解决往复压缩机振动的两个方案

￣ｒｖｉｃｅ　＆Ｍ　ｍｔｅｎ　—■，ｒ　文宣编号：１００６—２９７１（２０１２）０４—００３１—０３　解决往复压缩机振动的两个方案　潘祖琨。唐家丰，赵进生　（诺威尔（天津）燃气设备有限公司，天津３０１７００）　’　、　摘要：针对大型往复压缩机振动大的问题，提出了两种完全可以平衡掉一阶惯性力和一阶不平衡惯性力矩的方法，最大限　度地降低机组的振动值，提高曲轴转速。　关键词：往复压缩机；振动；惯性力　’　中图分类号：ＴＫ４５７　文献标志码：Ａ　Ｔｗｏ　Ｓｃｈｅｍｅｓ　ｆｏｒ　Ｓｏｌｖｉｎｇ　Ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ　Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ　Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ＰＡＮ　Ｚｕ—ｋｕｎ，ＴＡＮＧ　Ｊｉａ—ｆｅｎｇ，ＺＨＡＯ　Ｊｉｎ—ｓｈｅｎｇ　（Ｎｕｏｗｅｉ　Ｅｒ（Ｔｉａｎｊｉｎ）Ｇａｓ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｔｉａｎｊｉｎｇ　３０１７００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｔｈｅ　ｓｅｖｅｒｅ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｌａｒｇｅ—ｔｙｐｅ　ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｈａｓ　ｐｏｉｎｔｅｄ　ｏｕｔ　ｔｗｏ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ　ｂａｌａｎｃｉｎｇ　ｆｉｒｓｔ　ｏｒｄｅｒ　ｉｎｅｒｔｉａ　ｆｏｒｃｅ　ａｎｄ　ｆｉｒｓｔ　ｏｒｄｅｒ　ｕｎｂａｌａｎｃｉｎｇ　ｍｏｍｅｎｔ　ｏｆ　ｉｎｅｒｔｉａ．Ｉｔ　ｃａｎ　ｍａｘｉｍｉｚｅ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｕｎｉｔ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｃｒａｎｋｓｈａｆｔ　ｓｐｅｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎ；ｉｎｅｒｔｉａ　ｆｏｒｃｅ　１　引言　往复压缩机的结构特点，就是利用曲柄连杆　也是非常显著的。２０世纪５０年代，对动平衡型机　组的出现，使得大型往复压缩机组曲轴转速，从　１００　ｒ／ｍｉｎ提高到３倍多，达到３００　ｒ／ａｒｉｎ，使往复压　缩机技术水平提高了一大步。由于生产和制造的　种种原因，对于２７０和４列大型对动平衡型机组，　机构来改变气缸容积的大小，达到提高流体压力　的目的。这种方法，这种结构使往复压缩机获得　很高的机械效率，最广泛的应用范围，甚至于在　进、排气压力、压缩流体的介质变化很大，仍然　能保持较高机械效率和适应性，也就成为当前仍　仍然存在一阶不平衡惯性力及一阶不平衡惯性力　矩，阻碍了机组曲轴转速进一步提高。　在盛行的、用在提高流体压力最常用机械。　由于间断性的吸、排气和往复运动产生的惯　性力，使机组容易产生振动。随着生产的发展和　需要，要求往复压缩机组，越来越大，转速越来　诺威尔（天津）燃气设备有限公司生产的　ＣＮＧ、ＬＮＧ天然气撬装往复压缩机组，采用了两种　完全可以平衡掉一阶惯性力和一阶不平衡惯性力　矩的方法，最大限度地降低振动值，提高曲轴转　速，使机组获得良好运行参数，效果非常好，值　得向使用单位推广，值得制造单位借鉴。　越高；需要机组体积小、重量轻，在有限的制造　成本下，发挥最大的功能。如何降低往复压缩机　的振动，就显得特别重要了。大家都知道，过大　的振动值，导致易损件寿命大大缩短、导致机组　运行噪声过大、导致运行功率损耗增加、导致机　组运行诸多事故产生。一句话，过大的振动值，　是往复压缩机组运行事故的万恶之源。　２解决往复压缩机振动的两个方案　该公司中、小型天然气撬装往复压缩机组，　采用了“完全水平对置对动平衡型”结构的专利　技术，使相对运动的两列气缸中心线在同一直线　上，机组运行时不会产生惯性力矩。同时执行严　历年来从事压缩机事业的专家、学者，都在　为如何降低机组的振动，做了大量的工作，效果　格的制造标准：相对运动两列的往复运动质量差，　不大于ｌ盎司（２８　ｇ），即使曲轴在１８００　ｒ／ｍｉｎ速度　运行，不平衡往复惯性力，振动值也不超过３８　Ｎ。　收稿日期：２０１２—０５—１０　２０１２年０４期（总第２３４期）　在大型天然气撬装４列对动平衡型往复压缩机　组，采用了常规对称平衡型结构。每对对称平衡　型结构，由于气缸不在同一中心线上，运行时就　会产生不平衡惯性力矩。两对对称平衡型结构，　又相互错开９Ｏ。，其综合不平衡惯性力矩值为其矢　量和。可以从下面的计算公式确定。　图１　完全水平对称设计　设定：卜不平衡惯性力　这种优良的结构本身，就能保证机组运行时的一　阶、二阶的惯性力和惯性力矩，都可以得到完全　ｓ——每列往复运动总质量（３５２　ｋｇ）　△Ｗｓ——不平衡往复运动总质量　Ｒ——回转半径（Ｏ．０７６２　ｍ）　——平衡。使机组获得很高的运行性能指标，见图１。　可以按下面的计算公式和计算结果，看到结　构的优越性，领会其意义。　设定：卜不平衡惯性力，Ｎ　△ｗｓ——不平衡往复运动总质量，ｋｇ　Ｒ——回转半径（Ｏ．０３８１ｍ）　——角速度　凡——曲轴转速（１２００　ｒ／ｒａｉｎ）　相对运动两列的中心距离（０．２７　ｍ）　６——曲轴两端的可调平衡重量轴向中心距　离（２．２Ｏ　ｍ）　Ｍｒ综合不平衡惯性力矩（Ｎｍ）　角速度　＝凡——曲轴转速（１８００ｒ／ａｉｒｎ）　－△Ｗｓ　Ｒ　ｃ。ｓＨ：ＡＷｓ　（叮Ｔｎ／３０）２ｃ。ｓ日　２　＝△　ｓＲ‘ｃｏｓＨ＝ＡＷｓＲ（￣ｎ／３０）￣ｏｓＨ　ＡＷｓｘ０．０７６２ｘ［（１２００ｘ３．１４１５９）／３０１２ｘｃｏｓＨ　＿△Ｗｓｘ１２０３ｘｃｏｓＨ　ＡＷｓｘ０．０３８１ｘ［（１８００ｘ３．１４１５９）／３０］ｘｃｏｓＨ　△Ｗｓ×１　３５４ｘｃｏｓＨ　如果机组在１０００　ｒ／ｍｉｎ条件下运行，按公式计　算其结果为　Ｆ＝ＡＷｓｘ０．０７６２ｘ［（１０００ｘ３．１４１５９）／３０１２ｘｃｏｓＨ　＝＝如果机组在１５００　ｒ／ｍｉｎ条件下运行，按公式计　算其结果为　２　△Ｗｓｘ８３５．６３ｘｃｏｓＨ　Ｆ．－△Ｗｓ×０．０３８１ｘ［（１５００ｘ３．１４１５９）／３０］￣ｃｏｓ／／　＝按照“完全平衡型对动压缩机曲轴结构设计”　不平衡惯性力矩　Ｍｚ＝ＷｓＲａＸ２（ｃｏｓＨ＋ｓｉｎｔｔ）　ＡＷｓｘ９４０．０８ｘｃｏｓＨ　从上面公式可以看出，机组的运行速度为　１８００　ｒ／ｍｉｎ，１　ｇ不平衡重量，就会产生１３５４倍的最　当日＝４５ｏ和Ｈ＝２２５。时，不平衡惯性力矩达到最　大不平衡往复惯性力，约为１．３５４　Ｎ的力；机组的　运行速度为１５００　ｒ／ｍｉｎ，１　ｇ不平衡重量，就会产生　大值，（ｃｏｓ４５。＋ｓｉｎ４５。）＝、／２　Ｍｚ．＝ＷｓｘＲｘａｘＸ２￣（ｃｏｓ４５。＋ｓｉｎ４５。）　＝９４０倍的最大不平衡往复惯性力，约为０．９４　Ｎ的力。　不平衡重量，能够产生如此重大的影响，必须认　真处理，这就是为什么采用“完全水平对置对动　平衡型”结构，还需要严格执行制造标准。　、／　ｘ３５２ｘＯ．０７６２ｘ０．２７ｘ（１２００ｘ３．１４１５９／３０）　１６１７３２（Ｎｍ）　＝如果机组在１０００　ｒ／ｍｉｎ条件下运行，按公式计　算其结果为　Ｍｚ　、／　ｘ３５２ｘＯ．０７６２ｘ０．２７ｘ（１０００ｘ３．１４１５９／３０）　＝１　１２３１４（Ｎｍ）　从上面计算结果可以看出，机组在高转数运　行，产生巨大的惯性力和不平衡惯性力矩。如果　不执行严格的制造标准，不进行平衡惯性力和惯　往复惯性力产生扭矩（外死点Ｉ　图２　性力矩，机组是无法在高转速条件下运行。　（下转第３５页）　３２ｉ　瓣　愁　２０１２年ｏ４期（总第２３４期）一　￣ｒＶｌＣｅ　＆Ｍ　ｍ　ｍ　■—■＿，　使用较少的费用，将ＤＣＳ系统和　缩机气阀阀片破损，排气温度　输盐池站压缩机组远程控制系统　机组自身的ＭＡＲＫ　１Ｖ系列的数　升高，活塞杆和活塞连接螺母　优化［Ｊ］．油气储运，２０１１，３０（６）：　字式控制器联合在一起，实现　松动导致机体振动数值增大等　４７４—４７５，４７７．　了机组本体联锁保护和运行参　多项设备故障隐患。　［２】贺丽岩，等．ＤＣＳ系统在压缩机控制　中的应用［Ｊ］．工业控制计算机，　数监控于一体的功能要求，满　总之，通过ＤＣＳ系统在往复　２００４，１７（３）：５５．　足了机组生产运行的要求。　压缩机上的成功应用，完善了机　［３］　曹振龙．２ＤＷ２　５压缩机组在线振　６ＨＯＳ一３型往复压缩机ＤＣＳ　组原来控制系统的缺陷，提高了　动监测及控制系统改进［Ｊ］．油气　系统应用改造完成后，进行了　故障分析的水平，同时在应用压　田地面工程，２０１０（８）：７２—７３．　为期一年的试运行，运行结果　缩机控制系统时还有很多方面需　表明：中控室可以实现对压缩　要更深入地探索，还需要在实践　作者简介：王玮（１９７２一），男，高级工程师，　机组的运行参数监控和数据分　中不断加以总结经验。　１９９４年毕业于西安石油学院化工设备与机　械专业，现代大港油田天然气公司处理站　析等功能。管理技术和操作人　参考文献：　副站长，从事天然气净化处理和压缩机管　员通过数据分析解决了多次压　『１１魏凯，唐善华，闫峰，张麟．西气东　理工作。　（上接第３２页）　Ｗｚ＝Ｍｚ．／（ＲＺｂＸ　）＝１６１７３２／［０．０７６２　ｘ２．２￣（１２ｏｏ×　４８　３．１４１５９／３０）２］＝６１．０９４　ｋｇ　３结语　综上所述，采用了上述“解决往复压缩机振　动的两个方案”，将会使往复压缩机技术水平，在　采用对称平衡型的基础上再提高一大步。我们认　为机组能够在高速下安全、平稳运行，除了采用　图３完全平衡型对动压缩机曲轴结构设计图　先进的结构外，还需要执行严格的制造标准。例　为了彻底平衡不平衡惯性力矩，保证机组能　如，中、小型天然气撬装往复式压缩机组，　“相　够在１２００　ｒ／ｍｉｎ的高转速下运行，采用了如图３的　对运动两列的往复运动重量误差，不得大于１盎司　“完全平衡型对动压缩机曲轴结构设计”。同时执　（２８　ｇ）”；大型天然气撬装４ＹＯ对动平衡型机组，　行两个方面严格的制造要求：第一方面，相对运　“相对运动两列的往复运动重量误差，不得大于１　动两列的往复运动重量误差，不得大于１磅　磅（０．４５３６　ｋｇ）”制造标准。同时在曲轴第一列转　（Ｏ．４５３６　ｋｇ）；另一个方面，每台机组都要进行综　角到达２２５。和４５。处设置配重，将不平衡惯性力矩　合惯性力矩的计算，通过调整曲轴两端的可调平　彻底平衡。　衡重量，尽量平衡掉综合不平衡惯性力矩，机组　必须充分认识到，采用先进的结构，只是满　运行时振动值就不会超过标准规定。　足必要条件，只能说明可以做到。必须同时执行　如何平衡不平衡惯性力矩，首先要了解产生　严格的制造标准这个充分条件，才能达到机组在　最大不平衡惯性力矩在曲轴旋转的位置，从上面　高速下安全、平稳运行的目的。往往认为机组采　曲轴结构图知道，在曲轴第一列转角到达４５０和　用了先进的结构，就能得到优良的运行参数指标，　２２５。时产生最大不平衡惯性力矩。就可以在其相反　没有深入分析其需要完成、达到先进结构的充分　条件，也就是说，只学到了表面部分，没有了解　方向，￣１１４５。＋１８０。＝２２５。和４５。设置平衡重，彻底平　到实质性的内容，使最终效果大打折扣。这就是　衡掉不平衡惯性力矩。平衡重设置在曲轴两端的　我们在实践中得到的深深体会。　最远点，也就能使平衡重降到最小值。按前面的　例子进行计算如下：设平衡重的回转重　Ｉ￣，ＲＺ与往　作者简介：潘祖琨，教授级高级工程师，诺威尔（天津）燃气设　复惯性力的回转中心Ｒ相等，平衡重的配重质量　备有限公司技术顾问。　隧２０１２年０４期（总第２３４期）