探讨改进端吸式空调水泵的减振措施

赵成显

（江苏省工业设备安装集团有限公司 江苏南京 210000）

探讨改进端吸式空调水泵的减振措施

赵成显

（江苏省工业设备安装集团有限公司 江苏南京 210000）

我公司近年来以机电总承包的身份承接不少高端民用项目，在2005年承接的上海的12万m2的五星级港资项目酒店中，我们严格按酒店减振消声技术规范的要求安装了空调循环泵的减振系统，但在系统进水及水泵循环后不久，出现减振弹簧倾斜，泵进出口处软接头受不明外力影响变形的现象。酒店管理方按他们在其他酒店的管理经验，让我们对水泵采取了限位措施，对软接头采取了拉杆处理。虽然保证了运行安全，但减振效果受到了影响。我们决心找到真正的原因，公司让我支持这项工作，希望能从根本上解决这个问题。经过一年多的查阅资料、认真分析和模拟试验，我们从理论上制定了一套做法。从2008年的上海香港名都城大性商业项目开始，在征得业主同意下，将我们的这一解决方案用于实际工程检验，取得的非常好的效果，业主也很满意。2010年之后，经过进一步改进，我们又在多个香格里拉酒店工地上取得了成功，愿将这一经验方法与大家共同探讨一下。

空调水泵；减振；措施

前言

大体量高档次的建筑的空调水系统中的循环水泵在工作过程中通常具有以下特点：流量大、扬程高、工作压力高、需要长期运行。因而从设计时就需要考虑减振降噪措施，通常是采用国家标准图集做法，或者按设计手册推荐做法，例如振动及减振计算方法在《实用通风空调设计手册》中有详细描述：根据水泵转速而确定干扰频率、根据水泵动载荷确定惯性块重量、根据总重量及弹簧数量而确定弹簧的受力等，但本计算过程没有考虑管道系统因存在内部压强而在两软接头处各自会产生一对方向相反、大小相等的力，这两对对力对外部受力分析是有很大影响的。并且在17.9.2节的案例中假定了隔振系统各受力点的弹簧受力是均匀的。但在我单位多年的实际工程后期调试中发现这部分力是不容忽视的，而且因为这对力的存在各弹簧的受力是不均匀的、软接头会因此被向两侧拉伸、弹簧的受力除考虑水泵及惯性块重量还需要考虑这两对力的影响。

1 图集通常推荐的水泵减振方式

图1

如图1，无论水泵运行还是停止，只要系统内充满了水，系统就存在内部的压强，压强是无方向的，但碰到有安装方向的进出口软接头，就会在每个软接头处产生一对大小相等方向相反的力，理论上力的大小为（忽略软接头本身因变形产生的力）：

式中：F——受力大小，N；

P——系统运行时的内压强，Pa；

A——受力方向上的投影面积，m2。

但是系统运行和停止时其进出口的压力会不同：运行时满足出口压力减入口压力等于水泵扬程，停止时进出口压力相等，系统放空时就没有力。选减振弹簧时一定要按设计的运行状态去计算。

水平部分：假定运行时水泵吸入口压力为6kg/cm2的系统，水泵吸入口口径为DN250，则存在一对水平的力分别作用在水泵和立管支架上，估算大小为：

这对力可能造成的后果是：

（1）水泵整体向后移位，减振弹簧倾斜；

（2）立管向外倾斜，法兰接口或焊缝受损毁；

（3）水平软节头受力，极可能被拉坏造成事故。

竖直部分：假定水泵扬程为40m，出口口径为DN200，则：

这个力会加载到弹簧上，并且在出口的反方向位置向下施压，忽略了这个向下的压力则可能使得选定的弹簧过小而被压死，达不到减振效果，即使弹簧不被压死，各弹簧的受力也变得相当不均匀，水泵台座会整体倾斜，同样会对软接头造成损伤。

2 改进措施

有的工程上在出现了问题后被动地将水泵惰性块后侧加了限位措施以防止水泵整体偏移，也有经历了爆管事故后的将水平的软节头两侧法兰用丝杆拉住限位的，这两种做法解决了安全问题后却都影响减振效果。如何化解？个人认为应该将这对水平力改为竖直方向的垂直力并使用弹簧力将它抵消掉是最好的解决方案，当然弹簧规格会增大不少。为达这一目标必须改变水泵吸入口的软接头的安装位置，建议如图2。

这种安装方式使得水泵水平方向不受力，水泵不会位移，减振弹簧也不会倾斜，减振效果好。

3 通过刚才的受力分析可知各弹簧的受力不一定是相同的。

定性分析，考虑了系统内部压力后，水泵前端有两对因软接头而产生的向下的力（不是重量），弹簧受力远远大于水泵后侧电机下面的弹簧。定量分析，必须经过计算才能确定各受力点大小，选择合适的弹簧，实现预想的减振效果。

弹簧承受的力量有以下几部分：水泵重量、入口推力、出口推力、惰性块重量，见图3。

理论上只要满足力平衡和力矩平衡就能很快计算出弹簧受力大小了，但实际计算中涉及的未知变量很多，需要合理的分析系统情况并做科学的假设以求减少未知变量（通常假设前两组弹簧受力相同），最终计算出各个弹簧的安装位置、受力大小、预压缩量（mm），然后绘制出惰性块的配合尺寸。

关于惰性块，其重量建议取水泵运行重量的2～3倍为好，根据水泵的运行重量及其附件重量确定水泵惰性块的重量、外形尺寸、准备安装弹簧的位置；根据水泵进出口压力及口径计算出受力，并假定中间弹簧的受力是与入口侧弹簧相等的，以此可以确定中间弹簧的安装位置，同时计算出电机下侧的弹簧受力大小；表1为根据静态力平衡及力矩平衡公式制作的简易计算表格，表格内要内嵌力平衡、力矩平衡公式的。

图2

图3

4 合理选择弹簧是另外一个重要程序

计算中我们是假定系统在运行状态，这种状态意味着系统内不但充满了水而且是处于设计的循环运行状态，然而，弹簧在安装过程及将来放水检修过程、停机状态时都有不同的受力情况，这些受力必然造成弹簧的压缩量发生较大变化，则存在一个减振体上下位移幅度较大的问题，这些位移会施加到橡胶软接头上，可能造成它被过拉或过压情况，并可能被损毁。因此必须采取限位措施，即选用预压弹簧来抵消在非设计状态下可能出现的问题。选用预压缩弹簧可以直接将减振弹簧限定在运行状态范围内，预压缩量的计算见表2，当然，表格内是要嵌入厂家的技术数据、计算公式后才能实现人工参与的半自动计算。

计算的压缩量小于3mm的则不需要预压，大于3mm的则采取预压措施，预压量为计算的压缩量减去3mm。计算过程也可以计算出整个隔振系统的隔振效率，通常要求大于95%，一般对1450rpm的泵效率会到97%以上，2900rpm的隔振效率更高了，基本能到99%。

预压弹簧的结构形式见图4。

图4

国内很多厂家都有类似的产品，我们在多个工程用下来，效果都很好。

某香格里拉酒店工程中的安装实例，见图5。

图5

5 结束语

我公司已申请了这项做法的专利，专利号ZL 2012 2 0472021.X，专利名：卧式离心泵布置结构，这项专利还应用到我公司的省级工法“空调水系统深化设计与施工一体化施工工法”，已在多个项目上使用，取得良好的效果。

TB535

A

1673-0038（2015）48-0200-02

图6 专利图片

收稿日期：2015-11-12

表1

表2