專利名稱：大型燈泡貫流泵房的減振方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種減振方法，具體的說是大型燈泡貫流泵房的減振 方法。
背景技術(shù)：
機組誘發(fā)廠房振動是泵站運行中最為常見的問題，這種長期持續(xù) 的穩(wěn)態(tài)強迫振動對放置于泵房內(nèi)的控制泵站運行的儀器設備以及操 縱、監(jiān)控這些設備的工作人員的人體影響很大，劇烈振動會影響到泵 站的安全可靠運行。因此，采取一定措施對泵站振動進行控制是必要 的。目前，泵房減振基本上是從振源上進行控制，由機械和電氣原因 引起的振動可以通過提高機組的生產(chǎn)和安裝水平來減小，由水力原因 引起的可以采取改變?nèi)~片數(shù)和葉片形狀、改變流道和導流錐結(jié)構(gòu)設計 以及補氣等措施，還可以通過改變廠房結(jié)構(gòu)尺寸以改變結(jié)構(gòu)自振特性 或提高結(jié)構(gòu)剛度以降低反應幅值。這些措施有利于削弱機組誘發(fā)的廠 房振動，但降幅有限，有的也很難實施，而且這些措施都是在振動出 現(xiàn)之前采用的，對于機組運行中產(chǎn)生的無法避免的振動，這些減振措 施就無能為力了。
橡膠墊經(jīng)常被應用在旋轉(zhuǎn)機械的振動控制中，在小型供水泵中曾 被采用過，但在大型泵站中未有先例，大型燈泡貫流泵站機組與流道 的柔性連接和四條鋼腿支承方式為采用橡膠墊措施提供便利，但大型 燈泡貫流泵的自身特點讓橡膠墊的選擇和減振設計仍有一定難度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，在現(xiàn)行減振措施的基礎上，提出一種可簡便有效的達到減振目的大型 燈泡貫流泵房的減振方法。
本發(fā)明解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案是
大型燈泡貫流泵房的減振方法，在大型燈泡貫流泵房機墩四個角 的底部布置橡膠墊，橡膠墊的層數(shù)通過以下步驟來設定
a)利用隔振系數(shù)77來判斷減振效果，隔振系數(shù)7越小，隔振效果 越好，隔振系數(shù)/7的計算式是
"Vl，2々2 —式中頻率比"=^份，-是橡膠墊的阻尼比，
S是激振頻率，w是大型燈泡貫流泵房的系統(tǒng)頻率，《 = *是 橡膠墊總剛度，m大型燈泡貫流泵房的系統(tǒng)質(zhì)量；
(2)判斷橡膠墊總剛度/t ，橡膠墊總剛度與橡膠墊串并聯(lián)有關(guān)， 在大型燈泡貫流泵房機燉四個角的底部布置橡膠墊即是橡膠墊的并 聯(lián)，橡膠墊并聯(lián)，總剛度增大，若兩個橡膠墊剛度分別為A和&，則 并聯(lián)后剛度變?yōu)閮烧咧?，?t，+^，大型燈泡貫流泵房機墩的每 個角底設置若干塊橡膠墊相當于若干塊橡膠墊的串聯(lián)，橡膠墊串聯(lián)， 總剛度變小，若兩個橡膠墊剛度分別為&和&，則串聯(lián)后剛度變?yōu)?
(3)將橡膠墊總剛度/t代入隔振系數(shù)7的計算式中，計算得出能起 到減振效果的橡膠墊的層數(shù)，即利用系統(tǒng)總剛度it和總質(zhì)量m計算出 系統(tǒng)頻率w，由于激振頻率5已知，即可計算出頻率比P，橡膠墊阻 尼比《也是已知的，將他們帶入公式則可以得出此時的隔振系數(shù)/7， 若隔振系數(shù)不令人滿意，可改變橡膠墊的串聯(lián)層數(shù)，直到得到滿意的 隔振系數(shù)為止。本發(fā)明的大型燈泡貫流泵房的減振方法，橡膠墊的剛度"j、于等
于lxl()7N/m。橡膠墊選擇高阻尼的橡膠墊，阻尼比《大于0.1。橡膠 墊的承載力要求每平方米橡膠墊的承載力大于等于6xl06N/m2。
大型燈泡貫流泵房的機組進出口與混凝土流道之間采用伸縮節(jié) 柔性連接替換原來的剛性錨固。大型燈泡貫流泵房的機墩兩側(cè)設置鏈 桿對機組自身的振動進行控制。
串聯(lián)的橡膠墊與橡膠墊之間用鋼板相隔，并用螺栓錨固，橡膠墊 和上部機墩及下部基礎結(jié)構(gòu)之間設有鋼板，并通過螺栓將鋼板和混凝 土錨固。
對于泵房不可避免的振動，通過參數(shù)控制和計算驗證，在混凝土 機墩下設置滿足減振設計要求的橡膠墊，來改變系統(tǒng)的自振頻率，延 長系統(tǒng)自振周期，并利用橡膠墊的粘性阻尼和滯變阻尼來吸收、耗散 系統(tǒng)的振動能量，減小機組傳遞到泵房的動荷載以達到減振的目的。
本發(fā)明的優(yōu)點是通過本發(fā)明的大型燈泡貫流泵房的減振方法， 可有效的降低大型燈泡貫流泵房的振動，泵房振動可降低50% 70%。 這樣泵房基本上可以滿足作為放置儀器設備基礎的要求，同時泵站運 行中的噪聲可以得到有效的控制，改善了操作人員的工作環(huán)境。
圖1是本發(fā)明橡膠墊布置結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是圖1的側(cè)視圖。
圖3是實施例一的橡膠墊層數(shù)和隔振系數(shù)關(guān)系曲線圖。 圖4是實施例一的減振前后傳遞力比較圖。
具體實施例方式
本發(fā)明是一種大型燈泡貫流泵房的減振方法，在大型燈泡貫流泵 房機墩四個角的底部布置橡膠墊來起到減振效果，橡膠墊減振設計和布置具體如下
大型燈泡貫流泵具有揚程低、流量大、轉(zhuǎn)速慢、效率高等特點， 與小型供水泵差別很大。小型供水泵轉(zhuǎn)速快、轉(zhuǎn)動頻率高，因此激振 力頻率亦高，在泵下設置橡膠墊、海綿、軟木等柔性材料，均可降低 系統(tǒng)頻率，較好的達到減振目的；對于大型燈泡貫流泵，轉(zhuǎn)速慢，轉(zhuǎn) 動頻率低，激振力頻率亦低，只能釆用柔性和滯回特性較好的橡膠墊 減振。
選擇合適的橡膠墊，再對橡膠墊的串并聯(lián)數(shù)目進行設計。若膠墊 的串并聯(lián)數(shù)目設計不當，不僅不能減振，可能還會起到相反作用而致 使振動加劇。在機墩四個角底部各布置一塊橡膠墊，相當于四個橡膠 墊并聯(lián)，每個角底設置若干塊，即相當于若干塊橡膠墊串聯(lián)，多少塊 橡膠墊串聯(lián)能起到減振效果，需要通過計算來確定。首先計算橡膠墊 串并聯(lián)系統(tǒng)的總剛度和系統(tǒng)質(zhì)量，從而求出系統(tǒng)頻率，再通過下式計 算隔振系數(shù)/7來判斷減振效果。隔振系數(shù)7的計算式是
" 力，2々2一式中頻率比〃 =^ ，《是橡膠墊的阻尼比，5是 (1 —/ 2)2+《2,
激振頻率，w是大型燈泡貫流泵房的系統(tǒng)頻率，w = V^， it是橡膠 墊總剛度，m大型燈泡貫流泵房的系統(tǒng)質(zhì)量。隔振系數(shù)可以判斷隔振 效果如何，計算隔振系數(shù)，需要計算頻率比(激振頻率5與系統(tǒng)頻率 之比)，其中激振頻率3已知，只需計算系統(tǒng)頻率w，系統(tǒng)頻率由剛 度A和系統(tǒng)質(zhì)量w確定，系統(tǒng)質(zhì)量確定后，系統(tǒng)頻率也就只跟剛度有 關(guān)，剛度又和橡膠墊的串并聯(lián)設計有關(guān)，也就是通過改變橡膠墊的串 并聯(lián)來改變剛度，進而改變系統(tǒng)頻率。橡膠墊的串并聯(lián)與系統(tǒng)剛度的 關(guān)系橡膠墊并聯(lián)系統(tǒng)剛度增大，若兩個橡膠墊剛度分別為A和&， 則并聯(lián)后剛度變?yōu)閮烧咧?，即若兩塊橡膠墊相同，則并聯(lián)后系統(tǒng)剛度為單塊橡膠墊剛度的兩倍。橡膠墊串聯(lián)系統(tǒng)剛度變小， 若兩個橡膠墊剛度分別為A和&,則串聯(lián)后剛度變?yōu)锳，若兩
塊橡膠墊相同，則串聯(lián)后系統(tǒng)剛度為單塊橡膠墊剛度的一半。因此， 根據(jù)橡膠墊串并聯(lián)和剛度的關(guān)系，可以根據(jù)系統(tǒng)剛度的要求設計橡膠 墊的串并聯(lián)數(shù)目。
運用MATLAB中SIMULINK環(huán)境對系統(tǒng)進行非線性仿真分析，針對
不采用橡膠墊和采用橡膠墊兩種情況，分別確定系統(tǒng)剛度、質(zhì)量、阻 尼后，對系統(tǒng)振動過程進行仿真計算，得到機組傳遞到泵房底板的傳 遞力時程，對兩種情況傳遞力時程進行比較，確定采用橡膠墊是否有 減振效果。經(jīng)過仿真計算發(fā)現(xiàn)，只需串聯(lián)幾層滿足上述要求的橡膠墊 就能達到很好的減振效果，泵房振動可降低50% 70%。
采用橡膠墊減振，大型燈泡貫流機組段水力引起的高頻壓力脈動 很容易得到較好的控制，但對系統(tǒng)產(chǎn)生的與轉(zhuǎn)動頻率相近的低頻振動 進行控制頗有難度，因為只有滿足激振頻率^與系統(tǒng)頻率"比值大于 V^，才有減振效果。為了降低系統(tǒng)頻率w-V^，可以從系統(tǒng)剛度A 和系統(tǒng)質(zhì)量m兩方面考慮，降低系統(tǒng)剛度或增大系統(tǒng)質(zhì)量均可降低系 統(tǒng)頻率。橡膠墊布置在機墩四個角的底部，將機墩計入系統(tǒng)，增大系 統(tǒng)質(zhì)量，這樣布置還有利于系統(tǒng)穩(wěn)定、橡膠墊受力均勻等；從減小系 統(tǒng)剛度考慮，若想達到較好的減振效果，要求選擇的橡膠墊剛度不大 于lxl07N/m。
大型燈泡貫流泵機組重量很大，減振系統(tǒng)還要計入機墩的重量， 再考慮系統(tǒng)動荷載作用，每平方米橡膠墊的承載力要大于等于 6xl06N/m2，例如對邊長為0.5m的正方形橡膠墊，承載力要滿足大 于1.5xl0eN/m"的要求。
選擇高阻尼的橡膠墊能較好的吸收耗散能量，減小最大振幅，阻尼比C要大于O. 1，同時選擇的橡膠墊要有較好的穩(wěn)定性、抗腐蝕性
等等，延長其使用壽命。
機組進出口與混凝土流道之間通常采用剛性錨固，這就為機組運 行中產(chǎn)生的激振力傳到泵房提供條件，引起泵房振動。為了切斷激振 力的傳遞路徑，必須采用柔性連接替換原先的剛性錨固，可采用伸縮
采用橡膠墊減振措施后，系統(tǒng)頻率改變，泵房振動明顯減小，但 機組自身的振動可能會增大，在機墩兩側(cè)設置鏈桿對機組自身的振動 進行控制，有利于機組的穩(wěn)定。 實施例一
本實施例的橡膠墊布置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，圖2是圖1的側(cè) 視圖，大型燈泡貫流泵房包括水輪機組l、機組支撐鋼腿2、機墩3、 側(cè)墻5、機組進水口 7和機組出水口 8。為了起到減振效果，在機墩 3四個角的底部布置橡膠墊4，機墩3與側(cè)墻5之間設鏈桿6。橡膠 墊4是由一層橡膠和上下兩層鋼板組成，橡膠墊4和上部機墩及下部 基礎結(jié)構(gòu)之間是通過螺栓將鋼板和混凝土錨固，串聯(lián)的橡膠墊之間也 用螺栓錨固相鄰兩塊鋼板，機組通過四條鋼腿固定在機墩上。
本實施例的大型燈泡貫流泵房調(diào)水流量為100m7s，采用四臺直 徑3.14m的后置式燈泡貫流泵，每臺機組總重70t，額定轉(zhuǎn)速為 125r/min，即轉(zhuǎn)動頻率為2.08Hz，機組運行產(chǎn)生的激振荷載大小為 22677N，激振頻率與機組轉(zhuǎn)動頻率相同，下部混凝土機墩與機組重量 相當，機組段水流壓力脈動的優(yōu)勢頻率大于50Hz，此高頻激勵很容 易得到控制，因此主要針對低頻激勵進行減振設計。由于機組進出口 和流道之間采用伸縮節(jié)連接，激振荷載主要通過鋼腿傳給機墩再傳到 泵房，因此在機墩四個角底部設置橡膠墊來減小傳到泵房的動荷載以達到減振目的。根據(jù)上部動靜荷載選擇合適承載力的橡膠墊，初始剛
度&=1 xl07N/m，阻尼比《=0.1，通過計算來確定橡膠墊串聯(lián)個數(shù)。 計算結(jié)果附圖3為計算出的不同橡膠墊層數(shù)對應隔振系數(shù)的關(guān)系曲 線，從圖中可以看出，設置1 3層橡膠墊時傳遞力不僅沒減小反而 被放大了，起到了相反作用；采用4層橡膠墊串聯(lián)已經(jīng)避開了共振區(qū)， 隔振系數(shù)為0.734;隨著橡膠墊層數(shù)的增加，隔振系數(shù)逐漸減小，減 振效果非常明顯，采用8層橡膠墊時，隔振系數(shù)已經(jīng)達到0.287;隨 著串聯(lián)層數(shù)繼續(xù)增加，隔振系數(shù)變化己經(jīng)不是很突出，逐漸趨于平緩， 所以采用8層左右橡膠墊串聯(lián)即可達到很好的隔振效果，而且比較經(jīng) 濟合理。運用MATLAB仿真計算，采用8層橡膠墊和不采用減振措施 時傳遞力的比較見附圖4，從圖中可以看出，由于橡膠墊的滯回特性， 加橡膠墊后傳遞力較不加橡膠墊時有一定滯后，而且傳遞力有了比較 明顯的降低，振動穩(wěn)定后降低幅度在50%以上。
本發(fā)明還可以有其它實施方式，凡采用同等替換或等效變換形成 的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要不是保護的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.大型燈泡貫流泵房的減振方法，其特征在于在所述大型燈泡貫流泵房機墩四個角的底部布置橡膠墊，所述橡膠墊的層數(shù)通過以下步驟來設定(1)利用隔振系數(shù)η來判斷減振效果，隔振系數(shù)η越小，隔振效果越好，隔振系數(shù)η的計算式是<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>η</mi><mo>=</mo><mfrac> <msqrt><mn>1</mn><mo>+</mo><mn>4</mn><msup> <mi>ζ</mi> <mn>2</mn></msup><msup> <mi>β</mi> <mn>2</mn></msup> </msqrt> <msqrt><msup> <mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><msup> <mi>β</mi> <mn>2</mn></msup><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mn>4</mn><msup> <mi>ζ</mi> <mn>2</mn></msup><msup> <mi>β</mi> <mn>1</mn></msup> </msqrt></mfrac><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2008101949270002C1.tif" wi="42" he="15" top= "80" left = "35" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>式中頻率比β＝<overscore>ω</overscore>/ω，ζ是橡膠墊的阻尼比，<overscore>ω</overscore>是激振頻率，ω是大型燈泡貫流泵房的系統(tǒng)頻率，<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>ω</mi><mo>=</mo><msqrt> <mi>k</mi> <mo>/</mo> <mi>m</mi></msqrt><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0002" file="A2008101949270002C2.tif" wi="19" he="5" top= "100" left = "141" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>k是橡膠墊總剛度，m大型燈泡貫流泵房的系統(tǒng)質(zhì)量；(2)判斷橡膠墊總剛度k，橡膠墊總剛度k與橡膠墊串并聯(lián)有關(guān)，在大型燈泡貫流泵房機墩四個角的底部布置橡膠墊即是橡膠墊的并聯(lián)，橡膠墊并聯(lián)，總剛度增大，若兩個橡膠墊剛度分別為k1和k2，則并聯(lián)后剛度變?yōu)閮烧咧?，即k1+k2，大型燈泡貫流泵房機墩的每個角底設置若干塊橡膠墊相當于若干塊橡膠墊的串聯(lián)，橡膠墊串聯(lián)，總剛度變小，若兩個橡膠墊剛度分別為k1和k2，則串聯(lián)后剛度變?yōu)?3)將橡膠墊總剛度k代入隔振系數(shù)η的計算式中，計算得出能起到減振效果的橡膠墊的層數(shù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的大型燈泡貫流泵房的減振方法，其特征 在于所述橡膠墊的剛度小于等于lxl07N/m。
3. 如權(quán)利要求1所述的大型燈泡貫流泵房的減振方法，其特征 在于所述橡膠墊選擇高阻尼的橡膠墊，阻尼比C大于O.l。
4. 如權(quán)利要求1所述的大型燈泡貫流泵房的減振方法，其特征在于所述橡膠墊的承載力要求每平方米橡膠墊的承載力大于等于 6xl06N/m2。
5. 如權(quán)利要求1所述的大型燈泡貫流泵房的減振方法，其特征 在于所述大型燈泡貫流泵房的機組進出口與混凝土流道之間采用伸 縮節(jié)柔性連接替換原來的剛性錨固。
6. 如權(quán)利要求1所述的大型燈泡貫流泵房的減振方法，其特征 在于所述大型燈泡貫流泵房的機墩兩側(cè)設置鏈桿對機組自身的振動進行控制。
7. 如權(quán)利要求1所述的大型燈泡貫流泵房的減振方法，其特征 在于所述串聯(lián)的橡膠墊與橡膠墊之間用鋼板相隔，并用螺栓錨固， 所述橡膠墊和上部機墩及下部基礎結(jié)構(gòu)之間設有鋼板，并通過螺栓將 鋼板和混凝土錨固。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種減振方法，是大型燈泡貫流泵房的減振方法，對于泵房不可避免的振動，通過在混凝土機墩四個角底部設置滿足減振設計要求的橡膠墊，來改變系統(tǒng)的自振頻率，延長系統(tǒng)自振周期，并利用橡膠墊的粘性阻尼和滯變阻尼來吸收、耗散系統(tǒng)的振動能量，減小機組傳遞到泵房的動荷載以達到減振的目的。由于大型燈泡貫流泵的重量大、轉(zhuǎn)速慢，機組運行中引起的低頻振動很難削弱，因此必須對橡膠墊的參數(shù)(包括承載力、剛度、阻尼比等)進行嚴格控制，并通過隔振系數(shù)的計算及非線性仿真分析，合理確定橡膠墊的串并聯(lián)數(shù)目，以達到滿意的減振效果。
文檔編號F16F15/08GK101408236SQ20081019492
公開日2009年4月15日 申請日期2008年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者馮旭松, 李同春, 新 王, 趙蘭浩, 鄧東升 申請人:南水北調(diào)東線江蘇水源有限責任公司;河海大學