摘要：旋转机械在化工设备中发挥着至关重要的作用，其运行的稳定性直接影响化工生产的安全性和效率。由于长时间运行和复杂工况，旋转机械容易产生振动问题，影响设备寿命并可能导致故障。本文通过振动分析技术，探讨旋转机械振动的主要来源，结合实际应用提出故障预防技术，从而提高设备的稳定性与可靠性。

关键词：旋转机械；振动分析；化工设备；故障预防

旋转机械广泛应用于化工设备中，包括泵、压缩机、风机等，它们是化工生产过程中的关键设备。长期运行或高负载条件下，旋转机械容易出现振动问题，振动不仅会增加设备磨损，还可能导致故障停机，影响生产效率。振动分析是确保旋转机械平稳运行的重要手段，通过分析振动特征，可以有效识别设备故障的早期迹象。

1 化工设备中旋转机械振动概述

1.1 旋转机械振动的特点

化工设备中的旋转机械是指在化工生产过程中广泛应用的以旋转运动为主要工作形式的机械设备，如泵、压缩机、风机和搅拌器等。它们主要用于输送流体、压缩气体、调节压力和搅拌混合反应物。由于化工生产的高强度和复杂工况，这类机械设备需要长期保持高速运转，振动、磨损和故障频发，因此对旋转机械的稳定性、振动监测和故障预防技术提出了较高要求。

化工设备中的旋转机械在运转过程中，转子等部件因高速旋转会产生周期性运动，这种运动常伴随不同程度的振动。振动的幅度和频率与机械的结构设计、运行速度和外界环境密切相关。旋转机械的振动现象通常表现为频率范围广、振动能量分布复杂。

1.2 振动的主要来源

化工设备中的旋转机械振动的主要原因包括机械不平衡、轴承磨损、轴心偏移、机械松动和外部干扰等。机械不平衡是最常见的振动源，主要是由于转子重量分布不均匀或制造公差导致的。轴承磨损会使转子的运动轨迹发生变化，进而产生异常振动。外部负载波动以及环境条件的变化（如温度、湿度等）也会影响设备的振动。

1.3 振动对设备运行的影响

长期运行中的振动会加剧机械部件的磨损，尤其是轴承和转子等关键部件。如果振动问题未及时解决，机械的使用寿命将大大缩短，甚至可能导致设备的突然停机和故障。

2 化工设备中旋转机械振动的分析方法

2.1 频谱分析技术

频谱分析是振动分析中最常用的技术之一，它通过将振动信号从时间域转换到频率域，识别振动源的频率特性。通常，使用快速傅里叶变换（FFT）来进行频谱分析，从而提取出振动信号中的不同频率分量。例如，转子不平衡通常会在转速频率（1X频率）处产生显著的振动峰值，而轴承故障可能会在高频段（3X、5X等）表现出特征频率。

2.2 时域分析法

2.2.1 瞬态振动特征识别

时域分析直接通过时间序列分析设备振动信号的变化情况，能够有效捕捉瞬态振动特征，尤其是设备在故障初期的冲击信号。对于化工设备中的旋转机械，瞬态振动往往是由于轴承损坏或齿轮故障引起的，如化工泵的转子不平衡导致的瞬态冲击。

2.2.2 均方根值（RMS）的应用

均方根值（RMS）是评估设备振动水平的重要指标，能够反映振动信号的整体能量水平。化工设备中的泵、压缩机等旋转机械的正常运行通常要求RMS值保持在一定范围内，如振动RMS值应控制在2-3 mm/s。如果RMS值超出此范围，通常表明设备出现异常，需及时进行维护[1]。

2.2.3 时域分析与故障诊断的结合

时域分析不仅能帮助确定振动的严重程度，还能识别振动的来源。化工机械在高负荷或长时间运行下，齿轮磨损会引起振动的突变，时域信号的峰值和冲击特征为故障诊断提供了重要依据。通过结合时域信号的统计特征，如最大峰值和峰值因子，能够快速诊断化工设备的振动故障。

2.3 模型分析与数值模拟

有限元分析（FEA）是一种用于研究机械结构振动特性的数值模拟技术。通过建立旋转机械的数学模型，工程师可以模拟机械在不同工况下的振动响应。模型分析能够预测设备的共振频率，并帮助调整设备的运行参数以避免共振。

3 化工设备中旋转机械故障预防技术

3.1 平衡调整与轴心校正

3.1.1 动平衡技术的应用

化工设备中的旋转机械，如离心泵和压缩机，常因转子的质量不平衡而产生较大振动。动平衡技术通过调整转子的质量分布，消除由此引发的振动。例如，在运行转速为3000 rpm的离心泵中，动平衡技术能够将振动速度降低至2.8 mm/s以下，确保设备在高转速下的平稳运行。

3.1.2 轴心校正的重要性

不良的轴心对中是旋转机械振动的另一主要原因。轴心偏移会增加轴承的径向载荷，导致轴承磨损加速。通过精确的轴心校正，保证转子和轴承的对中，可以有效降低轴承振动并减少磨损。化工设备中的压缩机经轴心校正后，振动幅度可降低至2 mm/s以内，大幅提高设备的使用寿命[2]。

3.1.3 轴心偏移的检测与调整

通过在线监测系统实时检测轴心偏移状况，能够在振动超限前进行调整。化工厂常采用激光对中设备进行精确校正，确保转子与轴承对中准确，从而降低运行中的振动和磨损。这种调整能够有效减少设备停机时间，并保证设备的长期稳定运行。

3.2 润滑管理与轴承维护

3.2.1 润滑的重要性

化工设备中的旋转机械因长期高速运行，轴承部分的摩擦和磨损较为严重。润滑管理是维持设备平稳运行的关键措施。通过定期检查润滑油的状态，确保润滑油膜厚度保持在8-12微米，可以有效减少轴承的摩擦损耗，保持设备的振动水平在2 mm/s以下[3]。

3.2.2 轴承磨损与更换周期

轴承作为旋转机械的关键部件，其状态对设备的振动有直接影响。研究表明，轴承的磨损是导致设备振动增加的重要原因之一。通过定期更换轴承，及时清理轴承座和添加润滑油，能够有效减少设备故障的发生频率，延长轴承使用寿命，并将设备振动控制在合理范围内。

3.2.3 润滑管理的智能化监测

在化工厂中，利用在线监测技术对润滑油的状态进行实时监控，可以及时检测润滑油的污染程度和粘度变化。一旦发现润滑油状态异常，系统会自动报警，提示需要更换或添加润滑剂，从而防止因润滑不足引发的设备故障，减少停机时间。

3.3 在线监测与预防性维护

在线监测技术通过在关键位置安装振动传感器，实时采集设备的振动数据，分析机械的运行状态。当振动超过预设的报警阈值时，系统会自动发出预警。例如，某化工厂在压缩机系统中安装了振动监测传感器，当振动值超过4.5 mm/s时，系统发出了警报，及时安排维护人员更换了受损的轴承，避免了设备的进一步损坏[4]。预防性维护结合在线监测数据，通过定期检测和维护，避免了设备的突发性故障。

4 结语

旋转机械在化工设备中的安全运行直接关系到生产过程的稳定性。通过应用振动分析技术，可以有效识别旋转机械中的振动问题，进而采取相应的故障预防措施。频谱分析、时域分析以及模型分析是振动分析的重要方法，而动平衡、润滑管理和在线监测则是常用的故障预防技术。通过这些技术手段，能够显著提高设备的运行可靠性，延长使用寿命，并降低突发性故障对生产的影响。

参考文献

[1]程凯.基于卷积神经网络的化工旋转机械故障识别[J].粘接，2022，49（04）：88-92.

[2]侯启炀.基于整体式挤压油膜阻尼器的转子振动控制及管道阻尼减振研究[D].北京化工大学，2023.

[3]赵楠.基于FAST算法的旋转机械故障诊断方法研究[J].中国机械，2024，（25）：126-129.

[4]王子为，张清华，肖明，等.基于大数据的石油化工旋转机械的无量纲故障诊断[J].广东石油化工学院学报，2017，27（06）：88-92.