化工机械中旋转设备的振动分析与控制技术探究

一、引言

在化工生产过程中，旋转设备如离心泵、压缩机、风机等起着关键作用。然而，这些设备在运行时常常出现振动问题，振动不仅会导致设备零部件的早期磨损、疲劳破坏，还会引发噪声污染，甚至可能造成设备无法正常运行，引发生产事故，给企业带来巨大的经济损失和安全隐患。因此，对化工机械中旋转设备的振动进行深入分析，并采取有效的控制技术，对于保障化工生产的连续性、稳定性和安全性具有极其重要的意义。

二、旋转设备振动产生的原因

（一）不平衡

当旋转设备的转子质量分布不均匀时，会在旋转过程中产生离心力，进而引起振动。这种不平衡可能是由于制造误差、材料不均匀、装配不当或在运行过程中转子部件的损坏、结垢等原因造成的。例如，离心泵的叶轮如果存在质量不平衡，在高速旋转时会使泵体产生振动，导致轴承磨损加剧，降低设备的使用寿命。因此，定期对旋转设备进行平衡检测和维护是至关重要的，以确保设备的稳定运行和延长其使用寿命。

（二）不对中

旋转设备的轴与驱动电机或其他连接设备的轴若未准确对中，会导致轴系产生附加弯曲应力和振动。不对中主要包括平行不对中和角度不对中两种情况。平行不对中是指两轴中心线在同一直线上但存在平行偏差；角度不对中则是两轴中心线不在同一直线上且存在角度偏差。不对中会使设备在运行时产生周期性振动，同时伴随有异常的噪声和轴承温度升高现象，影响设备的正常运行和性能。

（三）轴承故障

轴承是旋转设备的关键部件，其运行状态直接影响设备的振动情况。常见的轴承故障包括滚动体损伤、保持架损坏、轴承座松动等。当轴承出现故障时，会在特定的频率范围内产生振动特征信号。例如，滚动轴承的内圈、外圈或滚动体出现点蚀、磨损等故障时，会在旋转过程中产生冲击振动，这种振动信号具有一定的规律性和频率特性，可通过振动监测进行诊断和分析。

（四）其他因素

旋转设备的振动还可能受到诸如基础刚度不足、地脚螺栓松动、联轴器故障、流体动力不稳定等因素的影响。例如，压缩机在运行过程中，如果进气压力不稳定或气体流量波动较大，会导致气流激振，进而引起设备振动；风机在输送含尘气体时，叶片的磨损不均匀也会造成振动加剧。

三、旋转设备振动测量技术

（一）振动传感器的选用与安装

振动传感器是振动测量的关键部件，常用的有加速度传感器、速度传感器和位移传感器。在选择传感器时，需要根据测量目的、振动频率范围和测量精度要求等因素进行综合考虑。例如，对于测量高频振动信号，加速度传感器较为适合；而对于低频振动测量，速度传感器或位移传感器可能更合适。安装传感器时，应确保传感器与被测部位紧密接触，安装位置应选择在振动敏感点且易于安装和维护的位置，如轴承座、机壳等位置，同时要避免安装在设备的共振点附近，以免影响测量结果的准确性。

（二）测量位置的确定

合理确定振动测量位置对于准确获取设备振动信息至关重要。一般来说，应在设备的关键部位如轴承座、转子两端、联轴器等位置进行测量。对于大型旋转设备，还需在设备的垂直、水平和轴向三个方向上进行振动测量，以全面了解设备的振动情况。例如，在测量离心泵的振动时，除了在泵体的轴承座位置进行测量外，还应在泵的进出口管道连接处等位置进行测量，以便分析振动在设备不同部位的传播和影响情况。

四、旋转设备振动控制技术

（一）平衡校正

针对旋转设备的不平衡问题，可采用平衡校正技术。平衡校正包括静平衡校正和动平衡校正。静平衡校正主要用于质量分布不对称且转速较低的转子，通过在转子的特定位置增加或去除质量来达到平衡；动平衡校正是对于高速旋转的转子，在两个校正平面上同时进行质量调整，以消除转子的不平衡离心力。例如，对于一台出现振动过大的离心风机，通过对其进行动平衡校正，在风机叶轮的相应位置增加配重块，使风机的振动幅度显著降低，恢复了设备的正常运行状态。

（二）对中调整

为了解决旋转设备的不对中问题，需要进行精确的对中调整。在设备安装和维修过程中，采用激光对中仪等高精度的测量工具，对轴系的平行度和角度偏差进行测量和调整。通过对中调整，可使设备轴系处于正确的对中状态，减少因不对中产生的附加弯曲应力和振动。在实际操作中，需要严格按照设备的安装要求和对中标准进行调整，并在调整后进行试运行，监测设备的振动情况，以确保对中调整的有效性。

（三）基础加固

若旋转设备的基础刚度不足或存在不均匀沉降，会导致设备产生振动。因此，需要对设备基础进行加固处理。基础加固的方法包括增加基础的尺寸和重量、采用钢筋混凝土基础、设置地基加固桩等。同时，在设备安装过程中，要确保地脚螺栓的紧固力均匀，避免因地脚螺栓松动引起设备振动。例如，对于一台安装在软土地基上的大型压缩机，由于基础沉降导致设备振动加剧，通过采用地基加固桩对基础进行加固，并重新紧固地脚螺栓后，设备的振动得到有效控制，保证了生产的安全稳定运行。

（四）减振降噪措施

为了降低旋转设备的振动和噪声对周围环境的影响，可采取减振降噪措施。例如，在设备与基础之间安装减振器，如橡胶减振器、弹簧减振器等，可有效隔离设备产生的振动向基础的传递；在设备的进出口管道上安装软连接，可减少管道振动对设备的影响；对设备的外壳进行隔音处理，如采用隔音材料包裹设备外壳，降低设备运行时产生的噪声外传。在某化工企业的生产车间，对多台旋转设备采用了减振降噪措施后，车间内的噪声水平明显降低，工作环境得到显著改善，同时也减少了设备振动对周边设备和建筑结构的影响。

五、结论

化工机械中旋转设备的振动问题是一个复杂而重要的技术难题。通过对振动产生原因的深入分析，采用合适的振动测量技术和有效的振动控制技术，可以有效地降低设备的振动幅度，提高设备的运行稳定性和可靠性，延长设备的使用寿命，保障化工生产的正常进行，减少设备故障带来的经济损失和安全隐患。在未来的研究中，应进一步加强对旋转设备振动监测与故障诊断技术的智能化和自动化研究，以及新型减振降噪材料和控制方法的研发，以适应化工行业不断发展的需求，为化工机械的安全生产和高效运行提供更加有力的技术支持。

参考文献

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