化工机械设备的振动控制技术研究

2022.10.07

苏武臣

摘要：随着科技水平的不断提升，各类机械设备在化工行业得到了广泛应用，大幅提高了生产效率和生产质量。在机械往返运转过程中，极易产生机械振动，当振动超过规定范围，将会对正常生产活动造成严重影响，同时会缩短机械设备使用寿命。为此，必须在全面掌握机械振动原理的基础上，了解其危害和产生原因，才能采取有针对性的预防和治理措施，避免或消除机械振动，改善生产条件，保障生产安全。

关键词：化工机械设备;振动控制;危害

DOI：10.12249/j.issn.1005-4669.2020.25.294

1 机械振动的原理

机械振动是指物体或质点在其平衡位置周围所进行的往复运动，该运动具有规律性。振动的强弱可通过振动量进行衡量，振动体位移、速度、加速度等均可由振动量表示。当振动量在允许范围以上时，机械设备产生的动荷载和噪声将随之增大，进而会对机械设备的工作性能、使用寿命造成不利影响。当振动过于严重的情况下，甚至会出现零部件早期失效情况。

2 化工机械设备振动危害

在化工企业生产过程中，时常发生机械设备振动危害问题，轻则影响生产效率，重则威胁生产质量和生产安全。因此，为预防和治理机械振动，必须了解机械设备振动危害。

第一，当机械振动量在允许范围以上时，振动加剧，将会对机械设备的零件工作性能产生一定影响，甚至会产生附加动载荷，缩短机械设备零件的使用寿命。第二，针对大型、高速回转的化工机械设备，由于动态失稳作用，将会产生严重的机械事故。比如，某些大型机组，因振动急速上，可能在几十秒以内出现解体现象，甚至产生严重的安全事故。第三，在化工产品生产过程中，由于存在机械振动情况，生产出来的产品质量或精度方面很容易受振动影响，导致产品不合格，造成严重经济损失。第四，机械振动将会产生较大的噪音污染，针对生产工人而言，极易影响人体健康，对听力造成损伤，甚至引发大量致癌致命疾病。

3 化工机械设备振动原因

在化工行业生产中，往复式压缩机应用较广，在使用过程中发现，此类设备机械振动情况普遍存在，主要原因如下：

1）机械结构惯性力问题。在吸排气阶段，往复式压缩机需承受不同的力，比如，活塞形成的惯性力、活塞机曲杆结构自身产生的重力或驱动机形成的作用力等等。当机械设计存有一定问题时，如机组零件间隙不合理等，机组均会受到影响，甚至出现磨耗严重情况，这种情况下，将大幅增加机械的摩擦力。此时，在不同力的相互作用下将逐渐形成合力，并由某个支点向机械机身传递，最终产生机械振动。2）气流脉动问题。一般来讲，管路均会存有气流，若压力、速度不变，气流于管路而言，仅能产生静力，并不会引发振动。当管路内充满气体时，将会形成气柱。这种情况下，由于气体可压缩、膨胀，气柱就可以看做是一个连续振动的弹性系统，一旦激发便会产生振动响应。在机械吸排气环节，具有间歇性、周期性的特征。机械运转时将会间歇性地进行吸气、排气，这种运转方式会把管内气柱激发，从而出现气柱振动。此时，管道内气体的压力和速度将会以周期性产生不断变化，这种现象被看做是气流脉动。气流脉动形成的激振力是引发管道振动的干扰力，也就是振动的主要来源。一旦气体压力脉动太大，将会大幅增加激振力，从而导致振动加剧，出现这种问题的主要原因在于2点，其一，机械主机动力平衡不足;其二，气柱产生共振，最常见的原因在于气柱产生共振。当出现气流脉冲问题时，将会产生严重的危害，例如影响机械容积效率，产生额外功耗，损坏机械零件，甚至引发整个管路系统和其他相连管路系统的共振，导致机组停车，管理系统失效，终将引发更严重的安全事故，造成严重损失。3）管路系统设计问题。气流脉动是机械无法回避的一个问题。在压力管道拐弯位置或者截面积上压力脉动将会有所变化，进而产生不平衡力，这种情况下很容易形成机械振动。由于可见，当机械管路系统设计不合理、不科学的情况下，同样会引发机械振动。比如，设备进出口缓冲罐设计方面，若设计不合理，则很难达到良好的缓冲效果，同时会产生很大压力脉动。

4 化工机械设备振动控制措施

1）科学选择气缸作用方式。在往复式压缩机进出口位置，气缸吸气、排气将会激发管内气柱，并产生气柱振动，引发气流脉动。为避免管道系统强烈振动，必须控制好管内气体脉动，为此，选择科学、合理的气缸作用方式，可以在進出口管道上减小气流脉动，避免与管道发生机械振动。2）合理设置缓冲罐。设置缓冲罐是减小管道内气体脉动最直接、最简单、效果最好的一种方式，气体排出后经由缓冲罐处理，可大大减小压力脉动。一般来讲，缓冲罐和气缸之间的距离越近，那么就具有越好的缓冲成效;反之，则缓冲成效越小。因此，必须根据实际情况，合理控制缓冲罐和气缸之间的距离，并做好缓冲罐容积计算。目前，化工机械设备所用缓冲器结构形式多种多样，比如，球形缓冲器、圆筒形缓冲器等，不同的结构类型，则产生的缓冲成效也会存有一定差异性。当容积相同的条件下，相比之下，球形缓冲器具有更好的缓冲成效。3）科学增减消振孔板。为一个阻力元件，孔板可实现减小气流脉动的作用。一般来讲，孔板尺寸不同，则其局部损失系数也有所区别。因此，需根据实际情况，在一定容积的容器进出口安置孔板，保证其尺寸合理，通过孔板作用达到减小管道机械振动的目的。对于孔板安装位置的选择，通常以管道脉动数值大小为标准，当进口处具有较大气流脉动时，可将孔板安装至进口处。当出口处具有较大气流脉动时，可将孔板安装至出口处。为有效减小气流脉动，需根据气流脉动大小，科学增加或减少孔板数量，当气流脉动较大时，需增加一定量的孔板;反之，可适当减小。在孔板增加环节，很可能会出现局部压力损失情况，为此，孔板选择时需保证孔径合理，一般为0.43-0.5mm，厚度3-5mm，若孔板厚度过大，将会进一步增加局部阻力损失，甚至产生噪音，所以，需合理控制孔板厚度。4）消除振动源。机械设备产生振动的因素很多，根据生产实际情况，结合设备自身条件，应从根本上采取一定措施消除或减小振动源。第一，加强设备使用过程的监督与管理，保证设备运行设置的所有参数科学、合理，保证设备运行正常，防止因人为操作失误，而引发机械振动，影响设备使用性能。第二，定期做好机械设备各项运作功能安全检查工作，保证运转正常，及时查看磨损情况，若超出标准规定，需及时采取措施处理，加大安全风险防控能力。5）强化维护保养措施。在化工机械设备日常生产工作中，设备维修保养与维修至关重要。在机械设备日常维护管理中，不仅要重视一些关键零部件维护，还要注重细节维修。例如零件损伤、零件磨损或零件锈蚀等，查看是否存有引发机械振动的不利因素。为避免机械设备严重磨损，必须定期做好机械设备润滑处理，减小摩擦力，避免振动发生。此外，在机械故障诊断和维修过程中，要根据实际情况，采取合理的维修方案。一旦查明原因，维修人员可通过专门仪器与设备进行专业化维修，保证维修准确性和质量。若需拆除故障部位，则应及时维修和更换故障的零部件;若仍存在故障问题，表明并非单一故障，需全面检查设备技术性能和运行状况，找出相关联的装置和系统，对症下药，提高维修的质量。人是保证设备运转正常的关键性因素，在技术和岗位培训当中，要严格按照设备维修管理制度，对维修人员普及现代维修管理知识和维修技术，努力提高维修人员的业务水平，更好地满足企业发展所需，适应现代化设备维修管理趋势。

5 结束语

综上所述，改革开放以来，我国化工行业迅速崛起，始终保持着高速发展的姿态，行业收入和利润规模持续增长。为推进化工事业持续、健康发展，满足化工行业提质增效的需求，大量先进的机械设备不断涌入，且得到了广泛应用。机械振动是机械运动的一种特殊形式，是物体在其平衡位置附近所作的往复运动。在现实生活中，振动时刻存在、无所不在，机械振动在大多数情况下都是有害的，若不及时消除，将会严重影响设备运行状态，甚至造成严重的噪音污染，危害人体健康。为此，必须针对机械振动情况，采取科学、有效的措施，全面提升机械设备的工作效率。

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