动力设备的基础设计综述

徐先强

【摘要】在冶金行业中，动力设备处于核心地位，对冶金的效率和质量具有重要的影响。冶金行业动力设备的类型比较丰富，在使用的过程中都会产生比较大的振动，会给设备的使用安全带来不良的影响。笔者致力于冶金动力设备设计数十年，本文在动力设备基础设计流程的基础上，从动力设备的扰力类型、频率的计算和固有频率的调整等方面对动力设备的基础设计进行了分析，以期为同行产生一定的借鉴意义。

【关键词】动力设备；基础设计；流程；关键点

动力设备以安装工艺为标准可以分为两种，分别是：基础地面动力设备与楼面结构动力设备。但是无论哪种设备在运行的过程中都会产生比较大的振动，会引发一系列的问题，比如：设备无法正常运行、墙体开裂、设备的地脚螺栓脱离地面、影响吊车运行等[1]。这一问题的解决措施就是使用科学的方法对动力设备的基础进行设计。笔者结合多年的工作经验，对动力设备的基础设计进行如下分析，以期为动力设备基础设计的完善产生一定的参考价值。

一.动力设备基础设计流程

第一，以样本与规范为基础对基础设备的外形进行确定；第二，以设备样本为基础对设备静力荷载分布、扰力大小、扰力方向和扰力频率进行明确；第三，对基组总重心的规范性与基础地面形心偏心距的规范性进行核实；第四，对基础的自振频率进行计算，尽量避免其在共振区工作，但是在实际的工作过程中，让其完全脱离共振区是不实际的，只能通过合理的计算让其尽量的远离共振区。第五，对基础振幅进行计算，对其范围的规范性进行检验。第六，对框架式基础和墙式基础，要对结构在动力作用下承受的能力进行计算，如不符合要求，要对其进行修改。

二.扰力类型分析

设备类型不同，扰力形式也不同。以设备扰力与水平面的关系进行划分，可以将其划分为四种类型，分别是：垂直往复振动、绕垂直轴扭转振动、水平往复振动、绕水平轴扭转振动[2]。如果设备结构比较复杂，上述扰力形式也会发生耦合现象，比如设备出现水平往复振动扰力，其偏心有可能就会发生水平扭转转动。在耦合作用下，各个方向上的扰力与频率及各个类型的扰力与频率会相应的增加，设备振动频率的分布范围会扩展，设计难度也会相应的增加。因此，在对动力设备进行基础设计时，要尽量避免耦合现象的出现。

三.频率计算

动力设备基础设计中对于频率的计算可以分为两种，其一是实测，其二是理论计算。在实际的设计过程，利用实测数据进行对比分析得出的结果的可靠性比较高。但是实际的设计过程中，对于频率计算的主要方法还是理论计算。随着计算机技术的发展和有限元的应用，计算速度与计算结果的精度都有了很大程度的提升，在很大程度上解决了动力设备基础设计中的计算问题。但是，频率的理论计算值与实测值往往会有很大的误差，其误差一般在20%左右，有的时候却可以达到35%[3]。为了有效的减小误差，在频率计算的时候要对计算参数的意义进行真正的理解，比如：当设备的扰力圆频率比基组竖向的固有频率小的时候，要尽量少考虑基础埋深与地面对基础刚度产生的影响；当设备的扰力圆频率比基组竖向的固有频率大的时候，要尽量充分考虑基础埋深与地面对基础刚度产生的影响。

四.固有频率调整

为了将动力设备的振动控制到最小，就要对其固有频率进行调整。一般情况下，动力设备的基础有三种形式，其一是大块式基础；其二是框架式基础；其三是墙式基础。但是不管动力设备的基础是那种类型，其固有频率的调整原理都一样，计算公式为：ω= = δ（公式一），即以动力设备的质量与刚度为基础，对其进行调整。

比如对于大块式基础的动力设备，对其固有频率的调整方法如下。由于大块式基础与理想的刚体比较接近，因此在计算的时候只对地基变形进行考虑即可，也就是将地基刚度等同于基组刚度。在对地基刚度进行计算的时候使用抗压刚度系数Cz进行计算，其物理意义技术地基表面的单位面积上出现均匀单位压陷时需要的力，其單位是KN/m3。由公式一计算可得基组的固有频率ω= ，其中s是基地的面积。由此可见，为了有效的避开共振区，如果扰频比较低，就要将ω适当的提高，此时，在对动力设备进行基础设计时，要将其底面积扩大，将埋深变浅；如果扰频比较高，就要将ω适当的降低，此时，在对动力设备进行基础设计时，要将其底面积缩小，将埋深变深。

一般情况下，压缩机基础在调频方面都具有一定的代表性，活塞式压缩机的转速一般在1000转/分钟以下，在此基础上，要想将基组的固有频率提高，就要将埋深减小。如果压缩机的转速在3000转/分钟以上，为了将基组的固有频率降低，就要将基地和相邻厂房的基础保持同水平。

结语

在实际的工作中，因动力基础设备振动过大引发的生产事故不在少数，因此，完善动力设备的基础设计，对维护生产安全具有重要的意义。动力设备的基础设计比较复杂，在计算的过程中会出现很多不确定因素，这些因素的处理比较复杂。为了基础设计的科学性，在计算取值的时候要留有一定的余地。在对动力设备的基础进行设计的时候，首先要对其扰力类型进行明确；其次要对通过理论联系实际的方式对频率进行计算；最后要结合实际的运行效果对固有频率进行调整。

参考文献

[1]陈宝贵.动力设备基础设计的几点体会[J].城市建设理论研究，2014，（15）：32-34.

[2]赵琳琳，宋向波，徐梁杰等.浅谈动力基础设计[J].城市建设理论研究（电子版），2012，（2）：21-23.

[3]王军.冶金工厂动力设备基础的振动问题探讨[J].重型机械，2011，（3）：69-71.