Розрахунок фундаментів під насосні агрегати

Під відцентрові насоси й електродвигуни до них обладнують бе­тонні фундаменти, що розраховуються на резонанс коливальних рухів насосного агрегату і фундаменту.

Через наявність ексцентриситету обертових мас ротора електродвигуна і робочого колеса відцентрового насоса виникає неврівноважена відцентрова сила, що зумовлює змушені коливання насосного агрегату.

Якщо власна частота коливань фундаменту збігається з частотою змушених коливань насоса, зумовлює резонанс, і амплітуда коли­вань може збільшитися до розмірів, небезпечних для міцності насо­са, електродвигуна і фундаменту.

Розрахунок фундаментів під насосні агрегати ведуть:

на визначення резонансу коливань фундаменту й агрегату;

на перевірку статичного тиску фундаменту на ґрунт.

Амплітуда коливань фундаменту (А) при роботі насосів не по­винна перевищувати максимально припустимих значень:

для відцентрових насосів і приводів до них при частоті обертання вала: n=1000–750 об/хв А =0,1 мм;

n=750–500 об/хв А =0,15 мм;

для поршневих насосів із кривошипно-шатунними механіз–мами при частоті обертання:

n= 600 об/хв А =0,1 мм;

n= 600–400 об/хв А =0,1–0,15 мм;

n= 400–200 об/хв А =0,15–0,25 мм;

n= 200 об/хв А =0,25 мм.

Частота власних вертикальних коливань фундаменту визначається за формулою

,

де k – коефіцієнт пружного рівномірного стиснення ґрунту (значен­ня подані в табл. 4.2.); F – площа фундаменту; g – приско­рення сили тяжіння, м/с²; M – загальна маса працюючих машин і фундаменту.

Для того, щоб резонанс коливань фундаментів, відцентрових насосів і електродвигунів не виникав, необхідно, щоб розбіжність між частотою власних і вимушених коливань, яка дорівнює частоті обертання рото­ра, вираженої в процентах, була

n_z – n

e= ------ 40 % ,

n

де n– частота обертів валанасосного агрегату.

Поршневі насоси є меньш врівноваженими і тому можуть викликати небезпечні вібрації. Щоб уникнути резонансу коливань при n <200 1/хв слід прийняти e = 100 %, а при n = 200 1/хв значен–ня e повинне бути більшим 50%. Це означає, що фундаменти низькообертових поршневих насосів (насоси з кривошипно-шатунними механізмами), потрібно проектувати таким чином, щоб власна часота їхніх коливань була вище за частоту коливань насоса. Простіше за все досягти збільшення шляхом розши­рення площі фундаменту при незмінній його масі, тобто за рахунок зменшення висоти фундаменту.

Розрахунок на статичне навантаження зводиться до визначення тиску на ґрунт під масою насоса, а також фундаменту:

(4.16)

де е – ексцентриситет центру ваги загальної маси фундаменту і агрегату щодо центру ваги площі підошви фундаменту; l – розгля­даємий розмір фундаменту.

Значення ексцентриситету рівнодіючої загальної маси для випад­ку, зображеного на рис. 4.19

l

e = -- - х _ц.т ,

де х_ц.т – координата рівнодіючої маси фундаменту й агрегату:

m_нx_н + m_еx_е+ m_фx_ф

х_цт= -------------- ,

m_н + m_е + m_ф

де m_н, m_е, m_ф – маса відповідно насоса, електродвигуна і фундаменту; x_н, x_е, x_ф – координати центрів ваги відповідно насоса, елект­родвигуна і фундаменту. Для забезпечення рівномірного осідання фундаменту ексцентриситет не повинен бути більше 5 % від розміру l тієї сторони підошви фунда­менту, в напрямку якої зсунутий центр ваги. Обчислені за формулою (4.16) значення р повинні бути позитивни­ми і не перевищувати припустимих значень, які приведені в табл. 4.2. Фундаменти під насоси виготовляють із монолітного бетону або залізо­бетону марки не нижче М150. Розміри фундаменту в плані повинні бу­ти на 100–150 мм більше, ніж розміри плити насоса і на 100–150 мм вище підлоги.

Таблиця 4.2

Значення допустимого статичного тиску

на ґрунт і коефіцієнтів пружного рівномірного стиску ґрунту

ґ р у н т и	Категорія ґрунту	Допустимий статистичний тиск на ґрунт, рдоп, МПа	Значення k10-3, кг/м3
Слабкі (глини і суг-линки в палстичному стані, суспісок і пи-лоподібні піски се-редньої щільності)	І	0,15
Середньої міцності (глини і суглинки на межі сколювання, піски)	ІІ	0,15-0,35	3-5
Міцні (глини і суг-линкі в твердому ста-ні, гравій, лес)	ІІІ	0,35-0,5	5-10
Скельні підвалини	ІV	0,5

Кріплення насоса й електродвигуна здійснюють фун–даментними болтами, що закладають у заздалегідь підготовлені для них гнізда і заливають цементним розчином марки М150.

З метою запобігання руйнації фундаменту під впливом нафтопро­дуктів його зовнішню поверхню покривають шаром цементної штука­турки з додаванням рідкого скла. Між фундаментом і насосним агре­гатом рекомендується встановлювати металеве корито зі зливним патрубком.

Рис. 4.19. Конструкція фундаменту під насосні агрегати

1 – насос; 2 – електродвигун; 3 – анкерні болти; 4 – фундамент

Методичні рекомендації

При вивченні цього розділу варто звернути увагу на те, що кожен тип насоса займає цілком обгрунтоване місце в системі перекачування різноманітних нафтопродуктів на складі ПММ, де щонайкра­ще виявляються його позитивні властивості.

Контрольні запитання

1. Дайте класифікацію насосів, які застосовуються для перека–чування нафтопродуктів.

2. Які теоретичні основи роботи відцентрових насосів?

3. Яка геометрична, кінематична і динамічна подобність насосів?

4. Назвіть формули перерахунку.

5. Які способи зміни характеристик відцентрових насосів?

6. Що таке кавітація в насосах? Яка гранична висота всмоктування?

7. Який принцип роботи вихрового насоса?

8. Які принцип дії й область застосування шестеренних насосів?

9. Які принцип дії й область застосування ґвинтових насосів?

10. Які принцип дії й область застосування струминних насосів?