曹 亮

(安瑞科（蚌埠）壓縮機(jī)有限公司，安徽 蚌埠 233000)

在現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)，特別是一些石化生產(chǎn)企業(yè)中，大型壓縮機(jī)和與其相連的管道系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)石油和天然氣輸送的主要運(yùn)行方式，可以達(dá)到方便快捷的效果。但壓縮機(jī)的振動(dòng)，特別是管道的振動(dòng)，直接影響到所有設(shè)備的安全運(yùn)行，甚至主宰著設(shè)備的命脈。由于強(qiáng)烈的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致管道本身及與之相連的構(gòu)件疲勞與損傷。而這種疲勞與損傷，積累到一定的程度時(shí)，就形成比較明顯的裂紋，在焊縫等性能較差并承受較高應(yīng)力的部位，表現(xiàn)相當(dāng)?shù)拿黠@。振動(dòng)使管道的使用壽命縮短，對(duì)管道系統(tǒng)相連的壓縮機(jī)機(jī)組的安全狀況造成嚴(yán)重威脅，重者有可能造成安全事故。

而我國(guó)對(duì)壓縮機(jī)管道振動(dòng)問(wèn)題的研究，在上世紀(jì)70年代已經(jīng)開(kāi)始。通過(guò)提出一些問(wèn)題，使得壓縮機(jī)振動(dòng)的一些問(wèn)題得以解決。但目前的壓縮機(jī)出口管系振動(dòng)仍嚴(yán)重超標(biāo)，頻繁出現(xiàn)故障，對(duì)裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。因此，找出壓縮機(jī)出口管系的振動(dòng)原因，提出行之有效的解決方案，保障裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行，在現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)中，具有十分重要的意義。

1 壓縮機(jī)振動(dòng)異常的基本情況

我國(guó)的壓縮機(jī)及管道系統(tǒng)，一直處于一種不太穩(wěn)定的使用狀況，無(wú)法確保十分安全與穩(wěn)定。以廣東茂名石化公司為例，石油四廠有5臺(tái)天然氣增壓系統(tǒng)壓縮機(jī)，而且都是雙作用壓縮機(jī)，型號(hào)為B-3Bk1M。通常情況下，正常運(yùn)行中氣體先從進(jìn)口總分離器經(jīng)進(jìn)氣總管路，進(jìn)入3臺(tái)壓縮機(jī)的進(jìn)氣分支管路。在此過(guò)程當(dāng)中，要求1臺(tái)停機(jī)，3臺(tái)運(yùn)行。觀察壓縮機(jī)管道的振動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)兩級(jí)壓縮后，進(jìn)入管網(wǎng)在運(yùn)行了一段時(shí)間后，排氣總管路有相應(yīng)的排氣分支管路進(jìn)入。此時(shí)，3號(hào)機(jī)組的排氣管道三通和彎管處振動(dòng)較大，機(jī)組的功率、轉(zhuǎn)速、排氣等均有所下降，管架發(fā)生了振動(dòng)。

管架的排氣通道往往由4根排氣管并聯(lián)組成，以鋼為主的材料，在排氣管連接2個(gè)緩沖罐。經(jīng)觀察得知，排氣管振動(dòng)比較明顯，而且幅度相當(dāng)大。這種振動(dòng)在長(zhǎng)時(shí)間里得不到有效的控制，會(huì)直接對(duì)壓縮機(jī)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。主要表現(xiàn)在排氣管連接緩沖罐處焊口曾發(fā)生斷裂。對(duì)4臺(tái)壓縮機(jī)管道系統(tǒng)的排氣管路進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)振幅是隨著使用時(shí)間的推移，變得越來(lái)越大。因此，通過(guò)對(duì)煙氣輪機(jī)進(jìn)行了擴(kuò)能改造，有效地控制主風(fēng)機(jī)低壓側(cè)的振動(dòng)幅值，使得其出現(xiàn)的振幅波動(dòng)在正常的范圍內(nèi)，防止管道伴隨低壓側(cè)氣封有較大的油泄漏現(xiàn)象的發(fā)生。

2 壓縮機(jī)的振動(dòng)異常原因分析

壓縮機(jī)的振動(dòng)異常，原因多種多樣，下面是針對(duì)管道一些振動(dòng)現(xiàn)象，對(duì)壓縮機(jī)振動(dòng)異常作一些分析，為改進(jìn)方案提出作參考。

2.1 壓縮機(jī)振動(dòng)探頭不能正常工作

壓縮機(jī)振動(dòng)探頭，是控制壓縮機(jī)振動(dòng)幅度的一個(gè)有效的工具，但一旦探頭出現(xiàn)故障，或者受到干擾，很容易導(dǎo)致振動(dòng)異?，F(xiàn)象的發(fā)生。例如，通過(guò)監(jiān)測(cè)與及利用有軸流壓縮機(jī)的報(bào)警系統(tǒng)方法，測(cè)量軸承箱外殼的水平垂直和軸向振動(dòng)的情況。這種方法最簡(jiǎn)單的是用手持測(cè)振儀進(jìn)行測(cè)試，如發(fā)現(xiàn)沒(méi)有明顯變化，可以初步判斷振動(dòng)探頭受到某些因素的干擾。因此，從前置放大器探頭一直到放大器之間的引線，每個(gè)細(xì)節(jié)都要認(rèn)真的檢查，測(cè)量振動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)于沒(méi)有發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，還要將探頭引線和前置放大器部分進(jìn)行交換測(cè)試，利用示波器監(jiān)測(cè)探頭的信號(hào)。對(duì)于存在摩軸向局部碰摩軸產(chǎn)生流體力作用的激振，可以判斷壓縮機(jī)振動(dòng)探頭受到干擾，不能正常工作。這種情況下，還會(huì)伴有偏隙引起激振透平不均勻進(jìn)汽隔板傾斜喘振旋轉(zhuǎn)，包括轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速、懸臂臨界轉(zhuǎn)速出現(xiàn)異常，壓力脈動(dòng)閥門(mén)激振有外界振源干擾等現(xiàn)象的發(fā)生。

2.2 壓縮機(jī)振動(dòng)不能處于平衡狀態(tài)

壓縮機(jī)的振動(dòng)不平衡時(shí)，無(wú)規(guī)律的振動(dòng)會(huì)造成重大的損害，在管道失去平衡后，影響正常的輸送功能。

以往復(fù)壓縮機(jī)為例，這種往復(fù)壓縮機(jī)最大的特點(diǎn)，是對(duì)稱(chēng)平衡。對(duì)于曲軸連桿機(jī)構(gòu)，一般采樣點(diǎn)選擇在中下方，在滾動(dòng)軸承部位。由于滾動(dòng)軸承裝位于箱體結(jié)構(gòu)中，可以有效地反映曲軸真實(shí)振動(dòng)值，振動(dòng)判定標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，將振動(dòng)判定值適當(dāng)降低。在十字頭部位，測(cè)量方向在垂直地面的方向上，采樣點(diǎn)應(yīng)當(dāng)選擇在缸體部位。為了可在氣閥蓋上直接測(cè)量，應(yīng)當(dāng)設(shè)置測(cè)量方向在垂直地面的方向上。往復(fù)式壓縮機(jī)的十字頭部件和曲軸連桿的振動(dòng)類(lèi)型多種多樣，主要有電動(dòng)機(jī)引起的振動(dòng)、滾動(dòng)軸承的振動(dòng)、連桿與十字頭銷(xiāo)的振動(dòng)、曲軸連桿機(jī)構(gòu)的振動(dòng)、連桿瓦曲軸油膜振蕩、十字頭與十字頭滑軌的油膜渦動(dòng)等。這一系列的振動(dòng)方式，都具有振動(dòng)信號(hào)相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)。例如，活塞與氣缸的振動(dòng)、進(jìn)排氣管以及氣閥的振動(dòng)對(duì)曲軸連桿和十字頭部件的影響都不大。還可以通過(guò)部件的受力和運(yùn)動(dòng)分析，計(jì)算出曲軸連桿部件和十字頭部件的位移與時(shí)間的關(guān)系，計(jì)算轉(zhuǎn)子的質(zhì)量、偏心質(zhì)量、偏心距、撓度等各方面的因素，再利用利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行FFT振動(dòng)分析，可以得到幅值分布，判斷振動(dòng)的類(lèi)型和狀態(tài)。這種類(lèi)型和狀態(tài)，均是在不同頻率下所產(chǎn)生的。

不平衡的振動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)速一致，有3個(gè)特點(diǎn)：

（1）在基頻處幅值有最大峰值；

（2）振幅與轉(zhuǎn)速變化關(guān)系密切，轉(zhuǎn)速下降，振幅將明顯下降；（3）軸向振幅不明顯，振動(dòng)方向以徑向?yàn)橹鳌?/p>

2.3 管道結(jié)構(gòu)布置不合理

一般情況下，管道系統(tǒng)的支柱與地面沒(méi)有地腳螺釘連接，這樣會(huì)造成在水平方向缺乏剛度，在管道離平地較高的情況下，需要用較高的支柱來(lái)支撐，同時(shí)也可以確保水平剛度。但有的支撐位置設(shè)計(jì)不合理，甚至沒(méi)有設(shè)置支撐位置等，一旦管系結(jié)構(gòu)的固有頻率與激振頻率相近，從基本物理學(xué)的共振現(xiàn)象可知，管道結(jié)構(gòu)極有可能毀于共振。在一些國(guó)家中，還專(zhuān)門(mén)規(guī)劃管道振幅的許用值與危險(xiǎn)值，根據(jù)共振頻率，設(shè)計(jì)一定的范圍值，約束著整個(gè)管道系統(tǒng)。

2.4 其他原因

引起壓縮機(jī)振動(dòng)的原因，還有多種多樣，特別是旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障，如轉(zhuǎn)子自身包括轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心軸彎曲、軸裂紋軸彎曲剛度不對(duì)稱(chēng)、對(duì)中不良、徑向軸承偏心聯(lián)軸節(jié)問(wèn)題、支承松動(dòng)間隙激振、電機(jī)轉(zhuǎn)子斷條、定子短路、軸磁化碰摩、徑向碰摩、軸向局部碰摩、干渦動(dòng)流體動(dòng)力激振等等。綜合分析各種原因，可以更有效地對(duì)壓縮機(jī)管道振動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。

3 改進(jìn)壓縮機(jī)振動(dòng)故障方案

根據(jù)上述分析，結(jié)合壓縮機(jī)管道系統(tǒng)的實(shí)際情況，提出以下3點(diǎn)改進(jìn)方案。

3.1 改變管道支承方式提高系統(tǒng)固有頻率

提高系統(tǒng)的固有頻率，可以提高管道共振事故的發(fā)生。通過(guò)改變管道的支承方式，可以實(shí)現(xiàn)此功能。具體做法是，當(dāng)激勵(lì)作用衰減較大時(shí)，不作考慮，充分利用好其他的激勵(lì)源，對(duì)于有活塞與缸體的作用、進(jìn)排氣閥開(kāi)啟和閉合，要多加利用。壓縮氣體、進(jìn)排氣管道內(nèi)氣流的脈動(dòng)、氣流進(jìn)出缸體產(chǎn)生的作用，也不能忽視。通過(guò)利用FFT對(duì)缸體部件進(jìn)行有效的振動(dòng)分析，結(jié)合小波分析方法，先確定某一特定頻率區(qū)間的信號(hào)，再準(zhǔn)確判定引起振動(dòng)的零件，通過(guò)更換或者直接改變支承方式，從而提高振動(dòng)的固有頻率。

3.2 改進(jìn)管道的走向

為了防止壓縮機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生的不良影響，管道盡可能采用彎曲半徑較大的彎管，如不是很特殊的需要，不采用直角彎頭。以盡量減少?gòu)濐^和異徑為原則，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，改變管道的支承情況，使其變得簡(jiǎn)單明了。正如有關(guān)文獻(xiàn)所述，這種方法在實(shí)踐中是極為有效的，而且實(shí)施簡(jiǎn)單，操作方便。結(jié)合有限元分析，計(jì)算出振型分布狀況，通過(guò)建模的方法等，改進(jìn)管道的走向，這成為新時(shí)期減少振動(dòng)損害的有效措施。

3.3 安裝脈動(dòng)氣流消振器

要提高傳遞特性和降低聲波強(qiáng)度，首選是脈動(dòng)氣流消振器。脈動(dòng)氣流消振器可以通過(guò)改變管系及其附屬設(shè)備內(nèi)氣路的聲波，達(dá)到消減激振力的作用。從改進(jìn)管道走向中可以看出，在計(jì)算模態(tài)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力分布情況下，一旦增加支承，但沒(méi)有讓?xiě)?yīng)力分布發(fā)生明顯的變化，整體情況較好，有利于應(yīng)力支承方案的實(shí)施。因此，脈動(dòng)氣流消振器有減小振動(dòng)損害、提高壓縮機(jī)使用效率的重要作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章針對(duì)B-3Bk1M壓縮機(jī)振動(dòng)的異常情況進(jìn)行分析，指出壓縮機(jī)振動(dòng)探頭不能正常工作、壓縮機(jī)振動(dòng)不能處于平衡狀態(tài)、管道結(jié)構(gòu)布置不合理的三大原因，激發(fā)壓縮機(jī)振動(dòng)故障。在此基礎(chǔ)上，給出改進(jìn)壓縮機(jī)振動(dòng)故障方案，并通過(guò)分析證明該方案可行。

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