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奥帆基地水泵基础及管线减振装置的选择与安装应用实例

摘 要：本文通过分析民用建筑工程中机电设备运行时噪音产生及其传递机理，对安装减振装置的必要性以及如何选择减振装置与安装作了重点阐述，从而论证了综合减振不仅是行之有效的减振措施，而且为日后减低噪音标准提供了保证。

关键词： 减振 第29届奥运会 酒店机电设备要求 阻尼弹簧减振器

0 引言
新世纪科学技术和经济建设的高度发展,催生出大量新型写字楼、宾馆饭店、展览馆、商场和高级公寓等现代化建筑物,其中尤以高层建筑发展最快。但伴随而来的是锅炉、热交换站、给排水、中央空调系统等配套设施,对建筑物内外部环境的噪声振动影响也日益突出。如何妥善完成现代建筑中各类系统、设备噪声振动控制的前期配套设计或后期治理改造,实现噪声治理工程与人居环境的协调统一和景观美化,是近年来建筑工程和环保专业的热门话题。笔者结合第29届奥运会青岛国际帆船中心—奥运村工程的机房及其相应设备运行的实际情况，对设备及其管线减振装置的选型、安装做重点阐述。

1 案例分析
青岛市香港中路某高档写字楼工程，其设备运行时产生的噪音为75分贝以上，致使在该工程竣工使用后，楼内业主反映无法进行正常工作，要求进行技术改造处理。究其原因为大功率水泵和机房内管线无附加的减振装置，从而使得设备产生的振动噪音通过设备基础传递到砼楼板然后再通过墙体层层传递到地上房间。最后决定对该机房内产生振动的设备和管线进行减振处理。通过这次噪音事故，开发商共损失资金几十万以上，并且造成了极坏的影响。

2 奥运工程概况
第29届奥运会青岛国际帆船中心工程位于青岛市市南区燕儿岛路1号（原青岛北海船厂院内）。本工程是第29届奥运会青岛国际帆船中心陆域建筑的重要部分，分为奥运村和运动员中心两个单位工程，在2008年奥运会后将作为超五星级宾馆使用。其中空调工程中各类设备较多，冷却泵4台（2台90KW，2台75KW）、冷冻泵8台（4台37KW，4台42KW）共12台。由于该机房建成后将承担整个奥运村及运动员中心的制冷（10350KW）供暖（9600KW）需求，所以内部管道错综复杂，大管径的管道尤其常见。该工程将在2007年底交付使用，日后的管理工作由德国洲际酒店集团公司（InterCcontinental Hotels Group）管理。在工程之初，该公司就重点提出了设备机房内的噪音必须在45分贝以下[Epuipment Rooms 设备房 Sound Pressure Levels 噪音 ≤45d B]。综合该要求及借鉴以上的案例教训，我们决定重点对奥运村设备及其大管径管线进行减振处理。下面将从理论上分析振动的产生和削弱。

3 振动的产生和削弱
安装工程中设备的振动能通过建筑物的结构和基础进行传播。设备运行时所产生的振动可直接传给基础，并以弹性波的形式从设备基础沿房屋结构传到其他房间去，由继而以噪声的形式出现，通常被称为固体声。
削弱由设备传给基础的振动，是用消除它们之间的刚性连接达到的。即在振源和它的基础之间安设避振构件（如弹簧减振器，橡皮，软木等），可使从振源传到基础的振动得到一定程度的削弱。表征隔振效果的物理量很多，通常是用振动传递率T表示，也有用隔振系数和隔振效率。它表示振动作用于机组的总力中有多少部分是经过隔振系统传给支承结构的。振动传递率T越小，隔振效果越好。
T的数学表达式为：
T=1/（F2—1） 式中F =f / f0
f —振源的振动频率
f0 —弹性减振支座源的固有频率
T与f / f0 的关系如下图所示，图中虚线表示有一定阻尼时的情况。从公式和图中可以看出，f / f0 值越大，则T越小，即减振效果越好。当f =f0 ，T值无限大，即系统产生共振，机组传给基础的力有很大的增加。从图中可以看出，只有在f / f0≥1.414时，隔振器才起到隔振作用。

图1 减振传递曲线

4 实际工程中减振装置的选择与施工
4.1水泵的减振措施
水泵设备运行时产生的振动,常以弹性波形式通过基础、支架传递至建筑结构,再经结构传导辐射固体噪声。这不仅污染居民的工作、学习、生活环境,而且还影响到设备自身的使用寿命、仪器仪表的正常使用甚至建筑物的疲劳寿命。因此必须选择合理的隔振系统对水泵的基础部分进行妥善的隔振处理。设备基础隔振应遵循“面面俱到”的匹配原则：
4.1.1 加设配重隔振底座并适当加大隔振台座的尺寸,可以有效抑制主机位移振幅、增加系统稳定性,并相对减少机组重心偏移的影响。
4.1.2隔振器的选择,应根据隔振降噪的要求、设备的转速、机房的环境和工程投资而定。在一般情况下选择橡胶隔振器即可;当设备转速低或要求隔振效率较高时,应采用弹簧隔振器;但应注意: ①防止金属弹簧的高频失效问题。②采用优质阻尼弹簧隔振器消除起动和停车时的共振现象。
4.2管路系统减振措施
流体输送管路是水泵系统的重要组成部分,作为机械振动的良导体,可使设备本体振动沿管路远程传播;而在流体激振力作用下,管路也会产生自身振动,甚至是强烈冲击。因此,管路隔振对于水泵系统的噪声振动控制具有重要意义。管路隔振:在水泵进出口管路适当位置安装减振软管接头;管路中应使用支撑刚度和载荷匹配的弹性托、吊支架;管路穿墙部位要作好隔振(及隔声) 处理;必要时还可在管路关键部位加装阻尼耗能器抑制其管路颤振。
由于本工程使用规格较高，而且个别水泵为变频，故选用ZTG型阻尼弹簧减振器。该装置载荷范围广、适应性强，对积极隔振、消极隔振和冲击隔振能同时产生明显效果，是一种多功能通用性隔振产品，适用于-30℃～110℃的工作环境，其正常工作载荷范围内固有频率在1.5HZ～4.9HZ之间,阻尼比为0.065。

下面就如何选取ZTG型阻尼弹簧减振器的型号做重点分析:
4.3水泵基础减振装置型号选取
4.3.1根据水泵基础减振安装的要求，结合本工程的实际情况，每个卧式离心循环泵采用六个ZTG型阻尼弹簧减振器，配重砼基础的重量为水泵配重的1.5倍，配重砼基础采用Ф12㎜双向螺纹钢配筋，C30混凝土预制。根据各功能用水泵选择如下配重的减振器：
90KW冷却水循环泵2台 （每台配ZTG型弹簧减振器6个，每个减振器承重650kg)
75KW冷却水循环泵2台 (每台配ZTG型弹簧减振器6个，每个减振器承重550kg)
37KW冷冻水一次循环泵2台 (每台配ZTG型弹簧减振器6个，每个减振器承重400kg)
42KW冷冻水一次循环泵2台 (每台配ZTG型弹簧减振器6个，每个减振器承重530kg)
42KW冷冻水二次循环泵4台 (每台配ZTG型弹簧减振器6个，每个减振器承重500kg)
4.3.2水泵配重基础做法（各功能用水泵配重基础尺寸详见下图）

图2 减振器及配重基础安装示意图
4.3.3水泵配置ZTG型弹簧减振器的计算及选型
现以90KW，75KW，37KW为例：
90KW冷却水循环泵及配重重量：

1120kg×（1+1.5）=2800KG 2800/6=467KG
振动系数K取1.3。 467KG×1.3=607KG
查资料配置ZTG型弹簧减振器型号为：ZTG3-10
75KW冷却水循环泵及配重重量：
1030kg ×（1+1.5）=2575KG 2575/6=430KG
振动系数K取1.3。 430KG×1.3=559KG
查资料配置ZTG型弹簧减振器型号为：ZTG3-10
37KW冷冻水一次循环泵及配重重量：
856kg ×（1+1.5）=2140KG 2140/6=357KG
振动系数K取1.3。 357KG×1.3=465KG
查资料配置ZTG型弹簧减振器型号为：ZTG3-10

5 管线弹性减振支架施工
为设备运行时减少管线产生振动传递，根据建设单位的要求，机房内与振动的设备连接的管线采用弹性减振支架。考虑到实用、美观和整体性，弹性减振支架也采用阻尼弹簧减振器，每个支架减振器的数量及配重，根据管线的数量和运行时荷重而定。奥运村机房大管径管道按下剖面图分区:

图3 管线减振器安装示意图

总干管阻尼弹簧减振器的配置计算

5.1静态负荷计算：
5.1.1（A区）干管：支架间距为4.5M，
钢管重量：
52.5×1×3.14×7.8×450+63×1×7.8×450+5.25×3.14×7.8×450=1.85T
流体重量：
[（0.525/2）2×3.14×4.5×1.0]×2+（0.63/2）2×3.14×4.5×1.0=3.35T
合计负荷：
（1.85+3.35）=5.2T
（B区）干管：支架间距为4.5M，
钢管重量：
（63×1×3.14×7.8×450）×2=1.4T
流体重量：
[（0.63/2）2×3.14×4.5]×2=2.8T
合计负荷：
（1.4+2.8）=4.2T
5.1.2动态负荷计算：
.动态系数K1取1.2。振动系数K2取1.3。则：
（A区）5.2×1.2×1.3=6.3T×1.3=8.19T
（B区）4.2×1.2×1.3=5.1T×1.3=6.63T
（G区）：5.3T×1.2×1.3=6.4T×1.3=8.32T
（H区）：4.0T×1.2×1.3=4.8T×1.3=6.24T
5.2阻尼弹簧减振器的配置
据减振器厂家（某空调减振设备厂）提供的技术参数确定阻尼弹簧减振器为：
（A区）：8.19T/4=2.1T 采用4只 ZTG44-128（载荷2.5T）
（B区）：6.63T/3=2.2T 采用3只 ZTG44-128（载荷2.5T）
（G区）：8.32T/6=1.39T 采用6只ZTG44-128（载荷2.5T）
（H区）：4.2T/3+2.1T/2=1.4T+1.1T 采用3只ZTG44-128（载荷2.5T）+2只ZTG3-6

6 对所选的减振装置进行校核计算
依据本文开头处所提供理论进行分析,该种型号阻尼弹簧减振装置频率在1.5～4.9HZ之间,而水泵固定频率为50HZ,变频水泵频率在20～50HZ之间,下面我们进行校核计算。在此我们参照国家减振效果标准：
表1 减振参考标准
允许传递率T（%）
隔振评价
使 用 地 点
＜5
极好
振源装在播音室的楼板上
5-10

很好
振源装在楼层，其下层为办公室，图书馆，病房等和要求严格限制减振的房间
10-20
好
振源装在广播电台，办公室，图书馆及病房一类的安静房间附近
20-40
较好
振源装在地下室，而周围为上述以外的一般性房间
40-50
不良
振源装在远离使用地点，或一般工业车间

对所选的减振装置进行校核计算
6.1水泵不变频,频率为50HZ
依据公式T=1/（F2—1） 其中F =f / f0
式中 f ——振源的振动频率
f0 ——弹性减振支座源的固有频率
f取50, f0为弹簧减振频率[1.5, 4.9]HZ的闭区间,由于该公式为二次函数,当F＞1时,其值越大,函数值越小。反之亦反。
在该弹簧减振频率区间,其F值恒大于1,经计算T值为[0.09%,0.96%],参见表1,其减振效果为极好。
6.2当水泵为变频时,其变频区间为[20,50]HZ,同样推理过程,计算出T值为 [0.56%,6.4%],亦满足表1标准。

7 结论
通过系统调试,发现在水泵运行时产生的振动较好的被减振器吸收,基础底座未感觉到振动.管线减振效果亦很理想。在2006年8月份在青岛举行的“好运北京”帆船测试赛中，机房设备全部投入运行，对运动员中心进行供冷，达到了很好的效果，用噪声仪对设备机房内的噪音测试，仪器显示噪声始终小于45分贝，完全符合日后的管理标准，而且在整个工程中减振装置和与之相关的安装费用总计为3万元，大大节约了二次改造时的投资费用，创造了较大的经济效益。通过这次成功的工程案例,说明了针对振动较大的设备,采用附加的减振装置效果非常理想,值得其他业内单位借鉴和推广。

参 考 文 献
[1] 　 马大猷 噪声与振动控制工程手册 [M] . 北京:机械工业出版社, 2002版
[2] 韩润昌 隔振降噪产品应用手册 [M] 哈尔滨工业大学出版社 2003版
[3] 薛殿华 空气调节 清华大学出版社 2005版
[4] 丁士昭 建设工程经济 中国建筑工业出版社 2004 版
[5] 刘经亚，韩栋，张广奎，等 山东省工程建设标准建筑工程施工工艺规程（安装篇）
山东省科学技术出版社 2005版

Water pump foundation and pipeline antivibration device choice and installment application example in The Olympic Sailing Base

Abstract: This article moves through the analysis electromechanical device when the noise produces and the transmission mechanism，how to installed the antivibration device the necessity as well as chooses the antivibration device and pretends key to elaborate peacefully, not only thus will have proven the synthesis antivibration is the effective antivibration measure, moreover for will decrease the noise standard to provide in the future has guaranteed 。
Key words: antivibration，The 29th Olympic Games，hotel electromechanical device request，damping spring antivibration