風(fēng)機底座與混凝土基礎(chǔ)之間的處理對風(fēng)機振動的影響

  摘要：文章以風(fēng)機底座與混凝土基礎(chǔ)之間的處理方式為主要研究對象，簡要介紹離心式風(fēng)機的廣泛應(yīng)用和混凝土基礎(chǔ)對風(fēng)機機組運行穩(wěn)定性及安全性的重要影響。在此基礎(chǔ)上，縱觀風(fēng)機基礎(chǔ)設(shè)計的國家標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合我公司風(fēng)機基礎(chǔ)的設(shè)計規(guī)范，以我公司向廣州圣嘉機電設(shè)備有限公司提供的13臺篦冷機風(fēng)機為例，剖析F1（5719）、FG1（5709）、FG3（5708）、FG6A（5716）四臺風(fēng)機振動值超標(biāo)事故，對風(fēng)機底座與混凝土基礎(chǔ)之間的處理方式進行分析，并針對廣州圣嘉機電設(shè)備有限公司風(fēng)機混凝土基礎(chǔ)設(shè)計與設(shè)備安裝中存在的缺陷提出建議，以期為我國離心式風(fēng)機混凝土基礎(chǔ)設(shè)計者提供有益的理論依據(jù)。

  關(guān)鍵詞：離心風(fēng)機；混凝土基礎(chǔ)；墊鐵；地腳螺栓；振動

  引言

  離心風(fēng)機作為通用設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。其中，水泥工業(yè)中離心風(fēng)機主要用于原料循環(huán)風(fēng)機、窯頭及窯尾排風(fēng)機、窯尾高溫風(fēng)機、煤磨系統(tǒng)風(fēng)機、水泥磨系統(tǒng)風(fēng)機、篦冷機系統(tǒng)風(fēng)機及部分輸送風(fēng)機^[1]。常見的離心式風(fēng)機系統(tǒng)包括風(fēng)機混凝土基礎(chǔ)、電機、電動執(zhí)行器、軸承、聯(lián)軸器、底座、測溫測振裝置、風(fēng)機本體、調(diào)風(fēng)門、出口軟連接、消音器及地腳螺栓等^[2]。其中,風(fēng)機混凝土基礎(chǔ)、風(fēng)機底座及其之間的連接作為風(fēng)機的支撐體系,在風(fēng)機設(shè)計和運行時均占有舉足輕重的地位^[3]。但是，在風(fēng)機的實際應(yīng)用中，大部分用戶往往只重視日常維護對風(fēng)機運行的影響，卻忽略了由于風(fēng)機底座與混凝土基礎(chǔ)之間處理不當(dāng)而產(chǎn)生的不穩(wěn)定性和不安全性，從而引起風(fēng)機使用壽命縮短的問題^[4]。

  1 風(fēng)機底座與混凝土基礎(chǔ)之間的處理方式及要求

  離心風(fēng)機是一種噪音低，效率高，應(yīng)用范圍廣的通用機械設(shè)備。在滿載荷運轉(zhuǎn)下，風(fēng)機各組成部件必須保證風(fēng)機系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定地運行。其中，滿足風(fēng)機混凝土基礎(chǔ)、安裝墊鐵及地腳螺栓的各項要求是保證風(fēng)機能夠穩(wěn)定、安全運行的重要保障。

  1.1 混凝土基礎(chǔ)的要求

  1）風(fēng)機地基基礎(chǔ)一般采用鋼筋混凝土，按內(nèi)力大小通過計算配置鋼筋或按土建規(guī)范配置構(gòu)造鋼筋。二次灌漿用的混凝土標(biāo)號為250號和300號，其詳細配比見附表1。

  2）風(fēng)機及其底座邊緣到基礎(chǔ)側(cè)面的凈距離一般不小于100mm，風(fēng)機總圖中已標(biāo)明二次灌漿的找平層或灌漿層的位置和尺寸，其厚度不小于25mm，我公司一般采用50mm。

  3）二次灌漿必須在設(shè)備各項安裝精度調(diào)整合格后24小時內(nèi)進行，逾時應(yīng)重新調(diào)整安裝精度；二次灌漿強度未達到70%以上時，不得在機組上進行任何其他作業(yè)，防止位移。

  1.2 墊鐵的安裝要求

  墊鐵是風(fēng)機安裝中最常用的基本材料之一，將其墊于風(fēng)機底座與混凝土基礎(chǔ)之間，用其承受風(fēng)機的質(zhì)量和運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的各種動負荷，并在安裝時調(diào)整風(fēng)機的標(biāo)高和橫、縱水平度。墊鐵的安裝要求如下。

  1）斜墊鐵必須成對使用，且每一墊鐵組只能使用一對斜墊鐵，每一墊鐵組不宜超過5塊。墊鐵的表面必須平整，每組墊鐵數(shù)一般不超過3～4塊，厚墊鐵放在下層，而最薄墊鐵應(yīng)夾在中間，以免產(chǎn)生翹曲變形，同一組墊鐵放置必須整齊。設(shè)備調(diào)整好水平和方位，再將每組墊鐵焊接固定好。

  2）為了使每一墊鐵之間、墊鐵與設(shè)備底座之間接觸良好，墊鐵接觸面的加工精度應(yīng)達到要求，粗燥度要求應(yīng)不低于12.5 。

  3）墊鐵組的位置和數(shù)量應(yīng)符合下列要求。每個地腳螺栓旁邊至少有一組墊鐵，在不影響灌漿的情況下，墊鐵組應(yīng)放在靠近地腳螺栓和底座主要受力部位下方，相鄰兩墊鐵組間的距離宜為500～1000mm。

  4）風(fēng)機機組找正、找平后，墊鐵端面應(yīng)露出風(fēng)機機組底座外緣，平墊鐵宜露出10～30mm，斜墊鐵宜露出1-～50mm。墊鐵組伸入風(fēng)機機組底面的長短應(yīng)超過地腳螺栓的中心。

  1.3 地腳螺栓的安裝要求

  將風(fēng)機緊固到混凝土基礎(chǔ)上的螺栓，具有較強的穩(wěn)定性。圖1所示的是風(fēng)機地腳螺栓的安裝要求圖。其中，1-螺母、2-墊圈、3-成對斜墊鐵、4-平墊鐵、5-地腳螺栓。

圖1 基礎(chǔ)預(yù)留孔地腳螺栓安裝要求圖

  圖2 風(fēng)機底座與混凝土基礎(chǔ)的安裝示意圖

  隨著風(fēng)機安裝工藝要求的逐漸提高，風(fēng)機底座與混凝土基礎(chǔ)之間的安裝技術(shù)也在不斷發(fā)展。符合國家標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)機底座與混凝土基礎(chǔ)的安裝示意圖如圖2所示，其中，1-混凝土基礎(chǔ)、2-一次灌漿、3-底座底面、4-二次灌漿層、5-成對斜墊鐵、6-平墊鐵、7-麻面、8-地腳螺栓、9-風(fēng)機方箱底座。

  2 工程概況

  2014年2月，廣州圣嘉機電設(shè)備有限公司從我公司購買13臺篦冷機風(fēng)機，應(yīng)用于青海西寧鹽湖海納化工有限公司水泥生產(chǎn)一線篦冷機風(fēng)機的技術(shù)改造項目。其中，F(xiàn)1（5719）、FG1（5709）、FG3（5708）、FG6A（5716）四臺風(fēng)機運行一個月后，出現(xiàn)振動值超標(biāo)問題?，F(xiàn)以振動值最大的F1（5719）風(fēng)機為例進行分析，業(yè)主初步認為：由于葉輪不平衡所導(dǎo)致風(fēng)機葉輪被震裂，我公司更換葉輪后，振動值仍不達標(biāo)；而我公司初步斷定為：風(fēng)機本體與混凝土基礎(chǔ)連接方式、安裝墊鐵及二次灌漿不符合風(fēng)機技術(shù)要求所致，具體詳述見下文。

  3 風(fēng)機振動值超標(biāo)的原因及解決方案

  3.1 超標(biāo)原因

  在青海西寧鹽湖海納化工有限公司水泥生產(chǎn)一線篦冷機風(fēng)機的技術(shù)改造項目中，風(fēng)機業(yè)主為達到盡快投產(chǎn)，縮短安裝工期的目的，采用預(yù)埋鐵板與風(fēng)機整體底座焊接的方式。篦冷機風(fēng)機的現(xiàn)場安裝方法及存在的缺陷如下所述。

  1）風(fēng)機地基基礎(chǔ)預(yù)埋鐵板面積較?。ㄩL寬150mm，厚約25mm），如圖3所示；僅用直徑為25mm、長約300~400mm圓鋼焊接后澆筑到預(yù)埋鐵板下表面，如圖4所示。此預(yù)埋鐵板承受扭剪力較差，因此，所有預(yù)埋鐵板均從圓鋼焊接處斷裂。

圖3 改造前風(fēng)機現(xiàn)場預(yù)埋鐵板

圖4 改造前風(fēng)機現(xiàn)場預(yù)埋鐵板與圓鋼焊接圖[Page]

  2）無斜墊鐵調(diào)平，墊鐵僅用兩塊或多塊鋼板疊放調(diào)平，鋼板之間的縫隙和墊鐵接觸不完全是造成顫動的主要原因。

  3）風(fēng)機傳動裝置（電機、軸承座及整體方箱）沿中心軸線對稱布置四塊預(yù)埋鋼板，前后部位無預(yù)埋墊鐵。

  采用上述安裝方法，風(fēng)機主要靠圓鋼與鋼板焊接的方式連接于風(fēng)機混凝土基礎(chǔ)，且沒有進行二次灌漿。風(fēng)機混凝土基礎(chǔ)的連接力明顯不足以克服風(fēng)機葉輪產(chǎn)生的離心力，使用一段時間后，圓鋼焊接處焊縫開裂，風(fēng)機振動增大，最終導(dǎo)致葉輪輪轂及輪轂加強錐焊縫開裂。

  另外，其他9臺風(fēng)機采用的是整體鋼板預(yù)埋于地基基礎(chǔ)與風(fēng)機整體底座焊接，風(fēng)機整體底座與混凝土基礎(chǔ)穩(wěn)定性較上述方法好一些，振動值能夠滿足技術(shù)要求。

  3.2 解決方案

  在青海西寧鹽湖海納化工有限公司水泥生產(chǎn)一線篦冷機風(fēng)機的技術(shù)改造項目中，由于風(fēng)機業(yè)主沒有按照文章第一部分所述的風(fēng)機底座與混凝土基礎(chǔ)之間的處理方法進行合理安裝，使得風(fēng)機振動值超標(biāo)事故?，F(xiàn)以F1（5719）風(fēng)機為例，加之風(fēng)機業(yè)主想盡快投產(chǎn)，不得不縮短安裝工期，經(jīng)雙方協(xié)商解決方案為：重新制作風(fēng)機混凝土地基時預(yù)埋整體鋼板并使用地腳螺栓連接，用墊鐵將其墊平、調(diào)平后與風(fēng)機整體底座焊接在一起，并進行二次灌漿。圖5-6所示的是現(xiàn)場制作圖。采用上述方案改造之后，風(fēng)機與其混凝土基礎(chǔ)的穩(wěn)定性明顯好于改造前，振動值大幅度降低并達到國家要求的標(biāo)準(zhǔn)，滿足了業(yè)主對風(fēng)機現(xiàn)場的使用要求。圖7所示的是F1（5719）風(fēng)機改造前后軸承座自由側(cè)和固定側(cè)振動速度對比關(guān)系。如若采用文章第一部分所述的要求進行安裝，其風(fēng)機的振動值還會比改造后的值小。

圖5 改造后風(fēng)機整體鋼板圖

圖6 改造后風(fēng)機整體底座與整體鋼板焊接圖

圖7 改造后軸承座自由側(cè)和固定側(cè)振動速度的關(guān)系圖

  由圖7可知，對比F1（5719）篦冷機風(fēng)機改造前和改造后，不管是軸承座自由側(cè)還是固定側(cè)，也無論是水平方向、垂直方向還是軸向上，風(fēng)機的振動速度均明顯降低。實驗數(shù)據(jù)說明，在青海篦冷機風(fēng)機的技術(shù)改造項目中出現(xiàn)的振動超標(biāo)事故是由于風(fēng)機業(yè)主未按照上述國標(biāo)要求的混風(fēng)機底座與混凝土基礎(chǔ)之間的處理方式進行安裝所致。由此告誡風(fēng)機用戶在安裝風(fēng)機時，決不能為縮短工期或節(jié)約成本而忽略國家和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求進行安裝。

  另外，因檢修時間緊迫，還存在有待解決的問題：1）聯(lián)軸器對中問題。聯(lián)軸器徑向間隙為0.185mm，其偏差值較大。利用同心度原理找正后，風(fēng)機振動會降低；2）墊鐵規(guī)格不合適。在現(xiàn)場安裝中，軸承座墊片2mm、電機輸出軸側(cè)約0.5~1mm、電機尾部月1.5mm。減少墊片厚度可增加風(fēng)機的穩(wěn)定性，風(fēng)機振動也可再降低。

  4 結(jié)論

  為了更好地保障我公司離心式風(fēng)機能夠安全穩(wěn)定的運行，針對廣州圣嘉機電設(shè)備有限公司風(fēng)機混凝土基礎(chǔ)設(shè)計和施工過程中存在的問題提出如下建議，以引起各方重視。

  1）建議從確定施工中標(biāo)單位開始，將風(fēng)機混凝土基礎(chǔ)生產(chǎn)能力、質(zhì)量控制、混凝土澆筑，風(fēng)機基礎(chǔ)安裝方法和保證措施等納入風(fēng)機業(yè)主單位重點考核范圍。特殊情況下，有必要對其計算書和施工圖紙聘請有資格及業(yè)績的單位進行審查，以確保風(fēng)機安全穩(wěn)定運行。

  2）地腳螺栓的形式和尺寸及安裝位置符合安裝圖的規(guī)定。地腳螺栓的形式、埋置深度和基礎(chǔ)邊緣距離可根據(jù)風(fēng)機本身安裝要求確定。其埋入混凝土內(nèi)的最小深度按實際受力大小確定，如無法確定其受力大小時，可按螺栓拔斷而不拔出的原則考慮。

  3）加強施工現(xiàn)場管理。例如工程監(jiān)理對風(fēng)機混凝土基礎(chǔ)澆筑進行全過程監(jiān)督，單個基礎(chǔ)混凝土澆筑時間控制在24小時以內(nèi)，且防止出現(xiàn)冷縫；一旦出現(xiàn)冷縫，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計要求進行處理，加強地基基礎(chǔ)回填土的質(zhì)量控制等。

  若業(yè)主單位未按照風(fēng)機設(shè)計單位所要求的地基基礎(chǔ)與風(fēng)機本體進行連接，進而引起與風(fēng)機地基基礎(chǔ)有關(guān)的一系列不良問題，設(shè)計單位均不承擔(dān)任何責(zé)任。

  5 參考文獻

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  6 附表

表1  灌漿用混凝土配比表

表2  F1篦冷機風(fēng)機（5719）振動速度記錄表(單位m/s)