天然气压缩机基础震动危害及处理方法
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摘要：对压缩机震动原理分析，基础震动危害进行分析，总结出减小基础震动处理方法。
关键词：压缩机基础；基础震动；防治
1.概述
大型天然气压缩机，在气田集气站、天然气中央处理厂中广泛应用，是该类站中的核心设备，多采用曲柄连杆式，往复活塞式压缩机。由于旋转产生不平衡质量惯性力（离心力），由活塞往复运动产生质量惯性力，而产生振动。振动对设备，人体，地基等均产生不利影响，需采取措施，使其振动在允许范围内。
2.压缩机基础振动的影响及允许振动范围
2.1 基础振动对机器的影响
机器在运行过程中产生振动，不同类型的机器，在不同的工作状态下产生的振动是不同的。机器本身振动大小反映了机器本身质量的等级，如果振动较大，则机器无法正常工作，机器的振动可由机械表面，轴承及安装等处的振动得以反映和表征。考虑机器的振动涉及到机器的性能、机器能否安全工作、机器中关键零部件由振动产生的压力大小，以及机器本身所带有关仪器能否正常工作。
2.2、基础允许振动范围
根据《动力机器基础设计规范》GB 50040-96，活塞式压缩机基础顶面的允许振动为：
活塞式压缩机基础振幅值的标准主要是以机器运行良好为依据，而不是以人的生理影响为标准，因为操作人员不是长期在压缩机基础上工作，而是巡回操作。
n≤300r/min 的活塞式压缩机采用振幅控制，基础顶面控制点的最大振动线位移不应大于0.2mm；n>300r/min 的活塞式压缩机采用速度控制，基础顶面控制点的最大振动速度不应大于6.3mm/s。
计算振幅为一、二阶振幅叠加，并用等效圆频率来控制。
3.基础振动对地基土的影响
3.1．土的动强度和动变形
3.1.1土的动强度特性
土的动强度是指土在一定动荷作用次数下，产生某个指定的破坏应变所需要的动应力。显然，破坏应变和振次的数值不同，相应的动强度也就不同。土的动强度特征主要反映在速率效应和循环效应两个方面。不同的动荷作用速率和不同的循环作用次数，动强度也不同。
3.1.2 影响土动强度的主要因素
（1）土性。土性对动强度的影响主要表现在土的粒度、密实度、结构性和含水量等方面。
（2）静应力状态。静应力状态对土动强度的影响反映在应力水平及动静应力组合等方面。
（3）动荷。动荷对强度的影响包括动荷大小、循环次数、频率、波形以及动荷引起的剪应力方向等。
3.1.3 土的动变形
土的动变形是指动荷载作用下土体产生附加变形，一般有以下两种情况：一是动荷作用下土体产生振动压密；二是在动荷作用下土体发生强度破坏，产生残余变形，称为“震陷”。振动压密多发生在较松散的无粘性土中；震陷一般发生在软粘性土中。土的动变形与土的初始密度、天然湿度、初始静应力状态、动荷作用次数以及振动持续时间等因素有关。
3.1.4 地基土的动承载力
在动荷载作用下，地基可能发生强度破坏，产生附加变形，导致基础沉陷、滑移或转动。理论上讲，动承载力涉及到动荷特性、动荷持续时间等，比较复杂。所以目前一般采用“拟动力法”，即将动荷产生的惯性力引入静力平衡方程中进行分析。综上所述，按《动力机器基础设计规范》进行大型压缩机地基基础设计时，采用地基承载力的动力折减系数来考虑动荷载下地基承载力的降低，并引入地基土的动沉陷影响系数。
3.2 基础振动对砂土液化的影响
在不排水条件下，饱和无粘性砂土或稍具粘性的土由于振动荷载的连续作用，产生超静孔隙水压力，并逐渐发展。当超静孔隙水压力（简称孔压）等于上覆土压力时，土颗粒将悬浮于孔隙水中，呈现出类似于稀砂浆或稀泥浆的状态，土的这种因孔隙水压力上升，颗粒间有效压应力下降，导致由固态转变为液态，从而失去强度，丧失稳定的现象，称为“液化”。液化大多数发生在疏松的饱和粉砂、细砂中，但粗粒的无粘性土和粘粒含量不大的粉土以及尾矿灰渣等，在强烈振（震）动作用下也可能发生液化。试验研究表明：液化取决于土的类型、土的密度、土的结构、土的应力历史和约束压力以及地形、地貌、地振（震）加速度等。液化对土建工程的危害极大，历次大地震都曾造成不同程度的砂土液化现象。如何有效防止大型压缩机基础振动引起砂土液化和振陷，造成较大的基础不均匀沉降，可参考地基基础抗震设计的有关内容。
3.3 基础振动对湿陷性黄土的影响
由于地下管道漏水，导致未进行处理的黄土地基发生湿陷，可能造成压缩机基础较大的偏沉。若考虑上部机器振动对黄土地基不均匀沉陷的影响，基础的整体偏沉会进一步加大。因此，从长远考虑，进行湿陷性黄土地区的压缩机地基基础设计时，应采用消除黄土湿陷性的有效措施。
4 基础振动对人体的影响
在不同的环境里，振动对人体影响可分为以下四种情况。
4.1 从劳动保护角度考虑，全身振动通过物理效应和生物学效应会对人体的骨骼、肌腱、循环系统、消化系统、神经系统、呼吸系统及新陈代谢等多方面造成影响和危害。
4.2 从环境保护角度考虑，环境振动传达至居民处，其强度小于、甚至远小于作业环境中操作工人所在处的振动强度，不至于危害居民身体健康，但居民的正常生活将会受到不同程度的干扰。如振动会影响居民的睡眠，干扰居民的学习，防碍居民的正常休息或娱乐，引起居民的烦恼。
4.3 从生产效率角度考虑，在振动的环境里工作，会影响人的视觉、听觉和精神注意力等，这些都会造成工作效率下降。
4.4 振动会破坏舒适性。人体对所暴露的振动环境主观感觉良好，在身体上和心理上无困扰和不安的因素，则称为舒适。显然，当振动强度过大时，则会破坏舒适性。
5．压缩机基础的振动控制方法
大型压缩机基础设计时，为了减小基础的振动速度和位移，应尽可能减小基础的高度，使基础平面对称布置，且尽可能减小压缩机主撬的重心与基组总重心之间的距离，以减小机器振动引起的总扭矩和回转力矩。
5.1调整基础的刚度
5.1.1 调整基础的底面积，若保持基础的质量不变，增大基础的底面积，则基础的刚度增大，提高基础的固有频率。
5.1.2 调整基础的高度，若保持基础底面积不变，只增加基础的高度，则可以增大基础的质量，而不改变基础的刚度，从而降低基础的固有频率。
5.1.3 调整地基的水平刚度，若在基础周边布置一排斜桩，可以增大基础（地基土）的水平刚度。在基础底面增设毛石混凝土垫层，但垫层与基础混凝土分开浇筑，则可以只增大基础（地基土）的刚度，而不增加基础的质量，从而提高基础的固有频率。
5.2 调整基础的参振质量
5.2.1 采用联合基础
一般情况下，采用联合基础时基础的质量和刚度同时增大，但基础抗弯刚度和惯性矩增长的幅度远远高于基础质量增长的幅度。因此，联合基础的固有频率通常高于单独基础。对于低频振动的机器，可采用联合基础提高基础的固有频率以避开共振区。
5.2.2 利用混凝土地坪和“土钉桩”增大基础的参振质量
混凝土地坪的作用主要是提高基础的水平刚度和转动刚度，“土钉桩”的作用主要是提高基础的抗压刚度和转动刚度，两者都可以显著减小基础的振动速度和位移，但由于基础参振质量的增加，必须根据动力计算分析和试验结果来确定对基础自振频率的影响。
5.3 基础隔振与减震设计
5.3.1基础隔振设计
对机器自身振动较大或周围环境对机器振动控制要求较高的情况，可以对基础采用隔振设计。隔振基础必须设计成双层基础，上层基础与机器连接，下层基础放置在地基土上，上、下层基础之间设置隔振弹簧。其作用是通过设置隔振弹簧，减小上部机器传给下层基础的扰力，从而减小机器振动对地基土的影响。
5.3.2减震设计
基础减震设计是在隔振基础的基础上设置阻尼器，改变机器和上部基础振动的阻尼比，以减小机器自身的振动。其他类型的震动设备，也可借鉴以上方法降低震动危害。
参考文献：
[1]《动力机器基础设计规范》GB50040-96.
[2]《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002.
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