Forståelse af fundamentsstivhed

Enheder

Bærbar afbalanceringsenhed og vibrationsanalysator Balanset-1A.

$2,353.83

Dele

Vibrationssensor

$107.26

Dele

Optisk sensor (laser-tachometer)

$147.78

Enheder

Balanset-4

$8,107.90

Dele

Magnetisk stativ i størrelse 60 kgf

$54.82

Dele

Reflekterende tape

$11.92

Enheder

Dynamisk afbalancering "Balanset-1A" OEM.

$2,067.80

Definition: Hvad er fundamentstivhed?

Fundamentsstivhed er modstanden af en maskins støttestruktur (inklusive bundplade, betonfundament, piedestaler og jord) over for nedbøjning, når den udsættes for statiske eller dynamiske kræfter. Den kvantificeres som kraft pr. enhed nedbøjning (typisk udtrykt i N/mm, lbf/in eller N/m) og repræsenterer, hvor meget fundamentet nedbøjes, når belastninger fra det roterende maskineri påføres.

Fundamentsstivhed er en kritisk parameter i rotordynamik fordi det er en del af den samlede systemstivhed, der bestemmer kritiske hastigheder, vibrationer amplituder og dynamisk respons. Utilstrækkelig fundamentstivhed kan sænke kritiske hastigheder inden for driftsområdet, forstærke vibrationer, forårsage justeringsproblemer og kompromittere udstyrets pålidelighed.

Hvorfor fundamentstivhed er vigtig

Effekt på kritiske hastigheder

Fundamentsstivhed påvirker systemet direkte naturlige frekvenser:

• Total systemstivhed = seriekombination af rotor-, leje- og fundamentstivheder
• Blødt underlag reducerer den samlede stivhed og sænker dermed kritiske hastigheder
• Kan flytte kritiske hastigheder fra sikre zoner til driftsområdet
• Kritisk hastighed ∝ √(total stivhed), så bløde fundamenter har betydelig indflydelse

Vibrationsamplitudekontrol

• Ved resonans: Stivere fundamenter producerer generelt lavere peak vibrationsamplituder
• Under resonans: Meget stive fundamenter kan øge transmitteret vibration (ingen isolering)
• Optimal design: Balance mellem stivhed og isolation afhængigt af frekvensområde

Justeringsstabilitet

• Fleksible fundamenter gør det muligt for udstyr at forskyde sig under driftsbelastninger
• Termisk udvidelse af maskiner kan forvrænge fleksible fundamenter
• Præcision justering vanskelig at vedligeholde på blødt underlag
• Fundamentets nedbøjning fra procesbelastninger (rørkræfter) påvirker justeringen

Komponenter, der bidrager til fundamentets stivhed

1. Betonfundamentblok

• Materiale stivhed: Betonens elasticitetsmodul (~25-40 GPa)
• Geometri: Tykkelse, bredde og forstærkning påvirker den samlede stivhed
• Masse: Større masse kommer generelt med stivere struktur
• Tilstand: Revner og forringelse reducerer stivheden betydeligt

2. Jordbundsstøtte

• Jorden under fundamentet giver elastisk støtte
• Jordens stivhed varierer enormt (blød ler: 10 N/mm³; bjergart: 1000+ N/mm³)
• Ofte det blødeste element i støttekæden
• Kan dominere den samlede systemstivhed i dårlige jordforhold

3. Maskinens bundplade

• Stål- eller støbejernskonstruktion
• Forbinder udstyr til betonfundament
• Tykkelse, ribber og design påvirker stivheden
• Skal fuges tilstrækkeligt til fundamentet

4. Sokler og understøtninger

• Lejepiedestaler forbindelse af lejer til bundplade
• Søjle- eller beslagstrukturer
• Kan være betydelig fleksibilitet i høje eller slanke piedestaler

5. Fugemasselag

• Fylder mellemrummet mellem bundplade og beton
• Korrekt fugning er afgørende for stivhed
• Forringet eller manglende fugemasse skaber bløde pletter
• Typisk fugestivhed lavere end beton eller stål

Måling og vurdering

Statisk stivhedstestning

• Metode: Påfør kendt kraft, mål udbøjning
• Beregning: k = F / δ (kraft divideret med udbøjning)
• Typisk test: Hydraulisk donkraft, der påfører belastning på bundpladen
• Måling: Målere eller forskydningssensorer

Dynamisk stivhed (modal testning)

• Slagprøvning med instrumenteret hammer
• Mål frekvensresponsfunktion
• Uddrag modale parametre (naturlige frekvenser, modeformer, stivhed)
• Mere repræsentativt for de faktiske driftsforhold

Operationel vurdering

• Sammenlign vibrationer ved leje med vibrationer ved fundament
• Høj transmissibilitet indikerer et stift fundament
• Lav transmissibilitet antyder fundamentets fleksibilitet eller isolation
• Bode-plot fra opstart/friløb afslør fundamenttilstande

Designkrav

Generelle retningslinjer

• API-standarder: Fundamentets egenfrekvens skal være > 2× den maksimale maskinhastighed
• Alternativ: Fundamentets naturlige frekvens < 0,5× minimum maskinhastighed (isoleret fundament)
• Undgå: Fundamentsresonanser mellem 0,5-2,0× driftshastighed
• Mål: Fundamentsstivhed > 10× lejestivhed for minimal påvirkning

Udstyrsspecifikke krav

• Turbiner: Meget stive fundamenter (betonmasse 3-5× rotormasse)
• Stempelkompressorer: Massive fundamenter til at absorbere pulserende belastninger
• Højhastighedsmaskiner: Stiv for at opretholde kritisk hastighedsadskillelse
• Præcisionsudstyr: Ekstremt stiv for at forhindre justeringsforskydning

Problemer fra utilstrækkelig stivhed

Sænkede kritiske hastigheder

• Kritiske hastigheder falder inden for driftsområdet
• Høje vibrationer ved, hvad der burde være sikre hastigheder
• Kan forhindre opnåelse af designhastighed
• Kræver fundamentsafstivning eller hastighedsbegrænsning

Overdreven vibration

• Fundamentbevægelse forstærker den samlede vibration
• Resonans af fundamentstrukturen
• Vibrationer overført til tilstødende udstyr
• Strukturskader fra gentagen bøjning

Justeringsinstabilitet

• Udstyrsskift på fleksibelt fundament
• Justering tabt efter indledende præcisionsarbejde
• Forstørrede termiske væksteffekter
• Ændringer i procesbelastningen forårsager variation i justeringen

Forbedringsmetoder

Forbedring af betonfundament

• Tilføj masse: Øg fundamentets størrelse/tykkelse
• Forstærke: Tilføj stålforstærkning eller efterspænding
• Reparation af revner: Epoxyindsprøjtning eller betonreparation
• Udvid til grundfjeld: Pæle eller sænkekasser til kompetente jordlag

Bundpladeafstivning

• Tilføj kiler eller ribber til strukturrammen
• Øg bundpladens tykkelse
• Forbedre fugemassedækning og -kvalitet
• Tilføj afstivning mellem piedestaler

Jordforbedring

• Jordstabilisering eller fugning
• Dybe fundamenter (pæle) uden om dårlig jord
• Komprimering eller fortætning
• Geoteknisk rådgivning om større problemstillinger

Operationelle indkvarteringer

• Hastighedsændring: Operer væk fra fundamentresonanser
• Vibrationsisolering: Tilføj isolatorer for at afkoble maskinen fra fundamentet
• Afbalancering: Strammere balancetolerancer for at reducere excitation
• Dæmpning: Tilføj dæmpende behandlinger til fundamentstrukturen

Bedste praksis for fundamentdesign

Nye installationer

• Udfør geoteknisk undersøgelse af jordforholdene
• Beregn den nødvendige fundamentmasse og geometri
• Inkluder dynamisk analyse (naturfrekvenser, reaktion på ubalance)
• Design for tilstrækkelig stivhed og masse
• Sørg for isolering fra tilstødende strukturer
• Inkluder bestemmelser for fugning og justering

Vurdering af eksisterende fundamenter

• Mål vibrationer ved fundament og sammenlign med lejevibrationer
• Udfør modal testning for at identificere fundamentets naturlige frekvenser
• Kontroller for revner, forringelse, sætninger
• Kontroller fugemassens integritet under bundpladerne
• Sammenlign faktiske vs. designspecifikationer

Fundamentsstivhed overses ofte, men er en fundamental parameter, der påvirker roterende maskiners ydeevne. Tilstrækkelig fundamentsstivhed sikrer korrekt kritisk hastighedsadskillelse, opretholder justeringsstabilitet og forhindrer resonansproblemer, mens utilstrækkelig stivhed kan få ellers godt udstyr til at fungere dårligt og upålideligt.

---

← Tilbage til hovedindekset