活塞式压缩机的管道振动原因及防振措施

袁超

【摘 要】文章首先通过活塞式压缩机的概述进行了阐述，接着对振动分类及产生的原因进行了细致的分析，最后重点探讨了活塞式压缩机气阀的故障分析及对策。

【关键词】活塞式压缩机；管道振动；防振措施

一、前言

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。

二、活塞式压缩机的概述

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，为便于分析比較，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、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，并考虑其他因素，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。

三、振动分类及产生的原因

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、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。

（一）、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。

（二）、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。

四、活塞式压缩机气阀的故障分析及对策

1、故障分析

（一）、承受载荷大致使阀片损坏

活塞式压缩机在实际运作的过程中，其自身的阀片不仅承受着来自一个因素的力量，同样还承受着两种不同的荷载：一是其中气体压缩之后所产生的静载荷，当阀片在运作的过程中遭受到静载荷的影响之后，其阀片在这一过程中就可以发生较为严重的弯曲现象。而气缸内部所产生的巨大压力又是利用阀片来吸收的低压力气体进行压缩，那么其气缸内部就对于阀片产生了较大的作用力，而其中的脉动也在不断的变化，这促使阀片自身在运作的过程承受着来自静载荷的脉动影响，在脉动的影响之下，阀片不断承受着力量不同的影响，最终导致阀片变形或者裂缝的现象；而阀片自身所承受的第二种载荷就被称之为撞击性载荷，这种载荷存在的主要原因就是由于压缩机在实际运作的过程中，其其阀片由于没有极大的稳定性，所以会直接在升程限制器以及阀座这两个不同位置之间不断的跳动，最终持续的撞击必然会使得阀片受损。而阀片自身在出现撞击现象之后，其阀座和阀片就会触碰在一起，而没有触碰到的地方就出现了一定程度的弯曲、变形，在这样的情况下，阀片自身的寿命就会受到极大的影响，进而导致压缩机出现故障。

（二）、气阀的弹簧发生损坏

当阀片与升程限制器发生撞击时，也会与气阀的弹簧产生撞击。压缩机其曲轴每旋转一圈，其弹簧所承受的载荷便会由其气阀完全闭合时的预压缩力转变为气阀全部开启时候的最大压缩力，这种脉动的载荷冲击，会导致弹簧成为了气阀所有组件中一个比较容易损坏的部件。同时，气阀的弹簧在使用中也会出现过送或者是过紧配合，过送配合会导致弹簧的径向跳动和轴向跳动，而过紧配合会导致弹簧被卡死或者是折断。弹簧是导致气阀阀片损坏的主要原因。

2、对策研究

（一）、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。

（二）、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，就需要对气阀其他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。

（三）、要定期的检查

要定期的检查压缩机气缸的水套以及缸平面等位置的密封状况，并且要检查中间冷却器的工作状况，及时发现问题做到及时的处理问题，从而尽可能的避免因为冷却水进入气缸而导致剧烈的冲击是阀片损坏。

3、防振措施

（一）、防止产生气柱共振

对一台活塞式压缩机，激励频率是一定的。因此，为了防止管道气体共振，可以只调整的固有振动频率，因此要避免激励频率，以避免空气柱共振。要改变固有频率有关的栏目因素是可以改变的。谐振管的长度是一个重要因素，以决定是否要产生的气柱共鸣。在设计阶段，合理选择管长，因此要避免谐振管的长度的第一个步骤，以消除空气布局的管道，有权确定管道容器的位置有一定的影响，消除的气柱共鸣。

（二）、防止产生激振力

减少管道上的弯头、异径管、阀门、附件等，以减少激发影响力。采取措施，降低压力不均匀度，选用孔板时，尺寸一定要合理，主要考虑两项。

开口比：d/D=0.43～0.50。

厚度：H=3～5mm。

（三）、避免管道系统产生机械共振

要尽量去避免管道系统产生的机械共振，但调整流水线结构的固有频率，以避免激励频率。在设计阶段，要注意的质量和刚度的管道计算管结构的固有振动频率，因此，为避免激励频率。支持较少，如在现场的机械共振，可以捆绑在一起，或者添加，改变其刚度，改变流水线结构的固有振动频率，以避免激励频率，消除了管道的机械共振。

五、结束语

活塞式压缩机的管道振动的分析作为工程管理的核心工作之一，对工程项目的管理方面具有十分重要的作用，我們必须采用科学的方法对防振措施进行探究。

参考文献：

[1]张道刚，王茂廷，王杰，等.往复式压缩机管道振动的ANSYS分析[J].化工设备与管道，2011

[2]姜文全，杨帆，王茂廷，等.往复压缩机管道振动分析及改进[J].压缩机技术，2011.

[3]董骥，曹军凯，吴应德，等.活塞式压缩机管系结构固有频率的数值计算[J].化工机械，2010.