压缩机的振动原因分析及改进措施

曹 亮

(安瑞科（蚌埠）压缩机有限公司，安徽 蚌埠 233000)

在现代工业企业，特别是一些石化生产企业中，大型压缩机和与其相连的管道系统，是实现石油和天然气输送的主要运行方式，可以达到方便快捷的效果。但压缩机的振动，特别是管道的振动，直接影响到所有设备的安全运行，甚至主宰着设备的命脉。由于强烈的振动会导致管道本身及与之相连的构件疲劳与损伤。而这种疲劳与损伤，积累到一定的程度时，就形成比较明显的裂纹，在焊缝等性能较差并承受较高应力的部位，表现相当的明显。振动使管道的使用寿命缩短，对管道系统相连的压缩机机组的安全状况造成严重威胁，重者有可能造成安全事故。

而我国对压缩机管道振动问题的研究，在上世纪70年代已经开始。通过提出一些问题，使得压缩机振动的一些问题得以解决。但目前的压缩机出口管系振动仍严重超标，频繁出现故障，对装置的安全平稳运行产生严重的影响。因此，找出压缩机出口管系的振动原因，提出行之有效的解决方案，保障装置的安全平稳运行，在现代生产企业中，具有十分重要的意义。

1 压缩机振动异常的基本情况

我国的压缩机及管道系统，一直处于一种不太稳定的使用状况，无法确保十分安全与稳定。以广东茂名石化公司为例，石油四厂有5台天然气增压系统压缩机，而且都是双作用压缩机，型号为B-3Bk1M。通常情况下，正常运行中气体先从进口总分离器经进气总管路，进入3台压缩机的进气分支管路。在此过程当中，要求1台停机，3台运行。观察压缩机管道的振动情况，发现经过两级压缩后，进入管网在运行了一段时间后，排气总管路有相应的排气分支管路进入。此时，3号机组的排气管道三通和弯管处振动较大，机组的功率、转速、排气等均有所下降，管架发生了振动。

管架的排气通道往往由4根排气管并联组成，以钢为主的材料，在排气管连接2个缓冲罐。经观察得知，排气管振动比较明显，而且幅度相当大。这种振动在长时间里得不到有效的控制，会直接对压缩机产生严重的影响。主要表现在排气管连接缓冲罐处焊口曾发生断裂。对4台压缩机管道系统的排气管路进行分析，发现振幅是随着使用时间的推移，变得越来越大。因此，通过对烟气轮机进行了扩能改造，有效地控制主风机低压侧的振动幅值，使得其出现的振幅波动在正常的范围内，防止管道伴随低压侧气封有较大的油泄漏现象的发生。

2 压缩机的振动异常原因分析

压缩机的振动异常，原因多种多样，下面是针对管道一些振动现象，对压缩机振动异常作一些分析，为改进方案提出作参考。

2.1 压缩机振动探头不能正常工作

压缩机振动探头，是控制压缩机振动幅度的一个有效的工具，但一旦探头出现故障，或者受到干扰，很容易导致振动异常现象的发生。例如，通过监测与及利用有轴流压缩机的报警系统方法，测量轴承箱外壳的水平垂直和轴向振动的情况。这种方法最简单的是用手持测振仪进行测试，如发现没有明显变化，可以初步判断振动探头受到某些因素的干扰。因此，从前置放大器探头一直到放大器之间的引线，每个细节都要认真的检查，测量振动系统。对于没有发现的问题，还要将探头引线和前置放大器部分进行交换测试，利用示波器监测探头的信号。对于存在摩轴向局部碰摩轴产生流体力作用的激振，可以判断压缩机振动探头受到干扰，不能正常工作。这种情况下，还会伴有偏隙引起激振透平不均匀进汽隔板倾斜喘振旋转，包括转子轴承系统临界转速、悬臂临界转速出现异常，压力脉动阀门激振有外界振源干扰等现象的发生。

2.2 压缩机振动不能处于平衡状态

压缩机的振动不平衡时，无规律的振动会造成重大的损害，在管道失去平衡后，影响正常的输送功能。

以往复压缩机为例，这种往复压缩机最大的特点，是对称平衡。对于曲轴连杆机构，一般采样点选择在中下方，在滚动轴承部位。由于滚动轴承装位于箱体结构中，可以有效地反映曲轴真实振动值，振动判定标准根据经验，将振动判定值适当降低。在十字头部位，测量方向在垂直地面的方向上，采样点应当选择在缸体部位。为了可在气阀盖上直接测量，应当设置测量方向在垂直地面的方向上。往复式压缩机的十字头部件和曲轴连杆的振动类型多种多样，主要有电动机引起的振动、滚动轴承的振动、连杆与十字头销的振动、曲轴连杆机构的振动、连杆瓦曲轴油膜振荡、十字头与十字头滑轨的油膜涡动等。这一系列的振动方式，都具有振动信号相对稳定的特点。例如，活塞与气缸的振动、进排气管以及气阀的振动对曲轴连杆和十字头部件的影响都不大。还可以通过部件的受力和运动分析，计算出曲轴连杆部件和十字头部件的位移与时间的关系，计算转子的质量、偏心质量、偏心距、挠度等各方面的因素，再利用利用计算机软件进行FFT振动分析，可以得到幅值分布，判断振动的类型和状态。这种类型和状态，均是在不同频率下所产生的。

不平衡的振动频率与转速一致，有3个特点：

（1）在基频处幅值有最大峰值；

（2）振幅与转速变化关系密切，转速下降，振幅将明显下降；（3）轴向振幅不明显，振动方向以径向为主。

2.3 管道结构布置不合理

一般情况下，管道系统的支柱与地面没有地脚螺钉连接，这样会造成在水平方向缺乏刚度，在管道离平地较高的情况下，需要用较高的支柱来支撑，同时也可以确保水平刚度。但有的支撑位置设计不合理，甚至没有设置支撑位置等，一旦管系结构的固有频率与激振频率相近，从基本物理学的共振现象可知，管道结构极有可能毁于共振。在一些国家中，还专门规划管道振幅的许用值与危险值，根据共振频率，设计一定的范围值，约束着整个管道系统。

2.4 其他原因

引起压缩机振动的原因，还有多种多样，特别是旋转机械故障，如转子自身包括转子质量偏心轴弯曲、轴裂纹轴弯曲刚度不对称、对中不良、径向轴承偏心联轴节问题、支承松动间隙激振、电机转子断条、定子短路、轴磁化碰摩、径向碰摩、轴向局部碰摩、干涡动流体动力激振等等。综合分析各种原因，可以更有效地对压缩机管道振动进行准确判断。

3 改进压缩机振动故障方案

根据上述分析，结合压缩机管道系统的实际情况，提出以下3点改进方案。

3.1 改变管道支承方式提高系统固有频率

提高系统的固有频率，可以提高管道共振事故的发生。通过改变管道的支承方式，可以实现此功能。具体做法是，当激励作用衰减较大时，不作考虑，充分利用好其他的激励源，对于有活塞与缸体的作用、进排气阀开启和闭合，要多加利用。压缩气体、进排气管道内气流的脉动、气流进出缸体产生的作用，也不能忽视。通过利用FFT对缸体部件进行有效的振动分析，结合小波分析方法，先确定某一特定频率区间的信号，再准确判定引起振动的零件，通过更换或者直接改变支承方式，从而提高振动的固有频率。

3.2 改进管道的走向

为了防止压缩机振动产生的不良影响，管道尽可能采用弯曲半径较大的弯管，如不是很特殊的需要，不采用直角弯头。以尽量减少弯头和异径为原则，根据现场的具体情况，改变管道的支承情况，使其变得简单明了。正如有关文献所述，这种方法在实践中是极为有效的，而且实施简单，操作方便。结合有限元分析，计算出振型分布状况，通过建模的方法等，改进管道的走向，这成为新时期减少振动损害的有效措施。

3.3 安装脉动气流消振器

要提高传递特性和降低声波强度，首选是脉动气流消振器。脉动气流消振器可以通过改变管系及其附属设备内气路的声波，达到消减激振力的作用。从改进管道走向中可以看出，在计算模态对应的应力分布情况下，一旦增加支承，但没有让应力分布发生明显的变化，整体情况较好，有利于应力支承方案的实施。因此，脉动气流消振器有减小振动损害、提高压缩机使用效率的重要作用。

4 结束语

文章针对B-3Bk1M压缩机振动的异常情况进行分析，指出压缩机振动探头不能正常工作、压缩机振动不能处于平衡状态、管道结构布置不合理的三大原因，激发压缩机振动故障。在此基础上，给出改进压缩机振动故障方案，并通过分析证明该方案可行。

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