Zrozumienie sztywności fundamentu
Definicja: Czym jest sztywność fundamentu?
Sztywność fundamentu to opór konstrukcji wsporczej maszyny (w tym płyty fundamentowej, fundamentu betonowego, cokołów i gruntu) na ugięcie pod wpływem sił statycznych lub dynamicznych. Jest on określany jako siła na jednostkę ugięcia (zwykle wyrażana w N/mm, lbf/in lub N/m) i reprezentuje ugięcie fundamentu pod wpływem obciążeń pochodzących od obracającej się maszyny.
Sztywność fundamentu jest kluczowym parametrem w dynamika wirnika ponieważ stanowi część całkowitej sztywności układu, która ją określa prędkości krytyczne, wibracja amplitudy i dynamiczną reakcję. Niewystarczająca sztywność fundamentu może obniżyć prędkości krytyczne do zakresu roboczego, nasilić drgania, spowodować problemy z ustawieniem i obniżyć niezawodność sprzętu.
Dlaczego sztywność fundamentu ma znaczenie
Wpływ na prędkości krytyczne
Sztywność fundamentu ma bezpośredni wpływ na system częstotliwości naturalne:
- Całkowita sztywność układu = kombinacja szeregowa sztywności wirnika, łożyska i fundamentu
- Miękkie podłoże zmniejsza całkowitą sztywność, obniżając krytyczne prędkości
- Możliwość przenoszenia prędkości krytycznych ze stref bezpiecznych do zakresu operacyjnego
- Prędkość krytyczna ∝ √(całkowita sztywność), więc miękkie fundamenty mają znaczący wpływ
Kontrola amplitudy drgań
- W rezonansie: Sztywniejsze fundamenty generalnie powodują niższe amplitudy drgań szczytowych
- Poniżej rezonansu: Bardzo sztywne fundamenty mogą zwiększać przenoszone drgania (brak izolacji)
- Optymalny projekt: Równowaga między sztywnością a izolacją w zależności od zakresu częstotliwości
Stabilność wyrównania
- Elastyczne fundamenty umożliwiają przesuwanie sprzętu pod wpływem obciążeń roboczych
- Rozszerzalność cieplna maszyn może powodować odkształcenie elastycznych fundamentów
- Precyzja wyrównanie trudne do utrzymania na miękkich fundamentach
- Ugięcie fundamentu pod wpływem obciążeń procesowych (sił rurociągowych) wpływa na wyrównanie
Elementy wpływające na sztywność fundamentu
1. Blok fundamentowy betonowy
- Sztywność materiału: Moduł sprężystości betonu (~25-40 GPa)
- Geometria: Grubość, szerokość i wzmocnienie wpływają na ogólną sztywność
- Masa: Większa masa ma zazwyczaj sztywniejszą strukturę
- Stan : schorzenie: Pęknięcia i uszkodzenia znacznie zmniejszają sztywność
2. Podparcie gruntu/gruntu
- Gleba pod fundamentem zapewnia elastyczne podparcie
- Sztywność gleby jest bardzo zróżnicowana (miękka glina: 10 N/mm³; skała: 1000+ N/mm³)
- Często najsłabszy element w łańcuchu wsparcia
- Może dominować nad całkowitą sztywnością układu w złych warunkach glebowych
3. Płyta podstawy maszyny
- Rama konstrukcyjna stalowa lub żeliwna
- Łączy sprzęt z fundamentem betonowym
- Grubość, żebrowanie i konstrukcja wpływają na sztywność
- Należy odpowiednio zafugować do fundamentu
4. Postumenty i podpory
- Podstawy łożyskowe łączenie łożysk z płytą fundamentową
- Konstrukcje kolumnowe lub wspornikowe
- Możliwość znacznej elastyczności w przypadku wysokich lub smukłych cokołów
5. Warstwa zaprawy
- Wypełnia szczelinę między płytą fundamentową a betonem
- Prawidłowe spoinowanie ma kluczowe znaczenie dla sztywności
- Zniszczona lub brakująca spoina powoduje powstawanie miękkich plam
- Typowa sztywność zaprawy niższa niż w przypadku betonu lub stali
Pomiar i ocena
Badanie sztywności statycznej
- Metoda: Zastosuj znaną siłę, zmierz ugięcie
- Obliczenie: k = F / δ (siła podzielona przez ugięcie)
- Typowy test: Podnośnik hydrauliczny obciążający płytę bazową
- Pomiar: Wskaźniki zegarowe lub czujniki przemieszczenia
Sztywność dynamiczna (testowanie modalne)
- Badanie udarności przy użyciu młotka z instrumentami
- Zmierz funkcję odpowiedzi częstotliwościowej
- Ekstrakcja parametrów modalnych (częstotliwości własne, kształty modów, sztywność)
- Bardziej reprezentatywne dla rzeczywistych warunków pracy
Ocena operacyjna
- Porównaj drgania łożyska z drganiami fundamentu
- Wysoka przepuszczalność wskazuje na sztywny fundament
- Niska transmisyjność sugeruje elastyczność lub izolację fundamentu
- Wykresy Bodego od uruchomienia/wybiegu ujawniają tryby fundamentów
Wymagania projektowe
Ogólne wytyczne
- Normy API: Częstotliwość drgań własnych fundamentu powinna być > 2× większa od maksymalnej prędkości maszyny
- Alternatywny: Częstotliwość drgań własnych fundamentu < 0,5× minimalna prędkość maszyny (izolowany fundament)
- Unikać: Rezonanse fundamentów między 0,5-2,0× prędkością roboczą
- Cel: Sztywność fundamentu > 10× sztywność łożyska przy minimalnym wpływie
Wymagania dotyczące konkretnego sprzętu
- Turbiny: Bardzo sztywne fundamenty (masa betonowa 3-5× masa wirnika)
- Sprężarki tłokowe: Masywne fundamenty absorbujące obciążenia pulsujące
- Maszyny szybkobieżne: Sztywny, aby utrzymać krytyczne rozdzielenie prędkości
- Sprzęt precyzyjny: Bardzo sztywny, aby zapobiec przesuwaniu się ustawienia
Problemy wynikające z niewystarczającej sztywności
Obniżone prędkości krytyczne
- Prędkości krytyczne spadają do zakresu operacyjnego
- Wysokie wibracje przy prędkościach, które powinny być bezpieczne
- Może uniemożliwić osiągnięcie projektowanej prędkości operacyjnej
- Wymaga wzmocnienia fundamentu lub ograniczenia prędkości
Nadmierne wibracje
- Ruch fundamentu wzmacnia ogólne drgania
- Rezonans konstrukcji fundamentowej
- Wibracje przenoszone na sąsiedni sprzęt
- Uszkodzenia strukturalne spowodowane wielokrotnym zginaniem
Niestabilność wyrównania
- Przesuwanie sprzętu na elastycznym fundamencie
- Utrata wyrównania po początkowej precyzyjnej pracy
- Powiększone efekty wzrostu termicznego
- Zmiany obciążenia procesu powodują zmiany w wyrównaniu
Metody doskonalenia
Ulepszenie fundamentów betonowych
- Dodaj masę: Zwiększ rozmiar/grubość fundamentu
- Wzmacniać: Dodaj zbrojenie stalowe lub sprężanie
- Naprawa pęknięć: Wstrzyknięcie żywicy epoksydowej lub naprawa betonu
- Rozszerz do Bedrock: Pale lub kesony do kompetentnych warstw gleby
Usztywnienie płyty podstawy
- Dodaj wzmocnienia lub żebra do ramy konstrukcyjnej
- Zwiększ grubość płyty bazowej
- Poprawa pokrycia i jakości spoiny
- Dodaj wzmocnienie między cokołami
Poprawa gleby
- Stabilizacja gruntu lub iniekcja
- Głębokie fundamenty (pale) omijające słabe grunty
- Zagęszczanie lub zagęszczanie
- Konsultacje geotechniczne w przypadku poważnych problemów
Zakwaterowanie operacyjne
- Modyfikacja prędkości: Działaj z dala od rezonansów fundamentowych
- Izolacja wibracji: Dodaj izolatory, aby odseparować maszynę od fundamentu
- Równoważenie: Mniejsze tolerancje równowagi w celu zmniejszenia pobudzenia
- Tłumienie: Dodaj elementy tłumiące do konstrukcji fundamentu
Najlepsze praktyki projektowania fundamentów
Nowe instalacje
- Przeprowadzanie badań geotechnicznych warunków glebowych
- Oblicz wymaganą masę i geometrię fundamentu
- Uwzględnij analizę dynamiczną (częstotliwości własne, reakcję na niewyważenie)
- Projekt zapewniający odpowiednią sztywność i masę
- Zapewnij izolację od sąsiednich konstrukcji
- Uwzględnij postanowienia dotyczące iniekcji i wyrównywania
Ocena istniejących fundamentów
- Zmierz drgania fundamentu i porównaj je z drganiami łożyska
- Przeprowadź testy modalne w celu zidentyfikowania naturalnych częstotliwości fundamentów
- Sprawdź, czy nie ma pęknięć, pogorszenia, osiadania
- Sprawdź integralność zaprawy pod płytami fundamentowymi
- Porównaj rzeczywiste i projektowe specyfikacje
Sztywność fundamentów jest często pomijana, ale jest fundamentalnym parametrem wpływającym na wydajność maszyn wirujących. Odpowiednia sztywność fundamentów zapewnia prawidłowe rozdzielenie prędkości krytycznej, utrzymuje stabilność osiowania i zapobiega problemom z rezonansem, podczas gdy niewystarczająca sztywność może sprawić, że dobry sprzęt będzie działał słabo i niezawodnie.
Kategorie:
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 