大型往復壓縮機異常振動原因分析及處理

鄧德民（中國化學工程第十四建設有限公司，寧夏銀川750411）

大型往復壓縮機異常振動原因分析及處理

鄧德民（中國化學工程第十四建設有限公司，寧夏銀川750411）

針對大型往復壓縮機異常振動原因和處理對策，以6M50壓縮機為例，淺要分析了導致壓縮機異常振動的原因，并從減小軸系的激振能量、調整軸系的固有頻率、劃轉速禁區、增大軸系的阻尼消耗能量四個方面提出了處理大型往復壓塑機異常振動的措施。

壓縮機；異常振動；原因分析；處理措施

壓縮機是一種用來輸送氣體，提高氣體壓力的主要機械設備，被廣泛應用在石油化工、工業氣體生產等領域當中。近年來，我國社會經濟快速發展，石油化工行業為我國社會經濟持續發展做出了重要貢獻，其中大型反復壓塑機發揮了重要作用，但是大型往復壓縮機在實際應用中存在異常振動等問題，嚴重限制了其作用和價值的發揮，因此，本文基于6M50壓縮機異常振動為例，對處理措施做了如下分析。

1 6M50壓縮機簡介

6M50壓縮機全稱6M50-340/320-Ⅱ-BX壓縮機引進德國相關技術，制造的大型往復活塞式氮氫氣壓縮機，一臺6M50壓縮機在正常情況下，一年可以合成氨4.2萬噸，機組主要由壓縮機曲軸、電動機機軸、電動機轉子、聯軸器等配件組成，具體結構簡圖如圖1所示：

圖1 6M50壓縮機組軸系整體結構簡圖圖

我國第一臺6M50壓縮機是在2003年投入使用的，但是在使用不到3個月的時間內的，就出現了一系列問題，主要體現在以下幾個方面：第一，6M50壓縮機在運行過程中，異常振動噪音非常大，尤其是負荷軸承200mm的位置噪聲值高達115分貝，已經嚴重超出國際規定標準；第二，主機的異常振動頻率最大，振幅高達0.071mm，超出預期設計0.025mm；第三，6M50壓縮機組軸系中一級主軸頸和二級主軸頸的連桿，經常發生磨損失效，通過不完全統計，連桿壽命只有230h，不足德國自主生產的6M50壓縮機連桿使用壽命的四分之一。

2 大型往復壓縮機異常振動原因分析

2.1 激振頻率和軸系振動固有頻率近似

從圖1中可以看出，6M50壓縮機的電動機轉子和曲軸連接在一起，形成質量軸系。軸承在具體運動過程中，會形成固有慣性、彈性等力學特性。在往復工作中，由于其質量比較大，產生的慣性也就必須大，機組中的軸系就會受到氣體力壓力等形成的周期性變化的激振力矩影響，當激振力矩增加到一定程度以后，軸系就會按照激振力矩的固有頻率產生振動，當激振頻率和軸系振動固有頻率相似時，軸系就會進行強烈的扭轉振動，從而導致大型往復壓縮機產生異常振動現象，如果不能及時解決，就會對急速零件造成非常的磨損，并產生較大的噪聲，不利于石油化工企業持續穩定的發展。

2.2 軸系發生異常扭轉振動

主要體現在兩個方面：第一，當軸系發生異常扭轉振動時，會進一步加大電動機定子和轉子之間的孔隙，也就會在轉子和定子之間形成氣流噪聲或者磁場脈沖，從而引發中軸系異常振動；第二，軸系發生異常扭轉振動還會導致壓縮機的電動機在運行過程中氣隙扭矩出現在波動現象，從而引發異常振動。

2.3 同頻和倍頻的扭轉縱向耦合振動

當內燃機曲軸出現振動后，就會形成同頻和倍頻的扭轉縱向耦合振動，如果不能及時解決，此振動會逐漸增加，最終引發同頻耦合振動。相關實踐表明，同頻耦合振動引發大型往壓縮機振動的途徑有兩種，第一種，通過各個連桿活塞把振動頻率傳給壓縮機，從而引發機體異常振動；第二種，通過主軸承把振動傳給機體。而壓縮機和內燃機的運動結構幾乎相同，也就可以得出，當同頻和倍頻的扭轉縱向耦合振動時，勢必會引發壓縮機主體的異常振動[2]。

3 大型往復壓縮機異常振動的處理措施

3.1 減小軸系的激振能量

減小軸系的激振能量可以從以下兩個方面進行入手：第一，推進軸系縱向振動的衡量標準，推進軸系縱振必須限制軸系縱振的振幅，就大型往復壓縮機而言，縱振的曲軸臂距差作為振動強烈程度的主要判定依據，因此切實減少異常振動對壓縮機的影響，必須機組設計和安裝中為縱向振動預留足夠的空間；第二，消減和回避縱向振動，適當振動頻率，改變軸系的長度和直徑，或者安裝附加質量。減少輸入系統的激振能量，改變啟動順序以減少副簡諧引起的有害縱振。

3.2 調整軸系的固有頻率

調整軸系的固有頻率處理大型往復收縮機異常振最簡單有效的方法。相關實例表明，收縮機多質量系統扭振的固有頻率，完全取決于收縮機各個零部件的運行的慣性和彈性系數，以及發生振動的形式。改變軸系結點附近柔度值或改變振幅較大處的慣量對軸系的固有頻率有較顯著的影響。因此通過增加飛輪慣性、改變曲軸材質都可以改變軸系扭轉振動的固有頻率[3]。

3.3 劃轉速禁區

通常情況下大型往復壓縮機在運行過程中其轉速比在0.6~1之間，在持續轉速范圍當中，嚴禁劃分轉速禁區，因此在劃轉速禁區時，必須結合應用頻率，才能把振動頻率調整到到0.6之下，然后才能劃分轉速禁區，由于大型往復壓縮機的轉速相對比較低，因此減震器來抵消振動的效果并不是非常理想，故應該采用在劃分轉速禁區的方法來遏制異常振動大型往復壓縮機的影響。

3.4 提高軸系的阻力消耗能量

為切實提高軸系的阻力消耗能量，緩減異常振動對大型往復壓縮的影響，需要對壓縮機組軸系進行適當改造，比如：增加軸系裝配的重量，根據壓縮機具體運行狀況測量其準確的壓縮機振動和噪聲的數據，并對相關相關數據進行系統綜合的分析，確定加裝配重體的位置、裝配重量、裝配材料等，促使軸系在工作過程能帶動配重體同時運動，從而達到改變軸系固有頻率的目的，最終達到有效地處理大型往復壓縮機的異常振動現象的效果[4]。

4 結語

綜上所述，隨著我國社會經濟的發展對石油化工產業提出了更高的要求，而大型往復壓縮機作為石油化工企業必不可少的設備之一，其在運行效率直接決定了石油化工企業能否實現持續穩定的發展。本文以6M50壓縮機為例，分析了導致壓縮機發生異常振動的原因，并提出相應的處理方式，希望對我國大型往復壓縮機的發展有一定幫助。

[1]唐斌,劉廣彬,許海平,楊啟超,王樂,趙遠揚,李連生.大型工藝往復壓縮機系統振動分析[J].中國機械工程,2014,07:873-877.

[2]韋性尊,姚頤,姜偉吉.高壓往復壓縮機柱塞振動、溫度異常原因分析及預防措施[J].甘肅科技,2016,05:68-70.

[3]彭衛國.往復壓縮機系統管道振動處理措施分析[J].化工設計通訊,2016,04:109-110.

[4]屈世棟,黃衛東.丙烯壓縮機的異常振動分析及處理對策[J].石油化工設備技術,2015,01:49-51+55+5.

鄧德民（1985-），男，漢族，江蘇揚州人，本科，任職于中國化學工程第十四建設有限公司，研究方向：設備安裝技術。