广东惠州索尼精密部件有限公司净化项目机房振动分析

摘要:本文针该该厂空调机房楼板产生的振动现状及原因、振动传递、减振器复核设计计算，及减振系统安装等进行了分析研究，提出了针对该洁净组合式空调机组的隔振设计和安装要点，以达到减小机房楼板产生振动的目的。

关键词： 现状分析；隔振处理及改善

引言

近年来，大多数工业厂房的对室内环境的要求标准越来越高，诸如温湿度、噪声、洁净度等等，因此对空调设备的布局也提出了更加严格的要求。以往诸多分散布局方式当中，需要占用许多建筑面积和使用空间，导致相应的工艺布局也受其影响，并影响了整体的美观性。因此近些年来，多数厂房的机电安装工程都倾向于将大部分的空调设备布置在同一个机房内，这样可以有效地满足工艺布局要求，提高设备运行管理的效率，简化末端结构，降低设备维护费用。

现在许多机房安装的空调机组、水泵、冷水机组等等设备经常采用电机变频模式，设备在不同频率时的运行工况对基础的振动影响程度均不一样，如果设备所采用的减震没有经过详细计算和校核，将无法满足设备变频时的隔振要求，设备集中布置于同一机房所带来的振动及噪音这方面的问题，轻可以影响环境的舒适程度，严重的还会带来结构安全上的问题。本文以近期完成的项目空调机房楼板的振动进行分析讨论。

1．机房现状

1.1 机房布局

机房布置在厂房二层，机房内主要包含了3台洁净式组合空调机组、2台冷水机组、4台水泵、2台热水泵，以及同设备连接的各类管线，具体布局如下图1所示：

1.2 系统运行模式

为满足室内环境及工艺要求，系统工况分为白天和夜晚两种模式的运行，因此如上述布局图示中的所有设备在白天即按正常频（50Hz）率运行，夜间即降低频率至35Hz运行。

1.3 系统设备安装

机房内所有主设备均由厂家或施工单位提供安装了紧固装置、减震避震装置及设备基础。吊装排风设备采用悬吊式弹簧减震器，冷水机组（螺杆）采用橡胶块减震，水泵采用的是JC型弹簧减震器，空调机组风机段以弹簧减震器做局部减震（其余以橡胶块铺设减震）。

1.4 系统管线安装

现场所有空调机组的送回风管、新风管、冷冻水管道均直接接驳在空调机组本体之上，接驳位置并没有设置柔性连接；所有排风设备的进出口设置帆布软接；其余管道系统的设备的进出口均加设橡胶软接头做避震处理。

1.5 运行现状

按机房设备控制顺序，当所有设备（除本案分析的受控空调机组外）逐一启动至正常频率后，机房楼板及四周墙体产生了微弱的振动和噪音，但经振动仪器测试之后，其影响程度在可接受范围之内，不会对结构及设备安全造成影响。当本案分析的最大一台空调机组启动后，由于其采用变频模式，因此在整个机组启动至正常工况的过程中，测试者可以明显感受到靠机组附近2米的区域楼板振动加强，且四周墙体上的玻璃窗户的颤动明显，当机组频率增至35Hz（正常为50Hz）时候，楼板出现了较大的间歇性振动，墙体颤动加大，用振动仪测试(采用日本理音(RION)测振仪VM-2001)之后，数据显示为43H，大大超出要求值15H；当进一步把频率加大至正常频率50Hz，空调机组进入常规工况运行，此时仍然在相同位置，测试者可以感到楼板出现了连续性振动，但振动幅度要比35Hz时小很多，经用振动仪测试，数据为22H，同样四周墙体依然颤动比较明显。

具体振动区域如图示2：

图2

整个空调机房自竣工验收完毕，投入试运行至今，这个情况一直没有得到改善，考虑机房所处位置为2层，且机房内主要设备均处于24h连续运行，如果机房的振动情况长期持续下去，势必会对各类的设备的精度、运行造成严重的影响，甚至可能发生不可估量的安全事故。因此必须对楼板振动现状进行改善和解决。

2.振动产生的主要原因分析

2.1 引起振动的因素

如前所述，在本文重点分析的最大1台洁净式空调机组没有启动期间，整个机房的振动情况处在允许值内，合符要求，但本机组一经开启后，机房振动便大大超出了允许值范围，因此笔者在本文中仅以此“受控分析的空调机组”作为分析对象，针对其引起机房振动加强的主要因素―“安装质量和频率波动”进行详细探讨。

由于空调机组采用的是变频模式，设备产生的振动频率不相同，配备的减震器的减震效果也不可能完全符合设计要求，经现场调查和分析，总结出振动产生原因主要有以下方面：

（1）空调机组的风管及配管连接处无避震处理

图中③、⑤所示为风管及配管与空调机组本体连接方式，本案未经整改时，其连接方式并无柔性连接处理，而是将风管、配管与空调机本体直接刚性连接。基于此种做法

的原因，主要是施工方案认为：本空调机组风机段采用了局部避震处理，正如图中②所示，故在空调机的的进出口均不再设置避震装置。

但在试运行期间，风管及配管均出现较大的抖动，经振动仪测试之后，测得风管用型钢支架的振动数据为23H，也就是说，风管的振动频率超出了允许值，空调机本体振动传递至风管、风管本体因气流形成的扰动冲击合成以后（本文不做分析），通过型钢支架传递至基础地面，在一定程度上加大了机房楼板振动发生共振的可能。

（2）空调机本体的减振处理不当

如图3中所示的①为空调机风机段的局部减振，所使用的金属弹簧减振器选型及配置不合理。所选减振器的自有频率f0为14Hz，偏大，造成本体的振动传递比偏大；同时安装数量达到了8个，加大了振动传递的不均衡性。因此在空调机组变频过程中，使用振动仪测试显示，风机段经过减振器处理后，测得的基础振动出现间歇性振动、振动加强等几种情况，测试数据超出允许值。

图中④是橡胶减振垫，用于机组其他功能段减振，其布置和选型安装均不合理。本案中，机组每个功能段仅仅对称布置了4块减振垫，选用的是不足1cm的JP型橡胶减振垫，并已严重老化，同样经测得其减振效果比较差。

（3）电机变频因素

如前文提到，本案分析的空调机组风机采用变频模式，因此其自身频率不固定，造成空调机组在不同频率下运行时，所形成的扰动频率f也会不同。也势必造成了对减振效果的影响。出现了在低高频时，测试者所感受到的间歇性、连续性振动。

2.2 振动的合成

在多重因素的叠加作用下，出现了图2标示位置的振动加强区域，因此，十分有必要对本案所分析的洁净空调机组进行防振、隔振措施处理，以消除对结构安全和设备运行精度的影响。

3.隔振处理及改善

3.1 风管及配管整改

（1）将原有送回风管与空调机组的连接方式改造为柔性连接，配管与空调机组进出口增设橡胶软接头。以此减小空调机组本体的振动给风管及配管造成的连带传递影响，同时也减少风管及配管自身扰动反串给机组的影响。

（2）机房内用于风管及配管的型钢支架增加软木处理，减小管道振动的传递比，减少对楼板的振动影响。

3.2 金属弹簧减振器重新选型及安装

（1）减振器选用

A．考虑机组运行频率不同，因此要考虑不同情况时的扰动频率。根据T=1/[(f/f0)2-1], 振动传递比T参考（表一）选用，采用0.2,可计算出减振器本体的自有频率f0=4.0～5.4Hz（n=600―800rpm，设备扰动频率为f=n/60=10～13Hz）。

表 一

B．根据式δ=9x106/T%xn2,可计算出减振器的静态压缩量δ=9x106/20xn2,当n=600rpm时，δ=1.25cm，当n=800rpm时，δ=0.703cm。

C. 根据f0=1/2n√K/2M 或f0 =5/sqrt(δ)，计算出理论荷载为284.kg，故减振器数量由8个减少为6个对称布置，风机段局部总重为1330kg，每个承受的静荷载为P=mg/n=1330x9.81/6=2174.6N.满足设计要求。

D. 根据A～C,选定减振器型号为ZD-8型。具体如下表所示：

阻尼较小的弹簧减振器与设备基础之间应设一定厚度的弹性垫。

（2）支承点数不应少于6个。

经核算其静态压缩量属于积极减振范围。

（3）减振器安装

减振器为均匀对称布置，并以固定地脚螺栓加以固定。

3.3 橡胶减振垫重新选用及安装

（1）减振垫选用

由于空调机组的非振动源段，即在送回风段、盘管段、中间段位置在机组运行时所产生的扰动频率f是多种因素的合成，计算起来比较困难，但考虑到实际作为无振动源功能段，因此本案根据实际经验，并结合橡胶减振垫具有持久的高弹性，有良好的隔振、隔冲击和隔声性能；能满足刚度和强度的要求；具有一定的阻尼性能，可以吸收机械能量，对高频振动量的吸收尤为突出，故一律将原来的老化橡胶减振块更换为剪切型橡胶减振垫。根据计算式f0=5x√Ed/（√dcmx√Es），橡胶减振垫的许可荷载范围和竖向自有频率能满足设计要求。

（2）每个支承点采用两层组合布置，可以减小其自有振动频率，各层减振垫之间用3～4毫米厚整块钢板隔开，并将减振垫与钢板粘结在一起。

4． 改造效果

经过调整和更新处理之后，笔者及有关人员一起对改造后的效果进行了测试和评价。在本受控分析的洁净式空调机组变频启动之后，在35Hz及50Hz的控制点，测试人员对整个机房进行了地毯式感受调查，整体上不再有之前出现的间歇性和连续强振的情况出现，同样玻璃窗的颤动也非常小。进一步用振动仪测试之后，机房楼板的振动频率大部分在9H以下。但是在机设备附近的位置，测得的数据仍然高于允许值，经分析后认为设备的混凝土基础有吸收和缓冲动能冲击的效果，所以这部分振动能量经过吸收传递之后，对远处的楼板并不产生振动影响。

五、结束语

空调机组选用减振器时，频率比根据空调机组的实际运行转速确定，并按根据以上分析, 在实际工程设计中, 对设备及管道与建筑物的隔振问题应重视, 并采取相应有效的防止措施:(1) 选择低转速、低振动的设备,以降低振动源；(2) 根据减振设计标准, 选择相应种类的减振器, 减少振动传递；(3) 设备与管道之间应采用柔性连接；(4) 管道的支、吊架应有弹性材料垫层, 当隔振要求较高时, 应采用弹性支吊架。

作者简介：余强（1978年12月），男， 大学本科，现供职于五洲大气社工程有限公司。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。