動力設備的基礎設計綜述

徐先強

【摘要】在冶金行業(yè)中，動力設備處于核心地位，對冶金的效率和質(zhì)量具有重要的影響。冶金行業(yè)動力設備的類型比較豐富，在使用的過程中都會產(chǎn)生比較大的振動，會給設備的使用安全帶來不良的影響。筆者致力于冶金動力設備設計數(shù)十年，本文在動力設備基礎設計流程的基礎上，從動力設備的擾力類型、頻率的計算和固有頻率的調(diào)整等方面對動力設備的基礎設計進行了分析，以期為同行產(chǎn)生一定的借鑒意義。

【關鍵詞】動力設備；基礎設計；流程；關鍵點

動力設備以安裝工藝為標準可以分為兩種，分別是：基礎地面動力設備與樓面結(jié)構(gòu)動力設備。但是無論哪種設備在運行的過程中都會產(chǎn)生比較大的振動，會引發(fā)一系列的問題，比如：設備無法正常運行、墻體開裂、設備的地腳螺栓脫離地面、影響吊車運行等[1]。這一問題的解決措施就是使用科學的方法對動力設備的基礎進行設計。筆者結(jié)合多年的工作經(jīng)驗，對動力設備的基礎設計進行如下分析，以期為動力設備基礎設計的完善產(chǎn)生一定的參考價值。

一.動力設備基礎設計流程

第一，以樣本與規(guī)范為基礎對基礎設備的外形進行確定；第二，以設備樣本為基礎對設備靜力荷載分布、擾力大小、擾力方向和擾力頻率進行明確；第三，對基組總重心的規(guī)范性與基礎地面形心偏心距的規(guī)范性進行核實；第四，對基礎的自振頻率進行計算，盡量避免其在共振區(qū)工作，但是在實際的工作過程中，讓其完全脫離共振區(qū)是不實際的，只能通過合理的計算讓其盡量的遠離共振區(qū)。第五，對基礎振幅進行計算，對其范圍的規(guī)范性進行檢驗。第六，對框架式基礎和墻式基礎，要對結(jié)構(gòu)在動力作用下承受的能力進行計算，如不符合要求，要對其進行修改。

二.擾力類型分析

設備類型不同，擾力形式也不同。以設備擾力與水平面的關系進行劃分，可以將其劃分為四種類型，分別是：垂直往復振動、繞垂直軸扭轉(zhuǎn)振動、水平往復振動、繞水平軸扭轉(zhuǎn)振動[2]。如果設備結(jié)構(gòu)比較復雜，上述擾力形式也會發(fā)生耦合現(xiàn)象，比如設備出現(xiàn)水平往復振動擾力，其偏心有可能就會發(fā)生水平扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動。在耦合作用下，各個方向上的擾力與頻率及各個類型的擾力與頻率會相應的增加，設備振動頻率的分布范圍會擴展，設計難度也會相應的增加。因此，在對動力設備進行基礎設計時，要盡量避免耦合現(xiàn)象的出現(xiàn)。

三.頻率計算

動力設備基礎設計中對于頻率的計算可以分為兩種，其一是實測，其二是理論計算。在實際的設計過程，利用實測數(shù)據(jù)進行對比分析得出的結(jié)果的可靠性比較高。但是實際的設計過程中，對于頻率計算的主要方法還是理論計算。隨著計算機技術的發(fā)展和有限元的應用，計算速度與計算結(jié)果的精度都有了很大程度的提升，在很大程度上解決了動力設備基礎設計中的計算問題。但是，頻率的理論計算值與實測值往往會有很大的誤差，其誤差一般在20%左右，有的時候卻可以達到35%[3]。為了有效的減小誤差，在頻率計算的時候要對計算參數(shù)的意義進行真正的理解，比如：當設備的擾力圓頻率比基組豎向的固有頻率小的時候，要盡量少考慮基礎埋深與地面對基礎剛度產(chǎn)生的影響；當設備的擾力圓頻率比基組豎向的固有頻率大的時候，要盡量充分考慮基礎埋深與地面對基礎剛度產(chǎn)生的影響。

四.固有頻率調(diào)整

為了將動力設備的振動控制到最小，就要對其固有頻率進行調(diào)整。一般情況下，動力設備的基礎有三種形式，其一是大塊式基礎；其二是框架式基礎；其三是墻式基礎。但是不管動力設備的基礎是那種類型，其固有頻率的調(diào)整原理都一樣，計算公式為：ω= = δ（公式一），即以動力設備的質(zhì)量與剛度為基礎，對其進行調(diào)整。

比如對于大塊式基礎的動力設備，對其固有頻率的調(diào)整方法如下。由于大塊式基礎與理想的剛體比較接近，因此在計算的時候只對地基變形進行考慮即可，也就是將地基剛度等同于基組剛度。在對地基剛度進行計算的時候使用抗壓剛度系數(shù)Cz進行計算，其物理意義技術地基表面的單位面積上出現(xiàn)均勻單位壓陷時需要的力，其單位是KN/m3。由公式一計算可得基組的固有頻率ω= ，其中s是基地的面積。由此可見，為了有效的避開共振區(qū)，如果擾頻比較低，就要將ω適當?shù)奶岣撸藭r，在對動力設備進行基礎設計時，要將其底面積擴大，將埋深變淺；如果擾頻比較高，就要將ω適當?shù)慕档停藭r，在對動力設備進行基礎設計時，要將其底面積縮小，將埋深變深。

一般情況下，壓縮機基礎在調(diào)頻方面都具有一定的代表性，活塞式壓縮機的轉(zhuǎn)速一般在1000轉(zhuǎn)/分鐘以下，在此基礎上，要想將基組的固有頻率提高，就要將埋深減小。如果壓縮機的轉(zhuǎn)速在3000轉(zhuǎn)/分鐘以上，為了將基組的固有頻率降低，就要將基地和相鄰廠房的基礎保持同水平。

結(jié)語

在實際的工作中，因動力基礎設備振動過大引發(fā)的生產(chǎn)事故不在少數(shù)，因此，完善動力設備的基礎設計，對維護生產(chǎn)安全具有重要的意義。動力設備的基礎設計比較復雜，在計算的過程中會出現(xiàn)很多不確定因素，這些因素的處理比較復雜。為了基礎設計的科學性，在計算取值的時候要留有一定的余地。在對動力設備的基礎進行設計的時候，首先要對其擾力類型進行明確；其次要對通過理論聯(lián)系實際的方式對頻率進行計算；最后要結(jié)合實際的運行效果對固有頻率進行調(diào)整。

參考文獻

[1]陳寶貴.動力設備基礎設計的幾點體會[J].城市建設理論研究，2014，（15）：32-34.

[2]趙琳琳，宋向波，徐梁杰等.淺談動力基礎設計[J].城市建設理論研究（電子版），2012，（2）：21-23.

[3]王軍.冶金工廠動力設備基礎的振動問題探討[J].重型機械，2011，（3）：69-71.