動力機器的概念設計形式及內容

1、動力機器的概念設計形式及內容1動力機器基礎的概念設計在動力荷載作用下，如基組固有頻率與機器擾力頻率相同就會產生共 振效應。影響基礎振動的主要因素是機器的擾頻、地基剛度、基組質 量等。防止共振的發(fā)生就要使基組的固有頻率與擾力頻率盡量錯開。 動力機器基礎振動對機器及環(huán)境都會產生不利的影響，振動事故處理 的難度也較大，所以，在動力機器基礎設計伊始，結構設計人員就應 該對振動問題產生充足的重視。2動力機器基礎概念設計的基本內容根據(jù)對動力設備基礎的研究以及對振動產生危害的總結、多年工程實 踐經(jīng)驗所形成的設計原則，構成了如下概念設計的基本內容。2.1動力機器資料的收集動力設備基礎的設計，離不開設備制造廠家

2、資料的提供，尤其是新型 關鍵設備的基礎設計，需要廠家配合土建設計人員共同完成設計任務， 各相關的動力機器基礎設計標準都明確提出了設備制造廠家應該提供 的技術資料內容，及建造單位需要配合提供的技術資料。其中動力機 器的擾力由設備制造廠家提供尤為重要?？紤]設備制造廠家不是都能 夠提供機器擾力，有色金屬工程設備基礎技術規(guī)范（報批稿）（簡稱“報批稿”）在附錄B和相關章節(jié)中給出了一些動力設備擾力的計算式， 以方便設計時參考使用。2.2動力機器基礎的容許振動標準當前國內關于動力機器基礎設計的幾個標準：GB508682013建筑 工程容許振動標準、GB5004096動力機器基礎設計規(guī)范、 GB5046320

3、08隔振設計規(guī)范、冶金工業(yè)部1977制氧機等動力機 器基礎勘察設計暫行條例、HG20544活塞式壓縮機基礎設計規(guī)范、 SH3091石油化工壓縮機基礎設計規(guī)范、HG/T206432012化工設 備基礎設計規(guī)范、DL50222012發(fā)電廠土建結構設計技術規(guī)定， 這些標準都根據(jù)不同類型的機器及環(huán)境要求，用容許振動線位移或容 許振動速度作為控制標準。動力機器基礎的設計必須結合具體工程要 求，準確選擇適合的容許振動限值。“報批稿”對機器基礎振動容許 標準，選擇了振動速度作統(tǒng)一表述，根據(jù)不同類型的機器、轉速，用 容許振動速度作為控制標準匯總在一個表格中，統(tǒng)一了動力機器基礎 振動控制的口徑，并與最近頒布的G

4、B508682013基本協(xié)調一致，以 供設計參考，當需要用其他指標控制時，可按給出的算式換算。2.3確定天然地基剛度系數(shù)及基礎的埋深天然地基的抗壓剛度系數(shù)Cz值，宜由現(xiàn)場試驗來確定，對于特別重 要的動力機器基礎的設計，應該強調這個要求的必要性;對于一般動力 機器基礎，在沒有試驗數(shù)據(jù)時，可按GB5004096提供的根據(jù)地基承 載力特征值確定的天然地基抗壓剛度系數(shù)Cz值;也可按“報批稿”根 據(jù)地基土的變形模量確定天然地基抗壓剛度系數(shù)Cz值，作為對 GB5004096的補充。因為基礎四周的回填土能提升地基剛度，從而提 升基礎的固有頻率，基礎埋置深度對基底尺寸的比值越大，其影響越 大，特別對抗彎和抗剪

5、剛度的提升尤為明顯。當基礎與剛性地面相連 時，地基的抗彎、抗剪和抗扭剛度都有較大的提升。動力基礎計算時， 應合理調整基底面積，以調整天然地基抗壓剛度系數(shù)Cz，避免因設計 基礎的固有頻率與機器擾頻接近而發(fā)生共振。2.4確定動力機器基礎的結構形式根據(jù)動力機器的特性、類型、工藝配置、管道布置和振動限值等要求， 應合理地采用大塊式基礎、墻式基礎、構架式基礎或隔振基礎。2.5基礎與機器的質量比值這個問題的提出，是因為動力機器基礎的計算工作量大且較繁瑣，而 實踐證明大量的中小型動力機器并不需要繁瑣的動力計算，也能保證 基礎能夠滿足振動限值的要求，所以需要對動力機器基礎的設計，區(qū) 分為可不做動力計算的基礎、

6、可簡化動力計算的基礎、必須實行振動計算等三種?！皥笈濉备鶕?jù)以往的設計經(jīng)驗和習慣，提出設計大塊 式機器基礎能夠不做動力計算時基礎質量與各類機器質量的比值表格， 供設計者參考使用?；M質量與地基剛度構成了基組的固有頻率。為 避免共振，并非基礎質量越大就越好，還與基礎底面尺寸和埋深等相 關。2.6動力機器基礎的偏心率控制偏心是指基礎底面形心與基組質心間的水平距離，設計時應使偏心距 與平行于偏心方向的基礎底面邊長之比滿足相關建筑標準的規(guī)定，是 概念設計的組成部分，必須認真執(zhí)行?？刂破穆食朔乐够M偏心 沉降外，同時可使在動力計算中不考慮質量偏心的影響，將豎向振動、 扭轉振動和水平回轉耦合振動分別計

7、算，可簡化動力機器基礎的振動 計算。2.7動力機器基礎應盡量考慮隔振設計傳統(tǒng)的動力機器基礎設計，常常不將隔振作為優(yōu)先的設計方案。而近 年來有的新型動力機器、設備本身就帶有隔振裝置（如有的破碎機帶有 隔振支座），能減小機器運轉時作用于基礎上的動力荷載;有的設備工 藝要求實行隔振設計，也必須通過隔振設計才能滿足環(huán)境要求。所以 無論是設備本身還是環(huán)境要求，動力機器基礎的設計都應該優(yōu)先考慮 采用隔振設計來達到經(jīng)濟合理的目的。3動力機器基礎的結構設計根據(jù)動力機器的特性和類型、工藝配置、管道布置等要求，確定基礎 形式及各部分構件的尺寸及相互連接要求后，繼而按合理的力學簡圖 實行結構的動、靜力計算，使其滿足

8、振動限值和結構強度的要求。3.1靜力計算的內容包括基礎底面平均靜壓力計算、破碎機和磨機基礎底面邊緣最大靜壓 力計算，當對地基變形有控制要求時，還應包括靜力作用下的地基變 形驗算。計算基礎底面地基的平均靜壓力時，上部荷載包括基礎的重 量和基礎上的回填土的重量、機器設備的重量以及傳至基礎上的其他 荷載的標準值。計算基礎底面邊緣的最大靜壓力時，還應計及機器的 當量荷載產生的彎矩作用。按基礎上的靜荷載和動荷載換算成當量靜 荷載之和作為設計荷載，對構架式基礎構件實行強度和配筋計算。對 天然地基應考慮動力荷載和機器重要性對地基承載力的折減，同時也 應考慮地基土的種類和特性對地基承載力的折減。對于樁基只考慮

9、機 器重要性對地基土承載力的折減。3.2動力計算的內容包括機器擾力計算、當量荷載計算、基礎的固有頻率計算、基礎振動 線位移、振動速度、振動加速度的計算以及振動的合成。動力計算中 的振動合成問題，需要根據(jù)各臺機器的轉速特點、是獨立振源還是非 獨立振源以及相位差等因素，按照相對應的理論確定。在荷載分類及 其組合中，溫度應力、氣缸膨脹4動力機器基礎設計中的其他問題在動力機器基礎結構設計中，以下幾個問題也應引起設計人員的重視。4.1大塊式、墻式基礎的構造要求對大塊式基礎不必實行強度計算，但基礎體積大于40m3時應沿基礎 頂面、底面及四周配置鋼筋網(wǎng)，目的是防止溫度應力和收縮應力導致 裂縫。鋼筋網(wǎng)要求細而

10、密?；A體積為2040m3時可只在基礎頂面配 置鋼筋網(wǎng)，目的是防止設備安裝、檢修時，混凝土表面遭受撞擊損壞， 所有基礎底板和上頂板懸臂部分，配筋均需按強度計算確定。墻式基 礎由頂板、縱墻（或橫墻）、底板三部分構成，基礎上部尺寸由機器安 裝要求確定?；A各構件之間的相互連接應能保證基礎的整體剛度， 設計和施工時尤其要注意增強各構件之間的連接。墻式基礎一般均為 構造配筋，沿墻面應配置鋼筋網(wǎng)，水平鋼筋在墻的端部應搭接形成閉 合形式，豎向鋼筋直徑可根據(jù)高度取偏大一些，保證鋼筋網(wǎng)片堅挺。4.2往復式壓縮機大塊式基礎設計的幾個問題4.2.1機器擾力往復式壓縮機的擾力包括旋轉部分偏心產生的慣性力及各汽缸質量

11、往 復運動產生的慣性力，其中各列汽缸分擾力向曲軸布置中心點平移形 成總擾力和擾力矩；電機的短路力矩僅瞬時出現(xiàn)，而大塊式和墻式基礎 強度的安全儲備較高，所以電機的短路力矩不必考慮;電機轉子不平衡 慣性力相對于壓縮機擾力來說是很小的，所以一般可不考慮電機擾力 的影響。在精度要求較高，振動限值要求很嚴的壓縮機設計時，則應 考慮電機擾力的影響。4.2.2基礎的偏心沉降解決基礎的偏心沉降主要有3個途徑：1）使基礎偏心率不超過規(guī)定;2） 將基礎設置在比較均勻的土層上;3）當?shù)鼗鶠檐浫跬翆訒r，應采用人工 地基。4.2.3基礎調頻當基礎的固有頻率與動力機器的擾頻相接近時，會產生很大的振動， 此時就需要對基礎采

12、用調頻措施，以改變基礎的固有頻率。提升基礎 固有頻率的方法有采用人工地基、采取增大基礎底板、減少基礎質量、 減小基礎埋深、基礎施工后夯實四周回填土、基礎與地面采用剛性連 接等措施。4.2.4聯(lián)合基礎的應用當機器的擾頻較低或擾力數(shù)值較大、容許振動限值較嚴，可采用聯(lián)合 基礎的形式。聯(lián)合基礎一般只取23臺聯(lián)合。聯(lián)合基礎能大大提升基 礎的抗彎和抗扭剛度。4.3關于溫度問題動力機器基礎不應設置溫度伸縮縫，當基礎尺寸過大時，可采取施工 縫、用低熱水泥、增大骨料直徑、降低水膠比、增加基礎上表面鋼筋設置等措施;混凝土澆灌后的收縮問題非常重要，應該在設計中強調混 凝土澆灌后的前期養(yǎng)護工作。4.4樁基基礎GB5004096對樁基豎向抗壓剛度的計算方法是采用剛性樁的理論， 樁的豎向剛度與樁長呈正比增長，樁越長豎向剛度越大；“報批稿”采 用變形樁理論計算，即將樁當作埋入土中的彈性桿件，樁周表面與土 緊密接觸，樁周圍土層是由無限薄層組成的線彈性體，此時有一個有 效樁長問題，樁并不是越長越好，按照桿件縱向振動理論，并簡化后 求得的。變形樁理論的計算結果與現(xiàn)場實測的結果比較接近，特別是 對于長樁和端承樁，這是因為考慮樁本身剛度修正后，當樁長超過一 定