活塞式壓縮機的管道振動原因及防振措施

袁超

【摘 要】文章首先通過活塞式壓縮機的概述進行了闡述，接著對振動分類及產生的原因進行了細致的分析，最后重點探討了活塞式壓縮機氣閥的故障分析及對策。

【關鍵詞】活塞式壓縮機；管道振動；防振措施

一、前言

隨著當今社會的不斷發展和生產技術水平的不斷提高，生產和生活中對活塞式壓縮機的需求也日益漸高。因此，積極采用科學的手段，對活塞式壓縮機的管道振動原因及防振措施進行分析的意義就顯得非常重要。

二、活塞式壓縮機的概述

1、活塞式壓縮機的原理

單級壓縮機所能提高的壓力范圍十分有限，對于要求氣體工作壓力更高的場合，采用單級壓縮不僅不經濟，有時甚至是不可能實現的，所以必須采用多級壓縮。多級壓縮是將氣體的總壓力分成若干級，按先后級次把氣體逐級進行壓縮，并在級與級間將氣體進行冷卻。其理論循環由三個連續壓縮的單級理論循環組成，為便于分析比較，假設循環中各級吸氣和排氣無阻力損失，且各級壓縮按絕熱過程（或多變指數相同的過程）進行；每級氣體排出經冷卻后的溫度與第一級的吸氣溫度相同（即完全冷卻）；不計泄漏以及余隙容積的影響 。

2、活塞式壓縮機的特點

當壓縮機的時，其絕熱循環功比等溫循環功高，壓力比越大，這種現象越嚴重。為了使耗功降低以及不使排氣溫度過高而影響潤滑油的性能，并考慮其他因素，總是把較大的壓力比分成兩級、三級以及多級壓縮，保證每級壓力比都處于較小而可行的范圍內。多級壓縮具有下列特點：（1）經濟性好，可以節省耗功。（2）降低排氣溫度，提高安全可靠性。

多級壓縮雖然具有一系列的優點，然而也并不是級數越多越好，這是因為：①級數增加使結構趨于復雜，整個裝置的制造費用、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。有時增加級數，使壓縮循環更接近等溫循環而省的功耗，還抵不過由于增加新的級從而產生的氣閥及管路的阻力損失所消耗的功，級數過多反而使經濟性下降。③運動部件數增多，發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，機器效率反而有所降低。

三、振動分類及產生的原因

1、由于慣性力引起的機械振動

從計算公式可知，在設計時，可以通過曲拐錯角、列和級的合理配置來減小或平衡往復慣性力，或是通過加平衡塊來平衡旋轉慣性力。但是，在實際工作中，總會有一部分無法達到平衡的往復慣性力，而這部分往復慣性力（或稱為力矩）就是產生機組機械振動的根源。

2、氣流脈動引起的振動

活塞式壓縮機在運轉過程中，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出周期性的變化，這便是氣流脈動現象。在設計過程中，我們要想降低氣流脈動，可以采用多級配置的方式來減小壓力差。

（一）、氣柱共振

管路系統內所容納的氣體稱為氣柱。因為氣體具有一定的質量和彈性，可呈現壓縮、膨脹的狀態，而氣柱本身可以視為類似彈簧的振動系統。在壓縮機的吸氣、排氣的激發下，氣柱便會形成振動。所以，氣柱在接受激發后，把所形成的振動以聲速向遠方傳播。氣柱由于邊界條件的存在會有自己一系列的固有頻率K1，因而當激發主頻率等于K1時，便會導致氣柱共振的發生。

（二）、管道機械共振

其實作為輸送氣流的管道，其本身也是一個彈性系統。這是由于氣流脈動導致壓力的脈動變化，從而引發管道截面變化處或是拐彎處的周期性振動力作用。在激振力作用下，管道就會發生振動。而當激發主頻率等于管道固有頻率1時，管道的機械振動便產生了。氣柱共振、管道機械共振都與配管情況，管路始末端的邊界條件有關。如果配管不好，可能會出現F1=K1=1的情況。既有氣柱共振又有管道機械共振，這將使得管道難以工作，后果極其嚴重。

四、活塞式壓縮機氣閥的故障分析及對策

1、故障分析

（一）、承受載荷大致使閥片損壞

活塞式壓縮機在實際運作的過程中，其自身的閥片不僅承受著來自一個因素的力量，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生的靜載荷，當閥片在運作的過程中遭受到靜載荷的影響之后，其閥片在這一過程中就可以發生較為嚴重的彎曲現象。而氣缸內部所產生的巨大壓力又是利用閥片來吸收的低壓力氣體進行壓縮，那么其氣缸內部就對于閥片產生了較大的作用力，而其中的脈動也在不斷的變化，這促使閥片自身在運作的過程承受著來自靜載荷的脈動影響，在脈動的影響之下，閥片不斷承受著力量不同的影響，最終導致閥片變形或者裂縫的現象；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在實際運作的過程中，其其閥片由于沒有極大的穩定性，所以會直接在升程限制器以及閥座這兩個不同位置之間不斷的跳動，最終持續的撞擊必然會使得閥片受損。而閥片自身在出現撞擊現象之后，其閥座和閥片就會觸碰在一起，而沒有觸碰到的地方就出現了一定程度的彎曲、變形，在這樣的情況下，閥片自身的壽命就會受到極大的影響，進而導致壓縮機出現故障。

（二）、氣閥的彈簧發生損壞

當閥片與升程限制器發生撞擊時，也會與氣閥的彈簧產生撞擊。壓縮機其曲軸每旋轉一圈，其彈簧所承受的載荷便會由其氣閥完全閉合時的預壓縮力轉變為氣閥全部開啟時候的最大壓縮力，這種脈動的載荷沖擊，會導致彈簧成為了氣閥所有組件中一個比較容易損壞的部件。同時，氣閥的彈簧在使用中也會出現過送或者是過緊配合，過送配合會導致彈簧的徑向跳動和軸向跳動，而過緊配合會導致彈簧被卡死或者是折斷。彈簧是導致氣閥閥片損壞的主要原因。

2、對策研究

（一）、采用聚四氟乙烯類制品填充物

對于沒有潤滑油的壓縮機的氣閥，如果是傳統的環狀閥，其損壞就會比較嚴重，所以可以采用沒有摩擦結垢的網狀閥，亦或是將換向閥的升程限制器的導向金屬改為填充的聚四氟乙烯類制品，氣閥地步的密封臺也用聚四氟乙烯制造的密封圈。與此同時，氣閥的彈簧可以采用不銹鋼的彈簧鋼絲來制造，這些鋼絲在出廠之前都會進行相應的處理來避免鋼絲中那些微笑缺陷的發生，從而保證了使用性能的穩定，也增強了他們承受脈動載荷的能力。

（二）、做好定期的檢查和維護

要定期的對氣閥進行全面的檢查和清晰工作，要在不對其強度減小的情況下對氣閥的底座以及升程限制器所損傷的外表面進行修復，并且要及時的更換易損件。如果發現氣閥的彈簧發生損壞，就需要對氣閥其他的彈簧也進行全部的更換，這樣就會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，及時發現問題做到及時的處理問題，從而盡可能的避免因為冷卻水進入氣缸而導致劇烈的沖擊是閥片損壞。

3、防振措施

（一）、防止產生氣柱共振

對一臺活塞式壓縮機，激勵頻率是一定的。因此，為了防止管道氣體共振，可以只調整的固有振動頻率，因此要避免激勵頻率，以避免空氣柱共振。要改變固有頻率有關的欄目因素是可以改變的。諧振管的長度是一個重要因素，以決定是否要產生的氣柱共鳴。在設計階段，合理選擇管長，因此要避免諧振管的長度的第一個步驟，以消除空氣布局的管道，有權確定管道容器的位置有一定的影響，消除的氣柱共鳴。

（二）、防止產生激振力

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

開口比：d/D=0.43～0.50。

厚度：H=3～5mm。

（三）、避免管道系統產生機械共振

要盡量去避免管道系統產生的機械共振，但調整流水線結構的固有頻率，以避免激勵頻率。在設計階段，要注意的質量和剛度的管道計算管結構的固有振動頻率，因此，為避免激勵頻率。支持較少，如在現場的機械共振，可以捆綁在一起，或者添加，改變其剛度，改變流水線結構的固有振動頻率，以避免激勵頻率，消除了管道的機械共振。

五、結束語

活塞式壓縮機的管道振動的分析作為工程管理的核心工作之一，對工程項目的管理方面具有十分重要的作用，我們必須采用科學的方法對防振措施進行探究。

參考文獻：

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