論空調(diào)泵組安裝過程中的減振措施

劉曉東

（廣東工程建設監(jiān)理有限公司 廣州510030）

0 研究背景

隨著高層甚至超高建筑物的增多，空調(diào)泵組的揚程、流量和管道管徑也隨著增加，振動源勢必增大，同時人們對綠色建筑的追求，對于日常居住環(huán)境有著更嚴格的要求。因此在空調(diào)泵組的安裝過程中，設備及管道的減振至關重要。

水泵在運行的過程中產(chǎn)生震動，其原因為：①驅(qū)動水泵電機和泵殼輻射到周圍的空氣聲；②水泵旋轉(zhuǎn)部件的動轉(zhuǎn)中心與質(zhì)心存在偏心距，導致擾力的產(chǎn)生，擾力對水泵進行激勵，產(chǎn)生振動。水泵振動通過管道和水泵基礎以及管道的支、吊架，向建筑結(jié)構(gòu)進行傳遞，經(jīng)過建筑結(jié)構(gòu)向外進行傳遞，致使建筑結(jié)構(gòu)上的附著物，或者建筑結(jié)構(gòu)振動且輻射噪聲，也就是結(jié)構(gòu)噪聲［1-2］。

水泵組安裝經(jīng)常采用橡膠減震墊、彈簧減震器、減振浮臺作為減振措施［3］。減振浮臺是通過在建筑物的上部結(jié)構(gòu)和基礎之間放置彈簧減震器，從而隔離大地傳播的振動。由于平臺和水泵整體固定，大大提高了水泵慣性，減震降噪效果非常明顯，尤其適用于高振低質(zhì)量的一類設備［4］。減振浮臺雖然成本較高，但減震效果是這幾種之中最佳的［5］。

本文通過實例對減振浮臺的減振效果進行研究，提出技術措施，為提高水泵的隔振效果提出解決方案。

1 工程背景

某大廈空調(diào)系統(tǒng)的冷卻水泵（見圖1）共3 臺并聯(lián)使用，冷卻水泵主管管徑為DN800，軟接頭管徑為DN400，從機房至冷卻塔的水盤水面高程是65 m，即非工況時系統(tǒng)的靜水柱壓力為6.5 kg/cm2，停泵時水泵進/出水管兩側(cè)壓力又恢復平衡，均為6.5 kg/cm2。

圖1 某大廈空調(diào)冷卻水泵布置Fig.1 Layout of Air-conditioning Cooling Water Pump in a Building

2 原因分析

⑴空調(diào)水系統(tǒng)多以泵組的方式運行，在工況狀態(tài)下，水泵的進出水管之間會形成克服水系阻力而保持系統(tǒng)運行的壓差，這個壓差會直接造成進、出水管2 個軟接頭的推力差，推力差的大小與管道口徑尺寸的平方成正比，其作用的結(jié)果為在水泵啟、停的瞬間引起浮臺和立管的受力突變，并引發(fā)浮臺和管道體系的晃動［6］。

⑵根據(jù)上述背景資料可知（見圖2）：可根據(jù)水泵的技術參數(shù)和管道阻力計算出，啟泵時水泵進/出水的壓差為1.50 kg/cm2，即左側(cè)進水管壓力為5.75 kg/cm2、右側(cè)出水管壓力為7.25 kg/cm2，停泵時水泵進/出水兩側(cè)壓力又恢復平衡，均為6.50 kg/cm2，根據(jù)帕斯卡的壓強公式，可以算出工況時兩側(cè)軟接頭所產(chǎn)生的軸向推力為：

F靜產(chǎn)生比較大的力，對泵組基礎和管道都有較大的沖擊，通常在計算減振浮臺的減振彈簧時往往忽略了這個力。

圖2 管道軟接頭受力情況Fig.2 Force of Pipe Soft Joints

⑶上述算出的受力數(shù)據(jù)表明：在啟泵或停泵的變換過程中水泵減振浮臺的兩側(cè)受力突變，造成浮臺基礎失去平衡，引起浮臺連同水泵及泵立管的劇烈晃動。這種力量的突變也會作用到相鄰的樓板結(jié)構(gòu)上，也會引起樓板幅度較大的振動［7］。從上述計算軸向推力的公式可以看出，軟接頭軸向推力與管徑的平方成正比，雖然低層建筑中工作壓力不是很高，當隨著超高層建筑越來越多，揚程和流量提高，使空調(diào)管徑越來越大，軟接頭的軸向推力產(chǎn)生的震動足以危及樓板結(jié)構(gòu)的安全［8］，因此大型水泵的減振設置需要首先考慮結(jié)構(gòu)受力條件。

3 方案措施

3.1 水泵浮臺的受力分析

水泵安裝如圖3 所示，可以見到水泵的工況受力是嚴重偏心的，軸向推力的權重比浮臺和水泵的自重都要大得多，且浮臺四角減震器受力嚴重不均衡，習慣性地認為水泵浮臺都是四點均衡受力的，4 個減振器都選用同一型號，會削弱減震效果。因此水泵各個減振器必須經(jīng)過受力分析、計算和選型［9］。

圖3 水泵安裝示意圖Fig.3 Schematic Diagram of Water Pump Installation

3.2 設置連體式減振浮臺

盡管水泵的隔振措施已從上、下2 個方向上的振動傳遞途徑與振源隔離。但在水泵的啟/停泵時，由于兩側(cè)壓力的突變，會引起水泵及其管系的大幅晃動。從反力偶的角度來看：擴大浮臺的承載面積、拉開減振彈簧之間的距離，在作用力無法改變的情況下，將單臺設置減振浮臺改為將水泵基礎聯(lián)合起來設置連體式減振浮臺，從而擴大承載的力偶，提高力臂的作用權重，可提高水泵運行的穩(wěn)定性，起到良好的減震效果。

3.3 設置減振管道支架

本案例考慮到每臺水泵在系統(tǒng)充滿水后會產(chǎn)生2 t左右的上舉力，所以需在水泵的上方利用混凝土梁設置減振管道支架［10］。

3.4 設置拉索

考慮到3臺水泵共6 t的軟接頭軸向推力，只需系統(tǒng)注滿水，無需啟泵此力便會產(chǎn)生，其上舉力小于6 t（減除軟接頭上方的管道重量），下壓的力量大于6 t（加上設備及基礎的重量），結(jié)構(gòu)的受力超過了設定的荷載，因此需要在減振浮臺與泵頭總管之間設置2 對拉索，以消化軟接頭軸向推力的影響。

3.5 減振器的受力計算及選型

⑴將浮臺上的所有受力，按簡支梁的方式分別將受力按力臂的關系分解到電機側(cè)和進水側(cè)，然后再分別進行累加，算出兩側(cè)的總受力。

⑵依據(jù)《水泵隔震技術規(guī)程：CECS 59∶94》［11］第4.4.3.4 條規(guī)定，減震平臺重量為水泵機組重量的1.0～1.5 倍，且平臺高度為長度的1/10～1/8；計算中需引入的一次數(shù)據(jù)包括：設備重量、水系統(tǒng)的高程、浮臺重量試算數(shù)據(jù)、力臂數(shù)據(jù)，計算減振浮臺的基本重量和尺寸，然后再根據(jù)軟接頭的軸向力情況進行校正。

⑶減振器的選型，通常要通過多次試算，因為減振器的承載力和靜撓度數(shù)據(jù)隨著規(guī)格的改變是級別式的變化，而力臂的改變隨著尺寸的調(diào)整是可以連續(xù)變化的。因此可以通過對力臂的尺寸、減振器個數(shù)，減振器規(guī)格等參數(shù)進行調(diào)整，使兩側(cè)減振器在不同工況狀態(tài)下的靜撓度相差不至于過大。

3.6 減振浮臺的構(gòu)造設計及安裝要點

⑴減振浮臺的外形尺寸主要是考慮其配重的問題，要求達到設備重量的1.5～2.0倍，浮臺的外框內(nèi)填充混凝土后才達成最終的重量。因此把浮臺做寬連體之后，外框所用的型鋼可以減小從而節(jié)省鋼材（見圖4）。

圖4 減振浮臺Fig.4 damping Floating Table

⑵水泵的減振浮臺要為進出水管的撐腳預留支撐位置，這是有效隔斷振源的前提。

⑶水泵的減振必須在設備運行穩(wěn)定的前提上進行。設置軟接頭的目的就是為了隔斷振動的傳遞途徑，但要注意的是不要讓拉桿固定限制軟接頭的伸縮，只需留出伸縮余量加以約束即可［12］。

4 總結(jié)

本文通過分析空調(diào)泵組在運行狀態(tài)中的啟、停時軟接頭處產(chǎn)生的軸向力原因，并對其造成空調(diào)泵組和管道加劇振動部位進行論證。針對此軸向力造成的每部位采取的隔振措施：在單個減振浮臺基礎上，形成連體式減振浮臺；在管道間、管道與設備間的隔振，采取設置減振管道支架的隔振技術；減振浮臺與泵頭總管之間設置兩對拉索，以消化軟接頭軸向推力的影響。此減振浮臺為水泵運行提供了一個穩(wěn)定的緩沖平臺，有效地抑制了因工況突變而引起的管系晃動，提高整個水系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，提高設備的性能與價值，同時能很好地降低建筑物整體的噪聲與振動的頻率，減少周邊的噪聲污染，為周邊居民營造一個舒適、健康的居住環(huán)境。建筑內(nèi)的環(huán)境更為舒適。