動(dòng)力設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)綜述

徐先強(qiáng)

【摘要】在冶金行業(yè)中，動(dòng)力設(shè)備處于核心地位，對(duì)冶金的效率和質(zhì)量具有重要的影響。冶金行業(yè)動(dòng)力設(shè)備的類(lèi)型比較豐富，在使用的過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生比較大的振動(dòng)，會(huì)給設(shè)備的使用安全帶來(lái)不良的影響。筆者致力于冶金動(dòng)力設(shè)備設(shè)計(jì)數(shù)十年，本文在動(dòng)力設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)流程的基礎(chǔ)上，從動(dòng)力設(shè)備的擾力類(lèi)型、頻率的計(jì)算和固有頻率的調(diào)整等方面對(duì)動(dòng)力設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，以期為同行產(chǎn)生一定的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】動(dòng)力設(shè)備；基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；流程；關(guān)鍵點(diǎn)

動(dòng)力設(shè)備以安裝工藝為標(biāo)準(zhǔn)可以分為兩種，分別是：基礎(chǔ)地面動(dòng)力設(shè)備與樓面結(jié)構(gòu)動(dòng)力設(shè)備。但是無(wú)論哪種設(shè)備在運(yùn)行的過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生比較大的振動(dòng)，會(huì)引發(fā)一系列的問(wèn)題，比如：設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行、墻體開(kāi)裂、設(shè)備的地腳螺栓脫離地面、影響吊車(chē)運(yùn)行等[1]。這一問(wèn)題的解決措施就是使用科學(xué)的方法對(duì)動(dòng)力設(shè)備的基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。筆者結(jié)合多年的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)動(dòng)力設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行如下分析，以期為動(dòng)力設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的完善產(chǎn)生一定的參考價(jià)值。

一.動(dòng)力設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)流程

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

二.擾力類(lèi)型分析

設(shè)備類(lèi)型不同，擾力形式也不同。以設(shè)備擾力與水平面的關(guān)系進(jìn)行劃分，可以將其劃分為四種類(lèi)型，分別是：垂直往復(fù)振動(dòng)、繞垂直軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)、水平往復(fù)振動(dòng)、繞水平軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)[2]。如果設(shè)備結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，上述擾力形式也會(huì)發(fā)生耦合現(xiàn)象，比如設(shè)備出現(xiàn)水平往復(fù)振動(dòng)擾力，其偏心有可能就會(huì)發(fā)生水平扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。在耦合作用下，各個(gè)方向上的擾力與頻率及各個(gè)類(lèi)型的擾力與頻率會(huì)相應(yīng)的增加，設(shè)備振動(dòng)頻率的分布范圍會(huì)擴(kuò)展，設(shè)計(jì)難度也會(huì)相應(yīng)的增加。因此，在對(duì)動(dòng)力設(shè)備進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量避免耦合現(xiàn)象的出現(xiàn)。

三.頻率計(jì)算

動(dòng)力設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中對(duì)于頻率的計(jì)算可以分為兩種，其一是實(shí)測(cè)，其二是理論計(jì)算。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程，利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析得出的結(jié)果的可靠性比較高。但是實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于頻率計(jì)算的主要方法還是理論計(jì)算。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和有限元的應(yīng)用，計(jì)算速度與計(jì)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(dòng)力設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的計(jì)算問(wèn)題。但是，頻率的理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值往往會(huì)有很大的誤差，其誤差一般在20%左右，有的時(shí)候卻可以達(dá)到35%[3]。為了有效的減小誤差，在頻率計(jì)算的時(shí)候要對(duì)計(jì)算參數(shù)的意義進(jìn)行真正的理解，比如：當(dāng)設(shè)備的擾力圓頻率比基組豎向的固有頻率小的時(shí)候，要盡量少考慮基礎(chǔ)埋深與地面對(duì)基礎(chǔ)剛度產(chǎn)生的影響；當(dāng)設(shè)備的擾力圓頻率比基組豎向的固有頻率大的時(shí)候，要盡量充分考慮基礎(chǔ)埋深與地面對(duì)基礎(chǔ)剛度產(chǎn)生的影響。

四.固有頻率調(diào)整

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

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

一般情況下，壓縮機(jī)基礎(chǔ)在調(diào)頻方面都具有一定的代表性，活塞式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速一般在1000轉(zhuǎn)/分鐘以下，在此基礎(chǔ)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(jī)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(chǔ)保持同水平。

結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際的工作中，因動(dòng)力基礎(chǔ)設(shè)備振動(dòng)過(guò)大引發(fā)的生產(chǎn)事故不在少數(shù)，因此，完善動(dòng)力設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，對(duì)維護(hù)生產(chǎn)安全具有重要的意義。動(dòng)力設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，在計(jì)算的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)很多不確定因素，這些因素的處理比較復(fù)雜。為了基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的科學(xué)性，在計(jì)算取值的時(shí)候要留有一定的余地。在對(duì)動(dòng)力設(shè)備的基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，首先要對(duì)其擾力類(lèi)型進(jìn)行明確；其次要對(duì)通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際的方式對(duì)頻率進(jìn)行計(jì)算；最后要結(jié)合實(shí)際的運(yùn)行效果對(duì)固有頻率進(jìn)行調(diào)整。

參考文獻(xiàn)

[1]陳寶貴.動(dòng)力設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)體會(huì)[J].城市建設(shè)理論研究，2014，（15）：32-34.

[2]趙琳琳，宋向波，徐梁杰等.淺談動(dòng)力基礎(chǔ)設(shè)計(jì)[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2012，（2）：21-23.

[3]王軍.冶金工廠動(dòng)力設(shè)備基礎(chǔ)的振動(dòng)問(wèn)題探討[J].重型機(jī)械，2011，（3）：69-71.