化工機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)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(jī)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(jī)械往返運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，極易產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)超過規(guī)定范圍，將會(huì)對(duì)正常生產(chǎn)活動(dòng)造成嚴(yán)重影響，同時(shí)會(huì)縮短機(jī)械設(shè)備使用壽命。為此，必須在全面掌握機(jī)械振動(dòng)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(duì)性的預(yù)防和治理措施，避免或消除機(jī)械振動(dòng)，改善生產(chǎn)條件，保障生產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：化工機(jī)械設(shè)備;振動(dòng)控制;危害

DOI：10.12249/j.issn.1005-4669.2020.25.294

1 機(jī)械振動(dòng)的原理

機(jī)械振動(dòng)是指物體或質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置周圍所進(jìn)行的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)具有規(guī)律性。振動(dòng)的強(qiáng)弱可通過振動(dòng)量進(jìn)行衡量，振動(dòng)體位移、速度、加速度等均可由振動(dòng)量表示。當(dāng)振動(dòng)量在允許范圍以上時(shí)，機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的動(dòng)荷載和噪聲將隨之增大，進(jìn)而會(huì)對(duì)機(jī)械設(shè)備的工作性能、使用壽命造成不利影響。當(dāng)振動(dòng)過于嚴(yán)重的情況下，甚至?xí)霈F(xiàn)零部件早期失效情況。

2 化工機(jī)械設(shè)備振動(dòng)危害

在化工企業(yè)生產(chǎn)過程中，時(shí)常發(fā)生機(jī)械設(shè)備振動(dòng)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(jī)械振動(dòng)，必須了解機(jī)械設(shè)備振動(dòng)危害。

第一，當(dāng)機(jī)械振動(dòng)量在允許范圍以上時(shí)，振動(dòng)加劇，將會(huì)對(duì)機(jī)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(dòng)載荷，縮短機(jī)械設(shè)備零件的使用壽命。第二，針對(duì)大型、高速回轉(zhuǎn)的化工機(jī)械設(shè)備，由于動(dòng)態(tài)失穩(wěn)作用，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的機(jī)械事故。比如，某些大型機(jī)組，因振動(dòng)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(yán)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(jī)械振動(dòng)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(dòng)影響，導(dǎo)致產(chǎn)品不合格，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。第四，機(jī)械振動(dòng)將會(huì)產(chǎn)生較大的噪音污染，針對(duì)生產(chǎn)工人而言，極易影響人體健康，對(duì)聽力造成損傷，甚至引發(fā)大量致癌致命疾病。

3 化工機(jī)械設(shè)備振動(dòng)原因

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

1）機(jī)械結(jié)構(gòu)慣性力問題。在吸排氣階段，往復(fù)式壓縮機(jī)需承受不同的力，比如，活塞形成的慣性力、活塞機(jī)曲桿結(jié)構(gòu)自身產(chǎn)生的重力或驅(qū)動(dòng)機(jī)形成的作用力等等。當(dāng)機(jī)械設(shè)計(jì)存有一定問題時(shí)，如機(jī)組零件間隙不合理等，機(jī)組均會(huì)受到影響，甚至出現(xiàn)磨耗嚴(yán)重情況，這種情況下，將大幅增加機(jī)械的摩擦力。此時(shí)，在不同力的相互作用下將逐漸形成合力，并由某個(gè)支點(diǎn)向機(jī)械機(jī)身傳遞，最終產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)。2）氣流脈動(dòng)問題。一般來講，管路均會(huì)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(huì)引發(fā)振動(dòng)。當(dāng)管路內(nèi)充滿氣體時(shí)，將會(huì)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(gè)連續(xù)振動(dòng)的彈性系統(tǒng)，一旦激發(fā)便會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)響應(yīng)。在機(jī)械吸排氣環(huán)節(jié)，具有間歇性、周期性的特征。機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將會(huì)間歇性地進(jìn)行吸氣、排氣，這種運(yùn)轉(zhuǎn)方式會(huì)把管內(nèi)氣柱激發(fā)，從而出現(xiàn)氣柱振動(dòng)。此時(shí)，管道內(nèi)氣體的壓力和速度將會(huì)以周期性產(chǎn)生不斷變化，這種現(xiàn)象被看做是氣流脈動(dòng)。氣流脈動(dòng)形成的激振力是引發(fā)管道振動(dòng)的干擾力，也就是振動(dòng)的主要來源。一旦氣體壓力脈動(dòng)太大，將會(huì)大幅增加激振力，從而導(dǎo)致振動(dòng)加劇，出現(xiàn)這種問題的主要原因在于2點(diǎn)，其一，機(jī)械主機(jī)動(dòng)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(dāng)出現(xiàn)氣流脈沖問題時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，例如影響機(jī)械容積效率，產(chǎn)生額外功耗，損壞機(jī)械零件，甚至引發(fā)整個(gè)管路系統(tǒng)和其他相連管路系統(tǒng)的共振，導(dǎo)致機(jī)組停車，管理系統(tǒng)失效，終將引發(fā)更嚴(yán)重的安全事故，造成嚴(yán)重?fù)p失。3）管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題。氣流脈動(dòng)是機(jī)械無法回避的一個(gè)問題。在壓力管道拐彎位置或者截面積上壓力脈動(dòng)將會(huì)有所變化，進(jìn)而產(chǎn)生不平衡力，這種情況下很容易形成機(jī)械振動(dòng)。由于可見，當(dāng)機(jī)械管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理、不科學(xué)的情況下，同樣會(huì)引發(fā)機(jī)械振動(dòng)。比如，設(shè)備進(jìn)出口緩沖罐設(shè)計(jì)方面，若設(shè)計(jì)不合理，則很難達(dá)到良好的緩沖效果，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大壓力脈動(dòng)。

4 化工機(jī)械設(shè)備振動(dòng)控制措施

1）科學(xué)選擇氣缸作用方式。在往復(fù)式壓縮機(jī)進(jìn)出口位置，氣缸吸氣、排氣將會(huì)激發(fā)管內(nèi)氣柱，并產(chǎn)生氣柱振動(dòng)，引發(fā)氣流脈動(dòng)。為避免管道系統(tǒng)強(qiáng)烈振動(dòng)，必須控制好管內(nèi)氣體脈動(dòng)，為此，選擇科學(xué)、合理的氣缸作用方式，可以在進(jìn)出口管道上減小氣流脈動(dòng)，避免與管道發(fā)生機(jī)械振動(dòng)。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(dòng)最直接、最簡(jiǎn)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(dòng)。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(shí)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(jì)算。目前，化工機(jī)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(huì)存有一定差異性。當(dāng)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(gè)阻力元件，孔板可實(shí)現(xiàn)減小氣流脈動(dòng)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(shí)際情況，在一定容積的容器進(jìn)出口安置孔板，保證其尺寸合理，通過孔板作用達(dá)到減小管道機(jī)械振動(dòng)的目的。對(duì)于孔板安裝位置的選擇，通常以管道脈動(dòng)數(shù)值大小為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)進(jìn)口處具有較大氣流脈動(dòng)時(shí)，可將孔板安裝至進(jìn)口處。當(dāng)出口處具有較大氣流脈動(dòng)時(shí)，可將孔板安裝至出口處。為有效減小氣流脈動(dòng)，需根據(jù)氣流脈動(dòng)大小，科學(xué)增加或減少孔板數(shù)量，當(dāng)氣流脈動(dòng)較大時(shí)，需增加一定量的孔板;反之，可適當(dāng)減小。在孔板增加環(huán)節(jié)，很可能會(huì)出現(xiàn)局部壓力損失情況，為此，孔板選擇時(shí)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(huì)進(jìn)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(dòng)源。機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生振動(dòng)的因素很多，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，結(jié)合設(shè)備自身?xiàng)l件，應(yīng)從根本上采取一定措施消除或減小振動(dòng)源。第一，加強(qiáng)設(shè)備使用過程的監(jiān)督與管理，保證設(shè)備運(yùn)行設(shè)置的所有參數(shù)科學(xué)、合理，保證設(shè)備運(yùn)行正常，防止因人為操作失誤，而引發(fā)機(jī)械振動(dòng)，影響設(shè)備使用性能。第二，定期做好機(jī)械設(shè)備各項(xiàng)運(yùn)作功能安全檢查工作，保證運(yùn)轉(zhuǎn)正常，及時(shí)查看磨損情況，若超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，需及時(shí)采取措施處理，加大安全風(fēng)險(xiǎn)防控能力。5）強(qiáng)化維護(hù)保養(yǎng)措施。在化工機(jī)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(jī)械設(shè)備日常維護(hù)管理中，不僅要重視一些關(guān)鍵零部件維護(hù)，還要注重細(xì)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(jī)械振動(dòng)的不利因素。為避免機(jī)械設(shè)備嚴(yán)重磨損，必須定期做好機(jī)械設(shè)備潤(rùn)滑處理，減小摩擦力，避免振動(dòng)發(fā)生。此外，在機(jī)械故障診斷和維修過程中，要根據(jù)實(shí)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(jìn)行專業(yè)化維修，保證維修準(zhǔn)確性和質(zhì)量。若需拆除故障部位，則應(yīng)及時(shí)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(yùn)行狀況，找出相關(guān)聯(lián)的裝置和系統(tǒng)，對(duì)癥下藥，提高維修的質(zhì)量。人是保證設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常的關(guān)鍵性因素，在技術(shù)和崗位培訓(xùn)當(dāng)中，要嚴(yán)格按照設(shè)備維修管理制度，對(duì)維修人員普及現(xiàn)代維修管理知識(shí)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(shì)。

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(rùn)規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)。為推進(jìn)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(jìn)的機(jī)械設(shè)備不斷涌入，且得到了廣泛應(yīng)用。機(jī)械振動(dòng)是機(jī)械運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)。在現(xiàn)實(shí)生活中，振動(dòng)時(shí)刻存在、無所不在，機(jī)械振動(dòng)在大多數(shù)情況下都是有害的，若不及時(shí)消除，將會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，甚至造成嚴(yán)重的噪音污染，危害人體健康。為此，必須針對(duì)機(jī)械振動(dòng)情況，采取科學(xué)、有效的措施，全面提升機(jī)械設(shè)備的工作效率。

參考文獻(xiàn)

[1]邰在進(jìn).化工機(jī)械設(shè)備的腐蝕原因與含氟材料防護(hù)應(yīng)用研究[J].科技風(fēng)，2020，11（7）：167-168.

[2]朱明敏，劉杰.化工機(jī)械設(shè)備安全特性及其故障診斷處理研究[J].石化技術(shù)，2020，27（4）：341-342.

[3]周華南，周勇，祝欣然.淺談化工機(jī)械設(shè)備的防腐設(shè)計(jì)及措施[J].設(shè)備管理與維修，2020，11（8）：151-153.

[4]陳坤，李大文，許叢琳.探討化工機(jī)械設(shè)備的防腐設(shè)計(jì)及防腐措施[J].化工管理，2020，10（11）：145-146.

[5]祝欣然，周勇，周華南.化工機(jī)械設(shè)備管理及維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)淺析[J].設(shè)備管理與維修，2020，11（6）：9-10.

[6]王杰夫，鄭立忠，孫建強(qiáng).化工機(jī)械設(shè)備的管理與維護(hù)[J].化學(xué)工程與裝備，2020，10（3）：189-190.