大型泵的安裝--堅實的地基和地腳螺栓

2013-09-05 真空技術網真空技術網整理

　　混凝土地基和樁基是大型泵最常用的兩種地基。而混凝土地基應該是第一選擇，樁基適用于更復雜的泵。本文試著為讀者提供大型泵的地基和地腳螺栓的相關實踐經驗。

　　泵主要有兩種地基選擇：混凝土地基和樁基。這份動態研究結果顯示，對于某些大型泵，樁基有時是唯一能夠提供足夠的頻率分離避免共振的選擇。混凝土地基的主固有頻率包括：

　　1.橫向

　　2.縱向

　　3.擺動

　　所有的固有頻率都應該遠離泵的運轉激發頻率，避免共振，滿足泵地基的振動極限。泵組有時會同時產生低頻激發和高頻激發。在地基的設計中，低頻范圍(3000 rpm以下)比高頻范圍(4000 rpm以上)更關鍵。

泵的地基

　　混凝土地基方案應該是所有泵的第一選擇。為防止發生共振，應該嘗試各種方法在地基的固有頻率和泵的激發頻率之間產生足夠的頻率分離。通過增加占地面積可以提高地基的固有頻率，而增加地基的重量可以降低固有頻率。

　　在相對較硬的底座上的混凝土地基的固有頻率可能在30-50赫茲(1800-3000 rpm)，通常接近于一些常用泵、電機或其他驅動器的運轉頻率。通常，對于這類地基，在增大縱向固有頻率的同時不可能不增大橫向固有頻率。但是，樁基比混凝土地基更容易控制，可以個別調整地基的固有頻率。通過改變地樁的數量及其直徑，可以增大固有的縱向和搖擺頻率，同時保持橫向固有頻率不變。

　　樁基可以微調橫向固有頻率而過調縱向和搖擺固有頻率(這一點可能是某些特殊泵的要求)。

　　對于關鍵的大型動力泵(1 MW以上)，建議下列關于動力學和地基設計的標準：

　　1. 對于地基的中心，振動限制范圍通常為0.3-1 mm/s。

　　2. 在地基表面(或地基螺栓的位置)，通常采用的振動限制范圍是1-2 mm/s。

　　3. 對于軸承殼，振動限制范圍可能指定為2-4 mm/s。

　　以上提到的限制僅適用于不會發生共振(或不會發生疲勞故障)的場合。換句話說，在所有的激發頻率和固有頻率之間應該保留15-20%的余量。在建筑現場，土壤測試得到的土壤剪切模量可能有很大的差異。

　　如果土壤比較堅硬(或比較柔軟)，可能會增大(或降低)固有頻率，因此有可能會發生共振。最好的辦法是綜合兩種結果，制定兩套復合的土壤狀態，分別展示最柔軟的和最堅硬的土壤狀態。靈敏度分析有助于確定最終的泵的地基的設計。地樁的設計(地樁直徑、地樁數量和其他)應該優化。

　　關于泵的地基的注意事項

　　泵的地基應該足夠大，正確施工并保持良好的狀態。最重要的原則之一是混凝土的重量大約是動態泵(離心泵或軸流泵)重量的三倍。在泵的使用期間(可能長達30年以上)，無論哪種運行模式，地基/安裝系統應該滿足下列要求：

　　1.支撐泵及相關設備。

　　2.將振動及其產生的動態壓力通過地基(和土壤)有效傳輸出去，降低或消除這些振動的有害影響。

　　泵的地基和安裝系統難以設計和實施的主要問題就是“振動”。振動能量通過地基以波的形式進出地基，從而被土壤吸收。但是泵和地基的整體結構如果發生斷裂、破損或分離將會阻礙振動波的傳輸。

　　地基應該是一個整體結構，墊子、混凝土地基、水泥漿和泵應該是一個整體。如果泵必須安裝在撬裝設備上，最好采用下面兩種方案：

　　■在撬裝底座的頂端使用地腳螺栓。

　　■用合適的水泥漿填充撬裝底座的空隙。

　　地基的尺及其重心應該格外注意。泵的動態壓力和泵-地基系統的重心之間的高度差異應該盡量達到最小。非常粗略的講，對于小型泵組(<1 MW)，最低的地基高度(厚度)應該為0.4米，大型泵組為0.8米。泵的地基基體應該與所有的周圍結構機械的隔離開來。

　　錯誤處理的混凝土可能會將設計強度降低50%之多。正確的做法應該是，在足夠長的時間內保持混凝土的濕度和溫度恒定，以便它能夠達到所需要的壓縮和拉伸強度。

泵的地腳螺栓

　　地基的地腳螺栓應該具有足夠大的尺寸和足夠多的材料。地腳螺栓將地基和泵夾在一起。它們的目的是防止地基和泵之間的移動或分離。分離將會阻礙振動從地基完全傳輸至土壤。為了減輕振動，最好的辦法就是盡量增大地腳螺栓的拉伸強度。拉伸強度通常是有限的。

　　有時，地腳螺栓只拉緊到其抗屈強度的25-30%。完全發揮效力的地腳螺栓應該拉緊到抗屈強度的50-60%(不超過65%)。地腳螺栓通常應該有一半是嵌入墊子的。地腳螺栓與將墊子和地基連接在一起的鋼筋相結合，有助于將地基和泵保持在一起。被拉伸的地腳螺栓部分應該拉伸到可能的最大長度(理想長度是地腳螺栓長度的50%)。

　　地基故障的首要原因是斷裂，斷裂的首要原因是設計和安裝錯誤的地腳螺栓。地腳螺栓底部的板子或部件應該慎重選擇，端頭邊緣最好是圓的，端頭直徑應該是螺栓直徑的3-4倍，這樣混凝土上的拉伸力就會從螺栓中被進一步推出。

　　較長的螺栓會降低蠕變導致的拉力損失，減輕螺栓端頭處的混凝土應力。此外，長螺栓可以將來自潤滑油和化學品的壓力區域分離開。大型泵(>3 MW)的地腳螺栓長度最好大于0.5米。