往復(fù)式壓縮機(jī)的振動(dòng)原因分析及解決措施

曹強(qiáng)強(qiáng)，高志濤，高崗，劉丹妮，呂勝男

（陜西延長(zhǎng)石油天然氣股份有限公司，陜西 延安 717400）

1 往復(fù)式壓縮機(jī)工作原理及設(shè)備簡(jiǎn)介

（1）工作原理。往復(fù)式壓縮機(jī)主要是由曲軸、連桿、十字頭、活塞桿、輔助系統(tǒng)等若干個(gè)單一部分組成，其工作原理是通過(guò)曲軸連桿機(jī)構(gòu)將曲軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)連桿的傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由氣缸內(nèi)壁、氣缸蓋和活塞頂面所構(gòu)成的工作容積則會(huì)發(fā)生周期性變化。曲軸旋轉(zhuǎn)一周，活塞往復(fù)一次，氣缸內(nèi)相繼實(shí)現(xiàn)膨脹、進(jìn)氣、壓縮、排氣的過(guò)程，即完成一個(gè)工作循環(huán)。

（2）設(shè)備簡(jiǎn)介。志丹站共有五臺(tái)往復(fù)式壓縮機(jī)，布置方式均為單層分體撬裝布置，其中再生氣壓縮機(jī)為兩列兩級(jí)，2D 型對(duì)稱平衡式壓縮機(jī)、氣缸為無(wú)油潤(rùn)滑雙作用水冷式，BOG 壓縮機(jī)為四列兩級(jí)，M 型對(duì)稱平衡式壓縮機(jī)、氣缸為無(wú)油潤(rùn)滑雙作用水冷式，循環(huán)BOG 壓縮機(jī)為四列三級(jí)，M 型對(duì)稱平衡式壓縮機(jī)、氣缸為無(wú)油潤(rùn)滑雙作用水冷式，表1 是壓縮機(jī)主要參數(shù)。

表1

2 機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中異常振動(dòng)原因分析及處理措施

是機(jī)器就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，壓縮機(jī)也不例外，引起壓縮機(jī)振動(dòng)主要原因有兩種：一種是由于壓縮機(jī)本身運(yùn)動(dòng)部件平衡性較差、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理或者基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不當(dāng)引起的；另一種是由于氣流脈動(dòng)引起的。氣流脈動(dòng)是指往復(fù)壓縮機(jī)管道系統(tǒng)，由于壓縮機(jī)的吸排氣過(guò)程是間歇性、周期性的，故其管道內(nèi)指定點(diǎn)的氣流壓力、速度呈周期性變化的現(xiàn)象。其中最常見(jiàn)的是氣流脈動(dòng)引起的振動(dòng)。以下主要介紹機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的振動(dòng)現(xiàn)象。

（1）壓縮機(jī)底座二次灌漿。首先，作為整體撬裝設(shè)備，在安裝過(guò)程中一定要確保地面平整，緊固螺栓牢靠。其次，一定要對(duì)壓縮機(jī)底座進(jìn)行二次灌漿，提高撬塊的固有頻率，避開(kāi)激發(fā)頻率產(chǎn)生的共振，通過(guò)在曲軸箱底部、氣缸底部、洗滌罐底部灌注配重水泥來(lái)增加撬塊剛性，改變固有頻率。

（2）再生氣壓縮機(jī)試車時(shí)二級(jí)氣缸振動(dòng)異常。再生氣壓縮機(jī)試車時(shí)，用手動(dòng)測(cè)振筆對(duì)二級(jí)氣缸缸頭進(jìn)行檢測(cè)，具體檢測(cè)數(shù)據(jù)如表2。

表2

從表2 數(shù)據(jù)可以看出，壓縮機(jī)二級(jí)氣缸缸頭徑向振動(dòng)偏大，經(jīng)檢查機(jī)組二級(jí)十字頭、氣缸等部件運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)無(wú)異常聲音。負(fù)荷試車結(jié)束后，停車時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組出口單向閥泄漏，出口氣體倒流至機(jī)體內(nèi)，于是拆卸出口單向閥，發(fā)現(xiàn)單向閥積灰嚴(yán)重，氣閥彈簧無(wú)法動(dòng)作，導(dǎo)致泄漏，對(duì)閥瓣及彈簧進(jìn)行清理后回裝，并用柴油進(jìn)行試漏，單向閥正常工作，于是機(jī)組進(jìn)行二次試車，具體檢測(cè)數(shù)據(jù)如表3。

表3

從表3 可以看出，壓縮機(jī)二級(jí)氣缸缸頭徑向振動(dòng)明顯減小，分析原因主要是因?yàn)槌隹趩蜗蜷y泄漏，機(jī)組輸送氣體介質(zhì)時(shí)氣流脈動(dòng)造成的，因?yàn)橐坏﹩蜗蜷y泄漏，導(dǎo)致氣體介質(zhì)倒流；此外，單向閥失效對(duì)降低其對(duì)消減氣流脈動(dòng)能量效果，因此，單向閥對(duì)管路振動(dòng)起到了非常重要的作用。

（3）再生氣壓縮機(jī)試車時(shí)，氣流共振引起聲音振動(dòng)異常。2017年5月再生氣壓縮機(jī)空負(fù)荷試車完成后，進(jìn)行負(fù)荷試車，當(dāng)壓縮機(jī)二返一調(diào)節(jié)閥全部關(guān)閉后，機(jī)組聲音異常，且管線振動(dòng)較大，經(jīng)仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)，二返一調(diào)節(jié)閥旁通截止閥未關(guān)嚴(yán)，氣體節(jié)流導(dǎo)致氣流發(fā)生振動(dòng)，與管壁振動(dòng)頻率達(dá)到一致，從而出現(xiàn)共振現(xiàn)象。關(guān)死截止閥，異常聲音消失，振動(dòng)明顯減小。

（4）再生氣壓縮機(jī)二級(jí)氣缸支撐板斷裂及排氣緩沖罐地腳螺栓斷裂：①同類型裝置延川站再生氣壓縮機(jī)二級(jí)氣缸支撐板斷裂，雖然支撐板不是主要減振措施，但是如果支撐板設(shè)計(jì)厚度不夠或者無(wú)加強(qiáng)筋板，則導(dǎo)致壓縮機(jī)氣缸振動(dòng)增大，機(jī)組無(wú)法正常運(yùn)行。②志丹站再生氣壓縮機(jī)B 機(jī)，在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)二級(jí)排氣緩沖罐地腳螺栓斷裂，缸頭振動(dòng)較大，停機(jī)取出斷絲，發(fā)現(xiàn)該螺栓為單頭鑄鐵螺栓，強(qiáng)度等級(jí)只有6.8，強(qiáng)度等級(jí)過(guò)低。改進(jìn)措施：提供壓縮機(jī)振動(dòng)檢測(cè)數(shù)值，要求廠家重新核算，增加支撐板的厚度，并隨時(shí)檢查緊固螺栓，將壓縮機(jī)振動(dòng)將至最低。將單頭螺栓更換為雙頭螺栓，材質(zhì)由鑄鐵更換為35CrMoA 材質(zhì)，并使用強(qiáng)度等級(jí)在8.8 以上的螺栓，緊固兩端采取加彈簧墊、背雙螺母的措施，保證排氣緩沖罐的穩(wěn)定性。

（5）循環(huán)BOG 壓縮機(jī)二級(jí)冷卻器振動(dòng)異常。2018年5月日常巡檢發(fā)現(xiàn)循環(huán)BOG 壓縮機(jī)二級(jí)冷卻器封頭振動(dòng)較大，于是，用測(cè)振筆選擇二級(jí)冷卻器封頭、二級(jí)排氣緩沖罐出口管線及二級(jí)冷卻器介質(zhì)出口管線三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，具體數(shù)據(jù)如表4。

項(xiàng)目 5月5 日 5月6 日 5月7 日 5月8 日 5月9 日 5月10 日 5月11 日二級(jí)冷卻器封頭軸向振動(dòng) 22.5mm/s 23mm/s 22.8mm/s 23.2mm/s 22.6mm/s 22.5mm/s 22.3mm/s二級(jí)冷卻器封頭徑向振動(dòng) 18.5mm/s 19.2mm/s 18.3mm/s 18.6mm/s 19mm/s 19.3mm/s 18.3mm/s緩沖罐出口管線軸向振動(dòng) 23mm/s 22.5mm/s 22.8mm/s 22.8mm/s 22.6mm/s 22.8mm/s 22.6mm/s緩沖罐出口管線徑向振動(dòng) 18mm/s 18.5mm/s 18.3mm/s 19.2mm/s 19mm/s 18.4mm/s 18.8mm/s冷卻器介質(zhì)出口管線軸向振動(dòng) 16.5mm/s 17mm/s 16.8mm/s 16.2mm/s 16.6mm/s 16mm/s 17mm/s冷卻器介質(zhì)出口管線徑向振動(dòng) 12.3mm/s 12.4mm/s 12.8mm/s 12.2mm/s 12.9mm/s 13mm/s 12.5mm/s

根據(jù)表4 可以看出，最高振幅高達(dá)23.2mm/s，依據(jù)往復(fù)式壓縮機(jī)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)《JB/T8541-1997》振動(dòng)烈度達(dá)到D 級(jí)，已經(jīng)嚴(yán)重影響機(jī)組正常運(yùn)行，針對(duì)此問(wèn)題，設(shè)備組立即展開(kāi)討論，最終一致認(rèn)為是由于二級(jí)排氣緩沖罐出口管線過(guò)短，且出口處有兩處彎頭，氣流脈動(dòng)不斷地沖擊彎頭導(dǎo)致管路振動(dòng)增大。改進(jìn)措施：經(jīng)過(guò)討論，首先，決定在二級(jí)排氣緩沖罐出口法蘭處增加泄漏孔板，并在二級(jí)冷卻器上增加止推支架。限流孔板與緩沖罐連在一起使管道尾端不再具有反射條件，可以將原來(lái)管道內(nèi)存在的駐波變成行波，從而降低了管道中的脈動(dòng)不均勻度，來(lái)實(shí)現(xiàn)減振的目的；其次，通過(guò)在二級(jí)冷卻器與鋼結(jié)構(gòu)之間增加止推支架，來(lái)改變管道支撐數(shù)量、位置和結(jié)構(gòu)，從而改變管道的固有頻率，以避免共振。應(yīng)注意的是：采用增加支承的方法要對(duì)管道進(jìn)行應(yīng)力核算；支承剛度越大，固有頻率越高，反之越低。于是，此處支撐采用了剛性連接，并選擇質(zhì)量較小的鋼管作為支撐。改進(jìn)后的運(yùn)行檢測(cè)數(shù)值具體統(tǒng)計(jì)如表5。

表5

（6）壓縮機(jī)裝配間隙發(fā)生變化導(dǎo)致振動(dòng)異常。壓縮機(jī)只要運(yùn)行，就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，而機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，超過(guò)規(guī)定檢修時(shí)間，可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)械磨損，引起裝配間隙過(guò)大，導(dǎo)致振動(dòng)增大，所以往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行在規(guī)定時(shí)間內(nèi)一定要進(jìn)行檢修，檢查機(jī)組裝配間隙。檢修時(shí)，要記錄檢修前與檢修后的裝配間隙，一定調(diào)整在規(guī)定范圍內(nèi)，防止機(jī)組由于平衡性差，導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)過(guò)大，影響長(zhǎng)周期運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，結(jié)合運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)分析原因，得到了可觀的處理措施，壓縮機(jī)的振動(dòng)有了明顯的降低，對(duì)壓縮機(jī)的安全平穩(wěn)運(yùn)行起到了良好的推動(dòng)作用，這些措施和方法在實(shí)踐中得到了驗(yàn)證，希望為同類型的壓縮機(jī)起到積極的影響。