Inzicht in funderingsstijfheid
Definitie: Wat is funderingsstijfheid?
Stijfheid van de fundering De weerstand van de dragende constructie van een machine (inclusief grondplaat, betonnen fundering, voetstukken en grond) tegen doorbuiging bij blootstelling aan statische of dynamische krachten. Deze weerstand wordt gekwantificeerd als kracht per eenheid doorbuiging (meestal uitgedrukt in N/mm, lbf/in of N/m) en geeft aan hoeveel de fundering doorbuigt wanneer er lasten van de roterende machine worden uitgeoefend.
De stijfheid van de fundering is een cruciale parameter in rotordynamiek omdat het deel uitmaakt van de totale systeemstijfheid die bepaalt kritische snelheden, trillingen amplitudes en dynamische respons. Onvoldoende funderingsstijfheid kan kritische snelheden in het operationele bereik verlagen, trillingen versterken, uitlijningsproblemen veroorzaken en de betrouwbaarheid van de apparatuur in gevaar brengen.
Waarom funderingsstijfheid belangrijk is
Effect op kritische snelheden
De stijfheid van de fundering heeft direct invloed op het systeem natuurlijke frequenties:
- Totale systeemstijfheid = seriecombinatie van rotor-, lager- en funderingstijfheden
- Een zachte fundering vermindert de totale stijfheid, waardoor de kritische snelheden worden verlaagd
- Kan kritische snelheden van veilige zones naar operationele bereiken verplaatsen
- Kritische snelheid ∝ √ (totale stijfheid), dus zachte funderingen hebben een aanzienlijke impact
Trillingsamplituderegeling
- Bij resonantie: Stijvere funderingen produceren over het algemeen lagere piekvibratieamplitudes
- Onder resonantie: Zeer stijve funderingen kunnen de overgedragen trillingen verhogen (geen isolatie)
- Optimaal ontwerp: Balans tussen stijfheid en isolatie afhankelijk van het frequentiebereik
Uitlijningsstabiliteit
- Flexibele funderingen zorgen ervoor dat apparatuur kan verschuiven onder bedrijfsbelastingen
- Thermische uitzetting van machines kan flexibele funderingen vervormen
- Precisie uitlijning moeilijk te onderhouden op zachte funderingen
- Funderingdoorbuiging door procesbelastingen (leidingkrachten) heeft invloed op de uitlijning
Componenten die bijdragen aan de funderingsstijfheid
1. Betonnen funderingsblok
- Materiaalstijfheid: Beton elasticiteitsmodulus (~25-40 GPa)
- Geometrie: Dikte, breedte en wapening beïnvloeden de algehele stijfheid
- Massa: Een grotere massa gaat doorgaans gepaard met een stijvere structuur
- Voorwaarde: Scheuren en verslechtering verminderen de stijfheid aanzienlijk
2. Bodem/grondondersteuning
- Grond onder de fundering zorgt voor elastische ondersteuning
- De stijfheid van de bodem varieert enorm (zachte klei: 10 N/mm³; gesteente: 1000+ N/mm³)
- Vaak het zachtste element in de ondersteuningsketen
- Kan de totale systeemstijfheid domineren bij slechte bodemomstandigheden
3. Machinebodemplaat
- Stalen of gietijzeren constructieframe
- Verbindt apparatuur met een betonnen fundering
- Dikte, ribbels en ontwerp beïnvloeden de stijfheid
- Moet voldoende worden verankerd in de fundering
4. Voetstukken en steunen
- Lagervoetstukken lagers verbinden met de grondplaat
- Kolom- of beugelconstructies
- Kan aanzienlijke flexibiliteit bieden in hoge of slanke sokkels
5. Voeglaag
- Vult de ruimte tussen de grondplaat en het beton
- Een goede verankering is cruciaal voor de stijfheid
- Verslechterd of ontbrekend voegmiddel zorgt voor zachte plekken
- Typische grout-stijfheid lager dan beton of staal
Meting en beoordeling
Statische stijfheidstesten
- Methode: Pas bekende kracht toe, meet doorbuiging
- Berekening: k = F / δ (kracht gedeeld door afbuiging)
- Typische test: Hydraulische krik die belasting op de grondplaat uitoefent
- Meting: Wijzerplaten of verplaatsingssensoren
Dynamische stijfheid (modale test)
- Impacttest met geïnstrumenteerde hamer
- Meet frequentieresponsfunctie
- Modale parameters extraheren (natuurlijke frequenties, modusvormen, stijfheid)
- Representatiever voor de werkelijke bedrijfsomstandigheden
Operationele beoordeling
- Vergelijk trillingen bij het lager met trillingen bij de fundering
- Hoge doorlaatbaarheid duidt op een stijve fundering
- Lage doorlaatbaarheid duidt op funderingsflexibiliteit of isolatie
- Bode-plots van startup/coastdown onthullen funderingsmodi
Ontwerpvereisten
Algemene richtlijnen
- API-normen: De natuurlijke frequentie van de fundering moet > 2× de maximale machinesnelheid zijn
- Alternatief: Fundamentele natuurlijke frequentie < 0,5× minimale machinesnelheid (geïsoleerde fundering)
- Voorkomen: Funderingsresonanties tussen 0,5-2,0× bedrijfssnelheid
- Doel: Funderingsstijfheid > 10× lagerstijfheid voor minimale invloed
Apparatuurspecifieke vereisten
- Turbines: Zeer stijve funderingen (betonmassa 3-5× rotormassa)
- Zuigercompressoren: Massieve funderingen om pulserende lasten op te vangen
- Hogesnelheidsmachines: Stijf om kritische snelheidsscheiding te behouden
- Precisieapparatuur: Extreem stijf om uitlijningsafwijking te voorkomen
Problemen door onvoldoende stijfheid
Verlaagde kritische snelheden
- Kritische snelheden dalen binnen het operationele bereik
- Hoge trillingen bij snelheden die veilig zouden moeten zijn
- Kan het bereiken van de ontwerpsnelheid verhinderen
- Vereist funderingsversteviging of snelheidsbeperking
Overmatige trillingen
- Fundamentbeweging versterkt de algehele trillingen
- Resonantie van de funderingsstructuur
- Trillingen die worden overgedragen op aangrenzende apparatuur
- Structurele schade door herhaaldelijk buigen
Uitlijningsinstabiliteit
- Apparatuurverschuivingen op flexibele fundering
- Uitlijning verloren na eerste precisiewerk
- Thermische groei-effecten vergroot
- Veranderingen in de procesbelasting veroorzaken variatie in de uitlijning
Verbeteringsmethoden
Verbetering van de betonnen fundering
- Massa toevoegen: Vergroot de funderingsgrootte/dikte
- Versterken: Voeg stalen wapening of naspanning toe
- Scheuren repareren: Epoxy-injectie of betonreparatie
- Uitbreiden naar Bedrock: Heipalen of caissons tot competente grondlagen
Versteviging van de grondplaat
- Voeg hoekplaten of ribben toe aan het constructieframe
- Verhoog de dikte van de grondplaat
- Verbeter de dekking en kwaliteit van het voegmiddel
- Voeg versteviging toe tussen de sokkels
Bodemverbetering
- Bodemstabilisatie of grouting
- Diepe funderingen (palen) omzeilen slechte grond
- Verdichting of verdichting
- Geotechnisch advies bij grote vraagstukken
Operationele accommodaties
- Snelheidsaanpassing: Werk buiten de resonantie van de fundering
- Trillingsisolatie: Isolatoren toevoegen om de machine van de fundering te ontkoppelen
- Balanceren: Nauwere balanstoleranties om excitatie te verminderen
- Demping: Voeg dempingsbehandelingen toe aan de funderingsstructuur
Best practices voor funderingsontwerp
Nieuwe installaties
- Geotechnisch onderzoek uitvoeren naar de bodemgesteldheid
- Bereken de benodigde funderingsmassa en -geometrie
- Inclusief dynamische analyse (natuurlijke frequenties, respons op onbalans)
- Ontwerp voor voldoende stijfheid en massa
- Zorg voor isolatie van aangrenzende structuren
- Voorzieningen voor het aanbrengen van grouting en uitlijning opnemen
Beoordeling van bestaande funderingen
- Meet trillingen bij de fundering en vergelijk deze met lagertrillingen
- Voer modale testen uit om de natuurlijke frequenties van de fundering te identificeren
- Controleer op scheuren, verslechtering en verzakking
- Controleer de integriteit van het voegmiddel onder de grondplaten
- Vergelijk werkelijke specificaties met ontwerpspecificaties
Funderingsstijfheid wordt vaak over het hoofd gezien, maar is een fundamentele parameter die de prestaties van roterende machines beïnvloedt. Voldoende funderingsstijfheid zorgt voor een goede kritische snelheidsscheiding, handhaaft de uitlijningsstabiliteit en voorkomt resonantieproblemen. Onvoldoende stijfheid kan ervoor zorgen dat anderszins goede apparatuur slecht en onbetrouwbaar presteert.
Categorieën:
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 