活塞式壓縮機(jī)的管道振動(dòng)原因及防振措施

袁超

【摘 要】文章首先通過(guò)活塞式壓縮機(jī)的概述進(jìn)行了闡述，接著對(duì)振動(dòng)分類及產(chǎn)生的原因進(jìn)行了細(xì)致的分析，最后重點(diǎn)探討了活塞式壓縮機(jī)氣閥的故障分析及對(duì)策。

【關(guān)鍵詞】活塞式壓縮機(jī)；管道振動(dòng)；防振措施

一、前言

隨著當(dāng)今社會(huì)的不斷發(fā)展和生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高，生產(chǎn)和生活中對(duì)活塞式壓縮機(jī)的需求也日益漸高。因此，積極采用科學(xué)的手段，對(duì)活塞式壓縮機(jī)的管道振動(dòng)原因及防振措施進(jìn)行分析的意義就顯得非常重要。

二、活塞式壓縮機(jī)的概述

1、活塞式壓縮機(jī)的原理

單級(jí)壓縮機(jī)所能提高的壓力范圍十分有限，對(duì)于要求氣體工作壓力更高的場(chǎng)合，采用單級(jí)壓縮不僅不經(jīng)濟(jì)，有時(shí)甚至是不可能實(shí)現(xiàn)的，所以必須采用多級(jí)壓縮。多級(jí)壓縮是將氣體的總壓力分成若干級(jí)，按先后級(jí)次把氣體逐級(jí)進(jìn)行壓縮，并在級(jí)與級(jí)間將氣體進(jìn)行冷卻。其理論循環(huán)由三個(gè)連續(xù)壓縮的單級(jí)理論循環(huán)組成，為便于分析比較，假設(shè)循環(huán)中各級(jí)吸氣和排氣無(wú)阻力損失，且各級(jí)壓縮按絕熱過(guò)程（或多變指數(shù)相同的過(guò)程）進(jìn)行；每級(jí)氣體排出經(jīng)冷卻后的溫度與第一級(jí)的吸氣溫度相同（即完全冷卻）；不計(jì)泄漏以及余隙容積的影響 。

2、活塞式壓縮機(jī)的特點(diǎn)

當(dāng)壓縮機(jī)的時(shí)，其絕熱循環(huán)功比等溫循環(huán)功高，壓力比越大，這種現(xiàn)象越嚴(yán)重。為了使耗功降低以及不使排氣溫度過(guò)高而影響潤(rùn)滑油的性能，并考慮其他因素，總是把較大的壓力比分成兩級(jí)、三級(jí)以及多級(jí)壓縮，保證每級(jí)壓力比都處于較小而可行的范圍內(nèi)。多級(jí)壓縮具有下列特點(diǎn)：（1）經(jīng)濟(jì)性好，可以節(jié)省耗功。（2）降低排氣溫度，提高安全可靠性。

多級(jí)壓縮雖然具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，然而也并不是級(jí)數(shù)越多越好，這是因?yàn)椋孩偌?jí)數(shù)增加使結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜，整個(gè)裝置的制造費(fèi)用、尺寸和重量等都有所增加。②氣體通道增加，氣閥及管道的壓力損失增加。有時(shí)增加級(jí)數(shù)，使壓縮循環(huán)更接近等溫循環(huán)而省的功耗，還抵不過(guò)由于增加新的級(jí)從而產(chǎn)生的氣閥及管路的阻力損失所消耗的功，級(jí)數(shù)過(guò)多反而使經(jīng)濟(jì)性下降。③運(yùn)動(dòng)部件數(shù)增多，發(fā)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，機(jī)器效率反而有所降低。

三、振動(dòng)分類及產(chǎn)生的原因

1、由于慣性力引起的機(jī)械振動(dòng)

從計(jì)算公式可知，在設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過(guò)曲拐錯(cuò)角、列和級(jí)的合理配置來(lái)減小或平衡往復(fù)慣性力，或是通過(guò)加平衡塊來(lái)平衡旋轉(zhuǎn)慣性力。但是，在實(shí)際工作中，總會(huì)有一部分無(wú)法達(dá)到平衡的往復(fù)慣性力，而這部分往復(fù)慣性力（或稱為力矩）就是產(chǎn)生機(jī)組機(jī)械振動(dòng)的根源。

2、氣流脈動(dòng)引起的振動(dòng)

活塞式壓縮機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)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(xiàn)出周期性的變化，這便是氣流脈動(dòng)現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們要想降低氣流脈動(dòng)，可以采用多級(jí)配置的方式來(lái)減小壓力差。

（一）、氣柱共振

管路系統(tǒng)內(nèi)所容納的氣體稱為氣柱。因?yàn)闅怏w具有一定的質(zhì)量和彈性，可呈現(xiàn)壓縮、膨脹的狀態(tài)，而氣柱本身可以視為類似彈簧的振動(dòng)系統(tǒng)。在壓縮機(jī)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(yuǎn)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(dāng)激發(fā)主頻率等于K1時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致氣柱共振的發(fā)生。

（二）、管道機(jī)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(tǒng)。這是由于氣流脈動(dòng)導(dǎo)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(dāng)激發(fā)主頻率等于管道固有頻率1時(shí)，管道的機(jī)械振動(dòng)便產(chǎn)生了。氣柱共振、管道機(jī)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(xiàn)F1=K1=1的情況。既有氣柱共振又有管道機(jī)械共振，這將使得管道難以工作，后果極其嚴(yán)重。

四、活塞式壓縮機(jī)氣閥的故障分析及對(duì)策

1、故障分析

（一）、承受載荷大致使閥片損壞

活塞式壓縮機(jī)在實(shí)際運(yùn)作的過(guò)程中，其自身的閥片不僅承受著來(lái)自一個(gè)因素的力量，同樣還承受著兩種不同的荷載：一是其中氣體壓縮之后所產(chǎn)生的靜載荷，當(dāng)閥片在運(yùn)作的過(guò)程中遭受到靜載荷的影響之后，其閥片在這一過(guò)程中就可以發(fā)生較為嚴(yán)重的彎曲現(xiàn)象。而氣缸內(nèi)部所產(chǎn)生的巨大壓力又是利用閥片來(lái)吸收的低壓力氣體進(jìn)行壓縮，那么其氣缸內(nèi)部就對(duì)于閥片產(chǎn)生了較大的作用力，而其中的脈動(dòng)也在不斷的變化，這促使閥片自身在運(yùn)作的過(guò)程承受著來(lái)自靜載荷的脈動(dòng)影響，在脈動(dòng)的影響之下，閥片不斷承受著力量不同的影響，最終導(dǎo)致閥片變形或者裂縫的現(xiàn)象；而閥片自身所承受的第二種載荷就被稱之為撞擊性載荷，這種載荷存在的主要原因就是由于壓縮機(jī)在實(shí)際運(yùn)作的過(guò)程中，其其閥片由于沒(méi)有極大的穩(wěn)定性，所以會(huì)直接在升程限制器以及閥座這兩個(gè)不同位置之間不斷的跳動(dòng)，最終持續(xù)的撞擊必然會(huì)使得閥片受損。而閥片自身在出現(xiàn)撞擊現(xiàn)象之后，其閥座和閥片就會(huì)觸碰在一起，而沒(méi)有觸碰到的地方就出現(xiàn)了一定程度的彎曲、變形，在這樣的情況下，閥片自身的壽命就會(huì)受到極大的影響，進(jìn)而導(dǎo)致壓縮機(jī)出現(xiàn)故障。

（二）、氣閥的彈簧發(fā)生損壞

當(dāng)閥片與升程限制器發(fā)生撞擊時(shí)，也會(huì)與氣閥的彈簧產(chǎn)生撞擊。壓縮機(jī)其曲軸每旋轉(zhuǎn)一圈，其彈簧所承受的載荷便會(huì)由其氣閥完全閉合時(shí)的預(yù)壓縮力轉(zhuǎn)變?yōu)闅忾y全部開(kāi)啟時(shí)候的最大壓縮力，這種脈動(dòng)的載荷沖擊，會(huì)導(dǎo)致彈簧成為了氣閥所有組件中一個(gè)比較容易損壞的部件。同時(shí)，氣閥的彈簧在使用中也會(huì)出現(xiàn)過(guò)送或者是過(guò)緊配合，過(guò)送配合會(huì)導(dǎo)致彈簧的徑向跳動(dòng)和軸向跳動(dòng)，而過(guò)緊配合會(huì)導(dǎo)致彈簧被卡死或者是折斷。彈簧是導(dǎo)致氣閥閥片損壞的主要原因。

2、對(duì)策研究

（一）、采用聚四氟乙烯類制品填充物

對(duì)于沒(méi)有潤(rùn)滑油的壓縮機(jī)的氣閥，如果是傳統(tǒng)的環(huán)狀閥，其損壞就會(huì)比較嚴(yán)重，所以可以采用沒(méi)有摩擦結(jié)垢的網(wǎng)狀閥，亦或是將換向閥的升程限制器的導(dǎo)向金屬改為填充的聚四氟乙烯類制品，氣閥地步的密封臺(tái)也用聚四氟乙烯制造的密封圈。與此同時(shí)，氣閥的彈簧可以采用不銹鋼的彈簧鋼絲來(lái)制造，這些鋼絲在出廠之前都會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的處理來(lái)避免鋼絲中那些微笑缺陷的發(fā)生，從而保證了使用性能的穩(wěn)定，也增強(qiáng)了他們承受脈動(dòng)載荷的能力。

（二）、做好定期的檢查和維護(hù)

要定期的對(duì)氣閥進(jìn)行全面的檢查和清晰工作，要在不對(duì)其強(qiáng)度減小的情況下對(duì)氣閥的底座以及升程限制器所損傷的外表面進(jìn)行修復(fù)，并且要及時(shí)的更換易損件。如果發(fā)現(xiàn)氣閥的彈簧發(fā)生損壞，就需要對(duì)氣閥其他的彈簧也進(jìn)行全部的更換，這樣就會(huì)使得彈簧受力能夠均勻的分散的閥片上。

（三）、要定期的檢查

要定期的檢查壓縮機(jī)氣缸的水套以及缸平面等位置的密封狀況，并且要檢查中間冷卻器的工作狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題做到及時(shí)的處理問(wèn)題，從而盡可能的避免因?yàn)槔鋮s水進(jìn)入氣缸而導(dǎo)致劇烈的沖擊是閥片損壞。

3、防振措施

（一）、防止產(chǎn)生氣柱共振

對(duì)一臺(tái)活塞式壓縮機(jī)，激勵(lì)頻率是一定的。因此，為了防止管道氣體共振，可以只調(diào)整的固有振動(dòng)頻率，因此要避免激勵(lì)頻率，以避免空氣柱共振。要改變固有頻率有關(guān)的欄目因素是可以改變的。諧振管的長(zhǎng)度是一個(gè)重要因素，以決定是否要產(chǎn)生的氣柱共鳴。在設(shè)計(jì)階段，合理選擇管長(zhǎng)，因此要避免諧振管的長(zhǎng)度的第一個(gè)步驟，以消除空氣布局的管道，有權(quán)確定管道容器的位置有一定的影響，消除的氣柱共鳴。

（二）、防止產(chǎn)生激振力

減少管道上的彎頭、異徑管、閥門(mén)、附件等，以減少激發(fā)影響力。采取措施，降低壓力不均勻度，選用孔板時(shí)，尺寸一定要合理，主要考慮兩項(xiàng)。

開(kāi)口比：d/D=0.43～0.50。

厚度：H=3～5mm。

（三）、避免管道系統(tǒng)產(chǎn)生機(jī)械共振

要盡量去避免管道系統(tǒng)產(chǎn)生的機(jī)械共振，但調(diào)整流水線結(jié)構(gòu)的固有頻率，以避免激勵(lì)頻率。在設(shè)計(jì)階段，要注意的質(zhì)量和剛度的管道計(jì)算管結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)頻率，因此，為避免激勵(lì)頻率。支持較少，如在現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械共振，可以捆綁在一起，或者添加，改變其剛度，改變流水線結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)頻率，以避免激勵(lì)頻率，消除了管道的機(jī)械共振。

五、結(jié)束語(yǔ)

活塞式壓縮機(jī)的管道振動(dòng)的分析作為工程管理的核心工作之一，對(duì)工程項(xiàng)目的管理方面具有十分重要的作用，我們必須采用科學(xué)的方法對(duì)防振措施進(jìn)行探究。

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