電子設(shè)計(jì)工程投稿基于化工機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)控制

　　在中學(xué)物理中我們都接觸過(guò)振動(dòng)和振動(dòng)的原理，機(jī)械設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)用到振動(dòng)，振動(dòng)能給機(jī)械設(shè)備帶來(lái)好處也有一些弊端。本文是一篇電子設(shè)計(jì)工程投稿的論文范文，主要論述了基于化工機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)控制研究。

　　【摘 要】振動(dòng)是指一個(gè)狀態(tài)改變的過(guò)程，即物體的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在許多情況下，振動(dòng)被認(rèn)為是消極因素。例如，振動(dòng)會(huì)影響精密儀器設(shè)備的功能，降低加工精度和光潔度等。在化工、石油企業(yè)中往復(fù)式壓縮機(jī)被大量應(yīng)用，其設(shè)備生產(chǎn)廠家通常將其設(shè)計(jì)為通用設(shè)備，沒(méi)有根據(jù)用戶的實(shí)際要求針對(duì)性的優(yōu)化，普遍出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。本文就此展開相關(guān)論述。

　　【關(guān)鍵詞】振動(dòng)原因,減震措施,化工機(jī)械設(shè)備,往復(fù)式壓縮機(jī)

　　前 言：往復(fù)式壓縮機(jī)屬于容積式壓縮機(jī)，是使一定容積的氣體順序地吸入和排出封閉空間提高靜壓力的壓縮機(jī)。往復(fù)式壓縮機(jī)的類型比較多，相對(duì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，從結(jié)構(gòu)上研究，一般包含了氣缸、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)體、輔助部件、驅(qū)動(dòng)機(jī)和控制系統(tǒng)。其工作過(guò)程可以分為膨脹、吸氣、壓縮、排氣4個(gè)環(huán)節(jié)。

　　一 振動(dòng)原因

　　1)自身結(jié)構(gòu)形成的慣性力與力矩的不平衡。往復(fù)式壓縮機(jī)在吸排氣過(guò)程中，其機(jī)體對(duì)幾下方面的力積極承受：①壓力氣體在活塞上產(chǎn)生的力進(jìn)一步傳輸?shù)交钊麠U上，通過(guò)十字頭、連桿傳輸?shù)綑C(jī)身。②驅(qū)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的作用力。③活塞產(chǎn)生的慣性力。④活塞機(jī)曲桿結(jié)構(gòu)本身形成的重力。如果往復(fù)式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)不夠科學(xué)合理，全部機(jī)組零件沒(méi)有對(duì)中或者缺少合理的間隙，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)組形成十分嚴(yán)重的磨損進(jìn)而產(chǎn)生摩擦力，上述情況形成的合力會(huì)通過(guò)某個(gè)支點(diǎn)傳輸?shù)綁嚎s機(jī)機(jī)身，如此一來(lái)壓縮機(jī)便出現(xiàn)了振動(dòng)。

　　2)往復(fù)式壓縮機(jī)氣流脈動(dòng)。氣流存在于管路中，在輸送過(guò)程中采用往復(fù)式壓縮機(jī)時(shí)，在吸排氣過(guò)程中壓縮機(jī)體現(xiàn)出的間歇與周期特點(diǎn)，所以某一指定點(diǎn)在管理系統(tǒng)中通過(guò)氣流的過(guò)程中氣流壓力和速度之間的周期變化特點(diǎn)，將其稱作氣流脈動(dòng)。這一脈動(dòng)不但隨著位置出現(xiàn)改變，也會(huì)隨著時(shí)間而發(fā)生變化。一定程度上氣流脈動(dòng)對(duì)其氣柱進(jìn)行了激發(fā)或者干擾。當(dāng)激發(fā)頻率等同于管道中氣柱的特有頻率時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)氣柱共振，有效加強(qiáng)了管路中形成的氣流脈動(dòng)，此時(shí)管路的振動(dòng)也會(huì)迅速增加，造成機(jī)組或者系統(tǒng)發(fā)生破壞性事故。往復(fù)式壓縮機(jī)的這一氣流脈動(dòng)現(xiàn)象會(huì)造成很大的危害，比如：影響了壓縮機(jī)的容積效率、使壓縮機(jī)形成額外功耗、對(duì)出口氣閥造成了疲勞損壞、管理系統(tǒng)中的應(yīng)力發(fā)生周期變化，使得整個(gè)壓縮機(jī)管路系統(tǒng)以及與其相連的管路系統(tǒng)的振動(dòng)，進(jìn)而引發(fā)機(jī)組停車、管理系統(tǒng)的斷裂，最終導(dǎo)致了嚴(yán)重的泄漏和爆炸問(wèn)題。

　　3)管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺乏科學(xué)性引發(fā)的振動(dòng)。往復(fù)式壓縮機(jī)的特點(diǎn)決定了無(wú)法抵消氣流脈動(dòng)。壓力脈動(dòng)在壓力管道拐彎位置或者截面積上出現(xiàn)了改變引發(fā)了不平衡力，其在管路系統(tǒng)中最大程度發(fā)揮了作用，引起了機(jī)械振動(dòng)。因此對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)管路系統(tǒng)進(jìn)行缺少科學(xué)性的設(shè)計(jì)時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致管路振動(dòng)。例如：壓縮機(jī)進(jìn)出口緩沖罐設(shè)計(jì)很小，不能形成良好的緩沖效果，產(chǎn)生了巨大的壓力脈動(dòng);設(shè)計(jì)閥門位置不科學(xué)或者選擇管道管徑不科學(xué)，管路長(zhǎng)度在氣柱共振范圍內(nèi)引起了管路氣柱和壓縮機(jī)吸排氣形成了共振;不夠合理的管路支撐，在壓縮機(jī)共振頻率內(nèi)出現(xiàn)了自振頻率，進(jìn)而引發(fā)了管路機(jī)械共振問(wèn)題;或者缺乏科學(xué)的管路支撐，走向十分模糊，增加了管路激振力，形成了極大的實(shí)際振幅。

　　4)壓縮機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不科學(xué)造成的振動(dòng)。壓縮機(jī)必須確?；A(chǔ)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，保證基礎(chǔ)振動(dòng)在允許的范圍內(nèi)，進(jìn)而促使基礎(chǔ)不會(huì)出現(xiàn)沉降。壓縮機(jī)一般的基礎(chǔ)質(zhì)量想到與不平衡擾力的15-20倍。允許的基礎(chǔ)最大振幅為200um，最大振動(dòng)速度一定不高于6.3mm/s，與此同時(shí)避免在壓縮機(jī)擾力共振范圍內(nèi)落入基礎(chǔ)。

　　二 往復(fù)式壓縮機(jī)減振措施

　　1)科學(xué)選擇氣缸的作用方式。氣缸吸排氣對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)進(jìn)出口的激發(fā)，形成了氣流脈動(dòng)。氣流脈動(dòng)與氣缸對(duì)管道形成了直接相關(guān)的作用方式。因此，科學(xué)選擇氣缸作用方式，可以從根本上對(duì)進(jìn)出口管道上的氣流脈動(dòng)有效降低。

　　2)設(shè)置緩沖罐，降低壓力不均勻度。減緩氣流脈動(dòng)最為簡(jiǎn)單與有效的措施便是設(shè)置緩沖罐，經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)排除的氣體通過(guò)緩沖罐之后顯著降低了壓力脈動(dòng)。緩沖罐和氣缸之間距離越短則其緩沖效果越佳;緩沖器和氣缸之間的距離越長(zhǎng)，則其緩沖效率越差。在保證足夠的空間距離狀況下，必須盡可能在緊靠壓縮機(jī)進(jìn)出口位置設(shè)置緩沖罐，同時(shí)必須認(rèn)真計(jì)算緩沖罐的容積。緩沖器的結(jié)構(gòu)不同，也會(huì)形成不同的緩沖效果。緩沖器通常包括了球形和圓筒形緩沖。在容積一定的情況下，球形緩沖器的緩沖效果則越好。

　　3)科學(xué)增減消振孔板?？装蹇梢越档蜌饬髅}動(dòng)，主要原因在于其屬于一個(gè)阻力元件，當(dāng)出現(xiàn)不同尺寸時(shí)，它的局部損失系數(shù)也不同。在足夠大的容積的容器進(jìn)出口上安裝科學(xué)尺寸的孔板，由于損失能量進(jìn)而降低振幅，這樣可以迅速衰減了管道機(jī)械振動(dòng)。對(duì)于容器來(lái)講，假如進(jìn)口管脈動(dòng)數(shù)值比較大，則應(yīng)當(dāng)在進(jìn)口位置安裝孔板，假如出口脈動(dòng)數(shù)值較大，則應(yīng)當(dāng)在出口位置安裝。將孔徑比值0.5的孔板安裝在128米長(zhǎng)的等截面管的氣罐進(jìn)口法蘭位置，利用單杠單作用空氣壓縮機(jī)，測(cè)量壓力不均勻度δ，無(wú)孔板時(shí)δ=20%，有孔板時(shí)δ=19%。假如在遠(yuǎn)離容器位置安裝同一孔板，δ=11%，效果明顯降低。由于增加消振孔板的同時(shí)又出現(xiàn)了局部壓力損失，因此在對(duì)孔板選擇的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)選擇合理的孔徑，通?？讖奖仁?.43-0.5，厚度3-5mm?？装灞容^厚會(huì)增加局部阻力損失，并且形成噪音。孔板的材料等同于管道?？装宓男褪綉?yīng)當(dāng)很好適應(yīng)法蘭的密封面。

　　4)管道系統(tǒng)局部增加抗振能力。盡量利用標(biāo)準(zhǔn)管件實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)工藝管道的分支、拐彎以及變徑位置，重要因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)管件自身?yè)碛休^高的強(qiáng)度。對(duì)于無(wú)法應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)管件的位置，對(duì)于儀表管嘴以及分支管道和主管管徑差距較大造成標(biāo)準(zhǔn)異徑三通不能實(shí)現(xiàn)位置，應(yīng)當(dāng)采取合理的補(bǔ)強(qiáng)措施，所以在該處集中應(yīng)力，形成交變的峰值應(yīng)力，將會(huì)很快對(duì)結(jié)構(gòu)造成疲勞損壞。同樣，這類管系不適合利用螺紋連接分支管道也應(yīng)當(dāng)采取合理的支撐，由于支管比較小，非常容易出現(xiàn)振動(dòng)。應(yīng)當(dāng)盡可能與主管靠近安裝放空、排凝、閥門。

　　5)科學(xué)設(shè)置管道支架。①利用獨(dú)立基礎(chǔ)的支架基礎(chǔ)。壓縮機(jī)的管道應(yīng)當(dāng)防止在廠房結(jié)構(gòu)梁上固定，如果無(wú)法避免，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真分析計(jì)算管道振動(dòng)情況，促使管道系統(tǒng)不會(huì)與廠房結(jié)構(gòu)出現(xiàn)共振。振動(dòng)管道的支架基礎(chǔ)必須和壓縮機(jī)、建筑物基礎(chǔ)分離，嚴(yán)禁在廠房、構(gòu)架、平臺(tái)與設(shè)備上固定振動(dòng)管道。②采用不等間距布置管道支架。為了避免管道的振動(dòng)，應(yīng)當(dāng)在不等跨的管墩上布置管道，也就是兩個(gè)相鄰支架間距不等。其差值通常取100-200mm。一般間距小于3m，支架設(shè)置應(yīng)當(dāng)促使管道固有頻率避開激振頻率的0.8-1.2被區(qū)域。③管道支架設(shè)置防振管卡。為了避免機(jī)組不平衡轉(zhuǎn)動(dòng)引起的管道系統(tǒng)振動(dòng)，必須在進(jìn)出口緩沖罐位置設(shè)計(jì)支承，但是由于管道系統(tǒng)溫度比較高，假如利用固定支架則阻礙了管道熱補(bǔ)償。而防振管卡允許管道的軸向自由度，不但符合了管道系統(tǒng)的熱補(bǔ)償要求，還發(fā)揮了極好的防振功能，因此，在壓縮機(jī)管道支架中防振管卡應(yīng)用十分廣泛。在管道和防振管卡之間設(shè)計(jì)一層非金屬板，這樣有效確保了管道與管卡的充分接觸，防止出現(xiàn)間隙，同時(shí)對(duì)管道的熱膨脹位移進(jìn)行了考慮。

　　三 結(jié)束語(yǔ)

　　目前往復(fù)式壓縮機(jī)主要是活塞式空壓機(jī)，化工工藝壓縮機(jī)，石油、天然氣壓縮機(jī)等，擁有十分廣泛的應(yīng)用范圍，在使用過(guò)程中，容易形成振動(dòng)，對(duì)用戶造成了不利影響。因此，需要有目的性的實(shí)行技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)降振減噪的目標(biāo)。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　電子設(shè)計(jì)論文發(fā)表期刊推薦《電子設(shè)計(jì)工程》（半月刊）創(chuàng)刊于1993年，由西安三才科技實(shí)業(yè)有限公司主辦。中國(guó)科技核心期刊（科技論文統(tǒng)計(jì)源期刊），原名《國(guó)外電子元器件》，主要介紹具有較高學(xué)術(shù)水平的、電子領(lǐng)域相關(guān)的理論、技術(shù)、方法的專業(yè)性技術(shù)期刊。

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