劉曉東

（廣東工程建設(shè)監(jiān)理有限公司 廣州510030）

0 研究背景

隨著高層甚至超高建筑物的增多，空調(diào)泵組的揚(yáng)程、流量和管道管徑也隨著增加，振動(dòng)源勢(shì)必增大，同時(shí)人們對(duì)綠色建筑的追求，對(duì)于日常居住環(huán)境有著更嚴(yán)格的要求。因此在空調(diào)泵組的安裝過(guò)程中，設(shè)備及管道的減振至關(guān)重要。

水泵在運(yùn)行的過(guò)程中產(chǎn)生震動(dòng)，其原因?yàn)椋孩衮?qū)動(dòng)水泵電機(jī)和泵殼輻射到周?chē)目諝饴?；②水泵旋轉(zhuǎn)部件的動(dòng)轉(zhuǎn)中心與質(zhì)心存在偏心距，導(dǎo)致擾力的產(chǎn)生，擾力對(duì)水泵進(jìn)行激勵(lì)，產(chǎn)生振動(dòng)。水泵振動(dòng)通過(guò)管道和水泵基礎(chǔ)以及管道的支、吊架，向建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳遞，經(jīng)過(guò)建筑結(jié)構(gòu)向外進(jìn)行傳遞，致使建筑結(jié)構(gòu)上的附著物，或者建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)且輻射噪聲，也就是結(jié)構(gòu)噪聲［1-2］。

水泵組安裝經(jīng)常采用橡膠減震墊、彈簧減震器、減振浮臺(tái)作為減振措施［3］。減振浮臺(tái)是通過(guò)在建筑物的上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)之間放置彈簧減震器，從而隔離大地傳播的振動(dòng)。由于平臺(tái)和水泵整體固定，大大提高了水泵慣性，減震降噪效果非常明顯，尤其適用于高振低質(zhì)量的一類(lèi)設(shè)備［4］。減振浮臺(tái)雖然成本較高，但減震效果是這幾種之中最佳的［5］。

本文通過(guò)實(shí)例對(duì)減振浮臺(tái)的減振效果進(jìn)行研究，提出技術(shù)措施，為提高水泵的隔振效果提出解決方案。

1 工程背景

某大廈空調(diào)系統(tǒng)的冷卻水泵（見(jiàn)圖1）共3 臺(tái)并聯(lián)使用，冷卻水泵主管管徑為DN800，軟接頭管徑為DN400，從機(jī)房至冷卻塔的水盤(pán)水面高程是65 m，即非工況時(shí)系統(tǒng)的靜水柱壓力為6.5 kg/cm2，停泵時(shí)水泵進(jìn)/出水管兩側(cè)壓力又恢復(fù)平衡，均為6.5 kg/cm2。

圖1 某大廈空調(diào)冷卻水泵布置Fig.1 Layout of Air-conditioning Cooling Water Pump in a Building

2 原因分析

⑴空調(diào)水系統(tǒng)多以泵組的方式運(yùn)行，在工況狀態(tài)下，水泵的進(jìn)出水管之間會(huì)形成克服水系阻力而保持系統(tǒng)運(yùn)行的壓差，這個(gè)壓差會(huì)直接造成進(jìn)、出水管2 個(gè)軟接頭的推力差，推力差的大小與管道口徑尺寸的平方成正比，其作用的結(jié)果為在水泵啟、停的瞬間引起浮臺(tái)和立管的受力突變，并引發(fā)浮臺(tái)和管道體系的晃動(dòng)［6］。

⑵根據(jù)上述背景資料可知（見(jiàn)圖2）：可根據(jù)水泵的技術(shù)參數(shù)和管道阻力計(jì)算出，啟泵時(shí)水泵進(jìn)/出水的壓差為1.50 kg/cm2，即左側(cè)進(jìn)水管壓力為5.75 kg/cm2、右側(cè)出水管壓力為7.25 kg/cm2，停泵時(shí)水泵進(jìn)/出水兩側(cè)壓力又恢復(fù)平衡，均為6.50 kg/cm2，根據(jù)帕斯卡的壓強(qiáng)公式，可以算出工況時(shí)兩側(cè)軟接頭所產(chǎn)生的軸向推力為：

F靜產(chǎn)生比較大的力，對(duì)泵組基礎(chǔ)和管道都有較大的沖擊，通常在計(jì)算減振浮臺(tái)的減振彈簧時(shí)往往忽略了這個(gè)力。

圖2 管道軟接頭受力情況Fig.2 Force of Pipe Soft Joints

⑶上述算出的受力數(shù)據(jù)表明：在啟泵或停泵的變換過(guò)程中水泵減振浮臺(tái)的兩側(cè)受力突變，造成浮臺(tái)基礎(chǔ)失去平衡，引起浮臺(tái)連同水泵及泵立管的劇烈晃動(dòng)。這種力量的突變也會(huì)作用到相鄰的樓板結(jié)構(gòu)上，也會(huì)引起樓板幅度較大的振動(dòng)［7］。從上述計(jì)算軸向推力的公式可以看出，軟接頭軸向推力與管徑的平方成正比，雖然低層建筑中工作壓力不是很高，當(dāng)隨著超高層建筑越來(lái)越多，揚(yáng)程和流量提高，使空調(diào)管徑越來(lái)越大，軟接頭的軸向推力產(chǎn)生的震動(dòng)足以危及樓板結(jié)構(gòu)的安全［8］，因此大型水泵的減振設(shè)置需要首先考慮結(jié)構(gòu)受力條件。

3 方案措施

3.1 水泵浮臺(tái)的受力分析

水泵安裝如圖3 所示，可以見(jiàn)到水泵的工況受力是嚴(yán)重偏心的，軸向推力的權(quán)重比浮臺(tái)和水泵的自重都要大得多，且浮臺(tái)四角減震器受力嚴(yán)重不均衡，習(xí)慣性地認(rèn)為水泵浮臺(tái)都是四點(diǎn)均衡受力的，4 個(gè)減振器都選用同一型號(hào)，會(huì)削弱減震效果。因此水泵各個(gè)減振器必須經(jīng)過(guò)受力分析、計(jì)算和選型［9］。

圖3 水泵安裝示意圖Fig.3 Schematic Diagram of Water Pump Installation

3.2 設(shè)置連體式減振浮臺(tái)

盡管水泵的隔振措施已從上、下2 個(gè)方向上的振動(dòng)傳遞途徑與振源隔離。但在水泵的啟/停泵時(shí)，由于兩側(cè)壓力的突變，會(huì)引起水泵及其管系的大幅晃動(dòng)。從反力偶的角度來(lái)看：擴(kuò)大浮臺(tái)的承載面積、拉開(kāi)減振彈簧之間的距離，在作用力無(wú)法改變的情況下，將單臺(tái)設(shè)置減振浮臺(tái)改為將水泵基礎(chǔ)聯(lián)合起來(lái)設(shè)置連體式減振浮臺(tái)，從而擴(kuò)大承載的力偶，提高力臂的作用權(quán)重，可提高水泵運(yùn)行的穩(wěn)定性，起到良好的減震效果。

3.3 設(shè)置減振管道支架

本案例考慮到每臺(tái)水泵在系統(tǒng)充滿水后會(huì)產(chǎn)生2 t左右的上舉力，所以需在水泵的上方利用混凝土梁設(shè)置減振管道支架［10］。

3.4 設(shè)置拉索

考慮到3臺(tái)水泵共6 t的軟接頭軸向推力，只需系統(tǒng)注滿水，無(wú)需啟泵此力便會(huì)產(chǎn)生，其上舉力小于6 t（減除軟接頭上方的管道重量），下壓的力量大于6 t（加上設(shè)備及基礎(chǔ)的重量），結(jié)構(gòu)的受力超過(guò)了設(shè)定的荷載，因此需要在減振浮臺(tái)與泵頭總管之間設(shè)置2 對(duì)拉索，以消化軟接頭軸向推力的影響。

3.5 減振器的受力計(jì)算及選型

⑴將浮臺(tái)上的所有受力，按簡(jiǎn)支梁的方式分別將受力按力臂的關(guān)系分解到電機(jī)側(cè)和進(jìn)水側(cè)，然后再分別進(jìn)行累加，算出兩側(cè)的總受力。

⑵依據(jù)《水泵隔震技術(shù)規(guī)程：CECS 59∶94》［11］第4.4.3.4 條規(guī)定，減震平臺(tái)重量為水泵機(jī)組重量的1.0～1.5 倍，且平臺(tái)高度為長(zhǎng)度的1/10～1/8；計(jì)算中需引入的一次數(shù)據(jù)包括：設(shè)備重量、水系統(tǒng)的高程、浮臺(tái)重量試算數(shù)據(jù)、力臂數(shù)據(jù)，計(jì)算減振浮臺(tái)的基本重量和尺寸，然后再根據(jù)軟接頭的軸向力情況進(jìn)行校正。

⑶減振器的選型，通常要通過(guò)多次試算，因?yàn)闇p振器的承載力和靜撓度數(shù)據(jù)隨著規(guī)格的改變是級(jí)別式的變化，而力臂的改變隨著尺寸的調(diào)整是可以連續(xù)變化的。因此可以通過(guò)對(duì)力臂的尺寸、減振器個(gè)數(shù)，減振器規(guī)格等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使兩側(cè)減振器在不同工況狀態(tài)下的靜撓度相差不至于過(guò)大。

3.6 減振浮臺(tái)的構(gòu)造設(shè)計(jì)及安裝要點(diǎn)

⑴減振浮臺(tái)的外形尺寸主要是考慮其配重的問(wèn)題，要求達(dá)到設(shè)備重量的1.5～2.0倍，浮臺(tái)的外框內(nèi)填充混凝土后才達(dá)成最終的重量。因此把浮臺(tái)做寬連體之后，外框所用的型鋼可以減小從而節(jié)省鋼材（見(jiàn)圖4）。

圖4 減振浮臺(tái)Fig.4 damping Floating Table

⑵水泵的減振浮臺(tái)要為進(jìn)出水管的撐腳預(yù)留支撐位置，這是有效隔斷振源的前提。

⑶水泵的減振必須在設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定的前提上進(jìn)行。設(shè)置軟接頭的目的就是為了隔斷振動(dòng)的傳遞途徑，但要注意的是不要讓拉桿固定限制軟接頭的伸縮，只需留出伸縮余量加以約束即可［12］。

4 總結(jié)

本文通過(guò)分析空調(diào)泵組在運(yùn)行狀態(tài)中的啟、停時(shí)軟接頭處產(chǎn)生的軸向力原因，并對(duì)其造成空調(diào)泵組和管道加劇振動(dòng)部位進(jìn)行論證。針對(duì)此軸向力造成的每部位采取的隔振措施：在單個(gè)減振浮臺(tái)基礎(chǔ)上，形成連體式減振浮臺(tái)；在管道間、管道與設(shè)備間的隔振，采取設(shè)置減振管道支架的隔振技術(shù)；減振浮臺(tái)與泵頭總管之間設(shè)置兩對(duì)拉索，以消化軟接頭軸向推力的影響。此減振浮臺(tái)為水泵運(yùn)行提供了一個(gè)穩(wěn)定的緩沖平臺(tái)，有效地抑制了因工況突變而引起的管系晃動(dòng)，提高整個(gè)水系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，提高設(shè)備的性能與價(jià)值，同時(shí)能很好地降低建筑物整體的噪聲與振動(dòng)的頻率，減少周邊的噪聲污染，為周邊居民營(yíng)造一個(gè)舒適、健康的居住環(huán)境。建筑內(nèi)的環(huán)境更為舒適。