离心机悬浮式地基振动分析

2022-11-25赵颖涛魏占利张国库楚江锋闫瑞浩

环境技术 2022年5期

赵颖涛，魏占利，张国库，楚江锋，闫瑞浩

（1.西安捷盛电子技术有限责任公司，西安 710119； 2.陕西宝昱科技工业有限公司，西安 710065；3.西北机器有限公司，西安 710119）

引言

离心机在运行过程中会对周围建筑产生影响，这种影响主要是由于离心机运转过程中的振动引起，振动来源主要有主轴系统的制造公差、轴承的旋转误差、转鼓的同心度误差、以及离心机运转过程中负载的不平衡。为了减小离心机对周围环境的影响，设计师通常采用主动防振手段，和被动隔振方式。

采用任何一种方式，要达到很好的效果，其成本都是很高的，因此需对两种手段同时应用，主动防振主要是对离心机加工和装配精度进行要求，被动防振可以采用隔振的技术，隔振方式的选择尤为重要。为了适应不同离心机的地基设计要求，我们通过采用地基悬浮式机构进行隔振分析，定量计算振动量级对设计的悬浮式地基进行评价。

1 悬浮式地基参数

悬浮地基采用橡胶悬浮隔振把离心机地基混凝土与建筑筏板之间进行隔离，使混凝土和离心机悬浮在建筑筏板之上。分析时采用分部耦合模式进行，先现将离心机-机座-橡胶支座看做一个结构，通过计算传递的力，再分析筏板-地基的振动。

分析过程中设定机座混凝土在四个角放置橡胶支座支撑，橡胶支座分布方案如图1所示。

图1 橡胶支座支撑方案

采用离心机运转的最高指标要求，通过ANSYS进行设计仿真计算，得出在一定转速下的悬浮支撑的支座反力如图2。

图2 2 kg偏载量支座反力大小及方向

带偏载量离心机运动中形成的4个支座的支座反力可以描述为以下的函数。

2 分部式模型耦合分析

2.1 筏板-地基模型的振动强度

筏板四周为建筑土壤，分析时把土壤等效为弹簧阻尼系统，在图3中建筑（筏板）各个方向的尺寸均有表示，将计算的离心机混凝土基座对建筑（筏板）的扰动力作用到筏板支撑台上，分别存在水平力Px和垂直力Pz，在四个不同的支撑台上，其受到离心机运转时的水平力大小和方向一致。但垂直力Pz是为大小相等，方向相反的力偶结构。

图3 筏板-地基模型图

2.2 建筑（筏板）振动幅值计算

依据GB 50040-96《动力机器基础设计规范》分析筏板在水平扰力Px和垂直扰力Pz沿x向偏心矩作用下，产生x向水平、绕y轴回转（即x-φfalse向）的耦合振动如图4，筏板顶面控制点的垂直和水平向振动线位移计算：

水平扰力Px：

垂直扰力Pz：

将水平及垂直动力加载在图4筏板-地基模型上得出筏板在水平及垂直扰动力下的振动曲线如图5。

图4 x向水平、绕y轴回转的耦合振动

图5 筏板在水平及垂直扰动力下的振动曲线

依据《机械工业环境保护设计规范》得出振动方向振级评价量。

水平方向的振级评价量：

垂直方向的振级评价量：

3 地基振动衰减的计算

依据GB 50040-96《动力机器基础设计规范》的地面振动衰减。当动力机器基础为垂直或水平方向振动时，距离该基础中心r处地面土的垂直或水平振动线位移可按照下列近似计算公式计算。

式中：

Ar—距振动基础中心r处地面的振动位移；

Ao—为振动基础的振动线位移；

f—扰动频率，9.7 Hz；

ζ—一般性粘土、粉土、沙土取值0.4；

a—能量吸收系数，硬塑的粘土取值0.004。

计算距离离心机地基边缘处的水平振级评价量见表1。

表1 距离离心机地基边缘处的振级评价量

通过计算得知：地基混凝土在离心机运行到最大加速度下时的振动评价量级最大，其中水平及垂直振级评价量分别为66.9 dB，71.69 dB。通过对离心机的振动传递衰减计算，得出离心机运转产生的振动通过建筑外部的土壤进行传播，在振动幅值上下降较为明显。在距离建筑（筏板）10 m处的水平和垂直振动分别为57.75 dB，61.53 dB。通过对照《城市区域环境振动标准》振级限值。该离心机在最高转速下运转的振级参照表2，建筑物满足混合区、商业中心的要求。对于距离离心机地基处10 m半径区域外传播的振动衰减为57.75 dB，61.53 dB，满足特殊住宅昼间和夜间的振级要求。