论空调泵组安装过程中的减振措施

刘晓东

（广东工程建设监理有限公司 广州510030）

0 研究背景

随着高层甚至超高建筑物的增多，空调泵组的扬程、流量和管道管径也随着增加，振动源势必增大，同时人们对绿色建筑的追求，对于日常居住环境有着更严格的要求。因此在空调泵组的安装过程中，设备及管道的减振至关重要。

水泵在运行的过程中产生震动，其原因为：①驱动水泵电机和泵壳辐射到周围的空气声；②水泵旋转部件的动转中心与质心存在偏心距，导致扰力的产生，扰力对水泵进行激励，产生振动。水泵振动通过管道和水泵基础以及管道的支、吊架，向建筑结构进行传递，经过建筑结构向外进行传递，致使建筑结构上的附着物，或者建筑结构振动且辐射噪声，也就是结构噪声［1-2］。

水泵组安装经常采用橡胶减震垫、弹簧减震器、减振浮台作为减振措施［3］。减振浮台是通过在建筑物的上部结构和基础之间放置弹簧减震器，从而隔离大地传播的振动。由于平台和水泵整体固定，大大提高了水泵惯性，减震降噪效果非常明显，尤其适用于高振低质量的一类设备［4］。减振浮台虽然成本较高，但减震效果是这几种之中最佳的［5］。

本文通过实例对减振浮台的减振效果进行研究，提出技术措施，为提高水泵的隔振效果提出解决方案。

1 工程背景

某大厦空调系统的冷却水泵（见图1）共3 台并联使用，冷却水泵主管管径为DN800，软接头管径为DN400，从机房至冷却塔的水盘水面高程是65 m，即非工况时系统的静水柱压力为6.5 kg/cm2，停泵时水泵进/出水管两侧压力又恢复平衡，均为6.5 kg/cm2。

图1 某大厦空调冷却水泵布置Fig.1 Layout of Air-conditioning Cooling Water Pump in a Building

2 原因分析

⑴空调水系统多以泵组的方式运行，在工况状态下，水泵的进出水管之间会形成克服水系阻力而保持系统运行的压差，这个压差会直接造成进、出水管2 个软接头的推力差，推力差的大小与管道口径尺寸的平方成正比，其作用的结果为在水泵启、停的瞬间引起浮台和立管的受力突变，并引发浮台和管道体系的晃动［6］。

⑵根据上述背景资料可知（见图2）：可根据水泵的技术参数和管道阻力计算出，启泵时水泵进/出水的压差为1.50 kg/cm2，即左侧进水管压力为5.75 kg/cm2、右侧出水管压力为7.25 kg/cm2，停泵时水泵进/出水两侧压力又恢复平衡，均为6.50 kg/cm2，根据帕斯卡的压强公式，可以算出工况时两侧软接头所产生的轴向推力为：

F静产生比较大的力，对泵组基础和管道都有较大的冲击，通常在计算减振浮台的减振弹簧时往往忽略了这个力。

图2 管道软接头受力情况Fig.2 Force of Pipe Soft Joints

⑶上述算出的受力数据表明：在启泵或停泵的变换过程中水泵减振浮台的两侧受力突变，造成浮台基础失去平衡，引起浮台连同水泵及泵立管的剧烈晃动。这种力量的突变也会作用到相邻的楼板结构上，也会引起楼板幅度较大的振动［7］。从上述计算轴向推力的公式可以看出，软接头轴向推力与管径的平方成正比，虽然低层建筑中工作压力不是很高，当随着超高层建筑越来越多，扬程和流量提高，使空调管径越来越大，软接头的轴向推力产生的震动足以危及楼板结构的安全［8］，因此大型水泵的减振设置需要首先考虑结构受力条件。

3 方案措施

3.1 水泵浮台的受力分析

水泵安装如图3 所示，可以见到水泵的工况受力是严重偏心的，轴向推力的权重比浮台和水泵的自重都要大得多，且浮台四角减震器受力严重不均衡，习惯性地认为水泵浮台都是四点均衡受力的，4 个减振器都选用同一型号，会削弱减震效果。因此水泵各个减振器必须经过受力分析、计算和选型［9］。

图3 水泵安装示意图Fig.3 Schematic Diagram of Water Pump Installation

3.2 设置连体式减振浮台

尽管水泵的隔振措施已从上、下2 个方向上的振动传递途径与振源隔离。但在水泵的启/停泵时，由于两侧压力的突变，会引起水泵及其管系的大幅晃动。从反力偶的角度来看：扩大浮台的承载面积、拉开减振弹簧之间的距离，在作用力无法改变的情况下，将单台设置减振浮台改为将水泵基础联合起来设置连体式减振浮台，从而扩大承载的力偶，提高力臂的作用权重，可提高水泵运行的稳定性，起到良好的减震效果。

3.3 设置减振管道支架

本案例考虑到每台水泵在系统充满水后会产生2 t左右的上举力，所以需在水泵的上方利用混凝土梁设置减振管道支架［10］。

3.4 设置拉索

考虑到3台水泵共6 t的软接头轴向推力，只需系统注满水，无需启泵此力便会产生，其上举力小于6 t（减除软接头上方的管道重量），下压的力量大于6 t（加上设备及基础的重量），结构的受力超过了设定的荷载，因此需要在减振浮台与泵头总管之间设置2 对拉索，以消化软接头轴向推力的影响。

3.5 减振器的受力计算及选型

⑴将浮台上的所有受力，按简支梁的方式分别将受力按力臂的关系分解到电机侧和进水侧，然后再分别进行累加，算出两侧的总受力。

⑵依据《水泵隔震技术规程：CECS 59∶94》［11］第4.4.3.4 条规定，减震平台重量为水泵机组重量的1.0～1.5 倍，且平台高度为长度的1/10～1/8；计算中需引入的一次数据包括：设备重量、水系统的高程、浮台重量试算数据、力臂数据，计算减振浮台的基本重量和尺寸，然后再根据软接头的轴向力情况进行校正。

⑶减振器的选型，通常要通过多次试算，因为减振器的承载力和静挠度数据随着规格的改变是级别式的变化，而力臂的改变随着尺寸的调整是可以连续变化的。因此可以通过对力臂的尺寸、减振器个数，减振器规格等参数进行调整，使两侧减振器在不同工况状态下的静挠度相差不至于过大。

3.6 减振浮台的构造设计及安装要点

⑴减振浮台的外形尺寸主要是考虑其配重的问题，要求达到设备重量的1.5～2.0倍，浮台的外框内填充混凝土后才达成最终的重量。因此把浮台做宽连体之后，外框所用的型钢可以减小从而节省钢材（见图4）。

图4 减振浮台Fig.4 damping Floating Table

⑵水泵的减振浮台要为进出水管的撑脚预留支撑位置，这是有效隔断振源的前提。

⑶水泵的减振必须在设备运行稳定的前提上进行。设置软接头的目的就是为了隔断振动的传递途径，但要注意的是不要让拉杆固定限制软接头的伸缩，只需留出伸缩余量加以约束即可［12］。

4 总结

本文通过分析空调泵组在运行状态中的启、停时软接头处产生的轴向力原因，并对其造成空调泵组和管道加剧振动部位进行论证。针对此轴向力造成的每部位采取的隔振措施：在单个减振浮台基础上，形成连体式减振浮台；在管道间、管道与设备间的隔振，采取设置减振管道支架的隔振技术；减振浮台与泵头总管之间设置两对拉索，以消化软接头轴向推力的影响。此减振浮台为水泵运行提供了一个稳定的缓冲平台，有效地抑制了因工况突变而引起的管系晃动，提高整个水系统的运行稳定性，提高设备的性能与价值，同时能很好地降低建筑物整体的噪声与振动的频率，减少周边的噪声污染，为周边居民营造一个舒适、健康的居住环境。建筑内的环境更为舒适。