化工機械設(shè)備的振動控制技術(shù)研究

蘇武臣

摘 要：隨著科技水平的不斷提升，各類機械設(shè)備在化工行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，大幅提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。在機械往返運轉(zhuǎn)過程中，極易產(chǎn)生機械振動，當振動超過規(guī)定范圍，將會對正常生產(chǎn)活動造成嚴重影響，同時會縮短機械設(shè)備使用壽命。為此，必須在全面掌握機械振動原理的基礎(chǔ)上，了解其危害和產(chǎn)生原因，才能采取有針對性的預(yù)防和治理措施，避免或消除機械振動，改善生產(chǎn)條件，保障生產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：化工機械設(shè)備;振動控制;危害

DOI：10.12249/j.issn.1005-4669.2020.25.294

1 機械振動的原理

機械振動是指物體或質(zhì)點在其平衡位置周圍所進行的往復(fù)運動，該運動具有規(guī)律性。振動的強弱可通過振動量進行衡量，振動體位移、速度、加速度等均可由振動量表示。當振動量在允許范圍以上時，機械設(shè)備產(chǎn)生的動荷載和噪聲將隨之增大，進而會對機械設(shè)備的工作性能、使用壽命造成不利影響。當振動過于嚴重的情況下，甚至?xí)霈F(xiàn)零部件早期失效情況。

2 化工機械設(shè)備振動危害

在化工企業(yè)生產(chǎn)過程中，時常發(fā)生機械設(shè)備振動危害問題，輕則影響生產(chǎn)效率，重則威脅生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)安全。因此，為預(yù)防和治理機械振動，必須了解機械設(shè)備振動危害。

第一，當機械振動量在允許范圍以上時，振動加劇，將會對機械設(shè)備的零件工作性能產(chǎn)生一定影響，甚至?xí)a(chǎn)生附加動載荷，縮短機械設(shè)備零件的使用壽命。第二，針對大型、高速回轉(zhuǎn)的化工機械設(shè)備，由于動態(tài)失穩(wěn)作用，將會產(chǎn)生嚴重的機械事故。比如，某些大型機組，因振動急速上，可能在幾十秒以內(nèi)出現(xiàn)解體現(xiàn)象，甚至產(chǎn)生嚴重的安全事故。第三，在化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，由于存在機械振動情況，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量或精度方面很容易受振動影響，導(dǎo)致產(chǎn)品不合格，造成嚴重經(jīng)濟損失。第四，機械振動將會產(chǎn)生較大的噪音污染，針對生產(chǎn)工人而言，極易影響人體健康，對聽力造成損傷，甚至引發(fā)大量致癌致命疾病。

3 化工機械設(shè)備振動原因

在化工行業(yè)生產(chǎn)中，往復(fù)式壓縮機應(yīng)用較廣，在使用過程中發(fā)現(xiàn)，此類設(shè)備機械振動情況普遍存在，主要原因如下：

1）機械結(jié)構(gòu)慣性力問題。在吸排氣階段，往復(fù)式壓縮機需承受不同的力，比如，活塞形成的慣性力、活塞機曲桿結(jié)構(gòu)自身產(chǎn)生的重力或驅(qū)動機形成的作用力等等。當機械設(shè)計存有一定問題時，如機組零件間隙不合理等，機組均會受到影響，甚至出現(xiàn)磨耗嚴重情況，這種情況下，將大幅增加機械的摩擦力。此時，在不同力的相互作用下將逐漸形成合力，并由某個支點向機械機身傳遞，最終產(chǎn)生機械振動。2）氣流脈動問題。一般來講，管路均會存有氣流，若壓力、速度不變，氣流于管路而言，僅能產(chǎn)生靜力，并不會引發(fā)振動。當管路內(nèi)充滿氣體時，將會形成氣柱。這種情況下，由于氣體可壓縮、膨脹，氣柱就可以看做是一個連續(xù)振動的彈性系統(tǒng)，一旦激發(fā)便會產(chǎn)生振動響應(yīng)。在機械吸排氣環(huán)節(jié)，具有間歇性、周期性的特征。機械運轉(zhuǎn)時將會間歇性地進行吸氣、排氣，這種運轉(zhuǎn)方式會把管內(nèi)氣柱激發(fā)，從而出現(xiàn)氣柱振動。此時，管道內(nèi)氣體的壓力和速度將會以周期性產(chǎn)生不斷變化，這種現(xiàn)象被看做是氣流脈動。氣流脈動形成的激振力是引發(fā)管道振動的干擾力，也就是振動的主要來源。一旦氣體壓力脈動太大，將會大幅增加激振力，從而導(dǎo)致振動加劇，出現(xiàn)這種問題的主要原因在于2點，其一，機械主機動力平衡不足;其二，氣柱產(chǎn)生共振，最常見的原因在于氣柱產(chǎn)生共振。當出現(xiàn)氣流脈沖問題時，將會產(chǎn)生嚴重的危害，例如影響機械容積效率，產(chǎn)生額外功耗，損壞機械零件，甚至引發(fā)整個管路系統(tǒng)和其他相連管路系統(tǒng)的共振，導(dǎo)致機組停車，管理系統(tǒng)失效，終將引發(fā)更嚴重的安全事故，造成嚴重損失。3）管路系統(tǒng)設(shè)計問題。氣流脈動是機械無法回避的一個問題。在壓力管道拐彎位置或者截面積上壓力脈動將會有所變化，進而產(chǎn)生不平衡力，這種情況下很容易形成機械振動。由于可見，當機械管路系統(tǒng)設(shè)計不合理、不科學(xué)的情況下，同樣會引發(fā)機械振動。比如，設(shè)備進出口緩沖罐設(shè)計方面，若設(shè)計不合理，則很難達到良好的緩沖效果，同時會產(chǎn)生很大壓力脈動。

4 化工機械設(shè)備振動控制措施

1）科學(xué)選擇氣缸作用方式。在往復(fù)式壓縮機進出口位置，氣缸吸氣、排氣將會激發(fā)管內(nèi)氣柱，并產(chǎn)生氣柱振動，引發(fā)氣流脈動。為避免管道系統(tǒng)強烈振動，必須控制好管內(nèi)氣體脈動，為此，選擇科學(xué)、合理的氣缸作用方式，可以在進出口管道上減小氣流脈動，避免與管道發(fā)生機械振動。2）合理設(shè)置緩沖罐。設(shè)置緩沖罐是減小管道內(nèi)氣體脈動最直接、最簡單、效果最好的一種方式，氣體排出后經(jīng)由緩沖罐處理，可大大減小壓力脈動。一般來講，緩沖罐和氣缸之間的距離越近，那么就具有越好的緩沖成效;反之，則緩沖成效越小。因此，必須根據(jù)實際情況，合理控制緩沖罐和氣缸之間的距離，并做好緩沖罐容積計算。目前，化工機械設(shè)備所用緩沖器結(jié)構(gòu)形式多種多樣，比如，球形緩沖器、圓筒形緩沖器等，不同的結(jié)構(gòu)類型，則產(chǎn)生的緩沖成效也會存有一定差異性。當容積相同的條件下，相比之下，球形緩沖器具有更好的緩沖成效。3）科學(xué)增減消振孔板。為一個阻力元件，孔板可實現(xiàn)減小氣流脈動的作用。一般來講，孔板尺寸不同，則其局部損失系數(shù)也有所區(qū)別。因此，需根據(jù)實際情況，在一定容積的容器進出口安置孔板，保證其尺寸合理，通過孔板作用達到減小管道機械振動的目的。對于孔板安裝位置的選擇，通常以管道脈動數(shù)值大小為標準，當進口處具有較大氣流脈動時，可將孔板安裝至進口處。當出口處具有較大氣流脈動時，可將孔板安裝至出口處。為有效減小氣流脈動，需根據(jù)氣流脈動大小，科學(xué)增加或減少孔板數(shù)量，當氣流脈動較大時，需增加一定量的孔板;反之，可適當減小。在孔板增加環(huán)節(jié)，很可能會出現(xiàn)局部壓力損失情況，為此，孔板選擇時需保證孔徑合理，一般為0.43-0.5mm，厚度3-5mm，若孔板厚度過大，將會進一步增加局部阻力損失，甚至產(chǎn)生噪音，所以，需合理控制孔板厚度。4）消除振動源。機械設(shè)備產(chǎn)生振動的因素很多，根據(jù)生產(chǎn)實際情況，結(jié)合設(shè)備自身條件，應(yīng)從根本上采取一定措施消除或減小振動源。第一，加強設(shè)備使用過程的監(jiān)督與管理，保證設(shè)備運行設(shè)置的所有參數(shù)科學(xué)、合理，保證設(shè)備運行正常，防止因人為操作失誤，而引發(fā)機械振動，影響設(shè)備使用性能。第二，定期做好機械設(shè)備各項運作功能安全檢查工作，保證運轉(zhuǎn)正常，及時查看磨損情況，若超出標準規(guī)定，需及時采取措施處理，加大安全風險防控能力。5）強化維護保養(yǎng)措施。在化工機械設(shè)備日常生產(chǎn)工作中，設(shè)備維修保養(yǎng)與維修至關(guān)重要。在機械設(shè)備日常維護管理中，不僅要重視一些關(guān)鍵零部件維護，還要注重細節(jié)維修。例如零件損傷、零件磨損或零件銹蝕等，查看是否存有引發(fā)機械振動的不利因素。為避免機械設(shè)備嚴重磨損，必須定期做好機械設(shè)備潤滑處理，減小摩擦力，避免振動發(fā)生。此外，在機械故障診斷和維修過程中，要根據(jù)實際情況，采取合理的維修方案。一旦查明原因，維修人員可通過專門儀器與設(shè)備進行專業(yè)化維修，保證維修準確性和質(zhì)量。若需拆除故障部位，則應(yīng)及時維修和更換故障的零部件;若仍存在故障問題，表明并非單一故障，需全面檢查設(shè)備技術(shù)性能和運行狀況，找出相關(guān)聯(lián)的裝置和系統(tǒng)，對癥下藥，提高維修的質(zhì)量。人是保證設(shè)備運轉(zhuǎn)正常的關(guān)鍵性因素，在技術(shù)和崗位培訓(xùn)當中，要嚴格按照設(shè)備維修管理制度，對維修人員普及現(xiàn)代維修管理知識和維修技術(shù)，努力提高維修人員的業(yè)務(wù)水平，更好地滿足企業(yè)發(fā)展所需，適應(yīng)現(xiàn)代化設(shè)備維修管理趨勢。

5 結(jié)束語

綜上所述，改革開放以來，我國化工行業(yè)迅速崛起，始終保持著高速發(fā)展的姿態(tài)，行業(yè)收入和利潤規(guī)模持續(xù)增長。為推進化工事業(yè)持續(xù)、健康發(fā)展，滿足化工行業(yè)提質(zhì)增效的需求，大量先進的機械設(shè)備不斷涌入，且得到了廣泛應(yīng)用。機械振動是機械運動的一種特殊形式，是物體在其平衡位置附近所作的往復(fù)運動。在現(xiàn)實生活中，振動時刻存在、無所不在，機械振動在大多數(shù)情況下都是有害的，若不及時消除，將會嚴重影響設(shè)備運行狀態(tài)，甚至造成嚴重的噪音污染，危害人體健康。為此，必須針對機械振動情況，采取科學(xué)、有效的措施，全面提升機械設(shè)備的工作效率。

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