汽动给水泵基础隔振技术与实施要点分析

2017-05-11沈建峰

中国设备工程 2017年5期

关键词：给水泵阻尼弹簧

沈建峰

（大唐韩城第二发电有限责任公司，陕西韩城 715415）

汽动给水泵基础隔振技术与实施要点分析

沈建峰

（大唐韩城第二发电有限责任公司，陕西韩城 715415）

近年来，随着电力建设的发展，电力建设工程的许多先进技术和设备也在快速推广，特别是基础弹簧隔振技术得到了较好的发展。本文结合二期工程汽动给水泵弹簧隔振系统的设计和安装，对设备基础隔振技术进行概述，并介绍隔振技术的基本应用与实施要点。

给水泵；基础隔振技术；实施要点

减小振动对建筑结构和精密设备的影响，避免经济损失和人员伤害，是弹簧隔振技术推广应用的目的。随着结构隔振技术发展，通过研究发现，采用有效的隔振措施，能够使给水泵运行振动对结构自身的振动作用显著降低，进而可隔离振动对精密设备仪器和运转层平台结构的影响，降低给水泵磨损和故障率，节省汽机房纵、横梁等基础结构投资。因此，本文关于设备结构基础隔振问题的研究具有重大价值。

1 结构基础隔振概述

1.1 工作原理

结构基础隔振主要是针对上部给水泵基础结构与运转层平台结构之间进行柔性连接，隔振装置主要设置在上下结构中间部位，隔振器基础分为底板、弹簧隔振器和上部给水泵基础三部分。给水泵运行所产生的振动通过给水泵基础传到弹簧隔振器，弹簧隔振器通过阻尼器使发生的振动减小或消除。

1.2 优越性

结构隔振技术除原理简单外，减震效果也十分显著。其和原有抗震结构进行对比存在显著优势：（1）隔振效果好，可大幅衰减振动反应80%～95%以上。依照地震模拟试验和振动记录不难发现，隔振体系自身和上部结构对应的加速度与传统结构之间的比值为1：4。（2）简化基础受力情况和计算，减小基础结构造价。因隔振体系自身的上部结构所承担的振动作用显著降低，导致上部结构构件与节点的断面降低，构造和施工相对简单，节省造价。即便由于设置隔振装置而使造价提升，结构的整体造价依旧能够降低。（3）增加安全性。当设备显著振动时，则运转层结构仍可继续处在正常弹性条件下，以此来提升安全性，进而合理使用。（4）抗震措施高效便捷。抗震设计对象发生了转变，从建筑结构的整体抗震设计变为重点关注隔振装置，且较为简单，改善了设计，优化了施工。（5）适用性好，所产生的经济效益非常显著；运转层平台结构面临的修改和限制微小。因上部结构对应的振动作用不明显，进而提高了设计应用性。

2 基本应用范围

基础隔振技术能够应用在电厂建设不同类型的设备基础中（汽动给水泵基础、磨煤机基础等）。其使用功能要求设备运行时的振动或地震作用，不损毁设备系统、干扰重要转动部件。同时，建筑结构所选择的隔振方案应满足下述条件：非隔振时，要求结构基本周期不超过1s；体型基本规则，要求高度小于40m，对于主轴方向需以剪切变形为核心，另外，质量与刚度顺着高度分布合理，与单质点体系较为接近；建筑场地尽可能为一、二、三类，稳定性优良；风荷载与非地震作用在水平方向的荷载标准中形成总水平力，禁止超出10%结构重力。

近些年，随着相关探究深度的加大，隔振技术也被广泛应用在中层以及高层民用建筑中。对于多地震的日本，隔振技术发展更为迅猛，还将隔振技术应用在高层建筑，甚至超高层建筑也有所应用。

3 主要应用方法

3.1 合理选择隔振装置

目前，应用较多的隔振装置是弹簧阻尼器和橡胶隔振块。上述隔振装置分别具有不同的优缺点，实际应用中选择何种类型隔振装置，应依据建筑结构和设备运行参数等综合设计标准来确定。为发挥隔振器的作用，提升整体性能，一定要具备合理的阻尼，且消能装置还应具备相应的阻尼与消耗能力。通常在电厂应用的设备隔振系统多选用集成阻尼器的弹簧隔振系统，目前，在电厂应用较多的是青岛“隔而固”和北京“振冲安泰”的产品和技术。

3.2 基础设计要点和隔振系统技术指标

（1）弹簧的设计选用标准。①GB−50040−96动力机器基础设计规范；②DL/T 5188−2004《火力发电厂辅助机器基础隔振设计规程》；③GB/ T 6075.3《在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动》第3部分−额定功率大于15kW额定转速在120r/min至15000r/min之间的在现场测量的工业机器。

（2）阻尼剂检测标准。①美国材料与试验协会标准：ASTM D4052 Standard Test Method for Density and Relative Density of Liquids by Digital Density Meter（数字密度计测定密度和液体相对密度的试验方法）；②美国材料与试验协会标准：ASTM D445 Standard Test Method for Kinematic Viscosity of Transparent and Opaque Liquids（and the Calculation of Dynamic Viscosity）透明和不透明液体运动粘度的测试方法（包括动态粘度的计算）；③弹簧是整个隔振系统的关键承载元件，把主机通过基础台板传过来的振动隔断，使隔振器以下部分主要承受静载。

粘滞阻尼器的作用是整个系统在动态扰力干扰下很快稳定下来，防止整个系统的摆动幅度过大。同时，起动时不致产生共振。

本项目弹簧隔振器和阻尼器集成为一体，这样可无需预埋螺栓，简化施工，便于安装维修。

（3）弹簧隔振元件的主要技术参数（表1）。

表1 弹簧（阻尼）隔振器的主要参数

（4）汽动给水泵弹簧隔振系统的振动承诺值：

最大振动线位移：①垂直向 Az≤3µm；②水平向 Ay≤3µm。

最大振动线速度：①垂直向 Az≤3.5mm/s；②水平向 Ay≤3.5mm/s（相对于转速5300r/min）。

隔振系统的阻尼比为9%，在设备开机和停机过程中，应起到很好的作用，避免出现过大的振动。

（5）隔振元件的使用寿命及隔振效率。隔振元件的设计使用寿命大于50年。弹簧隔振器的隔振效率≥99%（相对于转速5300r/min）。

（6）隔振元件的性能。隔振元件是由优质钢结构焊接件、优质弹簧、进口阻尼剂、国产密封圈、国产防滑垫片和调整垫片等组成，具有阻尼性能好、隔振效果明显、抗震能力强等优点，满足汽动给水泵的使用要求和有关标准。

（7）弹簧材质与阻尼液性能。弹簧采用优质钢材，运用先进的热处理和表面处理工艺，严格按照我国国家标准和疲劳理论进行设计制造的，正常使用条件下，寿命应大于主机寿命。

弹簧采用60Si2MnA拉光料，并进行喷丸处理，采用该材料和工艺，明显提高弹簧的疲劳寿命，同时也可以提高弹簧许用应力，至少可以提高30%。近十几年来，我国弹簧钢材质有了很大的发展，部分弹簧钢的力学性能已经等同或超过国外同类弹簧钢的水平。用于弹簧隔振器的弹簧，需要体积小，承载大，疲劳寿命长。因此，选择合适的弹簧钢材质是非常重要的。目前，我国用于制造荷载较大的弹簧材质，一般有60Si2MnA和60Si2CrA，针对本工程选择60Si2MnA弹簧钢作为制造弹簧隔振器的首选材料，其综合力学性能超过国内外的其它材料。

阻尼剂采用德国BASF公司的HVSD高聚物阻尼剂。该阻尼剂是一种无色、无味、无毒的粘稠或半固体物质，其具有良好的耐热、耐氧化、耐臭氧、耐化学品及耐侯、耐紫外线、耐酸、耐碱等优良性能，其体积电阻率高，膨胀系数小，不含电介质有害物质，电绝缘性优良等特点，寿命大于主机寿命。其主要技术性能指标：①玻璃转化点：−65℃；②密度：920kg/m3；③粘度随温度变化小，动力粘度5×107mPas量级；④耗散系数：5×10-4（表2）。

采用HVSD高聚物作为阻尼剂，其性能优于目前常用的甲基硅油，保证了隔振体系有足够的阻尼，在开机和停机的过程中，扰频经过共振区时，不会出现过大的振动速度。

隔振元件采用先进的表面处理工艺，耐腐蚀，抗氧化，适用各种条件，包括磨煤机锤等重载、大冲击、潮湿、灰尘等苛刻条件，正常使用无需保养维护。要严防阻尼器进水及灰尘埋没隔振器。

弹簧和隔振器箱体喷塑，喷塑厚度为120µm，表面喷塑前进行喷丸处理，表面达到Sa2.5级；弹簧隔振器中的标准件镀锌，镀锌厚度大于65µm。

表2 弹簧和阻尼剂的主要指标

（8）汽机房运转层平台结构抗震设计时，可不考虑设备振动对运转层平台的影响，仍按原设防烈度进行设计，大大简化了主厂房结构的抗震计算。

3.3 落实水平向减震系数

水平向对应的减震系数一定要超出0.25，同时，当隔振器真正发挥相应作用后，则上部振动作用的整体水平，需是隔振结构内部减震系数的0.7，为让减振系数更加科学，需依照实际情况，辅以设防烈度合理设计。

3.4 掌握隔振层基本设计要点

隔振层需发挥应有作用，为实现这一目标，一定要让整体隔振结构能够协调工作，进而把刚度理想的台板基础的梁板体系设置于隔振结构上方，并保证该层隔振装置包含的两种负荷能够处于正常范围，且在高强度地震或设备振动发生时不会产生拉应力。另外，我们应注意下述内容，即明确设防烈度系数，然而因遭受竖向地震时可能会表现出无力的状态，所以，上部结构设计过程一定要增加水平向对应的换算烈度。

4 隔振器在电厂启动给水泵的实际应用

（1）汽动给水泵台座隔振器的布置（图1）。

（2）隔振器施工顺序：汽机房运转层平台框架结构及钢梁施工 → 台板脚手架搭设→台板底模→测量梁顶标高 →安装弹簧隔振器、加装垫片→顶部埋件→顶板钢筋、模板、砼→土建交安 → 弹簧释放

图1

（3）工程特点：给水泵弹簧隔振系统由弹簧（阻尼）隔振器、基础台板等组成，给水泵安装在基础台板之上。弹簧（阻尼）隔振器放置于钢梁和基础台板之间，基础台板采用现浇钢筋混凝土结构。给水泵台板与运转层平台框架结构的连接，不再是刚性连接，而是直接放在弹簧上，由弹簧来传递上部结构和设备荷载。

（4）实施要点：①提前施工的汽机房运转层平台框架梁，作为布置隔振器的底板，要通过隔振器承受全部设备和给水泵基础的荷载，施工时必须要保证表面平整度，其误差应小于+2mm。为保证精度，应设置足够的标高控制点，并用高精度仪器测量控制；②给水泵基础的砼浇筑，应充分考虑浇筑过程中模板支撑体系的强度和稳定性，采取分层、对称的浇筑方法，减少施工对弹簧的不均匀受力，避免造成预埋件、螺栓的位置移动；③先安装隔振器后施工上部给水泵基础，还是先施工上部给水泵基础后安装弹簧，可视现场具体情况确定。需要注意的是，前一种方法弹簧安装方便但要对弹簧预先施压，需提前计算弹簧压缩值与给水泵及上部基础对弹簧的压缩荷载值一致。后一种方法则不需对弹簧预压，而是根据给水泵和上部基础荷载，以及弹簧隔振器的布置位置、数量，拆除局部底板和给水泵基础台板之间的模板，放置千斤顶。将千斤顶升起使之逐步均匀受力，直至完全承受上部全部设备和基础荷载；④弹簧释放：给水泵安装完成即可释放。释放量严格按设计要求控制，精确控制松开预压时锁住的弹簧螺栓。对称、逐个释放，使台板基础自重、给水泵及各种附属设备自重、水平力等均匀稳定传至弹簧隔振器上，通过减少弹簧上垫片数量使弹簧压缩值符合设计值，最终使隔振器处于正常工作状态。