5.2 Конструктивні схеми віброізоляції

Для віброізоляції агрегату необхідно його встановити на віброізолятори й ізолювати під’єднані до нього комунікації. Застосовують однорівневу (рисунок 5.2.1 б, г, д, е), дворівневу (рисунок 5.2.1 в, ж, з), а іноді й трирівневу схему віброізоляції.

Між агрегатом і віброізоляторами часто розташовують масивну плиту (звичайно залізобетонну) або жорстку опорну раму (рисунок 5.2.1 г, д, з).

Підтримуючу конструкцію, на яку опирається віброізольована інженерна машина, для стислості називають фундаментом. Це може бути плита перекриття, залізобетонний блок, балка і т.д.

а – машина жорстко прикріплена до фундаменту; б – машина встановлена на віброізоляторах; в – дворівнева схема із застосуванням віброізоляторів; г – машина встановлена на плиті масою m на віброізоляторах; д – те ж, що й г, додатково встановлені еластичні прокладки; е – машина жорстко прикріплена до плаваючої підлоги на пружній основі; ж – машина встановлена на віброізоляторах і підлозі на пружній основі; з – те ж, що й ж, додатково встановлена плита m; 1 – машина; 2 – фундамент; 3, 4 – віброізолятори; 5 – фундаментна плита; 6 – проміжний блок; 7 – еластичні прокладки; 8 – плаваюча підлога на пружній основі; 9 – шар пружного матеріалу.

Рисунок 5.2.1 – Схеми жорсткого й віброізольованого кріплення машини до фундаменту

Віброізолюючі елементи можуть бути представлені:

а) у вигляді окремих опор:

· пружинні віброізолятори, основним робочим елементом яких є одна або кілька сталевих гвинтових пружин;

· пружні прокладки, що нерідко мають складну форму;

б) у вигляді шару пружного матеріалу, що укладається між машиною й фундаментом;

в) у вигляді плаваючої підлоги на пружній основі. Підлога на пружній основі являє собою залізобетонну стяжку, улаштовану на пружній основі поверх несучої плити перекриття будівлі. Звичайно застосовується у дворівневій схемі з іншими віброізоляторами (рисунок 13, ж).

Критерій віброізоляції.

Ефективність віброізоляції характеризується зниженням рівня коливань фундаменту, дб:

(1)

де – квадрати амплітуди віброшвидкості фундаменту, усереднені по його поверхні й частоті при відповідно твердому й віброізольованому кріпленні до нього машини.

Величину називають віброізоляцією. Вона дорівнює зниженню рівня коливань конструкцій будівель і структурного шуму, що виникають через динамічний вплив машин на підтримуючі конструкції.

Розрахунок віброізолюючих конструкцій полягає у виборі й розрахунках віброізоляторів і інших елементів, з яких вони складаються, а також у розрахунках віброізоляції.

Найбільш важлива характеристика віброізольованої установки – частота її власних коливань (резонансна частота віброізолюючої підстави), Гц:

(2)

де К – сума динамічних жорсткостей віброізоляторів, Н/м, на яких установлена машина;

М – загальна маса, кг, віброізольованої установки (сума мас машини М_м і залізобетонної плити М_пл, якщо така є).

При віброізоляції машини на частотах коливання фундаменту не знижуються . В області частот вони підсилюються . При наступає резонанс – різке посилення коливань. Тільки на частотах, f значно більших, віброізолятори знижують коливання фундаменту. Тому їх підбирають так, щоб резонансна частота лежала нижче діапазону частот , у якому необхідне зниження даних коливань. Отже, віброізолятори повинні мати досить низьку жорсткість. На рисунці 14 показаний характерний графік залежності віброізоляції агрегату від частоти при обладнанні віброізолюючої підстави із застосуванням пружних елементів.

Рисунок 5.2.2 – Графік віброізоляції

Дворівнева схема віброізоляції має більшу ефективність у порівнянні з однорівневою. Але на відміну від однорівневої схеми, тут дві резонансні частоти, так що діапазон частот, у якому віброізоляція негативна, розширюється.

Рекомендації із проектування віброізолюючих конструкцій.

Проектування віброізолюючих конструкцій зводиться до вибору конструктивної схеми віброізоляції, підбору типу й параметрів віброізоляторів по відомій номенклатурі (рідше їх розраховують і проектують), вибору конструкції підлоги на пружній основі (якщо це потрібно), розрахункам ефективності прийнятої конструкції (віброізоляції).

Усі розглянуті віброізолюючі конструкції знижують передану на фундамент вібрацію тільки на частотах, що перевищують основну частоту власних вертикальних коливань (резонансну частоту) системи. При виборі віброізолюючих конструкцій виходять із вимоги

(3)

де – робоча частота машини (обладнання), Гц, – це частота обертів у секунду для машин з обертовими частинами (насоси, вентилятори), число ходів у секунду машин із частинами, що поступально рухаються (поршеневі компресори).

Якщо жорсткість неопорних зв'язків (трубопроводів, гнучких вставок і т.д.) не більше половини жорсткості віброізоляторів, то можуть бути обрані віброізолятори й спроектована віброізолююча конструкція. А якщо ні, то необхідно враховувати жорсткість неопорних зв'язків – вибір віброізоляторів і самої віброізолюючої конструкції стає більш складним.

При віброізоляції машин з робочими частотами менше 18...20 Гц слід застосовувати пружинні віброізолятори. При більших робочих частотах можна використовувати як пружинні віброізолятори, так і пружні прокладки з еластомірного матеріалу. Пружинні віброізолятори, маючи меншу частоту власних коливань, забезпечують більшу віброізоляцію на низьких частотах, чим інші види віброізоляторів з еластичних матеріалів. Однак останні на середніх і високих частотах більш ефективні, оскільки хвильові резонансні явища, що погіршують віброізоляцію, у них наступають на більш високих частотах, чим в пружинах і, крім того, менш виражені через суттєво більші внутрішні втрати енергії.

Через зазначені явища віброізоляція пружинами на середніх і високих частотах падає й досить невелика. Деяке збільшення її досягається при установці гумових прокладок між пружинами й фундаментом. На більших частотах додаткова віброізоляція росте із частотою й стає тем вище, чим більше коефіцієнт втрат, товщина й коефіцієнт форми прокладки. Тому їх слід виготовляти з перфорованої, а не суцільної гуми.

Всупереч поширеній думці, тонкі гумові прокладки не усувають основного недоліку пружинних віброізоляторів – низьку віброізоляцію на середніх і високих частотах.

Віброізолятори розташовують так, щоб їх центр жорсткості перебував на одній вертикалі із центром мас віброізольованої установки; при цьому віброізолятори повинні мати однакове осідання.

Плаваючі підлоги без спеціальних віброізоляторів можна використовувати тільки з обладнанням, що має робочі частоти більше 45...50 Гц. Це, як правило, невеликі машини, віброізоляція яких може бути забезпечена й іншими способами. Ефективність підлог на пружній основі на настільки низьких частотах невелика. Тому застосовують їх тільки в комбінації з іншими видами віброізоляторів, що забезпечує високу віброізоляцію на низьких частотах (за рахунок віброізоляторів), а також на середніх і високих (за рахунок віброізоляторів і плаваючої підлоги).

Стяжка плаваючої підлоги повинна бути ретельно ізольована від стін і несучої плити перекриття, тому що утворення навіть невеликих жорстких містків між ними може суттєво погіршити її віброізолюючі властивості. Тому при конструюванні плаваючої підлоги передбачають заходи, що попереджають просочування бетону в пружний шар при виготовленні підлоги. У місцях примикання плаваючої підлоги до стін необхідний гідроізольований шов з материалів, що не твердіють.

При лінійних розмірах стяжки плаваючоъ підлоги більше 8...10 м з метою запобігання розтріскування бетону рекомендується виконувати розділові шви, які не повинні проходити поблизу місця установки обладнання. Великі агрегати слід розташовувати в центрі окремих плит, на які швами розбивається вся стяжка плаваючої підлоги.

Конструкція плаваючої підлоги повинна забезпечувати її несучу здатність на дію статичного навантаження від обладнання.

Приклад конструкції звукоізоляційної плаваючої підлоги показано на рисунку 5.2.3.

1 – стіна будівлі; 2 – герметик, що не висихає; 3 – звукопоглинні плити товщиною 20 мм; 4 – гідроізолюючий шар поліетилену; 5 – бетонна стяжка товщиною 80 мм, армована металевими конструкціями; 6 – плита перекриття; 7 – технологічний деформаційний шов (за необхідністю)

Рисунок 5.2.3 – Принципова схема обладнання звукоізоляційної плаваючої підлоги

За рахунок установки машини на залізобетонну плиту досягається зниження рівня коливань самої машини й збільшується її стійкість на пружинах. На низьких частотах навіть при незмінному значенні можливо невелике збільшення віброізоляції за рахунок поділу різних просторових форм коливань машини, установленої на віброізоляторах, яке не враховується в одномірній розрахунковій схемі. Однак у звуковому діапазоні частот в цілому віброізоляція помітно збільшується за рахунок зростання імпедансу віброізольованої установки.

При використанні фундаментних залізобетонних плит в окремих смугах частот може бути й зниження віброізоляції. Це відбувається у випадках, коли через збільшення маси віброізольованої установки й застосування більших пружин октавна смуга, у яку попадає перша хвильова резонансна частота пружин, і з якої починається «провал» віброізоляції пружинами, зрушується на октаву вниз. Тому краще встановлювати агрегат на пружинні віброізолятори менших номерів (при їхній більшій кількості), чим більших (їх буде потрібно менше), оскільки в останніх раніше починається спад віброізоляції.

У звуковому діапазоні частот залізобетонні плити краще працюють, якщо (при заданій масі) вони мають мінімальні розміри в плані, але більшу товщину. Для підвищення акустичної віброізоляції не слід робити великих у плані залізобетонних плит, на яких установлюють відразу кілька машин — наприклад, основний і резервний насоси.

Залізобетонну плиту встановлюють також у тих випадках, коли жорсткість підходящих до машини трубопроводів із гнучкими вставками порівнянна або перевищує загальну жорсткість віброізоляторів, які потрібні були б для установки машини без цієї плити. Таке положення може мати місце, наприклад, при віброізоляції насосів. За рахунок установки залізобетонної плити збільшується загальна маса віброізольованої установки й знижується частота її власних коливань, тому що зменшується вплив жорсткості приєднаних трубопроводів. В результаті, додатково до сказаного вище, досягається збільшення віброізоляції й на низьких частотах. У ряді випадків жорсткість приєднаних до машини трубопроводів із гнучкими вставками виявляється настільки великою, що вона взагалі не може бути віброізольована без установки залізобетонної плити.

При обладнанні масивних віброізольованих підстав необхідно враховувати наявність внутрішніх віброізолюючих елементів у вентиляційного й компресорного обладнання. У цих випадках внутрішні віброізолируючі елементи рекомендується шунтировати за допомогою різьбових або гвинтових з'єднань.