什么是基础刚度？结构动力学 • 便携式平衡仪、振动分析仪"Balanset"，用于对破碎机、风机、粉碎机、联合收割机螺旋输送机、轴、离心机、涡轮机以及许多其他转子进行动态平衡。 什么是基础刚度？结构动力学 • 便携式平衡仪、振动分析仪"Balanset"，用于对破碎机、风机、粉碎机、联合收割机螺旋输送机、轴、离心机、涡轮机以及许多其他转子进行动态平衡。

什么是地基刚度？结构动力学

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了解地基刚度

定义：什么是地基刚度？

基础刚度 抗弯强度是指机器支撑结构（包括底板、混凝土基础、基座和土壤）在受到静力或动力作用时抵抗挠曲的能力。它以单位挠度所受的力来量化（通常以牛顿/毫米、磅力/英寸或牛顿/米表示），表示旋转机械施加荷载时基础的挠度。.

地基刚度是关键参数 转子动力学 因为它构成了决定系统总刚度的一部分。 临界速度, 振动 振幅和动态响应。基础刚度不足会导致临界转速降低到运行范围内，放大振动，造成对准问题，并损害设备可靠性。.

为什么地基刚度很重要

对临界速度的影响

基础刚度直接影响系统 固有频率:

  • 系统总刚度 = 转子刚度、轴承刚度和基础刚度的串联组合
  • 软地基会降低总刚度，从而降低临界速度。
  • 可以将临界速度从安全区域转移到运行范围内
  • 临界速度与总刚度成正比（√(总刚度)），因此软地基会产生显著影响。

振动幅度控制

  • 在共鸣中： 较硬的地基通常会产生较低的峰值振动幅度。
  • 低于共振： 非常坚硬的地基可能会增加传递的振动（没有隔振效果）。
  • 最优设计： 根据频率范围在刚度和隔振性之间取得平衡

对准稳定性

  • 柔性基础允许设备在运行载荷下发生位移。
  • 机械设备的热膨胀会使柔性基础变形。
  • 精确度 结盟 在柔软的地基上难以维护
  • 工艺荷载（管道力）引起的地基挠曲会影响对准

构成地基刚度的组成部分

1. 混凝土基础块

  • 材料刚度： 混凝土弹性模量（~25-40 GPa）
  • 几何学： 厚度、宽度和加固都会影响整体刚度。
  • 大量的： 质量越大，结构通常也越坚固。
  • 健康）状况： 裂缝和劣化会显著降低刚度。

2. 土壤/地面支撑

  • 地基下方的土壤提供弹性支撑
  • 土壤刚度差异很大（软粘土：10 N/mm³；岩石：1000+ N/mm³）
  • 通常情况下，它是支撑链中最脆弱的环节。
  • 在土壤条件较差的情况下，可能主导整个系统的刚度。

3. 机器底板

  • 钢或铸铁结构框架
  • 将设备连接到混凝土基础
  • 厚度、肋条和设计都会影响刚度。
  • 必须与地基充分灌浆

4. 基座和支架

  • 承重基座 将轴承连接到底板
  • 柱或托架结构
  • 高而细长的底座可以有相当大的灵活性

5. 灌浆层

  • 填充底板和混凝土之间的缝隙
  • 正确的灌浆对刚度至关重要
  • 破损或缺失的填缝剂会形成软点。
  • 灌浆材料的典型刚度低于混凝土或钢材。

测量与评估

静态刚度测试

  • 方法： 施加已知力，测量挠度
  • 计算： k = F / δ（力除以挠度）
  • 典型测试： 液压千斤顶对底板施加载荷
  • 测量： 千分表或位移传感器

动态刚度（模态测试）

  • 使用带仪器的锤进行冲击试验
  • 测量频率响应函数
  • 提取模态参数（固有频率、振型、刚度）
  • 更能代表实际运行条件

运行评估

  • 比较轴承处的振动和基础处的振动
  • 高传递率表明地基刚性强
  • 低传播率表明地基具有灵活性或隔离性
  • 波特图 从启动/滑行揭示基础模式

设计要求

一般准则

  • API标准： 基础固有频率应大于机器最大转速的2倍
  • 选择： 基础自然频率 < 0.5倍最低机器转速（独立基础）
  • 避免： 基础共振发生在运行速度的 0.5-2.0 倍之间
  • 目标： 地基刚度大于轴承刚度的10倍，以最大程度地减少影响

设备特定要求

  • 涡轮机： 非常坚固的基础（混凝土质量是转子质量的 3-5 倍）
  • 往复式压缩机： 巨大的地基可以吸收脉动荷载
  • 高速机器： 刚度足以维持临界速度分离
  • 精密设备： 极其坚硬，可防止对准偏移

刚度不足的问题

降低临界速度

  • 临界速度降至工作范围
  • 在原本应该安全的速度下出现剧烈震动
  • 可能无法达到设计运行速度
  • 需要加固地基或限制速度。

过度振动

  • 地基运动会放大整体振动
  • 基础结构的共振
  • 振动传递至相邻设备
  • 反复弯曲造成的结构损伤

对准不稳定性

  • 设备在柔性基础上移动
  • 初始精密加工后，对准丢失。
  • 热生长效应放大
  • 工艺负荷变化会导致对准偏差

改进方法

混凝土基础加固

  • 添加质量： 增加地基尺寸/厚度
  • 加强： 增加钢筋或预应力
  • 修复裂缝： 环氧树脂灌浆或混凝土修补
  • 延伸至基岩层： 桩或沉箱至坚实土层

基板加固

  • 在结构框架上添加角撑板或肋条
  • 增加基板厚度
  • 提高灌浆覆盖率和质量
  • 在基座之间增加支撑结构

土壤改良

  • 土壤稳定或灌浆
  • 深基础（桩）绕过不良土壤
  • 压实或致密化
  • 重大问题的岩土工程咨询

运营安排

  • 速度修改： 避免受到地基共振的影响
  • 振动隔离： 加装隔离器，使机器与基础隔离
  • 平衡： 更严格的平衡容差以减少兴奋
  • 减震： 对地基结构进行阻尼处理

基础设计最佳实践

新安装

  • 对土壤条件进行岩土工程勘察
  • 计算所需的基础质量和几何形状
  • 包括动态分析（固有频率、对不平衡的响应）
  • 设计时需考虑足够的刚度和质量
  • 与相邻结构隔离
  • 包括灌浆和对齐的预留措施

现有基础评估

  • 测量基础振动并与轴承振动进行比较
  • 进行模态测试以确定地基固有频率
  • 检查是否有裂缝、损坏或沉降。
  • 检查底板下方灌浆层的完整性
  • 比较实际规格与设计规格

基础刚度常常被忽视，但它却是影响旋转机械性能的关键参数。足够的基础刚度能够确保临界转速分离良好，维持对准稳定性，并防止共振问题；而刚度不足则会导致原本性能良好的设备运行不佳，甚至出现可靠性问题。.

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