Perustuksen jäykkyyden ymmärtäminen
Määritelmä: Mikä on perustuksen jäykkyys?
Perustuksen jäykkyys on koneen tukirakenteen (mukaan lukien pohjalevy, betoniperustus, jalustat ja maaperä) taipuman kestävyys staattisten tai dynaamisten voimien vaikutuksesta. Se ilmaistaan voimana taipumayksikköä kohti (tyypillisesti ilmaistaan N/mm, lbf/in tai N/m) ja se kuvaa, kuinka paljon perustus taipuu, kun siihen kohdistetaan kuormia pyörivistä koneista.
Perustuksen jäykkyys on kriittinen parametri roottorin dynamiikka koska se muodostaa osan järjestelmän kokonaisjäykkyydestä, joka määrittää kriittiset nopeudet, tärinä amplitudit ja dynaaminen vaste. Riittämätön perustuksen jäykkyys voi laskea kriittisiä nopeuksia toiminta-alueelle, vahvistaa tärinää, aiheuttaa linjausongelmia ja vaarantaa laitteiden luotettavuuden.
Miksi perustuksen jäykkyys on tärkeää
Vaikutus kriittisiin nopeuksiin
Perustuksen jäykkyys vaikuttaa suoraan järjestelmään luonnolliset taajuudet:
- Kokonaisjärjestelmän jäykkyys = roottorin, laakerin ja perustuksen jäykkyyksien sarjayhdistelmä
- Pehmeä perusta vähentää kokonaisjäykkyyttä ja siten kriittisiä nopeuksia
- Voi siirtää kriittisiä nopeuksia turvallisilta alueilta toiminta-alueelle
- Kriittinen nopeus ∝ √ (kokonaisjäykkyys), joten pehmeillä perustuksilla on merkittävä vaikutus
Tärinän amplitudin säätö
- Resonanssissa: Jäykemmillä perustuksilla on yleensä alhaisemmat huippuvärähtelyamplitudit
- Resonanssin alapuolella: Erittäin jäykät perustukset voivat lisätä välittyvää värähtelyä (ei eristystä)
- Optimaalinen suunnittelu: Jäykkyyden ja eristyksen välinen tasapaino taajuusalueesta riippuen
Linjausvakaus
- Joustavat perustukset mahdollistavat laitteiden siirtymisen käyttökuormien alla
- Koneiden lämpölaajeneminen voi vääristää joustavia perustuksia
- Tarkkuus kohdistus vaikea ylläpitää pehmeillä alustoilla
- Prosessikuormien (putkistovoimien) aiheuttama perustuksen taipuma vaikuttaa linjaukseen
Perustuksen jäykkyyteen vaikuttavat komponentit
1. Betoninen perustuslohko
- Materiaalin jäykkyys: Betonin kimmokerroin (~25-40 GPa)
- Geometria: Paksuus, leveys ja raudoitus vaikuttavat kokonaisjäykkyyteen
- Massa: Suuremmalla massalla on yleensä jäykempi rakenne
- Kunto: Halkeamat ja heikkeneminen vähentävät jäykkyyttä merkittävästi
2. Maaperän/maan tuki
- Perustuksen alla oleva maaperä tarjoaa elastisen tuen
- Maaperän jäykkyys vaihtelee valtavasti (pehmeä savi: 10 N/mm³; kivi: 1000+ N/mm³)
- Usein tukiketjun pehmein elementti
- Voi hallita kokonaisjärjestelmän jäykkyyttä huonoissa maaperäolosuhteissa
3. Koneen pohjalevy
- Teräksinen tai valurautainen runko
- Yhdistää laitteet betoniperustukseen
- Paksuus, urat ja muotoilu vaikuttavat jäykkyyteen
- On oltava riittävästi saumattu perustuksiin
4. Jalustat ja tuet
- Laakerijalustat laakereiden liittäminen pohjalevyyn
- Pilari- tai kannatinrakenteet
- Voi olla merkittävää joustavuutta korkeissa tai kapeissa jalustoissa
5. Laastikerros
- Täyttää pohjalaatan ja betonin välisen raon
- Oikeanlainen saumaus on ratkaisevan tärkeää jäykkyyden kannalta
- Heikentynyt tai puuttuva laasti luo pehmeitä kohtia
- Tyypillinen laastin jäykkyys on pienempi kuin betonilla tai teräksellä
Mittaaminen ja arviointi
Staattinen jäykkyystestaus
- Menetelmä: Käytä tunnettua voimaa ja mittaa taipuma
- Laskeminen: k = F / δ (voima jaettuna taipumalla)
- Tyypillinen testi: Hydraulinen tunkki kohdistaa kuormaa pohjalevyyn
- Mittaus: Mittakelloindikaattorit tai siirtymäanturit
Dynaaminen jäykkyys (modaalinen testaus)
- Iskukoe instrumentoidulla vasaralla
- Mittaa taajuusvastefunktio
- Poimi modaaliparametrit (luonnolliset taajuudet, moodimuodot, jäykkyys)
- Edustavampi todellisille käyttöolosuhteille
Toiminnan arviointi
- Vertaa laakerin tärinää perustuksen tärinään
- Korkea läpäisykyky osoittaa jäykän perustan
- Alhainen läpäisykyky viittaa perustuksen joustavuuteen tai eristykseen
- Bode-kuvaajat käynnistyksestä/rullauksesta paljastavat perustustilat
Suunnitteluvaatimukset
Yleiset ohjeet
- API-standardit: Perustuksen ominaistaajuuden tulisi olla > 2 × koneen maksiminopeus
- Vaihtoehto: Perustan luonnollinen taajuus < 0,5 × koneen vähimmäisnopeus (eristetty perustus)
- Välttää: Perustuksen resonanssit välillä 0,5–2,0 × käyttönopeus
- Kohde: Perustuksen jäykkyys > 10 × laakerin jäykkyys minimoi vaikutuksen
Laitekohtaiset vaatimukset
- Turbiinit: Erittäin jäykät perustukset (betonimassa 3–5 × roottorin massa)
- Mäntäkompressorit: Massiiviset perustukset sykkivien kuormien vaimentamiseksi
- Suurnopeuskoneet: Jäykkä kriittisen nopeuseron ylläpitämiseksi
- Tarkkuuslaitteet: Erittäin jäykkä linjausvirheen estämiseksi
Riittämättömän jäykkyyden aiheuttamat ongelmat
Alennetut kriittiset nopeudet
- Kriittiset nopeudet putoavat toiminta-alueelle
- Voimakas tärinä turvallisilla nopeuksilla
- Saattaa estää suunnitellun ajonopeuden saavuttamisen
- Vaatii perustuksen jäykistämistä tai nopeudenrajoitusta
Liiallinen tärinä
- Perustuksen liike vahvistaa kokonaisvärähtelyä
- Perustusrakenteen resonanssi
- Tärinän siirtyminen viereisiin laitteisiin
- Rakenteelliset vauriot toistuvasta taivutuksesta
Linjauksen epävakaus
- Laitteiden vaihto joustavalla alustalla
- Kohdistus menetetty alkutyön jälkeen
- Lämpökasvun vaikutukset voimistuvat
- Prosessin kuormituksen muutokset aiheuttavat kohdistusvaihteluita
Parannusmenetelmät
Betoniperustuksen parantaminen
- Lisää massa: Suurenna perustuksen kokoa/paksuutta
- Vahvistaa: Lisää teräsvahvike tai jälkijännitys
- Korjaa halkeamat: Epoksi-injektio tai betonikorjaus
- Laajenna kallioperään: Paalut tai kassoonit päteviin maakerroksiin
Pohjalevyn jäykistäminen
- Lisää runkoon tukipalkkia tai kaaria
- Lisää pohjalevyn paksuutta
- Paranna laastin peittävyyttä ja laatua
- Lisää tukirakenteet jalustojen väliin
Maaperänparannus
- Maaperän stabilointi tai injektointi
- Syvät perustukset (paalut) huonon maaperän ohittamisen avulla
- Tiivistyminen tai tiivistäminen
- Geoteknisen suunnittelun konsultointi suurissa kysymyksissä
Toiminnalliset mukautukset
- Nopeuden muokkaus: Toimi kaukana perustusresonansseista
- Tärinän eristys: Lisää eristimet koneen irrottamiseksi perustuksesta
- Tasapainottaminen: Tiukemmat tasapainotoleranssit herätteen vähentämiseksi
- Vaimennus: Lisää vaimennuskäsittelyjä perustusrakenteeseen
Perustussuunnittelun parhaat käytännöt
Uudet asennukset
- Suorita maaperän olosuhteiden geotekninen tutkimus
- Laske tarvittava perustuksen massa ja geometria
- Sisällytä dynaaminen analyysi (luonnolliset taajuudet, vaste epäsymmetriaan)
- Suunnittelu riittävän jäykkyyden ja massan varmistamiseksi
- Eristää viereisistä rakenteista
- Sisällytä varaukset laastointia ja kohdistusta varten
Olemassa olevien perustusten arviointi
- Mittaa värähtely perustuksesta ja vertaa sitä laakerin värähtelyyn
- Suorita modaalitestaus perustason luonnollisten taajuuksien tunnistamiseksi
- Tarkista halkeamien, kulumisen ja painumien varalta
- Tarkista pohjalevyjen alla olevan laastin eheys
- Vertaa todellisia ja suunniteltuja tietoja
Perustuksen jäykkyys unohdetaan usein, mutta se on pyörivien koneiden suorituskykyyn vaikuttava perusparametri. Riittävä perustuksen jäykkyys varmistaa oikean kriittisen nopeuserottelun, ylläpitää linjauksen vakautta ja estää resonanssiongelmia, kun taas riittämätön jäykkyys voi tehdä muuten hyvistä laitteista huonosti toimivia ja epäluotettavia.
Luokat:
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 