Înțelegerea rigidității fundației
Definiție: Ce este rigiditatea fundației?
Rigiditatea fundației este rezistența structurii de susținere a unei mașini (inclusiv placa de bază, fundația de beton, piedestalurile și solul) la deformare atunci când este supusă unor forțe statice sau dinamice. Se cuantifică ca forță pe unitatea de deformare (exprimată de obicei în N/mm, lbf/in sau N/m) și reprezintă cât de mult se deformează fundația atunci când se aplică sarcini de la utilajele rotative.
Rigiditatea fundației este un parametru critic în dinamica rotorului deoarece face parte din rigiditatea totală a sistemului care determină viteze critice, vibrații amplitudini și răspuns dinamic. Rigiditatea inadecvată a fundației poate reduce vitezele critice în intervalul de funcționare, poate amplifica vibrațiile, poate cauza probleme de aliniere și poate compromite fiabilitatea echipamentelor.
De ce contează rigiditatea fundației
Efect asupra vitezelor critice
Rigiditatea fundației afectează direct sistemul frecvențe naturale:
- Rigiditatea totală a sistemului = combinația în serie a rigidităților rotorului, lagărului și fundației
- Fundația moale reduce rigiditatea totală, scăzând vitezele critice
- Poate muta vitezele critice din zonele sigure în intervalul de funcționare
- Viteza critică ∝ √ (rigiditate totală), deci fundațiile moi au un impact semnificativ
Controlul amplitudinii vibrațiilor
- La rezonanță: Fundațiile mai rigide produc, în general, amplitudini de vibrații de vârf mai mici
- Sub rezonanță: Fundațiile foarte rigide pot crește vibrațiile transmise (fără izolație)
- Design optim: Echilibrul dintre rigiditate și izolație în funcție de intervalul de frecvență
Stabilitatea alinierii
- Fundațiile flexibile permit echipamentelor să se miște sub sarcini de funcționare
- Dilatarea termică a utilajelor poate deforma fundațiile flexibile
- Precizie aliniere dificil de întreținut pe fundații moi
- Deformarea fundației din cauza încărcărilor de proces (forțele conductelor) afectează alinierea
Componente care contribuie la rigiditatea fundației
1. Bloc de fundație din beton
- Rigiditatea materialului: Modulul de elasticitate al betonului (~25-40 GPa)
- Geometrie: Grosimea, lățimea și armătura afectează rigiditatea generală
- Masa: Masa mai mare vine, în general, cu o structură mai rigidă
- Stare: Fisurile și deteriorarea reduc semnificativ rigiditatea
2. Suport sol/sol
- Solul de sub fundație oferă suport elastic
- Rigiditatea solului variază enorm (argilă moale: 10 N/mm³; rocă: 1000+ N/mm³)
- Adesea cel mai moale element din lanțul de susținere
- Poate domina rigiditatea totală a sistemului în condiții de sol precare
3. Placa de bază a mașinii
- Cadru structural din oțel sau fontă
- Conectează echipamentul la fundația de beton
- Grosimea, nervurile și designul afectează rigiditatea
- Trebuie să fie chituit corespunzător până la fundație
4. Piedestale și suporturi
- Piedestale de susținere conectarea rulmenților la placa de bază
- Structuri de coloane sau console
- Poate oferi flexibilitate semnificativă în cazul piedestalelor înalte sau subțiri
5. Strat de mortar
- Umple golul dintre placa de bază și beton
- O rostuire adecvată este esențială pentru rigiditate
- Chitul deteriorat sau lipsă creează zone moi
- Rigiditatea tipică a mortarului este mai mică decât cea a betonului sau oțelului
Măsurare și evaluare
Testarea rigidității statice
- Metodă: Aplicați o forță cunoscută, măsurați deformarea
- Calcul: k = F / δ (forța împărțită la deformare)
- Test tipic: Cricul hidraulic aplică sarcina pe placa de bază
- Măsurare: Comparatoare cu cadran sau senzori de deplasare
Rigiditate dinamică (testare modală)
- Testarea la impact cu ciocan instrumentat
- Funcția de măsurare a răspunsului în frecvență
- Extragerea parametrilor modali (frecvențe naturale, forme modale, rigiditate)
- Mai reprezentativ pentru condițiile reale de funcționare
Evaluare operațională
- Comparați vibrațiile la nivelul lagărului cu vibrațiile la fundație
- Transmisibilitatea ridicată indică o fundație rigidă
- Transmisibilitatea scăzută sugerează flexibilitatea fundației sau izolarea acesteia
- Diagrame Bode de la pornire/oprire în liberă circulație dezvăluie modurile de fundație
Cerințe de proiectare
Instrucțiuni generale
- Standarde API: Frecvența naturală a fundației trebuie să fie > 2× viteza maximă a mașinii
- Alternativă: Frecvența naturală a fundației < 0,5× viteza minimă a mașinii (fundație izolată)
- Evita: Rezonanțe de fundație între 0,5-2,0× viteza de funcționare
- Ţintă: Rigiditatea fundației > 10× rigiditatea portantă pentru o influență minimă
Cerințe specifice echipamentului
- Turbine: Fundații foarte rigide (masa betonului 3-5× masa rotorului)
- Compresoare cu piston: Fundații masive pentru absorbția încărcărilor pulsatorii
- Mașini de mare viteză: Rigid pentru a menține o separare critică de viteză
- Echipamente de precizie: Extrem de rigid pentru a preveni abaterea de la aliniere
Probleme cauzate de rigiditatea inadecvată
Viteze critice reduse
- Vitezele critice cad în intervalul de funcționare
- Vibrații ridicate la viteze care ar trebui să fie sigure
- Poate împiedica atingerea vitezei de funcționare proiectate
- Necesită rigidizarea fundației sau limitarea vitezei
Vibrații excesive
- Mișcarea fundației amplifică vibrațiile generale
- Rezonanța structurii fundației
- Vibrații transmise echipamentelor adiacente
- Daune structurale cauzate de îndoirea repetată
Instabilitatea alinierii
- Echipamentele se deplasează pe o fundație flexibilă
- Pierderea alinierii după lucrările inițiale de precizie
- Efectele creșterii termice amplificate
- Modificările sarcinii procesului cauzează variații de aliniere
Metode de îmbunătățire
Îmbunătățirea fundației din beton
- Adăugați masa: Măriți dimensiunea/grosimea fundației
- Consolida: Adăugați armătură de oțel sau post-tensionare
- Repararea fisurilor: Injecție cu rășină epoxidică sau reparații beton
- Extindere până la rocă de bază: Piloți sau chesoane pentru straturi de sol competente
Rigidizarea plăcii de bază
- Adăugați gușeuri sau nervuri la cadrul structural
- Măriți grosimea plăcii de bază
- Îmbunătățiți acoperirea și calitatea rosturilor
- Adăugați contravântuiri între piedestaluri
Îmbunătățirea solului
- Stabilizarea solului sau rostuirea
- Fundații adânci (piloți) care ocolesc solul sărac
- Compactare sau densificare
- Consultanță în inginerie geotehnică pentru probleme majore
Cazare operațională
- Modificarea vitezei: Funcționează departe de rezonanțele fundației
- Izolare vibrații: Adăugați izolatoare pentru a decupla mașina de fundație
- Echilibrarea: Toleranțe de echilibrare mai stricte pentru a reduce excitația
- Amortizare: Adăugați tratamente de amortizare la structura fundației
Cele mai bune practici de proiectare a fundațiilor
Instalații noi
- Efectuarea studiilor geotehnice ale condițiilor solului
- Calculați masa și geometria fundației necesare
- Includeți analiza dinamică (frecvențe naturale, răspuns la dezechilibru)
- Proiectare pentru rigiditate și masă adecvate
- Asigurați izolarea față de structurile adiacente
- Includeți prevederi pentru rostuire și aliniere
Evaluarea fundațiilor existente
- Măsurarea vibrațiilor la fundație și compararea cu vibrațiile lagărului
- Efectuați teste modale pentru a identifica frecvențele naturale de fundație
- Verificați dacă există fisuri, deteriorări, tasări
- Verificați integritatea mortarului de sub plăcile de bază
- Comparați specificațiile reale cu cele de proiectare
Rigiditatea fundației este adesea trecută cu vederea, dar este un parametru fundamental care afectează performanța mașinilor rotative. O rigiditate adecvată a fundației asigură o separare corectă a vitezei critice, menține stabilitatea alinierii și previne problemele de rezonanță, în timp ce o rigiditate inadecvată poate face ca echipamentele altfel bune să funcționeze slab și nefiabil.
Categorii:
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 