压缩机振动

为什么会担心振动？

每台机器在操作时都会产生振动。无论机器的装配如何严密，机器及其连接的所有结构都会遇到一些由不同力造成的意外运动。这些力通常由机器内不同部件的运动引起。如果这些运动引起的振动太大，就会损坏机器。

什么会引起振动？

弯曲的轴、旋转部件不平衡、磨损或弯曲的齿轮、损坏的轴承、未校准的联轴器或轴承、电磁力等都可以引起振动。

但在压缩机中，最常见的原因是旋转部件的不平衡和流体动力异常。Ariel 在设计和制造工艺中特别注意防止这些情况的发生。

振动如何影响压缩机

在考虑压缩机中如何发生振动时，必须同时考虑压缩机机组以及与之相连的所有外围设备。压缩机机组、干燥器、冷热调节器、管件等一起形成传输振动能量的复杂机械系统。

固有频率 – 使音叉响铃

本机械系统形成一个具有一或多个固有频率的结构。固有频率的最好示例是打击音叉。接近其固有频率时音叉会发出声音。每个结构都有固有频率。当外力（例如锤打）刺激结构时，结构将以其固有频率“响铃”，直到结构内部的阻力停止这种振动。音叉将会长时间响铃，但不会永远持续。机械结构应设计为不会轻易响铃，而且不会长时间响铃 – 除非刺激力持续作用。

在实际的机械中，当结构进入共振（以其固有频率进行的振动）时，振幅将会增大。损坏过程也会因此而加速。

Ariel 压缩机系统的固有频率远远超过正常发生的振动频率。

压缩机系统的振动类型

压缩机的两种主要振动类型是平移（横向）和旋转（盘旋）振动。平移振动的示例是共振造成的外部管件移动。如果外部管件的振动过大，几乎可以确定系统内某些振动的频率接近管件结构的固有频率。旋转振动的常见情况是沿曲轴发生频率与轴转速相同的极大振动。产生这种振动的原因通常是活塞对中的重量不一致而导致作用于曲轴的力不平衡。

不平衡 - 压缩机重点关注的振动问题

压缩机中的大多数振动问题与不平衡相关。高级别振动可能与不平衡状况造成的旋转力或平移力直接相关。

什么是不平衡？

不平衡有两种基本类型。不平衡力是一种试图先朝一个方向推压缩机及其基础然后朝相反方向拉的力。不平衡耦合是一种试图绕旋转轴（如曲轴的中心线）拉机器的力矩。虽然这两种不平衡力的影响类似，但要防止它们，需要了解各自的诱因和防范措施。

往复重量

我们先来深入了解一下不平衡力。这种力试图沿单一运动轨迹来回拉动压缩机及其基座。造成不平衡力的原因是不一致的往复重量（活塞对组件重量）和活塞对之间压缩的空气动力。假设空气动力在杆组件的设计容量内（正常操作时），则需要检查往复重量的问题。

往复重量定义为活塞总成、平衡螺母、十字头组件、活塞杆和连杆“小端”的重量。这属于每个气缸中前后移动的压缩机组件的一部分。当活塞对的往复重量之间差异较大时，将会产生能够引起问题的不平衡力。

Ariel ISO9001 认证的其中一部分，是仔细跟踪所有生产元件的转动惯量。工厂保存每台新机器的一份完整的平衡测试记录。我们的公差是：JG/A/M/P/N/Q/R/W/J 及其以下型号的机架为 1lbf；大于 JGH/E/K/T/C/D 的机架为 2lbf；大于 JGB/V/U/Z 的机架为 5lbf。对于 1000HP 机架，此公差小于活塞对中往复重量之间差异的 33% — 这是极高的精密标准。机组数据手册中可以找到每种 Ariel 压缩机的精确公差。

旋转重量

旋转重量定义为曲轴及其连接结构（挡油环、辅助端驱动等）与连杆“大端”的重量。当其中任一组件或铸件发生变化时，都会产生一种试图绕曲轴旋转轴拉动整个机组的力。力或拉动的方向是“重部位”绕曲轴中心线移动的方向

Ariel 设计如何最大限度降低不平衡

要了解 Ariel 设计原理如何减少压缩机中的不平衡问题，需要详细说明影响压缩机内部组件的力。

水平主要力和次要力

水平主要力 (HPF) 是当活塞移入气缸时，活塞总成的往复重量试图将曲轴拉入气缸的力。

这种力可以通过使用在旋转期间与活塞总成运动方向相反的平衡重量来抵消。水平次要力 (HSF) 远远小于主要力，是围绕曲轴中心线的连杆运动形成的。

垂直方向上主要力偶

但如果使用平衡重量，活塞行程中点的旋转又会产生新的力。在此旋转阶段，平衡重量的方向与活塞运动方向垂直，而平衡重量的全部质量转换为向上拉（或在循环的另一半时向下拉）机器的垂直力（垂直方向上主要力偶或 VPC）。

Ariel 通过使用成对、方向相反的气缸机架设计来最小化对平衡重量的需要。这样往复力通过相对的气缸来平衡。因为使用的平衡重量很小，所以垂直方向上主要力偶 (VPC) 被减小到合理的水平。

因为活塞对无法直接相对，而必须水平偏移，所以会产生扭力。这些力称为水平主要耦合 (HPC) 和水平次要耦合 (HSC)。产生的相对力由对置拐的中心线之间的偏移距离“D”决定。

大多数压缩机制造商将平衡重量直接放在曲柄销板上来减小 HPC，但这样无法减小 HSC。

Ariel 将平衡重量放在主轴承板的外侧。这会减少所需的重量，帮助同时减小 HPC 和 HSC。

Ariel 坚信，其相对的活塞设计可以给系统可靠性和使用寿命带来最大的机械优点。2、4 和 6 气缸设计具有不同程度的力关系。所有设计都是为了更长的使用寿命，而增加气缸数所产生的如以下图表所示力的关系：

防止与振动相关的故障

尽管不会通过改变内部部件的重量来平衡 Ariel 机组，但仍应该采取一些预防性措施。显然，在正常工作的压缩机中存在着许多力。

地脚螺栓维护

Ariel 机组中的扣件和铸件可以承受所有正常的振动和扭矩力。Ariel 不能控制的是对机组安装固定设备的装配扣件的维护。

Ariel 强烈建议定期执行地脚螺栓维护。在现场服务时我们发现，许多设备的问题的其实只是装配松脱。我们建议安排以下维护：

• 初始维护：紧固并松开地脚螺栓三次，在第三次紧固时使用最终的拉伸设置。
• 操作 7 天后：在设备温度仍然接近操作温度时，检查正常的拉伸 – 请勿松开。
• 操作 30 天后：当设备温度仍然接近工作温度时，检查正常的拉伸。
• 从安装后 6 个月开始每隔 6 个月：当设备温度仍然接近工作温度时，检查正常的拉伸。纠正外部结构的共振问题

如前所述，每个系统都有一或多个固有频率。如果有刺激接近其固有的固有频率，结构系统通常会发出响声。振动会加剧，并且加速损坏机器。如果发现机械结构的某部件在共振，可以通过几个步骤来解决此问题。

确定装配螺栓及其它锚定硬件被正常扭转。松开固定件通常会导致类似于共振的一般松脱。

• 改变机组的运行速度，以改变刺激力的频率。
• 在共振的结构中加入重量。改变结构的质量也可以改变其固有频率。
• 支持运动最剧烈的系统。这不仅可以改变固有频率，而且还会增加相关结构的刚度。
• 管件振动也可以通过在分离器顶部加入支撑来解决，因为这样可以在不同的平面重塑系统管件（增加刚度），或者通过固结形成橇体以及固定锚点。