Forstå stivhet i fundamentet

Enheter

Bærbart balanse- og vibrasjonsanalyseapparat Balanset-1A

$2,358.31

Deler

Vibrasjonssensor.

$107.47

Deler

Optisk sensor (lasertakometer)

$148.07

Enheter

Balanset-4.

$8,123.32

Deler

Magnetisk stativ Insize-60-kgf.

$54.93

Deler

Reflekterende tape.

$11.94

Enheter

Dynamisk balanseringsenhet "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definisjon: Hva er fundamentstivhet?

Fundamentsstivhet er motstanden til en maskins støttestruktur (inkludert grunnplate, betongfundament, pidestaller og jord) mot nedbøyning når den utsettes for statiske eller dynamiske krefter. Den kvantifiseres som kraft per enhet nedbøyning (vanligvis uttrykt i N/mm, lbf/in eller N/m) og representerer hvor mye fundamentet bøyer seg når belastninger fra det roterende maskineriet påføres.

Fundamentsstivhet er en kritisk parameter i rotordynamikk fordi den er en del av den totale systemstivheten som bestemmer kritiske hastigheter, vibrasjon amplituder og dynamisk respons. Utilstrekkelig fundamentstivhet kan senke kritiske hastigheter inn i driftsområdet, forsterke vibrasjoner, forårsake justeringsproblemer og kompromittere utstyrets pålitelighet.

Hvorfor fundamentstivhet er viktig

Effekt på kritiske hastigheter

Fundamentsstivhet påvirker systemet direkte naturlige frekvenser:

• Total systemstivhet = seriekombinasjon av rotor-, lager- og fundamentstivheter
• Mykt underlag reduserer total stivhet og senker kritiske hastigheter
• Kan flytte kritiske hastigheter fra sikre soner inn i driftsområdet
• Kritisk hastighet ∝ √(total stivhet), så myke fundamenter har betydelig innvirkning

Kontroll av vibrasjonsamplitude

• Ved resonans: Stivere fundamenter produserer generelt lavere toppvibrasjonsamplituder
• Under resonans: Svært stive fundamenter kan øke overført vibrasjon (ingen isolasjon)
• Optimal design: Balanse mellom stivhet og isolasjon avhengig av frekvensområde

Justeringsstabilitet

• Fleksible fundamenter gjør at utstyr kan forskyves under driftsbelastning
• Termisk utvidelse av maskiner kan forvrenge fleksible fundamenter
• Presisjon justering vanskelig å vedlikeholde på mykt underlag
• Fundamentnedbøyning fra prosessbelastninger (rørkrefter) påvirker justeringen

Komponenter som bidrar til fundamentets stivhet

1. Betongfundamentblokk

• Materialstivhet: Betongens elastisitetsmodul (~25–40 GPa)
• Geometri: Tykkelse, bredde og forsterkning påvirker den generelle stivheten
• Masse: Større masse kommer vanligvis med stivere struktur
• Betingelse: Sprekker og forringelse reduserer stivheten betydelig

2. Jord-/bakkestøtte

• Jorden under fundamentet gir elastisk støtte
• Jordstivheten varierer enormt (myk leire: 10 N/mm³; stein: 1000+ N/mm³)
• Ofte det mykeste elementet i støttekjeden
• Kan dominere den totale systemstivheten i dårlige jordforhold

3. Maskinens bunnplate

• Stål- eller støpejernskonstruksjonsramme
• Kobler utstyr til betongfundament
• Tykkelse, ribber og design påvirker stivheten
• Må fuges tilstrekkelig til fundamentet

4. Sokler og støtter

• Lagersokkeler kobler lagrene til grunnplaten
• Søyle- eller brakettstrukturer
• Kan være betydelig fleksibilitet i høye eller slanke pidestaller

5. Fugemasse

• Fyller gapet mellom grunnplaten og betongen
• Riktig fuging er avgjørende for stivhet
• Forringet eller manglende fugemasse skaper myke flekker
• Typisk fugestivhet lavere enn betong eller stål

Måling og vurdering

Statisk stivhetstesting

• Metode: Påfør kjent kraft, mål nedbøyning
• Beregning: k = F / δ (kraft delt på nedbøyning)
• Typisk test: Hydraulisk jekk som legger last på bunnplaten
• Mål: Målere eller forskyvningssensorer

Dynamisk stivhet (modal testing)

• Slagtesting med instrumentert hammer
• Mål frekvensresponsfunksjon
• Uttrekk av modale parametere (naturfrekvenser, modusformer, stivhet)
• Mer representativt for faktiske driftsforhold

Driftsvurdering

• Sammenlign vibrasjon ved lager med vibrasjon ved fundament
• Høy transmissibilitet indikerer stivt fundament
• Lav transmissibilitet antyder fleksibilitet eller isolasjon i fundamentet
• Bode-plott fra oppstart/avvikling avslør grunnlagsmoduser

Designkrav

Generelle retningslinjer

• API-standarder: Fundamentets egenfrekvens bør være > 2 × maksimal maskinhastighet
• Alternativ: Fundamentets naturlige frekvens < 0,5× minimum maskinhastighet (isolert fundament)
• Unngå: Fundamentresonanser mellom 0,5–2,0× driftshastighet
• Mål: Fundamentsstivhet > 10× lagerstivhet for minimal påvirkning

Utstyrsspesifikke krav

• Turbiner: Svært stive fundamenter (betongmasse 3–5 × rotormasse)
• Stempelkompressorer: Massive fundamenter for å absorbere pulserende belastninger
• Høyhastighetsmaskiner: Stiv for å opprettholde kritisk hastighetsseparasjon
• Presisjonsutstyr: Ekstremt stiv for å forhindre justeringsavvik

Problemer fra utilstrekkelig stivhet

Senkede kritiske hastigheter

• Kritiske hastigheter faller innenfor driftsområdet
• Høy vibrasjon ved det som burde være trygge hastigheter
• Kan forhindre at designhastigheten oppnås
• Krever fundamentavstivning eller hastighetsbegrensning

Overdreven vibrasjon

• Fundamentbevegelse forsterker den generelle vibrasjonen
• Resonans av fundamentstrukturen
• Vibrasjon overført til tilstøtende utstyr
• Strukturell skade fra gjentatt bøying

Justeringsustabilitet

• Utstyrsskift på fleksibelt fundament
• Tap av justering etter første presisjonsarbeid
• Termiske veksteffekter forstørret
• Endringer i prosessbelastning forårsaker variasjon i justeringen

Forbedringsmetoder

Forbedring av betongfundament

• Legg til masse: Øk fundamentstørrelsen/tykkelsen
• Forsterke: Legg til stålarmering eller etterstramming
• Reparer sprekker: Epoksyinjeksjon eller betongreparasjon
• Utvid til berggrunnen: Pæler eller senkekasser til kompetente jordlag

Avstivning av bunnplate

• Legg til kiler eller ribber til strukturrammen
• Øk tykkelsen på grunnplaten
• Forbedre fugemassedekning og kvalitet
• Legg til avstivning mellom pidestallene

Jordforbedring

• Jordstabilisering eller fuging
• Dype fundamenter (peler) som omgår dårlig jord
• Komprimering eller fortetting
• Geoteknisk rådgivning for store problemstillinger

Operasjonelle innkvarteringer

• Hastighetsmodifisering: Operer vekk fra fundamentresonanser
• Vibrasjonsisolering: Legg til isolatorer for å frakoble maskinen fra fundamentet
• Balansering: Strammere balansetoleranser for å redusere eksitasjon
• Demping: Legg til dempende behandlinger på fundamentstrukturen

Beste praksis for fundamentdesign

Nye installasjoner

• Utfør geoteknisk undersøkelse av grunnforholdene
• Beregn nødvendig fundamentmasse og geometri
• Inkluder dynamisk analyse (naturfrekvenser, respons på ubalanse)
• Design for tilstrekkelig stivhet og masse
• Sørg for isolasjon fra tilstøtende strukturer
• Inkluder bestemmelser for fuging og justering

Vurdering av eksisterende fundamenter

• Mål vibrasjon ved fundamentet og sammenlign med lagervibrasjon
• Utfør modal testing for å identifisere grunnleggende naturlige frekvenser
• Sjekk for sprekker, forringelse, setninger
• Verifiser fugemassens integritet under bunnplatene
• Sammenlign faktiske kontra designspesifikasjoner

Fundamentsstivhet blir ofte oversett, men er en grunnleggende parameter som påvirker roterende maskiners ytelse. Tilstrekkelig fundamentsstivhet sikrer riktig kritisk hastighetsseparasjon, opprettholder justeringsstabilitet og forhindrer resonansproblemer, mens utilstrekkelig stivhet kan gjøre at ellers godt utstyr yter dårlig og upålitelig.

---

← Tilbake til hovedindeksen