往復式壓縮機及其管道系統的振動,主要有以下幾方面的原因:
1.壓縮機本體振動引起的
2.壓縮機工作的周期性造成的
3.壓縮機基礎共振引起的振動
4.壓縮機組內部管路系統設計不合理造成的
試驗表明:**種情況是往復式壓縮機組在實際生產操作中,引起機組管路振動大的主要原因。區分清楚壓縮機振動機理,找對影響壓縮機振動的振源,才能很好地解決壓縮機的振動。
1. 往復式壓縮機氣流脈動
氣流在管路中的流動,如果沒有壓力和速度的變化,則氣流對管路的作用力只有靜力而沒有動力作用,管路也就不會引起振動。
壓縮機管路內充滿的氣體稱為氣柱。由于氣體可以壓縮、膨脹,所以氣柱本身是一個具有連續質量的彈性振動系統。這個系統受到一定的激發之后,就會發生振動。
往復式壓縮機組在輸送流體的過程中,由于壓縮機的吸排氣過程具有間歇性、周期性,故氣流在通過其管道系統某一指定點的氣流壓力和速度也呈周期性變化,這種現象叫氣流脈動。
這種脈動不但隨著位置改變,而且隨著時間改變。氣流脈動會對氣柱形成一定的激發或者干擾。當激發頻率與管道的氣柱固有頻率一致時,就形成了氣柱共振,更加增強了管路內的氣流脈動,此時管路的振動會成倍增加,導致機組或系統的破壞或事故的發生。
往復式壓縮機組的這種氣流脈動現象會造成很多危害,如:降低壓縮機的容積效率、引起壓縮機的額外耗功、進出口氣閥疲勞損壞、管路系統應力發生周期性變化,從而引起壓縮機組管路系統及其相連接的管路系統的振動,引發機組停車、管道系統斷裂,造成泄漏和爆炸等重大事故。
2. 本身結構帶來的慣性力和力矩的不平衡
往復壓縮機在實現吸排氣過程中,其機體主要承受以下幾方面的力:
壓力氣體作用在活塞上的力,這部分的力進而傳遞到活塞桿,通過十字頭、連桿傳遞到機身上。
驅動機的作用力。
活塞的慣性力。
活塞及曲柄連桿機構自身的重力。
如果往復式壓縮機機組結構或者基礎設計不合理,機組各零部件不對中或間隙不合理,還會由于機組嚴重磨損而產生摩擦力等,上述各方面產生力的合力就會通過某一支點傳遞到壓縮機的機身或基礎上,造成壓縮機機組的振動。
3. 壓縮機基礎設計不合理引起的振動
壓縮機應保證基礎的結構強度,保證基礎的振動不得超過允許值,保證基礎不發生沉降。一般壓縮機的基礎質量應為不平衡擾力的15~20倍。一般基礎允許的*大振幅為200μm,*大振動速度不應大于6.3mm/s,同時避免基礎落入壓縮機的擾力的共振范圍之內。國內就曾有壓縮機因為擾力計算錯誤,基礎落人擾力二次諧波共振范圍內,出現較大振動,*后將基礎全部炸掉,重新澆筑。
4. 安裝和使用不當引起的振動
壓縮機地腳螺栓松動,機身水平度不符合要求,機組對中不好,滑道間隙過大,曲軸中心線和機身滑道中心線不垂直,連桿大小頭瓦間隙過大,缸套松動,以及死點間隙過小,活塞桿跳動過大等都會引起壓縮機機組的振動。
5. 管路系統設計不合理引起的振動
往復式壓縮機的特性決定了氣流脈動是不可能完全消除的。壓力脈動作用在壓力管道的轉彎處或者截面積的變化處,形成不平衡力,這些不平衡力作用在管路系統上時,管路系統就會做出機械振動響應。所以當往復式壓縮機機組在設計時管路系統設計不合理,也會造成管路振動。例如:壓縮機進出口緩沖罐設計較小,緩沖效果差,造成壓力脈動大;閥門位置布置不合理或者管道管徑選擇不合理,管路長度落在氣柱共振長度范圍之內,造成管路氣柱和壓縮機吸排氣發生共振;管路支撐不合理,管路自振頻率落在壓縮機的共振頻率之內,造成管路機械共振;或者管路支撐不合理、走向不合理,造成管路激振力較大,引發較大的實際振幅。