混凝土基礎對風機振動的影響
離心風機作為通用設備在工業生產中廣泛應用。其中水泥工業中離心風機主要用于原料循環風機、窯頭及窯尾排風機、窯尾高溫風機、煤磨系統風機、水泥磨系統風機、篦冷機系統風機及部分輸送風機[1]。常見的離心式風機系統包括風機混凝土基礎、電機、電動執行器、軸承、聯軸器、底座、測溫測振儀裝置、風機本體、調風門、出口軟連接、消音器及地腳螺栓等[2]。其中,風機混凝土基礎、風機底座及其之間的連接作為風機的支撐體系,在風機設計和運行時均占有舉足輕重的地位[3]。但是在風機的實際應用中大部分用戶往往只重視日常維護對風機運行的影響卻忽略了由于風機底座與混凝土基礎之間處理不當而產生的不穩定性和不安全性從而引起風機使用壽命縮短的問題[4]。
1 風機底座與混凝土基礎之間的處理方式及要求
離心風機是一種噪音低效率高應用范圍廣的通用機械設備。在滿載荷運轉下風機各組成部件必須保證風機系統能夠安全、穩定地運行。其中滿足風機混凝土基礎、安裝墊鐵及地腳螺栓的各項要求是保證風機能夠穩定、安全運行的重要保障。
1.1 混凝土基礎的要求
1）風機地基基礎一般采用鋼筋混凝土按內力大小通過計算配置鋼筋或按土建規范配置構造鋼筋。二次灌漿用的混凝土標號為250號和300號其詳細配比見附表1。
2）風機及其底座邊緣到基礎側面的凈距離一般不小于100mm風機總圖中已標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）二次灌漿必須在設備各項安裝精度調整合格后24小時內進行逾時應重新調整安裝精度；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防止位移。
1.2 墊鐵的安裝要求
墊鐵是風機安裝中最常用的基本材料之一將其墊于風機底座與混凝土基礎之間用其承受風機的質量和運轉中產生的各種動負荷并在安裝時調整風機的標高和橫、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一般不超過3～4塊厚墊鐵放在下層而最薄墊鐵應夾在中間以免產生翹曲變形同一組墊鐵放置必須整齊。設備調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、墊鐵與設備底座之間接觸良好墊鐵接觸面的加工精度應達到要求，粗燥度要求應不低于12.5 。
3）墊鐵組的位置和數量應符合下列要求。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，便攜式紅外測溫儀墊鐵組應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）風機機組找正、找平后墊鐵端面應露出風機機組底座外緣平墊鐵宜露出10～30mm斜墊鐵宜露出1-～50mm。墊鐵組伸入風機機組底面的長短應超過地腳螺栓的中心。
1.3 地腳螺栓的安裝要求
將風機緊固到混凝土基礎上的螺栓具有較強的穩定性。圖1所示的是風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 基礎預留孔地腳螺栓安裝要求圖
1.4 風機底座與混凝土基礎的安裝方式
圖2 風機底座與混凝土基礎的安裝示意圖
隨著風機安裝工藝要求的逐漸提高風機底座與混凝土基礎之間的安裝技術也在不斷發展。符合國家標準的風機底座與混凝土基礎的安裝示意圖如圖2所示其中1-混凝土基礎、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-風機方箱底座。
2 工程概況
2014年2月廣州圣嘉機電設備有限公司從我公司購買13臺篦冷機風機應用于青海西寧鹽湖海納化工有限公司水泥生產一線篦冷機風機的技術改造項目。其中F1（5719）、FG1（5709）、FG3（5708）、FG6A（5716）四臺風機運行一個月后出現振動值超標問題。現以振動值最大的F1（5719）風機為例進行分析業主初步認為：由于葉輪不平衡所導致風機葉輪被震裂我公司更換葉輪后振動值仍不達標；而我公司初步斷定為：風機本體與混凝土基礎連接方式、安裝墊鐵及二次灌漿不符合風機技術要求所致具體詳述見下文。
3 風機振動值超標的原因及解決方案
3.1 超標原因
在青海西寧鹽湖海納化工有限公司水泥生產一線篦冷機風機的技術改造項目中風機業主為達到盡快投產縮短安裝工期的目的采用預埋鐵板與風機整體底座焊接的方式。篦冷機風機的現場安裝方法及存在的缺陷如下所述。
1）風機地基基礎預埋鐵板面積較小（長寬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埋鐵板下表面如圖4所示。此預埋鐵板承受扭剪力較差因此所有預埋鐵板均從圓鋼焊接處斷裂。
2）無斜墊鐵調平墊鐵僅用兩塊或多塊鋼板疊放調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埋鋼板前后部位無預埋墊鐵。
采用上述安裝方法風機主要靠圓鋼與鋼板焊接的方式連接于風機混凝土基礎且沒有進行二次灌漿。風機混凝土基礎的連接力明顯不足以克服風機葉輪產生的離心力使用一段時間后圓鋼焊接處焊縫開裂風機振動增大最終導致葉輪輪轂及輪轂加強錐焊縫開裂。
另外其他9臺風機采用的是整體鋼板預埋于地基基礎與風機整體底座焊接風機整體底座與混凝土基礎穩定性較上述方法好一些振動值能夠滿足技術要求。
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一線篦冷機風機的技術改造項目中由于風機業主沒有按照文章第一部分所述的風機底座與混凝土基礎之間的處理方法進行合理安裝使得風機振動值超標事故。現以F1（5719）風機為例，加之風機業主想盡快投產不得不縮短安裝工期經雙方協商解決方案為：重新制作風機混凝土地基時預埋整體鋼板并使用地腳螺栓連接用墊鐵將其墊平、調平后與風機整體底座焊接在一起并進行二次灌漿。圖5-6所示的是現場制作圖。采用上述方案改造之后風機與其混凝土基礎的穩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準滿足了業主對風機現場的使用要求。圖7所示的是F1（5719）風機改造前后軸承座自由側和固定側振動速度對比關系。如若采用文章第一部分所述的要求進行安裝其風機的振動值還會比改造后的值小。
由圖7可知對比F1（5719）篦冷機風機改造前和改造后不管是軸承座自由側還是固定側也無論是水平方向、垂直方向還是軸向上風機的振動速度均明顯降低。實驗數據說明在青海篦冷機風機的技術改造項目中出現的振動超標事故是由于風機業主未按照上述國標要求的混風機底座與混凝土基礎之間的處理方式進行安裝所致。由此告誡風機用戶在安裝風機時決不能為縮短工期或節約成本而忽略國家和企業標準的要求進行安裝。
另外因檢修時間緊迫還存在有待解決的問題：1）聯軸器對中問題。聯軸器徑向間隙為0.185mm其偏差值較大。利用同心度原理找正后風機振動會降低；2）墊鐵規格不合適。在現場安裝中軸承座墊片2mm、電機輸出軸側約0.5~1mm、電機尾部月1.5mm。減少墊片厚度可增加風機的穩定性風機振動也可再降低。
4 結論
為了更好地保障我公司離心式風機能夠安全穩定的運行針對廣州圣嘉機電設備有限公司風機混凝土基礎設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單位開始將風機混凝土基礎生產能力、質量控制、混凝土澆筑風機基礎安裝方法和保證措施等納入風機業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績的單位進行審查以確保風機安全穩定運行。
2）地腳螺栓的形式和尺寸及安裝位置符合安裝圖的規定。地腳螺栓的形式、埋置深度和基礎邊緣距離可根據風機本身安裝要求確定。其埋入混凝土內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）加強施工現場管理。例如工程監理對風機混凝土基礎澆筑進行全過程監督單個基礎混凝土澆筑時間控制在24小時以內且防止出現冷縫；一旦出現冷縫應嚴格按照設計要求進行處理加強地基基礎回填土的質量控制等。
若業主單位未按照風機設計單位所要求的地基基礎與風機本體進行連接進而引起與風機地基基礎有關的一系列不良問題設計單位均不承擔任何責任。
5 參考文獻
[1]石雪松, 邱明杰. 新型工業化時期我國離心風機行業發展趨勢分析[J]. 通用機械, 2009(1):15-21.
[2]董全林,孟凡念,王鵬飛,王巖.高效風機的設計及CFX仿真分析[J]. 風機技術, 2014,(012):54-60.
[3]王民浩,陳觀福.我國風力發電機組地基基礎設計[J].風機發電,2008,34(11):88-91.
[4]王國粹,王偉,楊敏.3.6MV海上風機單樁基礎設計與分析[J].巖土工程學報,2011,33(02):95-100.
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