ПРОТИВОРЕЗОНАНСНАЯ БАЗА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2018 года по МПК E02D27/44 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в энергетике, металлургии, химической, нефтехимической, нефтяной и газовой промышленности для монтажа динамического оборудования (насосных, компрессорных установок, вентиляторов, экструдеров и т.п.) на фундаментах.

Качественное соединение опорной части динамического оборудования с фундаментом уменьшает вибрационную активность такого оборудования. Опорная часть оборудования и фундамент должны быть единым элементом системы основания оборудования. В идеале, вибрация оборудования должна быть передана через опорную часть на фундамент и вниз на грунт. При использовании в качестве опорной части оборудования сварных и штампованных металлических рам из плоского (лист, полоса) или фасонного (угловой прокат, швеллер, балка двутавровая) проката, или тонкостенных литых рам, которые характеризуются дешевизной и простотой конструкции, возможно совпадение собственных частот колебания деталей, узлов оборудования с собственной частотой колебания рамы, что приводит к резонансу, а следовательно, к повышенной вибрации и интенсивному износу деталей и узлов оборудования и, в последствии, к разрушению оборудования.

Требования к подготовке и производству работ по установке технологического оборудования в проектное положение на фундаментах изложены в ведомственных строительных нормах ВСН 361-85 «Установка технологического оборудования на фундаментах» (Минмонтажспецстрой СССР, Центральное бюро научно-технической информации, Москва, 1986).

Однако выполнение этих требований не гарантирует исключения негативного влияния металлических рам из плоского или фасонного проката или тонкостенных литых рам на эксплуатацию оборудования, т.к. в ВСН отсутствуют технические решения, позволяющие гарантированно обеспечить передачу вибрации от работающего динамического оборудования через раму из плоского или фасонного проката или тонкостенную литую раму на основание (фундамент).

Известна конструкция фундаментной плиты (патент РФ 2261956 МПК⁷ E02D 27/44, опубл. 10.10.2005), предназначенной для установки под турбогенератор. В этой плите между опорной частью и фундаментом размещена демпфирующая плита, включающая арматуру в виде вертикальных стержней, на которую насажен пенопласт, залитый бетонным раствором. Стержни соединены между собой в горизонтальной плоскости проволокой, размещенной, по крайней мере, на двух уровнях в вертикальной плоскости демпфирующей плиты. Вертикальные стержни проходят через опорную часть, входят в основание статора и в фундамент.

Изобретение направлено на устранение разрушительных нагрузок от вибрации оборудования на конструкции здания. Однако данное изобретение лишь частично ликвидирует передачу разрушительной энергии при работе оборудования на элементы конструкции здания для сохранения их целостности, но не исключает появление резонансных явлений.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленному решению является конструкция установки плиты основания насоса, описанная в статье «Влияние фундамента и плиты основания насоса на срок жизни и межремонтный интервал насосного агрегата» (www.fluidbusiness.ru/usefull/articles/plity-osnovaniya).

Конструкция представляет собой предварительно залитую, как правило, эпоксидным раствором раму насоса, которая становится полностью плоской плитой основания. Плита основания устанавливается на правильно подготовленную верхнюю часть бетонного фундамента и соединяется с фундаментом эпоксидным раствором.

Недостатками данной конструкции является сложная технология заливки рамы с применением специальных составов, специальная подготовка поверхностей перед соединением плиты с фундаментом, высокая стоимость работ и материалов, негарантированный положительный результат в случае воздействия факторов, например, таких как вибрация, от рядом стоящего оборудования, производственные газы и пыли, атмосферные условия, полевые условия.

Задачей предлагаемого изобретения является исключение явления резонанса и, как следствие, увеличение ресурса и возможность длительной эксплуатации динамического оборудования.

Технический результат выражается в обеспечении гарантированной передачи вибрации от оборудования через опорную часть оборудования на фундамент.

Заявленный технический результат достигается конструкцией противорезонансной базы под оборудование, включающей опорную часть оборудования, противорезонансный слой и фундамент. Предложены два варианта выполнения опорной части оборудования, которые поясняются чертежами (фиг. 1 и фиг. 2), на которых обозначены: 1 - металлическая рама, 2 - связующий раствор, 3 - арматурная сетка, 4 - вертикальные стержни, 5 - фундамент, 6 - анкерные болты, 7 - сплошные опорные пластины, 8 - опоры оборудования, 9 - анкерные колодцы.

В первом случае (фиг. 1) в предложенной противорезонансной базе опорная часть оборудования представляет собой металлическую раму (1) из плоского или фасонного проката или тонкостенную литую раму. Противорезонансный слой представляет собой залитую связующим раствором (2) горизонтально расположенную арматурную сетку (3), прикрепленную к металлической раме (1) и к вертикальным стержням (4). Противорезонансный слой соединен с фундаментом (5) вертикальными стержнями (4).

Арматурная сетка (3) расположена на каждом уровне опорной части оборудования - металлической рамы (1) в один или несколько слоев, при этом первый слой арматурной сетки (3) расположен между опорной частью оборудования -металлической рамой (1) и фундаментом (5). Арматурная сетка (3) прикреплена к металлической раме (1) сварным или резьбовым соединением. Через противорезонансный слой вертикально с определенным шагом, зависящим от размера и мощности установленного оборудования, проходят вертикальные стержни (4), которые соединяют противорезонансный слой с фундаментом (5). Вертикальные стержни (4) соединены с арматурной сеткой (3) методом сварки или вязки. Связующий раствор (2) заливают до верхней точки каждого уровня опорной части оборудования - металлической рамы (1).

Во втором случае (фиг. 2) в предложенной противорезонансной базе опорная часть оборудования выполнена в виде анкерных болтов (6), закрепленных со сплошными опорными пластинами (7), установленными под каждыми парными в осевом направлении опорами оборудования (8). Противорезонансный слой состоит из горизонтально расположенной арматурной сетки (3), залитой связующим раствором (2). Через противорезонансный слой вертикально проходят вертикальные стержни (4), которые соединяют противорезонансный слой с фундаментом (5). Вертикальные стержни (4) соединены с арматурной сеткой (3) методом сварки или вязки. Анкерные болты (6) вертикально проходят через противорезонансный слой и закрепляются в фундаменте (5) в анкерных колодцах (9). Связующий раствор (2) залит до уровня середины сплошных опорных пластин (7).

Новым в заявляемом изобретении является то, что в первом случае образуем противорезонансную базу из существующей опорной части оборудования - металлической рамы (1) из плоского или фасонного проката или тонкостенной литой рамы и арматурных сеток (3), залитых связующим раствором (2), гарантированно соединенных с существующей опорной частью - металлической рамой (1) методом сварки или резьбовым соединением и гарантированно соединенных с фундаментом (5) вертикальными стержнями (4). Во втором случае, как правило, ликвидируем существующую металлическую раму и взамен образуем противорезонансную базу из анкерных болтов (6), закрепленных со сплошными опорными пластинами (7), и арматурных сеток (3), залитых связующим раствором (2), гарантированно соединенных с существующим фундаментом (5) вертикальными стержнями (4). Опирание и крепление оборудования на противорезонансную базу происходит через сплошные опорные пластины (7) и анкерные болты (6) в анкерных колодцах (9), залитые связующим раствором (2) совместно с арматурными сетками (3).

Сущность изобретения поясняется следующими примерами исполнения.

Пример 1 (без применения заявленной противорезонансной базы)

Установка турбокомпрессорная ТГ-300 установлена на сварной металлической раме, состоящей из двух уровней. На первом уровне рамы установлен газовый турбокомпрессор установки турбокомпрессорной ТГ-300. Первый уровень рамы выполнен из стальных двутавров, соединенных между собой по контуру прилегания элементов методом сварки. На втором уровне рамы установлен электродвигатель установки турбокомпрессорной ТГ-300. Второй уровень рамы выполнен из стальных швеллеров, соединенных между собой по контуру прилегания элементов методом сварки. Первый и второй уровни рамы соединены между собой по контуру прилегания элементов методом сварки. Опоры турбокомпрессора и электродвигателя установки турбокомпрессорной ТГ-300 прикреплены к раме болтовым соединением. Рама установлена на железобетонном фундаменте с зазором между верхом фундамента и низом рамы. Рама прикреплена к фундаменту при помощи анкерных болтов. В зазор между рамой и фундаментом произведена подливка связующего раствора - бетона - по всей площади фундамента.

Согласно ГОСТ ИСО-10816-3 «Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях» установка турбокомпрессорная ТГ-300 относится к 1 группе. Допустимое значение среднеквадратической виброскорости для длительной эксплуатации оборудования равно 4,5 мм/с. Аварийное значение уровня среднеквадратической виброскорости равно 7,1 мм/с. При эксплуатации среднеквадратическая виброскорость повысилась до максимального значения, равного 21 мм/с.

Пример 2 (по заявляемому способу)

Установка турбокомпрессорная ТГ-300 установлена на существующей (по примеру 1) сварной металлической раме, состоящей из двух уровней. На первом уровне рамы установлен газовый турбокомпрессор установки турбокомпрессорной ТГ-300. Первый уровень рамы выполнен из стальных двутавров, соединенных между собой по контуру прилегания элементов методом сварки. На втором уровне рамы установлен электродвигатель установки турбокомпрессорной ТГ-300. Второй уровень рамы выполнен из стальных швеллеров, соединенных между собой по контуру прилегания элементов методом сварки. Первый и второй уровни рамы соединены между собой по контуру прилегания элементов методом сварки. Опоры турбокомпрессора и электродвигателя установки турбокомпрессорной ТГ-300 прикреплены к раме болтовым соединением. Рама установлена на существующем (по примеру 1) железобетонном фундаменте с зазором между верхом фундамента и низом рамы. В зазор между низом рамы и верхом фундамента горизонтально установлена арматурная сетка. Внутрь первого уровня рамы, выполненного из стальных двутавров, установлена арматурная сетка в один слой и прикреплена к стальным двутаврам первого уровня рамы методом сварки. Внутрь второго уровня сварной рамы, выполненной из стальных швеллеров, установлены два слоя арматурной сетки и прикреплены к стальным швеллерам второго уровня рамы методом сварки. В существующем фундаменте, с шагом 200 мм × 200 мм, установлены вертикальные стальные стержни по всей площади фундамента. Вертикальные стальные стержни выступают выше верхнего уровня существующего фундамента. Вертикальные стальные стержни соединены методом сварки со всеми слоями арматурной сетки. Произведена заливка связующим раствором (бетоном) по площади существующего фундамента и на высоту до верхней точки каждого уровня рамы.

Согласно ГОСТ ИСО-10816-3 «Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях» установка турбокомпрессорная ТГ-300 относится к 1 группе. Допустимое значение среднеквадратической виброскорости для длительной эксплуатации оборудования равно 4,5 мм/с. Аварийное значение уровня среднеквадратической виброскорости равно 7,1 мм/с. После внедрения противорезонансной базы на установке турбокомпрессорной ТГ-300 максимальное значение среднеквадратической виброскорости составило 2,5 мм/с.

Пример 3 (без применения заявленной противорезонансной базы)

Насосный агрегат Д1250 установлен на сварной металлической раме, состоящей из двух уровней. Насос насосного агрегата Д1250 установлен на первом уровне сварной рамы. Первый уровень рамы выполнен из стальных двутавров и листового проката, соединенных между собой по контуру прилегания элементов методом сварки. Электродвигатель насосного агрегата Д1250 установлен на втором уровне сварной рамы. Второй уровень рамы выполнен из стальных швеллеров и листового проката, соединенных между собой по контуру прилегания элементов методом сварки. Первый и второй уровни рамы соединены между собой по контуру прилегания элементов методом сварки. Опоры насоса и электродвигателя прикреплены к раме болтовым соединением. Рама установлена на железобетонном фундаменте с зазором между верхом фундамента и низом рамы. Рама прикреплена к фундаменту при помощи анкерных болтов. В зазор между рамой и фундаментом произведена подливка связующего раствора - бетона по всей площади фундамента.

Согласно ГОСТ ИСО-10816-3 «Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях» насосный агрегат Д1250 относится к 1 группе. Допустимое значение среднеквадратической виброскорости для длительной эксплуатации оборудования равно 4,5 мм/с. Аварийное значение уровня среднеквадратической виброскорости равно 7,1 мм/с. При эксплуатации среднеквадратическая виброскорость повысилась до максимального значения, равного 16 мм/с.

Пример 4 (по заявляемому способу)

Насос и электродвигатель насосного агрегата Д1250 установлены на опорные пластины. Опорные пластины располагаются под каждыми парными в осевом направлении опорами насоса насосного агрегата Д1250. Опорные пластины располагаются под каждыми парными в осевом направлении опорами электродвигателя насосного агрегата Д1250. В пространство, между верхом существующего (по примеру 3) фундамента и низом опорных пластин, установлены два слоя горизонтальных сеток. В существующем фундаменте, с шагом 200 мм × 200 мм, установлены вертикальные стальные стержни по всей площади фундамента. Вертикальные стальные стержни выступают выше верхнего слоя горизонтальной сетки. Вертикальные стальные стержни соединены методом сварки с двумя слоями горизонтальных сеток, находящихся в пространстве, между верхом существующего фундамента и низом опорных пластин. В существующем фундаменте вертикально выполнены анкерные колодцы под каждой опорой насоса и опорой электродвигателя. Через опоры насоса и электродвигателя и через опорные пластины установлены анкерные болты, попадающие в анкерные колодцы. Произведена заливка связующим раствором - бетоном - по площади существующего фундамента и на высоту до уровня середины опорных пластин. Каждый анкерный болт, опорная пластина, опора насоса и электродвигателя соединены между собой резьбовым соединением при помощи гайки.

Согласно ГОСТ ИСО-10816-3 «Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях» насосный агрегат Д1250 относится к 1 группе. Допустимое значение среднеквадратической виброскорости для длительной эксплуатации оборудования равно 4,5 мм/с. Аварийное значение уровня среднеквадратической виброскорости равно 7,1 мм/с.После внедрения противорезонансной базы на насосном агрегате Д1250 максимальное значение среднеквадратической виброскорости составило 2,1 мм/с.

Использование такой противорезонансной базы под динамическое оборудование позволяет обеспечить гарантированную передачу вибрации от оборудования через раму на фундамент. Реализация технического решения не представляет большой сложности, т.к. применяются широко распространенные способы производства строительных и монтажных работ, а также распространенные материалы, имеющие низкую стоимость. Использование предлагаемого изобретения позволяет отказаться от применения дорогостоящих в изготовлении литых или сварных металлических рам, требующих высококвалифицированного расчета; повышается межремонтный ресурс динамического оборудования. В обоснованных случаях допускается эксплуатация динамического оборудования, находившегося в резонансе до применения противорезонансной базы. Повышается качество центровки динамического оборудования из-за отсутствия прогибов основания. При изготовлении противорезонансной базы возможно сохранение существующего фундамента или части существующего фундамента, при соответствующей прочности бетона; также возможно сохранение существующей опорной части - металлической рамы.

В результате использования такой противорезонансной базы обеспечивается повышение надежности и, как следствие, увеличение ресурса эксплуатации динамического оборудования.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в энергетике, металлургии, химической, нефтехимической, нефтяной и газовой промышленности для монтажа динамического оборудования (насосных и компрессорных установок, вентиляторов, экструдеров и т.п.) на фундаментах. Противорезонансная база под оборудование включает опорную часть оборудования, противорезонансный слой и фундамент. Противорезонансный слой соединен с фундаментом вертикальными стержнями и представляет собой залитую связующим раствором горизонтально расположенную арматурную сетку, прикрепленную к опорной части и к вертикальным стержням, опорная часть представляет собой металлическую раму. Технический результат состоит в обеспечении гарантированной передачи вибрации от оборудования через опорную часть оборудования на фундамент, увеличении ресурса и возможности длительной эксплуатации динамического оборудования. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 пр., 2 ил.

1. Противорезонансная база под оборудование, включающая опорную часть оборудования, противорезонансный слой и фундамент, отличающаяся тем, что противорезонансный слой соединен с фундаментом вертикальными стержнями и представляет собой залитую связующим раствором горизонтально расположенную арматурную сетку, прикрепленную к опорной части и к вертикальным стержням, опорная часть представляет собой металлическую раму.

2. Противорезонансная база по п. 1, отличающаяся тем, что металлическая рама представляет собой раму из плоского или фасонного проката или тонкостенную литую раму.

3. Противорезонансная база по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что опорная часть выполнена одно- или многоуровневой.

4. Противорезонансная база по п. 1, отличающаяся тем, что арматурная сетка выполнена в один или несколько слоев.

5. Противорезонансная база по пп. 1-4, отличающаяся тем, что арматурная сетка прикреплена к опорной части методом сварки или резьбовым соединением.

6. Противорезонансная база по пп. 1 и 4, отличающаяся тем, что в противорезонансном слое арматурная сетка прикреплена к стержням методом сварки или вязки.

7. Противорезонансная база по пп. 1-6, отличающаяся тем, что арматурная сетка расположена на каждом уровне опорной части, при этом первый слой сетки расположен между опорной частью и фундаментом.

8. Противорезонансная база по пп. 1-7, отличающаяся тем, что связующий раствор залит до верхней точки каждого уровня опорной части.

9. Противорезонансная база под оборудование, включающая опорную часть оборудования, противорезонансный слой и фундамент, отличающаяся тем, что противорезонансный слой соединен с фундаментом вертикальными стержнями и представляет собой залитую связующим раствором горизонтально расположенную арматурную сетку, прикрепленную к стержням, опорная часть выполнена в виде анкерных болтов, закрепленных со сплошными опорными пластинами, установленными под каждыми парными опорами оборудования.

10. Противорезонансная база по п. 9, отличающаяся тем, что арматурная сетка выполнена в один или несколько слоев и в противорезонансном слое прикреплена к стержням методом сварки или вязки.

11. Противорезонансная база по п. 9, отличающаяся тем, что анкерные болты вертикально проходят через противорезонансный слой и закреплены в фундаменте в анкерных колодцах.

12. Противорезонансная база по пп. 9-11, отличающаяся тем, что связующий раствор залит до уровня середины сплошных опорных пластин.