式往复压缩机振动的另一重要原因，针对这一问题，可以采取以下措施：优化管道设计：合理设计压缩机进出口管道，减少管道长度、弯曲度和直径突变，以降低气流脉动现象。同时，确保管道支撑牢固，减少因管道振动引起的压缩机振动。设置缓冲罐和孔板：在压缩机进出口管道上设置缓冲罐和孔板，可以有效地吸收和消减气流脉动能量。缓冲罐能够减少气体压力的波动，而孔板则能够降低管道中的压力脉动，两者共同作用，可以显著减少气流脉动振动。调整压缩机运行参数：通过调整压缩机的转速、进气压力、排气压力等运行参数，使压缩机的运行状态更趋近于稳定，从而降低气流脉动振动的发生概率。

3.3电磁振动处理措施

电磁振动虽然相对较少见，但一旦发生也可能对压缩机造成较大影响。处理电磁振动主要从以下几个方面入手：检查电机及电气部件：定期检查电机的运行状态，确保电机内部无故障，电气部件连接良好。对于发现的故障和问题，及时进行处理和更换，以避免电磁振动的产生。优化电源质量：确保压缩机的电源质量稳定，避免电压波动和电源线路接触不良等问题。可以采用稳压器、滤波器等设备，提高电源质量，减少电磁振动的发生。

3.4共振处理措施

共振是活塞式往复压缩机高振动的特殊情况，处理共振主要采取以下措施：调整系统固有频率：通过改变压缩机或管道的结构和尺寸，调整系统的固有频率，使其远离外部激励频率，从而避免共振现象的发生。增加阻尼：在压缩机或管道上增加阻尼材料或装置，如橡胶减振垫、阻尼器等，以提高系统的阻尼，减少振动能量的传递和放大。

4总结

在实际应用中，应根据压缩机的具体情况和运行环境，有针对性地选择和处理高振动问题。同时，加强设备的日常维护和保养，及时发现并处理潜在问题，也是确保压缩机稳定运行的重要措施。

参考文献

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[2]朱建雄,谢雨兵,姜岩,杨文学,阚兴栋,陈伟.活塞往复式压缩机振动治理[J].新疆石油科技,2019,27(03):53-57.