Проектирование виброизоляции
Основные принципы виброизоляции
Основным методом защиты от вибрации является отделение источника вибрации (элементов технологического оборудования) от несущих конструкций (стен и перекрытий здания) с использованием систем виброизоляции. Конструкции защиты могут иметь различный тип, но, в основном, опираются на использование материалов, обладающих значительной эластичностью, либо пружин и подвесов, позволяющих защитить эксплуатируемые помещения здания от вибрации.
Выбор возможной системы виброизоляции должен опираться на выполненные ранее замеры уровней вибрации, выполненные на фундаментах и станинах агрегатов и элементах иного технологического оборудования. Основным параметром вибрации, помимо амплитудных значений виброускорений и виброскоростей, является определение основной частоты вибрационного воздействия. Именно знание главенствующей частоты позволяет осуществить проектирование эффективной системы виброизоляции. Обычно, каждый из элементов технологического оборудования имеет определенный диапазон допустимых рабочих характеристик, в пределах которых главная частота воздействия остается без изменений.
Важными факторами при выборе системы виброизоляции является первая собственная частота системы. Чем данный показатель ниже, тем более эффективностью будет обладать система виброизоляции. Как минимум, для достижения эффективной работы величина первой собственной частоты системы виброизоляции не должна превышать главную частоту воздействия. Но, чрезмерное уменьшение первой собственной частоты, как правило трудно достижимо на практике, так как во-первых приводит к слишком "мягким" системам, которые уже не могут обеспечивать приемлемые уровни восприятия статических нагрузок, то есть обладают чрезмерными осадками и деформациями, так и с экономической точки зрения, понижение первой собственной частоты системы может привести к чрезмерным затратам. Поэтому проектирование виброзащиты — это процесс поиска оптимального решения, обладающего достаточной, но не чрезмерной эффективностью, позволяющего осуществлять последующую эксплуатацию оборудования и помещений здания без значительного изменения технологического процесса.
Материалы для виброизоляции
В конструкциях, используемых для защиты от вибрации, в качестве материалов могут использоваться различные резиновые смеси, сталь, вспененный полиуретан. Окончательно выбор материала, применяемого при защите от вибраций, определяется тем, какого рода система виброизоляции будет запроектирована.
Синтетическая резина, обладает уникальным набором свойств, позволяющим использовать изготовленные из нее виброизоляторы в широком диапазоне частот воздействий и веса элементов оборудования. Основным из этих свойств является: эластичность, возможность без разрушения воспринимать значительные деформации, малая склонность к старению, даже в условиях работы под нагрузкой, устойчивость к коррозии. Резина являлась и является наиболее употребляемым материалом при виброзащите, обладая широким диапазоном рабочих частот.
До недавнего времени использование вспененного полиуретана в системах виброизоляции несколько сдерживалось отсутствием необходимых производственных мощностей, но сейчас--этот материал стал широко востребован, так как позволяет разрабатывать удобные с точки зрения монтажа системы виброзащиты, без внесения существенных изменений в схему опирания отдельных элементов оборудования.
Стальные пружины находят свое применение при осуществлении виброизоляции отдельных элементов низкочастотного оборудования, где, помимо самих пружин дополнительно используются вязкие демпферы-успокоители колебаний, в качестве рабочего тела в которых может выступать масло, либо иная жидкость, обладающая свойством достаточной вязкости. Наибольшей эффективностью на низких частотах, обладают пружинные подвесы, собственная частота таких систем может достигать 1-2 Гц.
Проектирование виброзащиты
В начале проектирования виброизоляции прежде всего необходимо определиться с типом виброгасящих элементов, которые позволяют компенсировать вибрационное воздействие на главной, характерной для данных элементов оборудования, частоте.
Для наиболее характерных частот воздействия, наблюдающегося при работе технологического оборудования 16-350 Гц с хорошей стороны, как с точки зрения эффективности, так и экономической целесообразности зарекомендовали системы виброизоляции, основанные на применении резиновых, резинометаллических виброизоляторов и полиуретановых матов. Конструктивные формы виброизоляторов , а также методы укладки полиуретановых матов весьма различны и позволяют виброизолировать технологическое оборудование, рабочий диапазон частот которого весьма широк и обладающего различной массой.
При главной частоте воздействия 3-4 Гц выбор в качестве основного элемента виброизоляции полиуретановых матов, либо резиновых виброизоляторов представляется не лучшим выбором. Для столь малых частот в наибольшей степени подойдет система, основанная на применении пружин, либо пружинных сборок, а также комбинированные системы, включающие в себя пружины (как упругий элемент) и внутреннюю демпфирующую вставку, выполненную из полиуретанового мата. Возможным также является и использование комбинированных систем, включающих в себя упругие пружинные виброизоляторы и специально изготавливаемые демпферы. Такие системы, обладают повышенной эффективностью в низком диапазоне частот, однако конструктивно сложны, дороги и, кроме того, требуют весьма значительного места для своего размещения.
Резиновые, резинометаллические виброизоляторы и полиуретановые эластомеры обладают существенным преимуществом по сравнению с системами, основанными на применении пневматических виброизоляторов и пружинных сборок с масляными демпферами, так как не требуют периодического обслуживания на протяжении всего жизненного срока эксплуатации технологического оборудования. Согласно данным поставщиков виброизоляторов данных типов, срок безаварийной эксплуатации резиновых виброизоляторов может достигать 70-100 лет, для полиуретановых матов, данные сроки несколько ниже, но также сопоставимы.
Следует отметить, что рабочий диапазон частот, в котором успешно функционирует защита от вибрации, основанная на резиновых виброизоляторах и полиуретановых матах значительно шире, по сравнению с системой защиты, основанной на пружинах. Это еще одно неоспоримое преимущество эластомерных и полиуретановых виброизоляторов по сравнению с пружинными сборками, которые, к тому же, занимают значительное место.
Виброизоляторы возможно размещать как под элементами рам вибрирующего оборудования, под его отдельно стоящими фундаментами, так и в виде "плавающего пола", то есть виде слоя вибродемпфирующего материала, размещаемого под конструкцией распределительной плиты, на которой могут быть размещены целые кластеры технологического оборудования. При проектировании "плавающего пола" важным является учет веса конструкций распределительной плиты, веса оборудования и его фактического места на плане здания.
Ошибки проектировщиков при производстве проектных работ при проектировании виброзащитных конструкций фундаментов технологического оборудования приводят к тому, что жилые и производственные здания могут обладать рядом помещений, в которых превышены вибрации на рабочем месте, местах временного и постоянного проживания людей. Это обстоятельство приводит к необходимости производства дополнительных работ по виброизоляции оборудования. Важное значение для эффективности виброизоляции имеет качество производства строительно-монтажных работ. При производстве работ по устройству "плавающих полов", установке виброизоляции следует внимательно следить за отсутствием замыканий виброизолированных частей здания и источником вибрации. Даже незначительные, на первый взгляд, замыкания, например, примыкающая к конструкциям фундаментов источника вибрации покрытие пола, может значительно снизить защиту.
Таким образом, проектирование виброзащиты должно включать в себя ряд взаимосвязанных этапов: определение характера динамического воздействия путем замеров, выбор подходящего типа системы виброизоляции (виброизоляторы, полиуретановые маты, пружины и демпферы) и подбор оптимальных параметров виброзащитных элементов уже в рамках выбранного типа виброзащитной системы.
