汽動給水泵基礎(chǔ)隔振技術(shù)與實施要點分析

沈建峰

（大唐韓城第二發(fā)電有限責(zé)任公司，陜西 韓城 715415）

汽動給水泵基礎(chǔ)隔振技術(shù)與實施要點分析

沈建峰

（大唐韓城第二發(fā)電有限責(zé)任公司，陜西 韓城 715415）

近年來，隨著電力建設(shè)的發(fā)展，電力建設(shè)工程的許多先進技術(shù)和設(shè)備也在快速推廣，特別是基礎(chǔ)彈簧隔振技術(shù)得到了較好的發(fā)展。本文結(jié)合二期工程汽動給水泵彈簧隔振系統(tǒng)的設(shè)計和安裝，對設(shè)備基礎(chǔ)隔振技術(shù)進行概述，并介紹隔振技術(shù)的基本應(yīng)用與實施要點。

給水泵；基礎(chǔ)隔振技術(shù)；實施要點

減小振動對建筑結(jié)構(gòu)和精密設(shè)備的影響，避免經(jīng)濟損失和人員傷害，是彈簧隔振技術(shù)推廣應(yīng)用的目的。隨著結(jié)構(gòu)隔振技術(shù)發(fā)展，通過研究發(fā)現(xiàn)，采用有效的隔振措施，能夠使給水泵運行振動對結(jié)構(gòu)自身的振動作用顯著降低，進而可隔離振動對精密設(shè)備儀器和運轉(zhuǎn)層平臺結(jié)構(gòu)的影響，降低給水泵磨損和故障率，節(jié)省汽機房縱、橫梁等基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)投資。因此，本文關(guān)于設(shè)備結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隔振問題的研究具有重大價值。

1 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隔振概述

1.1 工作原理

結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隔振主要是針對上部給水泵基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與運轉(zhuǎn)層平臺結(jié)構(gòu)之間進行柔性連接，隔振裝置主要設(shè)置在上下結(jié)構(gòu)中間部位，隔振器基礎(chǔ)分為底板、彈簧隔振器和上部給水泵基礎(chǔ)三部分。給水泵運行所產(chǎn)生的振動通過給水泵基礎(chǔ)傳到彈簧隔振器，彈簧隔振器通過阻尼器使發(fā)生的振動減小或消除。

1.2 優(yōu)越性

結(jié)構(gòu)隔振技術(shù)除原理簡單外，減震效果也十分顯著。其和原有抗震結(jié)構(gòu)進行對比存在顯著優(yōu)勢：（1）隔振效果好，可大幅衰減振動反應(yīng)80%～95%以上。依照地震模擬試驗和振動記錄不難發(fā)現(xiàn)，隔振體系自身和上部結(jié)構(gòu)對應(yīng)的加速度與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)之間的比值為1：4。（2）簡化基礎(chǔ)受力情況和計算，減小基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)造價。因隔振體系自身的上部結(jié)構(gòu)所承擔的振動作用顯著降低，導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件與節(jié)點的斷面降低，構(gòu)造和施工相對簡單，節(jié)省造價。即便由于設(shè)置隔振裝置而使造價提升，結(jié)構(gòu)的整體造價依舊能夠降低。（3）增加安全性。當設(shè)備顯著振動時，則運轉(zhuǎn)層結(jié)構(gòu)仍可繼續(xù)處在正常彈性條件下，以此來提升安全性，進而合理使用。（4）抗震措施高效便捷?？拐鹪O(shè)計對象發(fā)生了轉(zhuǎn)變，從建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震設(shè)計變?yōu)橹攸c關(guān)注隔振裝置，且較為簡單，改善了設(shè)計，優(yōu)化了施工。（5）適用性好，所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益非常顯著；運轉(zhuǎn)層平臺結(jié)構(gòu)面臨的修改和限制微小。因上部結(jié)構(gòu)對應(yīng)的振動作用不明顯，進而提高了設(shè)計應(yīng)用性。

2 基本應(yīng)用范圍

基礎(chǔ)隔振技術(shù)能夠應(yīng)用在電廠建設(shè)不同類型的設(shè)備基礎(chǔ)中（汽動給水泵基礎(chǔ)、磨煤機基礎(chǔ)等）。其使用功能要求設(shè)備運行時的振動或地震作用，不損毀設(shè)備系統(tǒng)、干擾重要轉(zhuǎn)動部件。同時，建筑結(jié)構(gòu)所選擇的隔振方案應(yīng)滿足下述條件：非隔振時，要求結(jié)構(gòu)基本周期不超過1s；體型基本規(guī)則，要求高度小于40m，對于主軸方向需以剪切變形為核心，另外，質(zhì)量與剛度順著高度分布合理，與單質(zhì)點體系較為接近；建筑場地盡可能為一、二、三類，穩(wěn)定性優(yōu)良；風(fēng)荷載與非地震作用在水平方向的荷載標準中形成總水平力，禁止超出10%結(jié)構(gòu)重力。

近些年，隨著相關(guān)探究深度的加大，隔振技術(shù)也被廣泛應(yīng)用在中層以及高層民用建筑中。對于多地震的日本，隔振技術(shù)發(fā)展更為迅猛，還將隔振技術(shù)應(yīng)用在高層建筑，甚至超高層建筑也有所應(yīng)用。

3 主要應(yīng)用方法

3.1 合理選擇隔振裝置

目前，應(yīng)用較多的隔振裝置是彈簧阻尼器和橡膠隔振塊。上述隔振裝置分別具有不同的優(yōu)缺點，實際應(yīng)用中選擇何種類型隔振裝置，應(yīng)依據(jù)建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)備運行參數(shù)等綜合設(shè)計標準來確定。為發(fā)揮隔振器的作用，提升整體性能，一定要具備合理的阻尼，且消能裝置還應(yīng)具備相應(yīng)的阻尼與消耗能力。通常在電廠應(yīng)用的設(shè)備隔振系統(tǒng)多選用集成阻尼器的彈簧隔振系統(tǒng)，目前，在電廠應(yīng)用較多的是青島“隔而固”和北京“振沖安泰”的產(chǎn)品和技術(shù)。

3.2 基礎(chǔ)設(shè)計要點和隔振系統(tǒng)技術(shù)指標

（1）彈簧的設(shè)計選用標準。①GB?50040?96動力機器基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范；②DL/T 5188?2004《火力發(fā)電廠輔助機器基礎(chǔ)隔振設(shè)計規(guī)程》；③GB/ T 6075.3《在非旋轉(zhuǎn)部件上測量和評價機器的機械振動》第3部分?額定功率大于15kW額定轉(zhuǎn)速在120r/min至15000r/min之間的在現(xiàn)場測量的工業(yè)機器。

（2）阻尼劑檢測標準。①美國材料與試驗協(xié)會標準：ASTM D4052 Standard Test Method for Density and Relative Density of Liquids by Digital Density Meter（數(shù)字密度計測定密度和液體相對密度的試驗方法）；②美國材料與試驗協(xié)會標準：ASTM D445 Standard Test Method for Kinematic Viscosity of Transparent and Opaque Liquids（and the Calculation of Dynamic Viscosity）透明和不透明液體運動粘度的測試方法（包括動態(tài)粘度的計算）；③彈簧是整個隔振系統(tǒng)的關(guān)鍵承載元件，把主機通過基礎(chǔ)臺板傳過來的振動隔斷，使隔振器以下部分主要承受靜載。

粘滯阻尼器的作用是整個系統(tǒng)在動態(tài)擾力干擾下很快穩(wěn)定下來，防止整個系統(tǒng)的擺動幅度過大。同時，起動時不致產(chǎn)生共振。

本項目彈簧隔振器和阻尼器集成為一體，這樣可無需預(yù)埋螺栓，簡化施工，便于安裝維修。

（3）彈簧隔振元件的主要技術(shù)參數(shù)（表1）。

表1 彈簧（阻尼）隔振器的主要參數(shù)

（4）汽動給水泵彈簧隔振系統(tǒng)的振動承諾值：

最大振動線位移：①垂直向 Az≤3μm；②水平向 Ay≤3μm。

最大振動線速度：①垂直向 Az≤3.5mm/s；②水平向 Ay≤3.5mm/s（相對于轉(zhuǎn)速5300r/min）。

隔振系統(tǒng)的阻尼比為9%，在設(shè)備開機和停機過程中，應(yīng)起到很好的作用，避免出現(xiàn)過大的振動。

（5）隔振元件的使用壽命及隔振效率。隔振元件的設(shè)計使用壽命大于50年。彈簧隔振器的隔振效率≥99%（相對于轉(zhuǎn)速5300r/min）。

（6）隔振元件的性能。隔振元件是由優(yōu)質(zhì)鋼結(jié)構(gòu)焊接件、優(yōu)質(zhì)彈簧、進口阻尼劑、國產(chǎn)密封圈、國產(chǎn)防滑墊片和調(diào)整墊片等組成，具有阻尼性能好、隔振效果明顯、抗震能力強等優(yōu)點，滿足汽動給水泵的使用要求和有關(guān)標準。

（7）彈簧材質(zhì)與阻尼液性能。彈簧采用優(yōu)質(zhì)鋼材，運用先進的熱處理和表面處理工藝，嚴格按照我國國家標準和疲勞理論進行設(shè)計制造的，正常使用條件下，壽命應(yīng)大于主機壽命。

彈簧采用60Si2MnA拉光料，并進行噴丸處理，采用該材料和工藝，明顯提高彈簧的疲勞壽命，同時也可以提高彈簧許用應(yīng)力，至少可以提高30%。近十幾年來，我國彈簧鋼材質(zhì)有了很大的發(fā)展，部分彈簧鋼的力學(xué)性能已經(jīng)等同或超過國外同類彈簧鋼的水平。用于彈簧隔振器的彈簧，需要體積小，承載大，疲勞壽命長。因此，選擇合適的彈簧鋼材質(zhì)是非常重要的。目前，我國用于制造荷載較大的彈簧材質(zhì)，一般有60Si2MnA和60Si2CrA，針對本工程選擇60Si2MnA彈簧鋼作為制造彈簧隔振器的首選材料，其綜合力學(xué)性能超過國內(nèi)外的其它材料。

阻尼劑采用德國BASF公司的HVSD高聚物阻尼劑。該阻尼劑是一種無色、無味、無毒的粘稠或半固體物質(zhì)，其具有良好的耐熱、耐氧化、耐臭氧、耐化學(xué)品及耐侯、耐紫外線、耐酸、耐堿等優(yōu)良性能，其體積電阻率高，膨脹系數(shù)小，不含電介質(zhì)有害物質(zhì)，電絕緣性優(yōu)良等特點，壽命大于主機壽命。其主要技術(shù)性能指標：①玻璃轉(zhuǎn)化點：?65℃；②密度：920kg/m3；③粘度隨溫度變化小，動力粘度5×107mPas量級；④耗散系數(shù)：5×10-4（表2）。

采用HVSD高聚物作為阻尼劑，其性能優(yōu)于目前常用的甲基硅油，保證了隔振體系有足夠的阻尼，在開機和停機的過程中，擾頻經(jīng)過共振區(qū)時，不會出現(xiàn)過大的振動速度。

隔振元件采用先進的表面處理工藝，耐腐蝕，抗氧化，適用各種條件，包括磨煤機錘等重載、大沖擊、潮濕、灰塵等苛刻條件，正常使用無需保養(yǎng)維護。要嚴防阻尼器進水及灰塵埋沒隔振器。

彈簧和隔振器箱體噴塑，噴塑厚度為120μm，表面噴塑前進行噴丸處理，表面達到Sa2.5級；彈簧隔振器中的標準件鍍鋅，鍍鋅厚度大于65μm。

表2 彈簧和阻尼劑的主要指標

（8）汽機房運轉(zhuǎn)層平臺結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，可不考慮設(shè)備振動對運轉(zhuǎn)層平臺的影響，仍按原設(shè)防烈度進行設(shè)計，大大簡化了主廠房結(jié)構(gòu)的抗震計算。

3.3 落實水平向減震系數(shù)

水平向?qū)?yīng)的減震系數(shù)一定要超出0.25，同時，當隔振器真正發(fā)揮相應(yīng)作用后，則上部振動作用的整體水平，需是隔振結(jié)構(gòu)內(nèi)部減震系數(shù)的0.7，為讓減振系數(shù)更加科學(xué)，需依照實際情況，輔以設(shè)防烈度合理設(shè)計。

3.4 掌握隔振層基本設(shè)計要點

隔振層需發(fā)揮應(yīng)有作用，為實現(xiàn)這一目標，一定要讓整體隔振結(jié)構(gòu)能夠協(xié)調(diào)工作，進而把剛度理想的臺板基礎(chǔ)的梁板體系設(shè)置于隔振結(jié)構(gòu)上方，并保證該層隔振裝置包含的兩種負荷能夠處于正常范圍，且在高強度地震或設(shè)備振動發(fā)生時不會產(chǎn)生拉應(yīng)力。另外，我們應(yīng)注意下述內(nèi)容，即明確設(shè)防烈度系數(shù)，然而因遭受豎向地震時可能會表現(xiàn)出無力的狀態(tài)，所以，上部結(jié)構(gòu)設(shè)計過程一定要增加水平向?qū)?yīng)的換算烈度。

4 隔振器在電廠啟動給水泵的實際應(yīng)用

（1）汽動給水泵臺座隔振器的布置（圖1）。

（2）隔振器施工順序：汽機房運轉(zhuǎn)層平臺框架結(jié)構(gòu)及鋼梁施工 → 臺板腳手架搭設(shè)→臺板底?！鷾y量梁頂標高 →安裝彈簧隔振器、加裝墊片→頂部埋件→頂板鋼筋、模板、砼→土建交安 → 彈簧釋放

圖1

（3）工程特點：給水泵彈簧隔振系統(tǒng)由彈簧（阻尼）隔振器、基礎(chǔ)臺板等組成，給水泵安裝在基礎(chǔ)臺板之上。彈簧（阻尼）隔振器放置于鋼梁和基礎(chǔ)臺板之間，基礎(chǔ)臺板采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。給水泵臺板與運轉(zhuǎn)層平臺框架結(jié)構(gòu)的連接，不再是剛性連接，而是直接放在彈簧上，由彈簧來傳遞上部結(jié)構(gòu)和設(shè)備荷載。

（4）實施要點：①提前施工的汽機房運轉(zhuǎn)層平臺框架梁，作為布置隔振器的底板，要通過隔振器承受全部設(shè)備和給水泵基礎(chǔ)的荷載，施工時必須要保證表面平整度，其誤差應(yīng)小于+2mm。為保證精度，應(yīng)設(shè)置足夠的標高控制點，并用高精度儀器測量控制；②給水泵基礎(chǔ)的砼澆筑，應(yīng)充分考慮澆筑過程中模板支撐體系的強度和穩(wěn)定性，采取分層、對稱的澆筑方法，減少施工對彈簧的不均勻受力，避免造成預(yù)埋件、螺栓的位置移動；③先安裝隔振器后施工上部給水泵基礎(chǔ)，還是先施工上部給水泵基礎(chǔ)后安裝彈簧，可視現(xiàn)場具體情況確定。需要注意的是，前一種方法彈簧安裝方便但要對彈簧預(yù)先施壓，需提前計算彈簧壓縮值與給水泵及上部基礎(chǔ)對彈簧的壓縮荷載值一致。后一種方法則不需對彈簧預(yù)壓，而是根據(jù)給水泵和上部基礎(chǔ)荷載，以及彈簧隔振器的布置位置、數(shù)量，拆除局部底板和給水泵基礎(chǔ)臺板之間的模板，放置千斤頂。將千斤頂升起使之逐步均勻受力，直至完全承受上部全部設(shè)備和基礎(chǔ)荷載；④彈簧釋放：給水泵安裝完成即可釋放。釋放量嚴格按設(shè)計要求控制，精確控制松開預(yù)壓時鎖住的彈簧螺栓。對稱、逐個釋放，使臺板基礎(chǔ)自重、給水泵及各種附屬設(shè)備自重、水平力等均勻穩(wěn)定傳至彈簧隔振器上，通過減少彈簧上墊片數(shù)量使彈簧壓縮值符合設(shè)計值，最終使隔振器處于正常工作狀態(tài)。

5 結(jié)語

綜上所說，隔振技術(shù)是一項新技術(shù)，因安全系數(shù)高、造價合理、便于施工等特點，在工程實踐活動中得到了較好應(yīng)用，并展現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。我們應(yīng)不斷探索深化學(xué)習(xí)，讓每一位工程技術(shù)人員均明確隔振技術(shù)的基本設(shè)計要點，掌握正確施工方法，提升隔振系統(tǒng)應(yīng)用合理性，進而更好地服務(wù)于工程實踐。

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