Разбиране на твърдостта на основите
Коравината на основата това е устойчивостта на цялата носеща конструкция на машината — основата, циментовата замазка, бетонните блокове, опорите и почвата под тях — срещу деформация под въздействието на статичните и динамичните сили, които въртящата се машина упражнява върху нея. Тя се измерва като сила на единица деформация (N/mm, N/m или lbf/in) и отговаря на един привидно прост въпрос: колко се премества фундаментът, когато машината упражнява натиск върху него? Това единствено число се отразява върху цялата машина, защото твърдостта на фундамента е един от компонентите на скованост верига, която заедно с твърдостта на ротора и лагера определя динамичен ротор поведение. Ако сгрешите, дори и иначе отлична машина може да загуби от критични скорости, усилен вибрация, изместване на успоредността и съкратен експлоатационен срок.
1. Определение и защо е важно
Фундаментът рядко е толкова твърда и неподвижна опора, каквато си я представяме. Той се деформира, като колкото по-твърд е, толкова по-малко се деформира при дадено натоварване. Тъй като роторът, лагерите му и фундаментът се държат като пружини, свързани последователно, фундаментът може да се превърне в слабото звено, което определя общата реакция — и в останалата част от тази статия ще разгледаме точно как става това.
Влияние върху критичните скорости
Твърдостта на основата се отразява пряко върху системата собствени честоти:
- Общата твърдост на системата представлява последователно съединение на твърдостите на ротора, лагера и основата, така че най-мекият елемент има най-голямо влияние.
- Меката основа намалява общата стойност, което води до понижаване на критичните скорости.
- Това може да свали критичната скорост под безопасния праг и да я доведе до работния диапазон.
- Тъй като критичната скорост е пропорционална на √(общата твърдост), дори и незначителна загуба на твърдост на фундамента има реален ефект — можете да оцените размера на отклонението с Калкулатор за критична скорост на ротора.
Регулиране на амплитудата на вибрациите
- В резонанс: По-твърдите основи обикновено произвеждат по-ниски пикови амплитуди на вибрациите
- Под резонанса: много твърда основа може увеличение предава вибрациите, тъй като не осигурява изолация.
- Оптимален дизайн: правилният отговор е балансът между твърдост и изолация за конкретния честотен диапазон на машината.
Стабилност на успоредката
- Гъвкавата основа позволява на оборудването да се измества под експлоатационни натоварвания.
- Термичното разширение на машината може да деформира еластичната основа.
- Прецизност лазерно центриране на валове е трудно да се задържи върху мека повърхност.
- Деформацията на фундамента, причинена от външни технологични натоварвания, като например напрежения от тръбопроводи, постепенно нарушава изравняването — и това остава незабелязано меко стъпало може да имитира или да влоши проблема.
2. Елементи, които допринасят за твърдостта на основата
Твърдостта се определя от най-слабото звено във веригата от елементи, като всеки от тях има своя принос:
Бетонен фундаментен блок
- Твърдост на материала: Модулът на еластичност на бетона е приблизително 25–40 GPa.
- Геометрия: Дебелината, ширината и армировката определят общата твърдост на блока.
- Маса: по-голям блок обикновено осигурява по-голяма твърдост.
- Състояние: пукнатините и износването значително намаляват твърдостта.
Почвата и подпорите
- Почвата под блока сама по себе си действа като еластична опора.
- Твърдостта на почвата варира значително — от около 10 N/mm³ при меката глина до над 1000 N/mm³ при скалната маса.
- Често това е най-слабото звено в цялата верига.
- При лоша почва тя може да определи общата твърдост на конструкцията, независимо колко добър е блокът над нея.
Основа на машината
- Стоманената или чугунена рамка, която закрепва оборудването към бетона.
- Дебелината, ребрата и разположението му определят неговата роля.
- За да се зачете, трябва да е добре закрепено към блока.
Поставки и опори
- Лагерни пиедестали закрепете лагерите към основата.
- Колоните и конзолите поемат натоварването надолу.
- Високите или тънките пиедестали могат да придадат изненадваща гъвкавост — и да създадат вълнение структурен резонанс.
Слой от циментов разтвор
- Запълва празнината между основата и бетона, за да предава натоварването.
- Правилното запълване на фугите е от съществено значение за постигането на необходимата твърдост.
- Повредената или липсваща фуга оставя слаби места, които действат като панти.
- Фугата обикновено е по-малко твърда от стоманата или бетона, които свързва.
3. Измерване и оценяване
Изпитване на статичната твърдост
- Метод: прилагаме известна сила и измерваме полученото отклонение.
- Изчисление: k = F / δ — сила, разделена на деформацията.
- Типичен тест: хидравличен крик, който натоварва опорната плоча.
- Измерване: измервателните уреди или датчиците за преместване отчитат движението.
Динамична твърдост — модално изпитване
- A тест за удар с помощта на инструментален чук се възбужда конструкцията.
- Сайтът функция на честотната характеристика се измерва въз основа на отговора.
- Модален анализ извлича естествените честоти, формите на колебание и ефективната твърдост.
- Динамичният резултат отразява по-точно поведението на основата по време на работа на машината.
Оперативна оценка
- Сравнете вибрациите, измерени на лагера, с вибрациите на фундамента.
- Високата степен на предаване на вибрациите — основата се движи почти толкова, колкото и лагера — показва, че опората е мека спрямо машината.
- Ниската пропускливост сочи към твърда основа или ефективна изолация.
- Диаграми на Боде от стартиране или крайбрежие да разкрива режимите на фондацията при преминаване през тях
Това сравнение се извършва лесно на място с помощта на преносим двуканален анализатор. Уред като Балансет-1а може да измерва вибрациите едновременно на капака на лагера и на основата или пиедестала, което позволява на инженера да прецени на място дали конструкцията се движи заедно с машината — бърза и практична проверка за наличие на гъвкав или увреден фундамент, преди да се пристъпи към скъпи конструктивни работи.
4. Изисквания към проекта
Общи насоки
- Конструкция с твърда (надрезонансна) структура: собствената честота на основата трябва да надвишава 2 пъти максималната скорост на машината.
- Мек (изолиран) дизайн: или го настройте на стойност, по-малка от 0,5 пъти минималната скорост на машината.
- Избягвайте: резонанси на основата в диапазона от 0,5× до 2,0× работната скорост.
- Цел: твърдостта на основата е над 10 пъти по-голяма от твърдостта на лагера, така че нейното влияние върху динамиката на ротора остава незначително. Можете да проверите структурния режим спрямо скоростта на въртене с помощта на Калкулатор за естествена честота на фондацията.
Специфични изисквания към оборудването
- Турбини: много твърди основи, при които масата на бетона обикновено е 3–5 пъти по-голяма от масата на ротора.
- Бутални компресори: масивни фундаменти за поемане на пулсиращи натоварвания.
- Високоскоростни машини: достатъчно твърда, за да се запази разстоянието при критичната скорост.
- Прецизно оборудване: изключително твърда, за да се предотврати изместване на успоредността.
5. Проблеми, свързани с недостатъчна твърдост
Намалени критични скорости
- Критичните скорости попадат в работния диапазон.
- При скорости, които би трябвало да са безопасни, се появяват силни вибрации.
- Възможно е машината изобщо да не успее да достигне проектната си скорост.
- Решението е укрепване на основата или ограничаване на скоростта.
Прекомерна вибрация
- Движението на основата повишава общото ниво на вибрациите.
- Самата конструкция може да резонира.
- Вибрациите се предават към съседната техника.
- Повтарящото се огъване може да доведе до структурни умора щети.
Нестабилност на подреждането
- Оборудването се измества върху гъвкава основа, поради което трудно постигнатото изравняване се губи.
- Ефектите от термичното разширение се усилват.
- Промените в натоварването на процеса водят до отклонение на центрирането.
6. Методи за подобряване
Укрепване на бетонни основи
- Добавяне на маса: увеличете размера или дебелината на основата.
- Подсилване: да се добави стоманена армировка или постнапрежение.
- Поправете пукнатините: Впръскването на епоксидна смола или ремонтирането на бетона възстановява загубената твърдост.
- Достигане до скалната основа: пилотите или кесоните достигнат носещи почвени пластове.
Укрепване на основата
- Добавете усилващи елементи или ребра към носещата конструкция.
- Увеличете дебелината на основата.
- Подобряване на покритието и качеството на фугиращата смес, като се премахват празнините.
- Поставете укрепващи елементи между колоните.
Подобряване на почвата
- Стабилизиране на почвата или инжектиране под налягане.
- Дълбоки фундаменти (пилоти), които заобикалят некачествената почва в близост до повърхността.
- Уплътняване или уплътняване.
- Геотехнически консултации при сериозни проблеми с почвата.
Оперативни условия
- Модификация на скоростта: да работят извън честотите на резонанс на фундамента.
- Изолация от вибрации: поставете изолатори, за да отделите машината от основата.
- Балансиране: По-строгите допустими отклонения в баланса намаляват възбуждането още при източника — това е първото решение, към което се обръщат много екипи за техническо обслужване.
- Амортизация: да се добавят мерки за амортизация към конструкцията.
Струва си да се спрем на този балансиращ подход, тъй като той често е най-практичният. Възбуждане от ротора дисбаланс е динамичната сила, на която фундаментът трябва да реагира; ако намалите дисбаланса, намалявате натоварването върху конструкцията. На място балансиране на полето По този начин може да се овладеят вибрациите, предизвикани от фундамента, без изобщо да се засяга бетонът — често това е най-бързият и най-евтин начин за смекчаване на проблема, докато се планира дългосрочно конструктивно решение.
7. Най-добри практики при проектирането на фундаменти
Нови инсталации
- Извършете геотехническо проучване на почвените условия.
- Изчислете необходимата маса и геометрия на фундамента.
- Включете динамичен анализ на собствените честоти и реакцията при дисбаланс.
- Проектирайте така, че да се осигурят подходяща твърдост и маса.
- Осигурете изолация от съседните конструкции.
- Предвидете възможност за фугиране и изравняване.
Оценка на съществуващите основи
- Измерете вибрациите в основата и ги сравнете с вибрациите в лагерите.
- Извършете модални изпитвания, за да определите собствените честоти на фундамента.
- Проверете за пукнатини, износване и слягане.
- Проверете състоянието на фугите под основите.
- Сравнете действителните стойности с първоначалните проектни спецификации.
Твърдостта на основата често се пренебрегва, но всъщност е от основно значение за работата на въртящите се машини. Подходящата твърдост осигурява достатъчно разстояние между критичните скорости, поддържа стабилно изравняване и предотвратява резонанса; недостатъчната твърдост може да доведе до неравномерна работа и ненадеждност на иначе изправното оборудване. Разглеждането на основата като активна част от система с роторни лагери — измервана, оценявана и поддържана като всеки друг компонент — е белег за добре разработена програма за вибрации.
