HG T 20554-1993（条文说明） 活塞式压缩机基础设计规定.pdf

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1、活塞式压缩机基础设计规定HG 20554-93 条文说明1总则1. 0.1 本规定主要针对量大面广的往复活塞式压缩机基础而编制。在化工设计中还会遇到其他类似的机器基础，受周期性变化的扰力(激振力)的作用，其基础型式为大块式或墙式，均可参考本规定执行，但由于机器精密程度不同，其允许振动限值可根据具体情况确定。化工设计中采用的上述机器有如下特点:(1)往复活塞式压缩机:种类多(包括立式、卧式、角度式、对称平衡型等)、应用广、功率大、要求严且国内有广泛的实践经验。因此，本规定主要以这类机器基础为依据编制。(2)柴油机、锯架、蒸汽往复泵:具有周期变化的扰力，型式也为大块式或墙式，由于其机器精密程度稍低

2、，故允许振动限值可能放宽一些。(3)鼓风机:当采用块式基础时，可通用本规定的动力计算公式和构造要求，只是其扰力是由转子偏心引起的旋转不平衡惯性力，仅有与机器转速相同的一阶扰力。(4)螺杆式压缩机z通用阴阳螺杆两个转子旋转形成气缸容积的变化，多为卧式，由于其构造决定其振动很小，但一般噪音较大。(5)迷宫式压缩机:属活塞式压缩机的一种，只是在活塞外表99 面制成迷宫沟槽，多为立式，振动较小。1.0.2 活塞式压缩机基础的设计，建国以来积累了丰富的经验，经历了由不成熟到成熟的过程。五、六十年代曾出现数起由于地基处理不当产生的不均匀沉降、振动过大等问题，造成停产加固，如:(1)温陷性黄土地基在局部基穴

3、范围内进行分层回填穷实，未处理部分在投产后地下管道漏水时产生湿陷，造成基础偏沉。(2)人工砂垫层(厚约2m)因处理不当，在振动作用下脱空，造成基础偏沉，振动过大，轴瓦磨损，检修频繁。(3)水平扰力为主的压缩机座落在淤泥质软弱地基上时，采用直桩基础，数年后振动过大。估计是淤泥下沉脱离基底，地基刚度过小所致。另外，五十年代苏联引进或我国仿制的机器，由于基础体积较大，机器转速较低，也产生过基础棍凝土体积过大引起的温度裂缝;气缸下墙体过长，在振动较大情况下，墙体悬臂根部产生裂缝以及机器与厂房上柱产生共振等事故。随着我国机器制造业的发展，机器转速逐渐由每分钟一百多转提高到300_600r/min(转/分

4、)，机器的平衡度提高，基础的体积也大为缩小，加之我们对机器基础的设计逐渐进入自由王国，因此，七十年代以来，压缩机基础的设计绝大部分是成功的。然而，由于机器转速的提高，在软弱地基上应注意防止基组与扰力发生共振。如七十年代初曾发生过3D22和3M16基础振动过大，甚至搜及厂房的事故，其原因是由于压缩机制造厂漏提实际存在的、约为50kN的二谐扰力，其扰频为666r/min和750r/min，此扰力容易与地基刚度较小的墙式基组共振。采取的加固措施中，以淮南化肥厂3M16的联合基础方案最为成功。加固前单独基础第1自频实测值，为15.3Hz，联合后为17Hz，振动明显减小。综上所述，基础设计的首要问题是地

5、基方案和底板尺寸的确定，一方面应满足沉降要求，另一方面应由动力计算确定，尽量避100 开共振，把振动峰值控制在允许范围以内。基础上部尺寸一般由机器制造厂提供，以满足机器安装要求。另外，也要满足本规定各项构造规定。1.0.3 本规定只阐述了在一般地质条件下的设计规定，对于设置在湿陷性黄土、膨胀土、多年冻土、地下采空区的活塞式压缩机基础的设计，除按本规定进行设计外，尚应符合现行的有关标准规范的规定。3 基本规定3.0.1 在设计第一版资料中，可从机器功率、型式、转速和地基承载力判断机器重要程度、扰力类型、能否共振，以确定设计的难度。3.0.2 活塞式压缩机扰力(矩)等有关设计资料应由机器制造厂按附

6、录B型式提供。当制造厂不能提供扰力(短)数值时，则应提供本规定3.0.2.3所列资料。设计人员根据附录A有关公式进行计算。活塞式压缩机的扰力主要是由各列气缸往复运动质量产生，各列气缸分扰力向曲轴上气缸布置中心C点平移时形成总扰力和扰力矩。因此，不同类型的压缩机主要扰力(矩)是不同的，依气缸方向而定，立式压缩机以P.Me为主;卧式压缩机以P.、M为主;对称平衡型由于各列气缸水平扰力相互抵消，仅余下扭转力短M200kN/旷的桩基，其抗剪刚度和抗扭刚度不应大于天然地基的抗剪刚度和抗扭刚度。在软土地基上的直桩基础，使用一段时间后，曾发生承台底面与地基土脱空的现象，此时桩基抗剪刚度大大降低，水平振动位移

7、幅值大为增加。因此，对于以水平回转娟合振动为主的机器基础的设计，要分析能否发生地基土与承台底脱空的可能性，如可能性较大，则应采用斜桩方案或在桩基承台底板预留压力灌浆孔。桩基阻尼比计算公式是由10个现场桩基动力测试数据分析统计而得。本规定数据取其下限。4.0.13 根据90多个天然地基上基础块体测试结果进行分析，土的参数质量变化幅度很大，约为基础本身质量的0.43.-.2.9倍，与基础的质量比或底面积的关系无明显的规律，故规定对天然地基上的压缩机基础，其振动质量和转动惯量均不考虑参振土的影响，在计算线位移峰值、速度峰值时予以折减。5构造S. O. 1 由底板、纵横墙(有时带有顶板)组成的墙式基础

8、，各部分尺寸除满足设备安装要求外，主要以保证基础整体刚度为原则，各构件之间的联结尤为重要。局部悬臂板厚度可按自频计算防止共振确定。控制最小厚度和最大悬臂长度以保证动载下的强度要求。机身部分和气缸部分墙厚的规定是根据国内工程实践总结并考虑机身部分墙体大多为封闭型、气缸部分墙体一般为悬臂进行调整而得。基底悬臂t是度的规定是根据模拟基础试验和理论上定性分析得出，以保证基础顶面和底板悬臂端点的位移幅值和相位基本满106 足刚体要求。5.0.2 大块式及墙式基础计算模式为刚体，基础各部件间基本上没有相对变形，因而一般不必进行强度计算，七十年代对xx厂红旗牌压缩机装配式基础表面钢筋应力测定仅为(0.7-1

9、.4)MPa , 也证实了基础表面钢筋基本上是不受力的。基础体积大于40m3时配置表面钢筋，目的是防止施工时海凝土水化热形成内外温差，导致温度裂缝。表面钢筋要求细而密，以利于阻止裂缝的扩展。体积为2040矿时基础顶面配筋是防止设备安装、检修时，温凝土表面遭受撞击损坏。国内调查资料表明，十多台体积为40m3左右的块体基础来做表面配筋，只要施工注意养护，使用多年均未出现裂缝。因此要注意基础的施工养护，尤其在冬季，应防止混凝土表面骤冷造成的裂缝。底板悬臂部分有局部变形，配筋按强度计算确定。顶板如有梁板结构，也要考虑强度问题。5.0.6 二次灌浆采用无收缩水泥配制，以保证预埋螺栓的锚固和机器与基础的整

10、体联结。6 动力计算6. 0.16. O. 2 机器坐标系CXYZ原点C即为机器扰力作用点，C点对基组重心。点一般均有一定的偏心ex，ey、h3。基组动力计算时，6.。-P6.0.8各公式推导均对oxyz坐标而言，因而作用于C点的扰力P，、Px在振动计算中均要先平移至重心0，对于水平-回转榈合振动，由于采用振型分解法计算，水平扰力直接平移至各振型的转心。但、。但、081，082(见图6.O. 7、6.0.8)。107 6.0.3 压缩机基础动力计算的最终目的是要把基础的振动控制在允许范围内，以满足工人正常操作、机器正常运转、对周围建(构3筑物及仪表无不良影响，结合我国国情确定具体数值。活塞式压

11、缩机扰频一般小于lOOOr/min，属中、低频机器，其基础振动标准应控制速度峰值和位移峰值，由下图可见，扰频在300r/min以下时，应控制位移峰值不超过O.2mm/s;扰频在300r/m切以上时，应控制速度峰值不超过6.3mm/s。但是通常活塞式压缩机存在两谐扰力，如果其分别在300r/min上、下时，其总振动反应不好确定是用位移峰值还是速度峰值来控制，(79)动规引出的当量转速nd.概念不够直观，而本规定采用双控制，既控制位移峰值，又控制速度峰值，这样可达到既严密又便于掌握的效果。当一、二谐扰频皆高于300r/min时，可只用速度峰值控制;当一、二谐扰频皆低于300r/min时，可只用位移

12、峰值控制。108 AVAVAVNV d妒JJVAwdvdv、巳bhu一。巳dnUGnu3h s 15 I I转速(f/min)50 费率(Hz)线位移与速度之间的换算关系为V=A。另外，本规定提出速度均方根值Vrms的新概念，以便于和国际机器振动标准接轨。采用速度均方根值表示机器基础的振动烈度，可以计算不同频率、不同位相的多个扰力引起的基础振动，又便于使计算值与测振仪的实测结果进行对比分析，还与现行的国内外机器振动标准协调一致。对于超高压压缩机，由于气体压力很高，为保证机器和管道安全工作，对振动限值的要求比较严格，应由机器制造厂按专门规定确定。6. O. 46. O. 8 基组的振动模式采用质

13、点弹簧-阻尼器体系(见有图)，由于考虑了阻尼因素，因而计算结果比较符合实测值，可以解决共振区的计算问题，使基础设计更趋经济合理。基组基组作为一个刚体，有六个自由度，其振动可分为竖向、扭转、水平和回转四种形式。当基组总重心与基底形心位于向一铅直线上时(即满足3.o. 4要求)，基组的竖向和扭转振动是独立的，而水平和回转振动则藕合在一起。一般一台机器同时存在几种扰力和扰力矩，计算基础顶面控制点的振动线位移和速度幅值时，应分别计算各扰力(矩)作用下的计算值(当手算时可取主要扰力(炬)进行计算)，当机器存在一、二谐扰力时必须分别进行振动线位移和速度计算，最后按6.O. 9 迭加并满足6.0.3规定。基

14、组在通过其重心的竖向扰力作用下产生竖向振动，通过建立运动微分方程求得基组竖向振动固有圆频率血和基础顶面控制点竖向线位移幅值Azz(基组各点竖向线位幅值均相同)的计算公式。式中地基动力计算参数K.和均由第4章求得，一般很难取准，可根据计算安全度的要求在一定幅度内选取。扭转振动是在扭转力矩作用下发生的，总扭转力矩除包含机器的扭转力矩M中外，还包括水平扰力Px向基组总重心0平移形成的扭转力矩。基础顶面控制点一般指基础角点B，此点水平扭转线位移最大，表示为X、Y向两个分量。水平、回转捐合振动为双自由度体系振动，第1振型为绕转心。但的回转(见图6.0.7)，第2振型为绕转心。但的回转，通过建立110 运

15、动微分方程求得基组固有圆频率时1、响和基础顶面控制点B的竖向、水平向线位移幅值。值得提出的是z基组存在两个方向的搞合振动，机器的水平扰力Px向转心。+1、。但平移和机器竖向扰力P，沿x向的偏心组成卢的总扰力矩M+l、M+2激发了基组z向水平、绕y抽回转榈合振动;机器的回转力短MB和坚向扰力沿y向的偏心组成的扰力短MB1、M62激发了基组y向水平、绕z轴回转搞合振动。两个方向的藕合振动计算公式在形式上完全相同，但是所有参数，包括地基参数、基组转动惯量、基组固有圆频率、转动中心至基组重心的距离等均要根据基组两个方向尺寸分别计算。在基组动力计算时，正确确定地基方案，选择地基参数，确定基础尺寸和埋深是

16、十分重要的，有时可能要用计算机进行反复计算，使基组振动固有圆频率尽量远离扰频，使计算位移幅值尽量减6.0.9 基础顶面控制点的总位移峰值A取一、二阶扰力(矩)作用下的总线位移的平方和的平方根，此迭加公式比各线位移分量绝对值之和更接近实际。因为各阶扰力、各类扰力均存在相位差，计算出来的位移也存在相位差，由于地基阻尼比不易计算准确，因而计算各分量的矢量和就很困难。本规定采用的迭加公式比较简单又比较符合实际。设计时应分别x，y、z三个方为进行位移或速度幅值的迭加。工程设计中由于动力计算工作量较大，如果采用手算，可选主要扰力(短作用下的振动计算。如单列立式机器，竖向振动是主要计算内容p多列立式机器除竖

17、向振动外，回转力矩产生的y向水平、绕z铀回转桐合振动也不容忽视z卧式机器当以水平扰力为主时，X向水平、绕y轴回转精合振动是主要振动型式，而对称平衡型机器内水平分扰力相互抵消，扭转力矩产生的振动就是主要振型了。L型机器动力计算比较复杂，竖向扰力作用于基组重心的111 竖向振动，竖向扰力偏心及水平扰力作用下两个方向的榈合振动同时存在，有时均不可忽视。对于天然地基上的基础，rl，r2取0.7、0.85，是因为接本规定计算地基动力参数时，未考虑土的参振质量，致使C.偏小，位移幅值偏大，此处予以修正。rhr为rl，r2除以fi而得。6.0.10 工程设计中经常遇到中、小型压缩机，根据实践经验和综合分析，

18、得出不做动力计算的界限，以便于设计人员使用。小型压缩机一般为立式、L型、W型，转速较高，机器和基础较小，扰力也较小(80kW以下的机器扰力一般小于10kN)，一般情况下，采用机器制造厂提供的基础尺寸均能满足振幅要求。但立式压缩机底座尺寸偏小，转速偏高，设计时应把基础底板放大，减小振动。本规定提出基础质量和底面静压力的要求，一方面保证基础的稳定，另一方面控制底板面积，当机器转速较高，地基刚度较低时，后一条要求对于避开共振尤为必要。对称平衡型机器一般由两列、四列或六列气缸组成，水平扰力相互抵消，一般以一阶扭矩为主且转速相对较低(般n1. 3Cn.1或1.3nz时，基础联合后自频提高后可能靠近或落入共振区，有可能达不到减小振幅的目的。115 页任统辑主主改;旦旦中华人民共和闵行业标i!活塞式压缩机基础设计规定HG 205543 食编辑化工部工w述设标准编辑，jl心北京利于rru仁f元化J:大院3t楼)邮编100013 印刷河北省沧州市人民印刷广1994年10月2在)版