Розуміння жорсткості фундаменту

Пристрої

Портативний балансир та віброаналізатор Balanset-1A.

$2,358.31

Деталі

Датчик вібрації</trp-post-container

$107.47

Деталі

Оптичний датчик (лазерний тахометр)</trp-post-container

$148.07

Пристрої

Balanset-4</trp-post-container

$8,123.32

Деталі

Магнітна підставка Insize-60-kgf</trp-post-container

$54.93

Деталі

Світловідбиваюча стрічка</trp-post-container

$11.94

Пристрої

Динамічні ваги "Балансет-1А" OEM</trp-post-container

$2,071.73

Визначення: Що таке жорсткість фундаменту?

Жорсткість фундаменту – це опір опорної конструкції машини (включаючи опорну плиту, бетонний фундамент, постаменти та ґрунт) прогину під дією статичних або динамічних сил. Він вимірюється як сила на одиницю прогину (зазвичай виражається в Н/мм, фунт-сила/дюйм або Н/м) і показує, наскільки прогинається фундамент під час застосування навантажень від обертових машин.

Жорсткість фундаменту є критичним параметром у динаміка ротора оскільки вона є частиною загальної жорсткості системи, яка визначає критичні швидкості, вібрація амплітуди та динамічна реакція. Недостатня жорсткість фундаменту може знизити критичні швидкості в робочий діапазон, посилити вібрацію, спричинити проблеми з вирівнюванням та поставити під загрозу надійність обладнання.

Чому жорсткість фундаменту має значення

Вплив на критичні швидкості

Жорсткість фундаменту безпосередньо впливає на систему власні частоти:

• Загальна жорсткість системи = послідовна комбінація жорсткостей ротора, підшипника та фундаменту
• М'який фундамент зменшує загальну жорсткість, знижуючи критичні швидкості
• Може переміщувати критичні швидкості з безпечних зон у робочий діапазон
• Критична швидкість ∝ √(загальна жорсткість), тому м'які основи мають значний вплив

Контроль амплітуди вібрації

• При резонансі: Жорсткіші фундаменти зазвичай створюють нижчі пікові амплітуди коливань
• Нижче резонансу: Дуже жорсткі фундаменти можуть збільшити передану вібрацію (без ізоляції)
• Оптимальний дизайн: Баланс між жорсткістю та ізоляцією залежно від діапазону частот

Стабільність вирівнювання

• Гнучкі фундаменти дозволяють обладнанню зміщуватися під робочими навантаженнями
• Теплове розширення машин може деформувати гнучкі фундаменти
• Точність вирівнювання важко підтримувати на м’яких основах
• Прогин фундаменту від технологічних навантажень (сил трубопроводів) впливає на вирівнювання

Компоненти, що сприяють жорсткості фундаменту

1. Бетонний фундаментний блок

• Жорсткість матеріалу: Модуль пружності бетону (~25-40 ГПа)
• Геометрія: Товщина, ширина, армування впливають на загальну жорсткість
• Маса: Більша маса зазвичай має жорсткішу структуру
• Хвороба: Тріщини, знос значно знижують жорсткість

2. Опора ґрунту/ґрунту

• Ґрунт під фундаментом забезпечує пружну підтримку
• Жорсткість ґрунту дуже різниться (м'яка глина: 10 Н/мм³; гірська порода: 1000+ Н/мм³)
• Часто найм'якший елемент у ланцюзі підтримки
• Може домінувати в загальній жорсткості системи в умовах поганого ґрунту

3. Опорна плита машини

• Сталевий або чавунний каркас конструкції
• З'єднує обладнання з бетонним фундаментом
• Товщина, ребра та конструкція впливають на жорсткість
• Повинен бути належним чином закріплений затиркою до фундаменту

4. П'єдестали та опори

• Підшипникові опори з'єднання підшипників з опорною плитою
• Колонні або кронштейнні конструкції
• Може бути значно гнучким у високих або вузьких постаментах

5. Шар затирки

• Заповнює зазор між опорною плитою та бетоном
• Правильне затирка є критично важливим фактором для жорсткості
• Пошкоджена або відсутня затирка створює м'які місця
• Типова жорсткість затирки нижча, ніж у бетону або сталі

Вимірювання та оцінювання

Статичні випробування жорсткості

• Метод: Прикладіть відому силу, виміряйте прогин
• Розрахунок: k = F / δ (сила, поділена на прогин)
• Типовий тест: Гідравлічний домкрат, що прикладає навантаження до опорної плити
• Вимірювання: Індикатори годинникового типу або датчики переміщення

Динамічна жорсткість (модальні випробування)

• Випробування на удар інструментальним молотком
• Вимірювання функції частотної характеристики
• Витяг модальних параметрів (власні частоти, форми мод, жорсткість)
• Більш репрезентативна для реальних умов експлуатації

Оперативна оцінка

• Порівняйте вібрацію на підшипнику з вібрацією на фундаменті
• Висока пропускна здатність вказує на жорсткий фундамент
• Низька пропускальна здатність свідчить про гнучкість фундаменту або його ізоляцію
• Діаграми Боде від запуску/вибігу розкривають режими фундаменту

Вимоги до проектування

Загальні рекомендації

• Стандарти API: Власна частота фундаменту повинна бути > 2× максимальна швидкість машини
• Альтернатива: Власна частота фундаменту < 0,5× мінімальна швидкість машини (ізольований фундамент)
• Уникайте: Резонанси фундаменту між робочою швидкістю 0,5-2,0×
• Ціль: Жорсткість фундаменту > 10× жорсткість несучої здатності для мінімального впливу

Вимоги до конкретного обладнання

• Турбіни: Дуже жорсткі фундаменти (маса бетону 3-5× маса ротора)
• Поршневі компресори: Масивні фундаменти для поглинання пульсуючих навантажень
• Високошвидкісні машини: Жорсткий для підтримки критичного розділення швидкостей
• Прецизійне обладнання: Надзвичайно жорсткий, щоб запобігти зміщенню вирівнювання

Проблеми через недостатню жорсткість

Знижені критичні швидкості

• Критичні швидкості падають у робочий діапазон
• Висока вібрація на безпечних швидкостях
• Може перешкоджати досягненню проектної робочої швидкості
• Потрібне посилення фундаменту або обмеження швидкості

Надмірна вібрація

• Рух фундаменту підсилює загальну вібрацію
• Резонанс фундаментної конструкції
• Вібрація, що передається на сусіднє обладнання
• Структурні пошкодження від багаторазового згинання

Нестабільність вирівнювання

• Переміщення обладнання на гнучкому фундаменті
• Втрата вирівнювання після початкової точної роботи
• Посилені ефекти термічного зростання
• Зміни навантаження процесу призводять до варіацій вирівнювання

Методи покращення

Покращення бетонного фундаменту

• Додати масу: Збільшити розмір/товщину фундаменту
• Підсилення: Додати сталеву арматуру або попередньо натягнутий елемент
• Ремонт тріщин: Ін'єкція епоксидної смоли або ремонт бетону
• Продовжити до корінної породи: Палі або кесони до компетентних шарів ґрунту

Жорсткість опорної плити

• Додайте фасонки або ребра до каркаса конструкції
• Збільшити товщину опорної плити
• Покращення покриття та якості затирки
• Додайте кріплення між постаментами

Покращення ґрунту

• Стабілізація ґрунту або заливка цементом
• Глибокі фундаменти (палі) в обхід бідного ґрунту
• Ущільнення або ущільнення
• Консультації з геотехнічної інженерії з важливих питань

Оперативні умови

• Модифікація швидкості: Працюйте подалі від резонансів фундаменту
• Віброізоляція: Додайте ізолятори для від'єднання машини від фундаменту
• Балансування: Жорсткіші допуски балансу для зменшення збудження
• Демпфування: Додайте демпфуючий матеріал до фундаментної конструкції

Найкращі практики проектування фундаменту

Нові установки

• Виконання геотехнічних досліджень ґрунтових умов
• Розрахуйте необхідну масу та геометрію фундаменту
• Включити динамічний аналіз (власні частоти, реакція на дисбаланс)
• Конструкція для забезпечення достатньої жорсткості та маси
• Забезпечити ізоляцію від сусідніх конструкцій
• Включити положення щодо затирки та вирівнювання

Оцінка існуючих фундаментів

• Виміряйте вібрацію фундаменту та порівняйте її з вібрацією підшипника
• Виконайте модальні випробування для визначення власних частот фундаменту
• Перевірте наявність тріщин, пошкоджень, осідання
• Перевірте цілісність затирки під опорними плитами
• Порівняйте фактичні та проектні характеристики

Жорсткість фундаменту часто не враховується, але це фундаментальний параметр, що впливає на продуктивність обертових машин. Достатня жорсткість фундаменту забезпечує належне розділення критичних швидкостей, підтримує стабільність вирівнювання та запобігає проблемам резонансу, тоді як недостатня жорсткість може призвести до поганої та ненадійної роботи обладнання, яке в іншому випадку добре працює.

---

← Назад до головного індексу