文國想，洪勇，鄭景軍，馬小兵，周小猛

（上?？岛悱h(huán)境股份有限公司，上海 201703）

前言

在電廠中經(jīng)常會(huì)用到許多動(dòng)力機(jī)器設(shè)備，如風(fēng)機(jī)、給水泵、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等，它們的基礎(chǔ)均為動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)。這些動(dòng)力機(jī)器設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、運(yùn)行方式、材料的不均勻性或因制造安裝誤差、過大的軸承間隙等會(huì)引起質(zhì)量的不平衡，當(dāng)不平衡質(zhì)量在某一方向作加速運(yùn)動(dòng)時(shí)， 就會(huì)產(chǎn)生擾力或擾力矩即動(dòng)力荷載，從而引起機(jī)器設(shè)備及其基礎(chǔ)的振動(dòng)。由于振動(dòng)影響基礎(chǔ)的強(qiáng)度以及機(jī)器設(shè)備的正常使用， 因而有必要采取措施降低振動(dòng)的影響，而彈簧隔振技術(shù)就是其中一種十分實(shí)用且有效的降振措施[1]。

1 隔振方案介紹

某電廠（2×300 MW機(jī)組）采用彈簧隔振技術(shù)對(duì)汽動(dòng)給水泵基礎(chǔ)進(jìn)行消能減振處理，該設(shè)備基礎(chǔ)位于汽機(jī)房12.56 m層，為大塊式混凝土基礎(chǔ)。汽動(dòng)給水泵彈簧隔振基礎(chǔ)由基礎(chǔ)臺(tái)座、彈簧隔振器和阻尼器等組成。該基礎(chǔ)直接布置在主廠房框架梁上，彈簧隔振器和阻尼器放置于框架梁與汽動(dòng)給水泵基礎(chǔ)臺(tái)座之間。彈簧隔振器和阻尼器具體構(gòu)造見圖1，彈簧隔振器的主要技術(shù)參數(shù)見表1；基礎(chǔ)臺(tái)座尺寸需滿足現(xiàn)場(chǎng)布置的要求但可在允許的范圍內(nèi)調(diào)整。隔振方案應(yīng)滿足以下技術(shù)要求：最大振動(dòng)線速度：

① 垂直向Vz≤ 5 mm/s，② 水平向Vx、Vy≤ 5 mm/s；

最大振動(dòng)線位移：① 垂直向Sz≤ 0.02 mm，② 水平向Sx、Sy≤ 0.02 mm；

使用壽命及隔振效率：彈簧隔振器的設(shè)計(jì)使用壽命應(yīng)大于50年，彈簧隔振器的隔振效率應(yīng)大于95 %。

現(xiàn)有三種隔振方案可供選擇，方案一至方案三的基礎(chǔ)臺(tái)座尺寸及隔振器布置分別見圖2～圖4，三種方案中僅基礎(chǔ)臺(tái)座尺寸及隔振器數(shù)量、位置改變，其中方案一與方案二使用8個(gè)隔振器，方案三使用10個(gè)隔振器。此外，各方案的隔振器在布置時(shí)均考慮使隔振器的布置中心與全部上部載荷的重心重合，因此可假定同一方案中各隔振器所承擔(dān)的荷載及荷載所產(chǎn)生的變形相同。

2 隔振效果比較分析

參考文獻(xiàn)[2]、文獻(xiàn)[3]以及相關(guān)的規(guī)范規(guī)定，對(duì)上述三個(gè)隔振方案分別進(jìn)行隔振效果計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

圖1 彈簧隔振器和阻尼器構(gòu)造

分析表2中三種隔振方案的計(jì)算結(jié)果可知：上述三種隔振方案均能滿足設(shè)計(jì)所需的隔振技術(shù)要求。當(dāng)單獨(dú)考慮隔振效率時(shí)，方案二隔振效率最高；當(dāng)考慮隔振基礎(chǔ)的最大振動(dòng)線位移時(shí)，水平振動(dòng)線位移的幅值方案一最小而方案三最大，垂直振動(dòng)線位移的幅值方案一最大而方案三最小；當(dāng)考慮隔振基礎(chǔ)傳遞至下部結(jié)構(gòu)的動(dòng)荷載時(shí)，方案二傳遞的動(dòng)荷載最小，方案三傳遞的動(dòng)荷載最大；當(dāng)考慮隔振基礎(chǔ)傳遞至下部結(jié)構(gòu)的總荷載時(shí)，水平荷載三個(gè)方案均很小可忽略不計(jì)，垂直荷載方案一最小，方案三最大。綜合上述分析可知，方案二為三個(gè)方案中的最優(yōu)方案，隔振效率最高，且隔振器利用率也最高，方案一與方案三雖然同樣滿足設(shè)計(jì)要求，但綜合效果不如方案二。

表1 彈簧隔振器主要技術(shù)參數(shù)

圖2 方案一：基礎(chǔ)臺(tái)座尺寸及隔振器布置

圖3 方案二：基礎(chǔ)臺(tái)座尺寸及隔振器布置

圖4 方案三：基礎(chǔ)臺(tái)座尺寸及隔振器布置

表2 三個(gè)隔振方案計(jì)算結(jié)果一覽表

3 影響隔振效果的主要因素分析

本文中汽動(dòng)給水泵為具有簡(jiǎn)諧擾力的機(jī)器設(shè)備，按照DLT 5188-2004《火力發(fā)電廠輔助機(jī)器基礎(chǔ)隔振設(shè)計(jì)規(guī)程》[4]第5章中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行隔振設(shè)計(jì)計(jì)算。隔振基礎(chǔ)的基本參數(shù)主要包括隔振基礎(chǔ)的總質(zhì)量m（包括機(jī)器質(zhì)量mg與臺(tái)座質(zhì)量mf），隔振器的彈簧剛度K，隔振器的阻尼比ξ和阻尼系數(shù)C，振動(dòng)傳遞系數(shù)η及隔振效率T等。其中振動(dòng)傳遞系數(shù)η和隔振效率T代表了隔振的效果，而前面各基本參數(shù)均為影響隔振效果的主要因素。本文將結(jié)合規(guī)范中相關(guān)的計(jì)算公式以及第2節(jié)中的三個(gè)隔振方案計(jì)算結(jié)果，具體分析這些因素對(duì)隔振效果的影響規(guī)律。

由DLT 5188-2004《火力發(fā)電廠輔助機(jī)器基礎(chǔ)隔振設(shè)計(jì)規(guī)程》中公式5.2.2-2 可推導(dǎo)得到以下公式：

其中：

A—基礎(chǔ)臺(tái)座允許的豎向振動(dòng)線位移，m；

PZ—機(jī)器的豎向擾力，kN；

w—機(jī)器擾力圓頻率，rad/s。

本文研究的是同一機(jī)器基礎(chǔ)的減隔振方案，豎向擾力PZ、擾力圓頻率w以及機(jī)器質(zhì)量mg均為定值。分析公式（1）可知：基礎(chǔ)臺(tái)座允許的豎向振動(dòng)線位移A與機(jī)器和臺(tái)座的總質(zhì)量m成反比，由于機(jī)器質(zhì)量為定值，因此臺(tái)座質(zhì)量mf越大，臺(tái)座允許的豎向振動(dòng)線位移A可設(shè)定的越??；同理，若臺(tái)座允許的豎向振動(dòng)線位移A越小，則滿足要求所需的臺(tái)座質(zhì)量mf越大。在本文的三個(gè)隔振方案中，方案一至方案三基礎(chǔ)臺(tái)座質(zhì)量依次增加，其隔振后的豎向振動(dòng)線位移則依次減小，與公式（1）中所得臺(tái)座質(zhì)量對(duì)豎向振動(dòng)線位移的影響規(guī)律相符。

由DLT 5188-2004《火力發(fā)電廠輔助機(jī)器基礎(chǔ)隔振設(shè)計(jì)規(guī)范》中公式5.2.2-3 可推導(dǎo)得到以下公式：

其中：

ηZ—豎向振動(dòng)傳遞系數(shù)；

KZ—隔振器的豎向總剛度，kN/m。

分析公式（2）可知：當(dāng)隔振器的豎向總剛度KZ一定時(shí)，臺(tái)座質(zhì)量mf越大，機(jī)器和臺(tái)座的總質(zhì)量m也越大，則豎向振動(dòng)傳遞系數(shù)ηZ越小，隔振效率T越大；當(dāng)臺(tái)座質(zhì)量mf一定時(shí)，機(jī)器和臺(tái)座的總質(zhì)量m也一定，隔振器的豎向總剛度KZ越小，則豎向振動(dòng)傳遞系數(shù)ηZ越小，隔振效率T越大。比較本文中的方案一與方案二，二者隔振器的豎向總剛度KZ相同，但方案二中的臺(tái)座質(zhì)量mf比方案一中的大，而計(jì)算結(jié)果顯示方案二的豎向振動(dòng)傳遞系數(shù)ηZ比方案一小，隔振效率T比方案一大，與公式（2）中所得臺(tái)座質(zhì)量對(duì)振動(dòng)傳遞系數(shù)和隔振效率的影響規(guī)律相符。

由DLT 5188-2004《火力發(fā)電廠輔助機(jī)器基礎(chǔ)隔振設(shè)計(jì)規(guī)范》中公式5.2.2-1、5.2.2-6以及公式（1）可推導(dǎo)得到以下公式：

其中：

ξZ—隔振器的豎向總阻尼比。

分析公式（3）可知：當(dāng)臺(tái)座質(zhì)量mf與隔振器的豎向總剛度KZ一定時(shí)，隔振器的豎向總阻尼比ξZ越小，則豎向振動(dòng)傳遞系數(shù)ηZ越小，隔振效率T越大。同理，若隔振器的豎向總阻尼比ξZ不變，增大臺(tái)座質(zhì)量mf或減小隔振器的豎向總剛度KZ，同樣會(huì)減小豎向振動(dòng)傳遞系數(shù)ηZ并且增大隔振效率T。

由DLT 5188-2004《火力發(fā)電廠輔助機(jī)器基礎(chǔ)隔振設(shè)計(jì)規(guī)范》中公式5.2.2-7、5.2.2-8可推導(dǎo)得到以下公式：

其中：

CZ—隔振器的豎向總阻尼系數(shù)，kN·s；

CZi—每個(gè)隔振器的豎向阻尼系數(shù)，kN·s；

Ni—隔振器個(gè)數(shù)。

分析公式（4）可知：隔振器的豎向總阻尼比ξZ除受隔振器自身的豎向總阻尼系數(shù)CZ影響之外，還受隔振器的豎向總剛度KZ以及臺(tái)座質(zhì)量mf的影響。本文中方案一與方案二隔振器豎向總阻尼系數(shù)CZ、隔振器的豎向總剛度KZ均相同，方案一臺(tái)座質(zhì)量mf比方案二小，則其隔振器的豎向總阻尼比ξZ比方案二大，與公式（4）中所得臺(tái)座質(zhì)量對(duì)隔振器豎向總阻尼比的影響規(guī)律相符。

綜合上述分析可得到如下結(jié)論：隔振基礎(chǔ)的總質(zhì)量、隔振器的阻尼比、阻尼系數(shù)、彈簧剛度等因素均能影響隔振的效率，若僅單獨(dú)考慮其中的一種因素，隔振基礎(chǔ)的總質(zhì)量越大，隔振效果越好；隔振器的阻尼比越小，隔振效果越好；隔振器的阻尼系數(shù)越小，隔振效果越好；隔振器的彈簧剛度越小，隔振效果越好。但是通過上述公式（4）可知，隔振基礎(chǔ)的總質(zhì)量、隔振器的阻尼比、阻尼系數(shù)、彈簧剛度這些影響因素并不是孤立存在的，而是相互影響的。因此，在隔振方案設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮上述因素的影響，此外還應(yīng)考慮方案的經(jīng)濟(jì)性、施工便捷性等，通過多種方案的比較，選擇一個(gè)最為合適的方案。但是，在實(shí)際的工程應(yīng)用中，同時(shí)考慮多個(gè)影響因素往往太過復(fù)雜，因而進(jìn)行隔振設(shè)計(jì)時(shí)需要采用簡(jiǎn)化的方法。首先根據(jù)設(shè)備安裝的需要以及DLT 5188-2004《火力發(fā)電廠輔助機(jī)器基礎(chǔ)隔振設(shè)計(jì)規(guī)范》中公式5.2.2-1～8初步選定基礎(chǔ)臺(tái)座的質(zhì)量、隔振器的特性、隔振器的數(shù)量等，然后由初步選定的隔振器特性、數(shù)量等選擇合適的隔振器，再根據(jù)所選擇的隔振器來設(shè)計(jì)隔振方案，最后通過改變基礎(chǔ)臺(tái)座的質(zhì)量、隔振器的數(shù)量等來調(diào)節(jié)隔振效率、振動(dòng)線位移或振動(dòng)速率等以滿足隔振設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，通常需經(jīng)過多個(gè)方案的比選，才能得到最優(yōu)方案。

4 結(jié)論

1）彈簧隔振器布置的越多隔振效果不一定會(huì)越好，一方面會(huì)降低隔振的使用效率，另一方面可能會(huì)引起基礎(chǔ)臺(tái)座質(zhì)量的增加，起到適得其反的作用；

2）隔振效果受隔振基礎(chǔ)的總質(zhì)量、隔振器的彈簧剛度、隔振器的阻尼比或阻尼系數(shù)等眾多因素的綜合影響；

3）實(shí)際工程應(yīng)用中，同時(shí)考慮多個(gè)影響因素會(huì)造成隔振設(shè)計(jì)困難，可采用簡(jiǎn)化方法，經(jīng)過多方案的比選，確定最優(yōu)的隔振方案。