老式3M 型壓縮機振動改造分析

張德召

（成都星云智聯科技有限公司，四川成都 610000）

1 問題

某廠3M16-117/21 型壓縮機為1969 年產品，已服役45年，目前曲軸箱及各列氣缸均出現較大振動，其中一級氣缸支承已斷裂，成為重大事故隱患。

2 振動原因分析

（1）設計缺陷。奇數列對置式壓縮機慣性力平衡性較差，往復慣性力、不平衡旋轉質量慣性力、傾復力矩、旋轉質量慣性力矩，都將傳遞到基礎上，機組受這些力和力矩的作用將引起振動。

（2）基礎缺陷。由于長期高負荷運行，壓縮機基礎出現沉降、二次灌漿層與墊鐵出現松動，造成主機振動加劇。

（3）主機缺陷。由于長期高負荷運行，壓縮機各運動副間隙增大，造成主機振動。

3 改造方案

3.1 平衡各慣性力

根據已知數據：壓縮機轉速n=375 r/min，曲柄半徑r0=0.16 m，相鄰曲柄中心距c=0.7 m，一級活塞重ms1=261 kg，二級活塞重ms2=248 kg，三級活塞重ms2=248 kg，十字頭重ml=135 kg，連桿重md=158 kg，連桿長度L0=0.8 m，可求得：角速度ω=39.25 rad/s，結構比λ=r0/L0=0.2，各列往復質量mb1=435.7 kg，mb2=448.7 kg，mb3=435.7 kg，旋轉不平衡質量ma=150 kg。

3.1.1 原始計算

（1）水平擾力

一階水平擾力：

二階水平擾力：

（2）扭轉力矩

一階扭轉力矩：

二階扭轉力矩：

（3）回轉力矩

一階回轉力矩：

綜上可以看出，在機組的原設計中，機器本身的扭轉力矩過大，回轉力矩也較大，要減小這些力和力矩，建議從2 個方面著手。

（1）增加平衡配重，減少旋轉不平衡質量。通過對往復不平衡質量的減少，能使扭轉力矩和回轉力矩減少。

（2）減輕活塞質量，使往復質量減少。能使二階水平擾力、扭轉力矩和回轉力矩減少。通過對力和力矩的減少，降低了對基礎的要求，從而達到減小振動的目的。因此，將3 個方案進行對比設計。

方案1：僅增加平衡配重。

方案2：僅減小活塞質量。

方案3：增加平衡配重同時減小活塞質量。

3.1.2 增加平衡配重計算（方案1）

根據初步設計，將原曲軸曲柄起平衡作用的弧面部分銑平后加平衡鐵，計算并換算到曲柄銷中心位置的重量能達到100 kg。其他已知數據不變，旋轉不平衡質量變化，ma=50 kg，重新計算各力和力矩。

（1）水平擾力。旋轉不平衡質量變化，往復質量不變，則水平擾力不變。

一階水平擾力P1≤3024 N，二階水平擾力P2≤43 599 N。

（2）扭轉力矩

一階扭轉力矩：

二階扭轉力矩：

（3）回轉力矩

一階回轉力矩：

3.1.3 減小往復運動質量計算（方案2）

往復運動部件分三部分：活塞、十字頭、連桿。3M16 型壓縮機十字頭、連桿的質量已經不能減重。因此只能在活塞上減重。原一級活塞為焊接活塞，考慮到一級缸徑較大（Φ880），活塞結構合理，重量也較輕，因此一級活塞建議不減重。原二級活塞為鑄鐵活塞，活塞設計合理，也沒有太多減重空間。原三級活塞為35#實心活塞，重量較重，因此，可在保證強度的前提下將活塞中間掏空，經計算，能減少質量80 kg。其他數據不變，mb1減少80 kg，則mb1=355.7 kg 帶入重新計算。

（1）水平擾力

一階水平擾力：

二階水平擾力：

（2）扭轉力矩

一階扭轉力矩：

二階扭轉力矩：

（3）回轉力矩

一階回轉力矩：

3.1.4 增加平衡配重同時減少往復運動質量計算（方案3）

增加平衡配重同時減少往復運動質量，其他數據不變，mb1減少80 kg，ma 減少100 kg，則mb1=355.7 kg，ma=50 kg。再次計算力和力矩。

（1）水平擾力

一階水平擾力：

二階水平擾力：

（2）扭轉力矩

一階扭轉力矩：

二階扭轉力矩：

（3）回轉力矩

一階回轉力矩：

3.1.5 數據對比

將原始計算與采用各種方案計算結果列表對比（表1）。可以看出，增加平衡配重及減輕活塞質量對各力和力矩都能起到減弱的效果，活塞不能過多的減少，否則水平擾力增加過多，對機器造成不利影響，增加平衡配重能有效的減少扭轉力矩和回轉力矩，因此對機器的振動減弱能起一定的作用。

表1 原始計算與采用各種方案計算結果

3.2 修復壓縮機基礎缺陷

由于長期高負荷運行，壓縮機基礎出現沉降、二次灌漿層與墊鐵出現松動，造成主機振動加劇。對壓縮機基礎進行修復，去除原二次灌漿層，重新安裝墊鐵，重新找平找正。

3.3 對壓縮機進行大修

由于長期高負荷運行，壓縮機各運動副間隙增大，造成主機振動。對壓縮機進行大修，修復因長期運行而造成的運動副間隙大等缺陷。

4 小結

經過以上分析，確定3M16-117/21 壓縮機改造方案：將機器大修并配平衡鐵，減小三級活塞重量；修復壓縮機基礎缺陷。3M16-117/21 型工藝壓縮機為1969 年產品，運行時間長，分析機器振動的各方面原因，針對這些原因給出3 套改造方案。改造后機器的振動一定能得到減弱，但因為三列壓縮機具有原始設計缺陷，且在改造過程中會有很多不確定的因素，因此減弱效果也具有一定的不確定性。