大型泵的安装--坚实的地基和地脚螺栓

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  混凝土地基和桩基是大型泵最常用的两种地基。而混凝土地基应该是第一选择,桩基适用于更复杂的泵。本文试着为读者提供大型泵的地基和地脚螺栓的相关实践经验。

  泵主要有两种地基选择:混凝土地基和桩基。这份动态研究结果显示,对于某些大型泵,桩基有时是唯一能够提供足够的频率分离避免共振的选择。混凝土地基的主固有频率包括:

  1.横向

  2.纵向

  3.摆动

  所有的固有频率都应该远离泵的运转激发频率,避免共振,满足泵地基的振动极限。泵组有时会同时产生低频激发和高频激发。在地基的设计中,低频范围(3000 rpm以下)比高频范围(4000 rpm以上)更关键。

泵的地基

  混凝土地基方案应该是所有泵的第一选择。为防止发生共振,应该尝试各种方法在地基的固有频率和泵的激发频率之间产生足够的频率分离。通过增加占地面积可以提高地基的固有频率,而增加地基的重量可以降低固有频率。

  在相对较硬的底座上的混凝土地基的固有频率可能在30-50赫兹(1800-3000 rpm),通常接近于一些常用泵、电机或其他驱动器的运转频率。通常,对于这类地基,在增大纵向固有频率的同时不可能不增大横向固有频率。但是,桩基比混凝土地基更容易控制,可以个别调整地基的固有频率。通过改变地桩的数量及其直径,可以增大固有的纵向和摇摆频率,同时保持横向固有频率不变。

  桩基可以微调横向固有频率而过调纵向和摇摆固有频率(这一点可能是某些特殊泵的要求)。

  对于关键的大型动力泵(1 MW以上),建议下列关于动力学和地基设计的标准:

  1. 对于地基的中心,振动限制范围通常为0.3-1 mm/s。

  2. 在地基表面(或地基螺栓的位置),通常采用的振动限制范围是1-2 mm/s。

  3. 对于轴承壳,振动限制范围可能指定为2-4 mm/s。

  以上提到的限制仅适用于不会发生共振(或不会发生疲劳故障)的场合。换句话说,在所有的激发频率和固有频率之间应该保留15-20%的余量。在建筑现场,土壤测试得到的土壤剪切模量可能有很大的差异。

大型泵的安装--坚实的地基和地脚螺栓

  如果土壤比较坚硬(或比较柔软),可能会增大(或降低)固有频率,因此有可能会发生共振。最好的办法是综合两种结果,制定两套复合的土壤状态,分别展示最柔软的和最坚硬的土壤状态。灵敏度分析有助于确定最终的泵的地基的设计。地桩的设计(地桩直径、地桩数量和其他)应该优化。

  关于泵的地基的注意事项

  泵的地基应该足够大,正确施工并保持良好的状态。最重要的原则之一是混凝土的重量大约是动态泵(离心泵或轴流泵)重量的三倍。在泵的使用期间(可能长达30年以上),无论哪种运行模式,地基/安装系统应该满足下列要求:

  1.支撑泵及相关设备。

  2.将振动及其产生的动态压力通过地基(和土壤)有效传输出去,降低或消除这些振动的有害影响。

  泵的地基和安装系统难以设计和实施的主要问题就是“振动”。振动能量通过地基以波的形式进出地基,从而被土壤吸收。但是泵和地基的整体结构如果发生断裂、破损或分离将会阻碍振动波的传输。

  地基应该是一个整体结构,垫子、混凝土地基、水泥浆和泵应该是一个整体。如果泵必须安装在撬装设备上,最好采用下面两种方案:

  ■在撬装底座的顶端使用地脚螺栓。

  ■用合适的水泥浆填充撬装底座的空隙。

大型泵的安装--坚实的地基和地脚螺栓

  地基的尺及其重心应该格外注意。泵的动态压力和泵-地基系统的重心之间的高度差异应该尽量达到最小。非常粗略的讲,对于小型泵组(<1 MW),最低的地基高度(厚度)应该为0.4米,大型泵组为0.8米。泵的地基基体应该与所有的周围结构机械的隔离开来。

  错误处理的混凝土可能会将设计强度降低50%之多。正确的做法应该是,在足够长的时间内保持混凝土的湿度和温度恒定,以便它能够达到所需要的压缩和拉伸强度。

泵的地脚螺栓

  地基的地脚螺栓应该具有足够大的尺寸和足够多的材料。地脚螺栓将地基和泵夹在一起。它们的目的是防止地基和泵之间的移动或分离。分离将会阻碍振动从地基完全传输至土壤。为了减轻振动,最好的办法就是尽量增大地脚螺栓的拉伸强度。拉伸强度通常是有限的。

大型泵的安装--坚实的地基和地脚螺栓

  有时,地脚螺栓只拉紧到其抗屈强度的25-30%。完全发挥效力的地脚螺栓应该拉紧到抗屈强度的50-60%(不超过65%)。地脚螺栓通常应该有一半是嵌入垫子的。地脚螺栓与将垫子和地基连接在一起的钢筋相结合,有助于将地基和泵保持在一起。被拉伸的地脚螺栓部分应该拉伸到可能的最大长度(理想长度是地脚螺栓长度的50%)。

  地基故障的首要原因是断裂,断裂的首要原因是设计和安装错误的地脚螺栓。地脚螺栓底部的板子或部件应该慎重选择,端头边缘最好是圆的,端头直径应该是螺栓直径的3-4倍,这样混凝土上的拉伸力就会从螺栓中被进一步推出。

  较长的螺栓会降低蠕变导致的拉力损失,减轻螺栓端头处的混凝土应力。此外,长螺栓可以将来自润滑油和化学品的压力区域分离开。大型泵(>3 MW)的地脚螺栓长度最好大于0.5米。

大型泵的安装--坚实的地基和地脚螺栓

  地脚螺栓套筒或顶盖是一直都推荐使用的。波纹地脚螺栓套筒是最佳选择。螺栓应该避免接触其上半段长度之上的环氧灰浆。为此,螺栓的上半段需要包裹一层胶带或者覆盖一层管道绝缘泡沫(或者类似的东西)。螺栓和凹槽应该尽量远离地基的边(最小250毫米)。

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