Фундамент насоса. Проектирование и монтаж

Фундамент насоса состоит из:

- основания,

- подушки и

- соединительной секции.

Назначение и применение фундамента насоса

Фундамент предназначен для:

- Гашения вибрации,

- поглощения ударов, возникающих при включении/выключении насоса,

- Снижения уровня шума,

Что продлевает срок эксплуатации оборудования, насосов и инженерных систем.

Производитель требует изготовление фундамента при монтаже насоса. В противном случае снимает гарантию.

Из собственного опыта могу сказать, что, если консольный насос смонтировать

просто на бетонный пол, без фундаментной подушки – Через сутки работы у него

ломается вал пополам.

Эта поломка произошла только из-за вибрации, которая деформирует конструкцию насоса, и выводит его части из строя.

По строительным нормам масса фундамента под насос должна быть в 1.5 раза

больше массы насоса, а его размер на 100 мм больше рамы-основания по ширине

и длине.

Принципы устройства фундаментов под насосы

Для строительства фундамента под насосный агрегат подходит бетон М100,

железобетон, бутовый камень, также может использоваться и кирпич, если укладка

производится выше уровня грунтовых вод. Выбирать материал необходимо исходя

из размера оборудования, его мощности и свойств грунта.

Глубина заложения зависит от расположения трубопроводов и глубины

промерзания грунта. В нормальных почвах она принимается около полуметра.

В глинистых же может достигать 1,25 – 1,5 метров. Над уровнем пола кладка

возвышается на 15-20 см.

Материалом для строительства фундаментов могут быть бетон, бутобетон,

железобетон, бутовый камень и кирпич. Выбор материала фундамента зависит

от размеров монтируемого агрегата, его мощности, грунтов основания и наличия

местных строительных материалов.

При строительстве бетонных фундаментов марка укладываемого бетона должна

быть не менее 90 (прочность на сжатие ЭМПа). Хорошим строительным

материалом для фундаментов является бутовый камень. Кирпичную кладку

(нормально обожженный или пережженный кирпич) применяют только для

фундаментов, располагаемых выше уровня грунтовых вод.

Марка кирпича должна быть не ниже 150;

кладку его следует вести на цементном растворе марки выше 25.

Размеры фундамента в плане определяются габаритными размерами насосного

агрегата. Если насосный агрегат смонтирован на общей фундаментной плите,

то ширину и длину фундамента под плитой принимают на 5—10 см больше

ширины и длины фундаментной плиты.

Глубина заложения подошвы фундамента зависит от мощности монтируемого

агрегата, глубины промерзания грунтов и их физических свойств. Она должна быть

не меньше глубины каналов трубопроводов, а также глубины фундаментов

соседних агрегатов. Фундаменты под агрегаты должны быть разъединены между

собой. В местах сопряжения фундаментов с полом насосной . станции устанавливают

доски на ребро.

В глинистых грунтах, подверженных пучению, глубину фундамента принимают

не менее 1,25 м, в песчаных же грунтах она может быть значительно меньше, но

не менее 50—70 см.

Фундаментная кладка должна быть выше уровня чистого пола на 10—20 см.

Если пол здания насосной станции подтапливается грунтовыми водами, то его

устраивают в виде железобетонной плиты, на которой монтируют насосные

агрегаты.

Монтаж насосных агрегатов обычно ведут по монтажным чертежам, и поэтому все

размеры фундаментов насосных агрегатов и других элементов насосной станции

принимают по проекту.

Обычно фундаменты под насосные агрегаты сооружают в период строительства

насосной станции, а монтируют насосные агрегаты несколько позже. Поэтому перед

монтажом насосов и двигателей проверяют, нет ли в фундаментах трещин, раковин

и пустот.

Фундаменты должны быть достаточно прочны, чтобы воспринять статическую

нагрузку от веса агрегата и воды, находящейся в насосе и трубопроводе, а также

динамическую нагрузку, возникающую в период работы агрегата. При проверке

фундаментов допускается отклонение от проектных размеров на ±15 мм.

Высотные отметки поверхностей, па которых устанавливают двигатели и насосы,

должны быть на 30— 40 мм ниже подошвы рам или плит, что необходимо для

установки прокладок и подливки бетона при монтаже агрегатов.

Качество бетонной кладки проверяют внешним осмотром и обстукиванием

молотком. Бетонный фундамент, изготовленный из бетона марки 200, при

обстукивании должен издавать звонкий звук л не оставлять заметных вмятин от

ударов молотка, я из марки 100— издавать глухой звук и оставлять заметные

вмятины от удара молотка.

После проверки фундамента обнаруженные раковины или пустоты обрабатывают

зубилом до полного удаления бетона низкого качества, поверхности зачищают

стальными щетками, промывают водой и заделывают цементным раствором с

мелким заполнителем.

Перед монтажом насосных агрегатов очищают фундаменты от пыли и грязи,

освобождают монтажную площадку от посторонних предметов. Размеры монтажной

площадки должны быть такими, чтобы на ней разместился наибольший агрегат

насосной станции, причем около него должен быть свободный проход не менее 1 м.

Кроме того, размеры монтажной площадки должны обеспечить разборку двигателей

и насосов при выемке ротора двигателя или вала насоса.

При установке агрегата на фундамент особое внимание обращают на то, чтобы

точно совпали оси валов двигателей и насосов. Неправильная установка агрегата

повлечет за собой нарушение нормальной работы, перегрузку двигателя, чрезмерно

быстрый износ подшипников и других трущихся деталей.

Для правильного выполнения монтажа насосного агрегата на фундаменте указывают

продольные и поперечные оси и высотные отметки, С этой целью при производстве

строительных работ устанавливают реперы и плашки. Репер (97,а) позволяет

определить высотную отметку монтируемого агрегата. Необходимую отметку при

монтаже агрегата задают с помощью нивелира и реек.

Плашки определяют направление горизонтальных и вертикальных осей.

Их изготовляют из отрезков швеллеров, двутавров и других профилей и керном

наносят точку, которую обводят несмываемой краской и берут в треугольник при

обозначении горизонтальной оси и ряд точек—при обозначении вертикальной оси

(97,а,б).

Для проверки осей фундаментов между точками, определяющими положение оси,

протягивают шпуры или топкую проволоку, для этого в фундаменте устанавливают

скобы.

Устройство фундаментов под насосы предполагает разрывы между плитами

отдельных агрегатов, а в местах соприкосновения с полом необходимы осадочные

швы. На поверхности основания монтируются бортики, трубки и желобки для сбора

просочившейся воды.

Остальные нюансы монтажа содержатся в чертеже фундамента под насос, который

идет в комплектации каждого устройства.

Ошибки в проектировании

На картинках представлено два варианта устройства фундамента под насос. При

установке насосов на гибкие фундаменты (как показано на левом рисунке) происходят

их колебания при работе насоса, что приводит к возникновению дополнительной

вибрации в местах крепления к основанию. Кроме того, повышенная вибрация насоса,

вызванная его неправильной установкой, повышает нагрузки на опорные элементы

валов насосов, крыльчаток, что приводит к их преждевренному выходу из строя.

Плита-основание насоса должна иметь опору по всей поверхности. В некоторых

случаях рекомендуется устройство дополнительных виброизолирующих элементов

для снижения уровней передаваемых на несущую конструкцию колебаний.

Задание на проектирование

Расчёт и проектирование фундаментов под насосы осуществляется с применением

действующих нормативных документов (например, СП 26.13330.2012 Фундаменты

машин с динамическими нагрузками. Актуализированная редакция СНиП 2.02.05-87

и П 51.13330.2011 Свод правил. Защита от шума и акустика залов.

Актуализированная редакция СНиП 23-03-2003)

Для расчёта и проектирования фундамента для насоса, а также оценки уровней

структурного шума, шума передаваемого через перекрытия в жилые и

общественные помещения, а также вибрации в указанных помещениях

необходимы следующие параметры:

- тип насоса (вертикальный/горизонтальный/устанавливаемый на трубопроводе) с

указанием характеристик рабочего органа (число лопаток, характеристики редуктора

при наличии, тип подшипников и т.д.);

- мощность и рабочая частота насоса;

- циклограмма работы;

- вес и габаритные параметры насоса;

- вес и чертёж рамы под насос с указанием её габаритных параметров;

- уровень излучаемой звуковой мощности (в октавных полосах);

- уровень вибрации на опорах насоса (в октавных полосах).

Расчет фундаментов под насосные агрегаты

Фундаменты под центробежные насосы и электродвигатели рассчитывают на

резонанс колебательных движений агрегата и основания.

Если ротор электродвигателя и рабочее колесо центробежного насоса были бы

абсолютно уравновешены, то никаких возмущающих колебаний они бы не создавали.

Но достигнуть полного совпадения центра тяжести вращающихся масс с осью

вращения вряд ли возможно. Обычно имеется эксцентриситет вращающихся масс r0,

вследствие чего появляется неуравновешенная центробежная сила

где,

М — масса фундамента и агрегата;

ω — частота колебаний, равная числу оборота двигателя.

Под действием этой силы могут создаваться колебания фундамента. Если частота

колебаний фундамента совпадает с частотой колебаний насоса, получается

резонанс, т. е. колебания могут увеличиться до размеров, опасных для прочности

насоса, электродвигателя и фундамента.

Основные собственные частоты колебаний фундамента обычно меньше рабочих

частот центробежных насосов и их совпадение маловероятно. Центробежные

насосные агрегаты принадлежат к классу машин, хорошо уравновешенных статически

и динамически, их действительный эксцентриситет составляет не более 0,2 мм.

Поэтому возмущающие нагрузки, которые вызывают вибрации фундаментов,

относительно невелики; они даже в самых неблагоприятных условиях не могут

вызвать вибрации недопустимой амплитуды, так как масса фундамента по

отношению к массе вращающихся частей агрегата велика.

Для приближенной оценки этого влияния вычислим амплитуду колебания фундамента

в наиболее неблагоприятных условиях — резонанса.

Частота собственных вертикальных колебаний фундамента определяется

по формуле (4.5)

Где,

k — коэффициент упругого равномерного сжатия грунта

(значения k даны в табл. 4.1);

F — площадь основания фундамента в м2;

произведение kF называется коэффициентом жесткости основания и выражается

в кг/м;

М — общая масса работающих машин и фундамента в кг

mф, mн, mэ — массы фундамента, насоса, электродвигателя соответственна в кг;

g — ускорение силы тяжести в м/с2.

Таблица 1

Значения допускаемого статического давления на грунт и коэффициентов

упругого равномерного сжатия грунта

Для отсутствия резонанса необходимо, чтобы расхождение ε между nz и числом

вынужденных колебаний насоса п, выраженное в процентах, для фундаментов

центробежных насосов и электродвигателей было ε≥ 40%,

где,

(4.6)

Поршневые насосы при числе цилиндров менее четырех являются

неуравновешенными и поэтому могут вызвать опасные вибрации. Фундаменты

таких насосов следует рассчитывать и на амплитуду собственных колебаний.

Расчет этот ведется по формуле (4.5). При этом во избежание резонанса

при n <200 1/мин принимают ε≥ 100% ,

а при п > 200 1/мин принимают ε≥50%.

Это означает, что фундаменты низкочастотных поршневых насосов, какими в

большинстве случаев являются насосы с кривопшпно-шатунными механизмами,

следует проектировать так, чтобы собственные частоты их были выше рабочих

частот насосов. Повысить значения пz проще всего увеличением F при неизменном

весе фундамента. А это значит, что надо уменьшить высоту фундамента.

Кроме вышеизложенного динамического расчета, фундаменты рассчитывают еще

на статическую нагрузку для определения удельного давления на грунт.

Удельное давление на грунт от веса насоса и фундамента определяют по формуле внецентренного сжатия (4.7)

Где,

ΣМ — общая масса фундамента Мф и агрегата с оборудованием (Мн + Мэ);

F — площадь подошвы фундамента;

l — эксцентриситет центра тяжести общей массы фундамента и агрегата

относительно центра тяжести площади подошвы фундамента.

Рис. 1. К расчету фундамента насосной установки

Значение эксцентриситета равнодействующей общей массы для случая, изображенного на рис. 1, определяется как:

где,

т — координата равнодействующей массы фундамента и агрегата.

Из рис. 1 следует, что:

Для обеспечения равномерной осадки фундамента эксцентриситет не должен быть

более 5% от размера l той стороны подошвы фундамента, в направлении которой

смещен центр тяжести.

Найденные по формуле (4.7) значения Рдоп должны быть положительными и не

превосходить допускаемых значений, приведенных в табл. 1.

Отрицательные значения р означают, что фундамент отрывается от грунта.

Фундаменты под насосы выполняют из кирпича, бутобетона, бетона марки 90 и

железобетона. Фундаменты в плане делают на 100—150 мм шире и длиннее плиты

насоса и несколько приподнимают над полом. Если учитывать, что малые насосы

будут заменяться большими, то размеры фундамента следует рассчитывать по

большим насосам. Фундаментные болты закладывают в приготовленные для них

гнезда и заливают цементным раствором.

На фундаменты под насосные агрегаты не рекомендуется опирать и жестко связывать

с ними части сооружения и конструкции, которые могут передавать вибрации

основным элементам здания (стенам, колоннам, перекрытиям) насосной.

При невозможности выполнения этого требования (например, для внутренней

перегородки в насосной) для уменьшения вибрации между фундаментом насосов и

опираемой конструкцией устанавливают упругие прокладки (резину, войлок и др.).

Для предотвращения разрушения бетонной поверхности фундамента от вредных

действий нефтяных масел необходимо покрывать их слоем штукатурки с 5%-ным раствором стекла и цемента.