摘要：文章以風(fēng)機底座與混凝土基礎之間的處理方式為主要研究對象，簡(jiǎn)要介紹離心式風(fēng)機的廣泛應用和混凝土基礎對風(fēng)機機組運行穩定性及安全性的重要影響。在此基礎上，縱觀(guān)風(fēng)機基礎設計的國家標準，結合我公司風(fēng)機基礎的設計規范，以我公司向廣州圣嘉機電設備有限公司提供的13臺篦冷機風(fēng)機為例，剖析F1（5719）、FG1（5709）、FG3（5708）、FG6A（5716）四臺風(fēng)機振動(dòng)值超標事故，對風(fēng)機底座與混凝土基礎之間的處理方式進(jìn)行分析，并針對廣州圣嘉機電設備有限公司風(fēng)機混凝土基礎設計與設備安裝中存在的缺陷提出建議，以期為我國離心式風(fēng)機混凝土基礎設計者提供有益的理論依據。
關(guān)鍵詞：離心風(fēng)機；混凝土基礎；墊鐵；地腳螺栓；振動(dòng)
引言
離心風(fēng)機作為通用設備在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應用。其中，水泥工業(yè)中離心風(fēng)機主要用于原料循環(huán)風(fēng)機、窯頭及窯尾排風(fēng)機、窯尾高溫風(fēng)機、煤磨系統風(fēng)機、水泥磨系統風(fēng)機、篦冷機系統風(fēng)機及部分輸送風(fēng)機[1]。常見(jiàn)的離心式風(fēng)機系統包括風(fēng)機混凝土基礎、電機、電動(dòng)執行器、軸承、聯(lián)軸器、底座、測溫測振裝置、風(fēng)機本體、調風(fēng)門(mén)、出口軟連接、消音器及地腳螺栓等[2]。其中,風(fēng)機混凝土基礎、風(fēng)機底座及其之間的連接作為風(fēng)機的支撐體系,在風(fēng)機設計和運行時(shí)均占有舉足輕重的地位[3]。但是，在風(fēng)機的實(shí)際應用中，大部分用戶(hù)往往只重視日常維護對風(fēng)機運行的影響，卻忽略了由于風(fēng)機底座與混凝土基礎之間處理不當而產(chǎn)生的不穩定性和不安全性，從而引起風(fēng)機使用壽命縮短的問(wèn)題[4]。
1 風(fēng)機底座與混凝土基礎之間的處理方式及要求
離心風(fēng)機是一種噪音低，效率高，應用范圍廣的通用機械設備。在滿(mǎn)載荷運轉下，風(fēng)機各組成部件必須保證風(fēng)機系統能夠安全、穩定地運行。其中，滿(mǎn)足風(fēng)機混凝土基礎、安裝墊鐵及地腳螺栓的各項要求是保證風(fēng)機能夠穩定、安全運行的重要保障。
1.1 混凝土基礎的要求
1）風(fēng)機地基基礎一般采用鋼筋混凝土，按內力大小通過(guò)計算配置鋼筋或按土建規范配置構造鋼筋。二次灌漿用的混凝土標號為250號和300號，其詳細配比見(jiàn)附表1。
2）風(fēng)機及其底座邊緣到基礎側面的凈距離一般不小于100mm，風(fēng)機總圖中已標明二次灌漿的找平層或灌漿層的位置和尺寸，其厚度不小于25mm，我公司一般采用50mm。
3）二次灌漿必須在設備各項安裝精度調整合格后24小時(shí)內進(jìn)行，逾時(shí)應重新調整安裝精度；二次灌漿強度未達到70%以上時(shí)，不得在機組上進(jìn)行任何其他作業(yè)，防止位移。
1.2 墊鐵的安裝要求
墊鐵是風(fēng)機安裝中最常用的基本材料之一，將其墊于風(fēng)機底座與混凝土基礎之間，用其承受風(fēng)機的質(zhì)量和運轉中產(chǎn)生的各種動(dòng)負荷，并在安裝時(shí)調整風(fēng)機的標高和橫、縱水平度。墊鐵的安裝要求如下。
1）斜墊鐵必須成對使用，且每一墊鐵組只能使用一對斜墊鐵，每一墊鐵組不宜超過(guò)5塊。墊鐵的表面必須平整，每組墊鐵數一般不超過(guò)3～4塊，厚墊鐵放在下層，而最薄墊鐵應夾在中間，以免產(chǎn)生翹曲變形，同一組墊鐵放置必須整齊。設備調整好水平和方位，再將每組墊鐵焊接固定好。
2）為了使每一墊鐵之間、墊鐵與設備底座之間接觸良好，墊鐵接觸面的加工精度應達到要求，粗燥度要求應不低于12.5 。
3）墊鐵組的位置和數量應符合下列要求。每個(gè)地腳螺栓旁邊至少有一組墊鐵，在不影響灌漿的情況下，墊鐵組應放在靠近地腳螺栓和底座主要受力部位下方，相鄰兩墊鐵組間的距離宜為500～1000mm。
4）風(fēng)機機組找正、找平后，墊鐵端面應露出風(fēng)機機組底座外緣，平墊鐵宜露出10～30mm，斜墊鐵宜露出1-～50mm。墊鐵組伸入風(fēng)機機組底面的長(cháng)短應超過(guò)地腳螺栓的中心。
1.3 地腳螺栓的安裝要求
將風(fēng)機緊固到混凝土基礎上的螺栓，具有較強的穩定性。圖1所示的是風(fēng)機地腳螺栓的安裝要求圖。其中，1-螺母、2-墊圈、3-成對斜墊鐵、4-平墊鐵、5-地腳螺栓。
圖1 基礎預留孔地腳螺栓安裝要求圖
1.4 風(fēng)機底座與混凝土基礎的安裝方式
圖2 風(fēng)機底座與混凝土基礎的安裝示意圖
隨著(zhù)風(fēng)機安裝工藝要求的逐漸提高，風(fēng)機底座與混凝土基礎之間的安裝技術(shù)也在不斷發(fā)展。符合國家標準的風(fēng)機底座與混凝土基礎的安裝示意圖如圖2所示，其中，1-混凝土基礎、2-一次灌漿、3-底座底面、4-二次灌漿層、5-成對斜墊鐵、6-平墊鐵、7-麻面、8-地腳螺栓、9-風(fēng)機方箱底座。
2 工程概況
2014年2月，廣州圣嘉機電設備有限公司從我公司購買(mǎi)13臺篦冷機風(fēng)機，應用于青海西寧鹽湖海納化工有限公司水泥生產(chǎn)一線(xiàn)篦冷機風(fēng)機的技術(shù)改造項目。其中，F1（5719）、FG1（5709）、FG3（5708）、FG6A（5716）四臺風(fēng)機運行一個(gè)月后，出現振動(dòng)值超標問(wèn)題?，F以振動(dòng)值最大的F1（5719）風(fēng)機為例進(jìn)行分析，業(yè)主初步認為：由于葉輪不平衡所導致風(fēng)機葉輪被震裂，我公司更換葉輪后，振動(dòng)值仍不達標；而我公司初步斷定為：風(fēng)機本體與混凝土基礎連接方式、安裝墊鐵及二次灌漿不符合風(fēng)機技術(shù)要求所致，具體詳述見(jiàn)下文。
3 風(fēng)機振動(dòng)值超標的原因及解決方案
3.1 超標原因
在青海西寧鹽湖海納化工有限公司水泥生產(chǎn)一線(xiàn)篦冷機風(fēng)機的技術(shù)改造項目中，風(fēng)機業(yè)主為達到盡快投產(chǎn)，縮短安裝工期的目的，采用預埋鐵板與風(fēng)機整體底座焊接的方式。篦冷機風(fēng)機的現場(chǎng)安裝方法及存在的缺陷如下所述。
1）風(fēng)機地基基礎預埋鐵板面積較?。ㄩL(cháng)寬150mm，厚約25mm），如圖3所示；僅用直徑為25mm、長(cháng)約300~400mm圓鋼焊接后澆筑到預埋鐵板下表面，如圖4所示。此預埋鐵板承受扭剪力較差，因此，所有預埋鐵板均從圓鋼焊接處斷裂。
圖3 改造前風(fēng)機現場(chǎng)預埋鐵板
圖4 改造前風(fēng)機現場(chǎng)預埋鐵板與圓鋼焊接圖
2）無(wú)斜墊鐵調平，墊鐵僅用兩塊或多塊鋼板疊放調平，鋼板之間的縫隙和墊鐵接觸不完全是造成顫動(dòng)的主要原因。
3）風(fēng)機傳動(dòng)裝置（電機、軸承座及整體方箱）沿中心軸線(xiàn)對稱(chēng)布置四塊預埋鋼板，前后部位無(wú)預埋墊鐵。
采用上述安裝方法，風(fēng)機主要靠圓鋼與鋼板焊接的方式連接于風(fēng)機混凝土基礎，且沒(méi)有進(jìn)行二次灌漿。風(fēng)機混凝土基礎的連接力明顯不足以克服風(fēng)機葉輪產(chǎn)生的離心力，使用一段時(shí)間后，圓鋼焊接處焊縫開(kāi)裂，風(fēng)機振動(dòng)增大，最終導致葉輪輪轂及輪轂加強錐焊縫開(kāi)裂。
另外，其他9臺風(fēng)機采用的是整體鋼板預埋于地基基礎與風(fēng)機整體底座焊接，風(fēng)機整體底座與混凝土基礎穩定性較上述方法好一些，振動(dòng)值能夠滿(mǎn)足技術(shù)要求。
3.2 解決方案
在青海西寧鹽湖海納化工有限公司水泥生產(chǎn)一線(xiàn)篦冷機風(fēng)機的技術(shù)改造項目中，由于風(fēng)機業(yè)主沒(méi)有按照文章第一部分所述的風(fēng)機底座與混凝土基礎之間的處理方法進(jìn)行合理安裝，使得風(fēng)機振動(dòng)值超標事故?，F以F1（5719）風(fēng)機為例，加之風(fēng)機業(yè)主想盡快投產(chǎn)，不得不縮短安裝工期，經(jīng)雙方協(xié)商解決方案為：重新制作風(fēng)機混凝土地基時(shí)預埋整體鋼板并使用地腳螺栓連接，用墊鐵將其墊平、調平后與風(fēng)機整體底座焊接在一起，并進(jìn)行二次灌漿。圖5-6所示的是現場(chǎng)制作圖。采用上述方案改造之后，風(fēng)機與其混凝土基礎的穩定性明顯好于改造前，振動(dòng)值大幅度降低并達到國家要求的標準，滿(mǎn)足了業(yè)主對風(fēng)機現場(chǎng)的使用要求。圖7所示的是F1（5719）風(fēng)機改造前后軸承座自由側和固定側振動(dòng)速度對比關(guān)系。如若采用文章第一部分所述的要求進(jìn)行安裝，其風(fēng)機的振動(dòng)值還會(huì )比改造后的值小。
圖5 改造后風(fēng)機整體鋼板圖
圖6 改造后風(fēng)機整體底座與整體鋼板焊接圖
圖7 改造后軸承座自由側和固定側振動(dòng)速度的關(guān)系圖
由圖7可知，對比F1（5719）篦冷機風(fēng)機改造前和改造后，不管是軸承座自由側還是固定側，也無(wú)論是水平方向、垂直方向還是軸向上，風(fēng)機的振動(dòng)速度均明顯降低。實(shí)驗數據說(shuō)明，在青海篦冷機風(fēng)機的技術(shù)改造項目中出現的振動(dòng)超標事故是由于風(fēng)機業(yè)主未按照上述國標要求的混風(fēng)機底座與混凝土基礎之間的處理方式進(jìn)行安裝所致。由此告誡風(fēng)機用戶(hù)在安裝風(fēng)機時(shí)，決不能為縮短工期或節約成本而忽略國家和企業(yè)標準的要求進(jìn)行安裝。
另外，因檢修時(shí)間緊迫，還存在有待解決的問(wèn)題：1）聯(lián)軸器對中問(wèn)題。聯(lián)軸器徑向間隙為0.185mm，其偏差值較大。利用同心度原理找正后，風(fēng)機振動(dòng)會(huì )降低；2）墊鐵規格不合適。在現場(chǎng)安裝中，軸承座墊片2mm、電機輸出軸側約0.5~1mm、電機尾部月1.5mm。減少墊片厚度可增加風(fēng)機的穩定性，風(fēng)機振動(dòng)也可再降低。
4 結論
為了更好地保障我公司離心式風(fēng)機能夠安全穩定的運行，針對廣州圣嘉機電設備有限公司風(fēng)機混凝土基礎設計和施工過(guò)程中存在的問(wèn)題提出如下建議，以引起各方重視。
1）建議從確定施工中標單位開(kāi)始，將風(fēng)機混凝土基礎生產(chǎn)能力、質(zhì)量控制、混凝土澆筑，風(fēng)機基礎安裝方法和保證措施等納入風(fēng)機業(yè)主單位重點(diǎn)考核范圍。特殊情況下，有必要對其計算書(shū)和施工圖紙聘請有資格及業(yè)績(jì)的單位進(jìn)行審查，以確保風(fēng)機安全穩定運行。
2）地腳螺栓的形式和尺寸及安裝位置符合安裝圖的規定。地腳螺栓的形式、埋置深度和基礎邊緣距離可根據風(fēng)機本身安裝要求確定。其埋入混凝土內的最小深度按實(shí)際受力大小確定，如無(wú)法確定其受力大小時(shí)，可按螺栓拔斷而不拔出的原則考慮。
3）加強施工現場(chǎng)管理。例如工程監理對風(fēng)機混凝土基礎澆筑進(jìn)行全過(guò)程監督，單個(gè)基礎混凝土澆筑時(shí)間控制在24小時(shí)以?xún)?，且防止出現冷縫；一旦出現冷縫，應嚴格按照設計要求進(jìn)行處理，加強地基基礎回填土的質(zhì)量控制等。
若業(yè)主單位未按照風(fēng)機設計單位所要求的地基基礎與風(fēng)機本體進(jìn)行連接，進(jìn)而引起與風(fēng)機地基基礎有關(guān)的一系列不良問(wèn)題，設計單位均不承擔任何責任。
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6 附表
表1 灌漿用混凝土配比表
表2 F1篦冷機風(fēng)機（5719）振動(dòng)速度記錄表(單位m/s)
來(lái)源：冀東日彰節能風(fēng)機制造有限公司
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