探討改進端吸式空調水泵的減振措施

趙成顯

（江蘇省工業設備安裝集團有限公司 江蘇南京 210000）

探討改進端吸式空調水泵的減振措施

趙成顯

（江蘇省工業設備安裝集團有限公司 江蘇南京 210000）

我公司近年來以機電總承包的身份承接不少高端民用項目，在2005年承接的上海的12萬m2的五星級港資項目酒店中，我們嚴格按酒店減振消聲技術規范的要求安裝了空調循環泵的減振系統，但在系統進水及水泵循環后不久，出現減振彈簧傾斜，泵進出口處軟接頭受不明外力影響變形的現象。酒店管理方按他們在其他酒店的管理經驗，讓我們對水泵采取了限位措施，對軟接頭采取了拉桿處理。雖然保證了運行安全，但減振效果受到了影響。我們決心找到真正的原因，公司讓我支持這項工作，希望能從根本上解決這個問題。經過一年多的查閱資料、認真分析和模擬試驗，我們從理論上制定了一套做法。從2008年的上海香港名都城大性商業項目開始，在征得業主同意下，將我們的這一解決方案用于實際工程檢驗，取得的非常好的效果，業主也很滿意。2010年之后，經過進一步改進，我們又在多個香格里拉酒店工地上取得了成功，愿將這一經驗方法與大家共同探討一下。

空調水泵；減振；措施

前言

大體量高檔次的建筑的空調水系統中的循環水泵在工作過程中通常具有以下特點：流量大、揚程高、工作壓力高、需要長期運行。因而從設計時就需要考慮減振降噪措施，通常是采用國家標準圖集做法，或者按設計手冊推薦做法，例如振動及減振計算方法在《實用通風空調設計手冊》中有詳細描述：根據水泵轉速而確定干擾頻率、根據水泵動載荷確定慣性塊重量、根據總重量及彈簧數量而確定彈簧的受力等，但本計算過程沒有考慮管道系統因存在內部壓強而在兩軟接頭處各自會產生一對方向相反、大小相等的力，這兩對對力對外部受力分析是有很大影響的。并且在17.9.2節的案例中假定了隔振系統各受力點的彈簧受力是均勻的。但在我單位多年的實際工程后期調試中發現這部分力是不容忽視的，而且因為這對力的存在各彈簧的受力是不均勻的、軟接頭會因此被向兩側拉伸、彈簧的受力除考慮水泵及慣性塊重量還需要考慮這兩對力的影響。

1 圖集通常推薦的水泵減振方式

圖1

如圖1，無論水泵運行還是停止，只要系統內充滿了水，系統就存在內部的壓強，壓強是無方向的，但碰到有安裝方向的進出口軟接頭，就會在每個軟接頭處產生一對大小相等方向相反的力，理論上力的大小為（忽略軟接頭本身因變形產生的力）：

式中：F——受力大小，N；

P——系統運行時的內壓強，Pa；

A——受力方向上的投影面積，m2。

但是系統運行和停止時其進出口的壓力會不同：運行時滿足出口壓力減入口壓力等于水泵揚程，停止時進出口壓力相等，系統放空時就沒有力。選減振彈簧時一定要按設計的運行狀態去計算。

水平部分：假定運行時水泵吸入口壓力為6kg/cm2的系統，水泵吸入口口徑為DN250，則存在一對水平的力分別作用在水泵和立管支架上，估算大小為：

這對力可能造成的后果是：

（1）水泵整體向后移位，減振彈簧傾斜；

（2）立管向外傾斜，法蘭接口或焊縫受損毀；

（3）水平軟節頭受力，極可能被拉壞造成事故。

豎直部分：假定水泵揚程為40m，出口口徑為DN200，則：

這個力會加載到彈簧上，并且在出口的反方向位置向下施壓，忽略了這個向下的壓力則可能使得選定的彈簧過小而被壓死，達不到減振效果，即使彈簧不被壓死，各彈簧的受力也變得相當不均勻，水泵臺座會整體傾斜，同樣會對軟接頭造成損傷。

2 改進措施

有的工程上在出現了問題后被動地將水泵惰性塊后側加了限位措施以防止水泵整體偏移，也有經歷了爆管事故后的將水平的軟節頭兩側法蘭用絲桿拉住限位的，這兩種做法解決了安全問題后卻都影響減振效果。如何化解？個人認為應該將這對水平力改為豎直方向的垂直力并使用彈簧力將它抵消掉是最好的解決方案，當然彈簧規格會增大不少。為達這一目標必須改變水泵吸入口的軟接頭的安裝位置，建議如圖2。

這種安裝方式使得水泵水平方向不受力，水泵不會位移，減振彈簧也不會傾斜，減振效果好。

3 通過剛才的受力分析可知各彈簧的受力不一定是相同的。

定性分析，考慮了系統內部壓力后，水泵前端有兩對因軟接頭而產生的向下的力（不是重量），彈簧受力遠遠大于水泵后側電機下面的彈簧。定量分析，必須經過計算才能確定各受力點大小，選擇合適的彈簧，實現預想的減振效果。

彈簧承受的力量有以下幾部分：水泵重量、入口推力、出口推力、惰性塊重量，見圖3。

理論上只要滿足力平衡和力矩平衡就能很快計算出彈簧受力大小了，但實際計算中涉及的未知變量很多，需要合理的分析系統情況并做科學的假設以求減少未知變量（通常假設前兩組彈簧受力相同），最終計算出各個彈簧的安裝位置、受力大小、預壓縮量（mm），然后繪制出惰性塊的配合尺寸。

關于惰性塊，其重量建議取水泵運行重量的2～3倍為好，根據水泵的運行重量及其附件重量確定水泵惰性塊的重量、外形尺寸、準備安裝彈簧的位置；根據水泵進出口壓力及口徑計算出受力，并假定中間彈簧的受力是與入口側彈簧相等的，以此可以確定中間彈簧的安裝位置，同時計算出電機下側的彈簧受力大小；表1為根據靜態力平衡及力矩平衡公式制作的簡易計算表格，表格內要內嵌力平衡、力矩平衡公式的。

圖2

圖3

4 合理選擇彈簧是另外一個重要程序

計算中我們是假定系統在運行狀態，這種狀態意味著系統內不但充滿了水而且是處于設計的循環運行狀態，然而，彈簧在安裝過程及將來放水檢修過程、停機狀態時都有不同的受力情況，這些受力必然造成彈簧的壓縮量發生較大變化，則存在一個減振體上下位移幅度較大的問題，這些位移會施加到橡膠軟接頭上，可能造成它被過拉或過壓情況，并可能被損毀。因此必須采取限位措施，即選用預壓彈簧來抵消在非設計狀態下可能出現的問題。選用預壓縮彈簧可以直接將減振彈簧限定在運行狀態范圍內，預壓縮量的計算見表2，當然，表格內是要嵌入廠家的技術數據、計算公式后才能實現人工參與的半自動計算。

計算的壓縮量小于3mm的則不需要預壓，大于3mm的則采取預壓措施，預壓量為計算的壓縮量減去3mm。計算過程也可以計算出整個隔振系統的隔振效率，通常要求大于95%，一般對1450rpm的泵效率會到97%以上，2900rpm的隔振效率更高了，基本能到99%。

預壓彈簧的結構形式見圖4。

圖4

國內很多廠家都有類似的產品，我們在多個工程用下來，效果都很好。

某香格里拉酒店工程中的安裝實例，見圖5。

圖5

5 結束語

我公司已申請了這項做法的專利，專利號ZL 2012 2 0472021.X，專利名：臥式離心泵布置結構，這項專利還應用到我公司的省級工法“空調水系統深化設計與施工一體化施工工法”，已在多個項目上使用，取得良好的效果。

TB535

A

1673-0038（2015）48-0200-02

圖6 專利圖片

收稿日期：2015-11-12

表1

表2