汽動(dòng)給水泵基礎(chǔ)隔振技術(shù)與實(shí)施要點(diǎn)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(dòng)給水泵基礎(chǔ)隔振技術(shù)與實(shí)施要點(diǎn)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(jìn)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(dòng)給水泵彈簧隔振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝，對(duì)設(shè)備基礎(chǔ)隔振技術(shù)進(jìn)行概述，并介紹隔振技術(shù)的基本應(yīng)用與實(shí)施要點(diǎn)。

給水泵；基礎(chǔ)隔振技術(shù)；實(shí)施要點(diǎn)

減小振動(dòng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)和精密設(shè)備的影響，避免經(jīng)濟(jì)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(yùn)行振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)自身的振動(dòng)作用顯著降低，進(jìn)而可隔離振動(dòng)對(duì)精密設(shè)備儀器和運(yùn)轉(zhuǎn)層平臺(tái)結(jié)構(gòu)的影響，降低給水泵磨損和故障率，節(jié)省汽機(jī)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(jià)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(duì)上部給水泵基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與運(yùn)轉(zhuǎn)層平臺(tái)結(jié)構(gòu)之間進(jìn)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(yùn)行所產(chǎn)生的振動(dòng)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(dòng)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(jìn)行對(duì)比存在顯著優(yōu)勢(shì)：（1）隔振效果好，可大幅衰減振動(dòng)反應(yīng)80%～95%以上。依照地震模擬試驗(yàn)和振動(dòng)記錄不難發(fā)現(xiàn)，隔振體系自身和上部結(jié)構(gòu)對(duì)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(jì)算，減小基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)造價(jià)。因隔振體系自身的上部結(jié)構(gòu)所承擔(dān)的振動(dòng)作用顯著降低，導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件與節(jié)點(diǎn)的斷面降低，構(gòu)造和施工相對(duì)簡單，節(jié)省造價(jià)。即便由于設(shè)置隔振裝置而使造價(jià)提升，結(jié)構(gòu)的整體造價(jià)依舊能夠降低。（3）增加安全性。當(dāng)設(shè)備顯著振動(dòng)時(shí)，則運(yùn)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(jìn)而合理使用。（4）抗震措施高效便捷。抗震設(shè)計(jì)對(duì)象發(fā)生了轉(zhuǎn)變，從建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震設(shè)計(jì)變?yōu)橹攸c(diǎn)關(guān)注隔振裝置，且較為簡單，改善了設(shè)計(jì)，優(yōu)化了施工。（5）適用性好，所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益非常顯著；運(yùn)轉(zhuǎn)層平臺(tái)結(jié)構(gòu)面臨的修改和限制微小。因上部結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的振動(dòng)作用不明顯，進(jìn)而提高了設(shè)計(jì)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(dòng)給水泵基礎(chǔ)、磨煤機(jī)基礎(chǔ)等）。其使用功能要求設(shè)備運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)或地震作用，不損毀設(shè)備系統(tǒng)、干擾重要轉(zhuǎn)動(dòng)部件。同時(shí)，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(shí)，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(duì)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(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(duì)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(diǎn)，實(shí)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(yùn)行參數(shù)等綜合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(jì)要點(diǎn)和隔振系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

（1）彈簧的設(shè)計(jì)選用標(biāo)準(zhǔn)。①GB?50040?96動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范；②DL/T 5188?2004《火力發(fā)電廠輔助機(jī)器基礎(chǔ)隔振設(shè)計(jì)規(guī)程》；③GB/ T 6075.3《在非旋轉(zhuǎn)部件上測(cè)量和評(píng)價(jià)機(jī)器的機(jī)械振動(dòng)》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(cè)量的工業(yè)機(jī)器。

（2）阻尼劑檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。①美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)：ASTM D4052 Standard Test Method for Density and Relative Density of Liquids by Digital Density Meter（數(shù)字密度計(jì)測(cè)定密度和液體相對(duì)密度的試驗(yàn)方法）；②美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)：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(yùn)動(dòng)粘度的測(cè)試方法（包括動(dòng)態(tài)粘度的計(jì)算）；③彈簧是整個(gè)隔振系統(tǒng)的關(guān)鍵承載元件，把主機(jī)通過基礎(chǔ)臺(tái)板傳過來的振動(dòng)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(gè)系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)擾力干擾下很快穩(wěn)定下來，防止整個(gè)系統(tǒng)的擺動(dòng)幅度過大。同時(shí)，起動(dòng)時(shí)不致產(chǎn)生共振。

本項(xiàng)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(dòng)給水泵彈簧隔振系統(tǒng)的振動(dòng)承諾值：

最大振動(dòng)線位移：①垂直向 Az≤3μm；②水平向 Ay≤3μm。

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

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

（5）隔振元件的使用壽命及隔振效率。隔振元件的設(shè)計(jì)使用壽命大于50年。彈簧隔振器的隔振效率≥99%（相對(duì)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(jìn)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(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，滿足汽動(dòng)給水泵的使用要求和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

（7）彈簧材質(zhì)與阻尼液性能。彈簧采用優(yōu)質(zhì)鋼材，運(yùn)用先進(jìn)的熱處理和表面處理工藝，嚴(yán)格按照我國國家標(biāo)準(zhǔn)和疲勞理論進(jìn)行設(shè)計(jì)制造的，正常使用條件下，壽命應(yīng)大于主機(jī)壽命。

彈簧采用60Si2MnA拉光料，并進(jìn)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(shí)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(duì)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(diǎn)，壽命大于主機(jī)壽命。其主要技術(shù)性能指標(biāo)：①玻璃轉(zhuǎn)化點(diǎn)：?65℃；②密度：920kg/m3；③粘度隨溫度變化小，動(dòng)力粘度5×107mPas量級(jí)；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(jī)和停機(jī)的過程中，擾頻經(jīng)過共振區(qū)時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)過大的振動(dòng)速度。

隔振元件采用先進(jìn)的表面處理工藝，耐腐蝕，抗氧化，適用各種條件，包括磨煤機(jī)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(hù)。要嚴(yán)防阻尼器進(jìn)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(jìn)行噴丸處理，表面達(dá)到Sa2.5級(jí)；彈簧隔振器中的標(biāo)準(zhǔn)件鍍鋅，鍍鋅厚度大于65μm。

表2 彈簧和阻尼劑的主要指標(biāo)

（8）汽機(jī)房運(yùn)轉(zhuǎn)層平臺(tái)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，可不考慮設(shè)備振動(dòng)對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)層平臺(tái)的影響，仍按原設(shè)防烈度進(jìn)行設(shè)計(jì)，大大簡化了主廠房結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算。

3.3 落實(shí)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(shí)，當(dāng)隔振器真正發(fā)揮相應(yīng)作用后，則上部振動(dòng)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(shí)際情況，輔以設(shè)防烈度合理設(shè)計(jì)。

3.4 掌握隔振層基本設(shè)計(jì)要點(diǎn)

隔振層需發(fā)揮應(yīng)有作用，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，一定要讓整體隔振結(jié)構(gòu)能夠協(xié)調(diào)工作，進(jìn)而把剛度理想的臺(tái)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(fù)荷能夠處于正常范圍，且在高強(qiáng)度地震或設(shè)備振動(dòng)發(fā)生時(shí)不會(huì)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(shí)可能會(huì)表現(xiàn)出無力的狀態(tài)，所以，上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dòng)給水泵的實(shí)際應(yīng)用

（1）汽動(dòng)給水泵臺(tái)座隔振器的布置（圖1）。

（2）隔振器施工順序：汽機(jī)房運(yùn)轉(zhuǎn)層平臺(tái)框架結(jié)構(gòu)及鋼梁施工 → 臺(tái)板腳手架搭設(shè)→臺(tái)板底模→測(cè)量梁頂標(biāo)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(diǎn)：給水泵彈簧隔振系統(tǒng)由彈簧（阻尼）隔振器、基礎(chǔ)臺(tái)板等組成，給水泵安裝在基礎(chǔ)臺(tái)板之上。彈簧（阻尼）隔振器放置于鋼梁和基礎(chǔ)臺(tái)板之間，基礎(chǔ)臺(tái)板采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。給水泵臺(tái)板與運(yùn)轉(zhuǎn)層平臺(tái)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(shí)施要點(diǎn)：①提前施工的汽機(jī)房運(yùn)轉(zhuǎn)層平臺(tái)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(shí)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(biāo)高控制點(diǎn)，并用高精度儀器測(cè)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(qiáng)度和穩(wěn)定性，采取分層、對(duì)稱的澆筑方法，減少施工對(duì)彈簧的不均勻受力，避免造成預(yù)埋件、螺栓的位置移動(dòng)；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(duì)彈簧預(yù)先施壓，需提前計(jì)算彈簧壓縮值與給水泵及上部基礎(chǔ)對(duì)彈簧的壓縮荷載值一致。后一種方法則不需對(duì)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(tái)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(yán)格按設(shè)計(jì)要求控制，精確控制松開預(yù)壓時(shí)鎖住的彈簧螺栓。對(duì)稱、逐個(gè)釋放，使臺(tái)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(jì)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(xiàng)新技術(shù)，因安全系數(shù)高、造價(jià)合理、便于施工等特點(diǎn)，在工程實(shí)踐活動(dòng)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(jì)要點(diǎn)，掌握正確施工方法，提升隔振系統(tǒng)應(yīng)用合理性，進(jìn)而更好地服務(wù)于工程實(shí)踐。

[1]張文杰.略談建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隔振技術(shù)的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2015,(11).

[2]郭榮超.建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隔振技術(shù)的研究和應(yīng)用[J].房地產(chǎn)導(dǎo)刊，2016,(22):429～429.

[3]馮中旗,羅杰.建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隔振技術(shù)的研究和應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2015,(6):73～73.

[4]陸鳴,田學(xué)民,王篤國等.建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隔振技術(shù)的研究和應(yīng)用[J].震災(zāi)防御技術(shù),2016,1(1):31～38.

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