SAP2000在风机基础振动计算中的应用

摘要：利用sap2000软件对风机基础进行振动分析，采用能够真实反映基础自身特性的单元来模拟，主要分析风机基础在风机及电机运行过程中的振动情况，从而得出其在运行过程中具体的振动参数,为风机基础设计提供合理的工程计算数据

关键词：风机基础；数模振动稳态分析

中图分类号：TS737文献标识码： A

1.工程概况

本工程为某高炉鼓风机站风机基础,该基础是一钢筋混凝土空间刚架结构，其上8.000m平台上安装电机和风机,平台下由6根柱子支承,由于风机及电机在运行过程中，尤其是在启动和停止过程中容易与风机基础产生共振，从而影响风机的正常运行和风机基础结构的安全。如果运用常规手工计算工作量很大，且计算分析很复杂，容易出现计算不准确的情况，因此本文利用有限元软件SAP2000中频域分析功能对风机基础进行数模振动稳态分析，采用能够真实反映基础自身特性的四面体单元来模拟，主要分析基础在风机及电机启动、带负荷运转及停止阶段的振动情况，从而得出其在运行过程中具体的振动参数,为其基础设计提供合理的工程计算数据。

2.风机基础8.000米平台平面图

参数表1

8.000米平台平面图

3.计算参数

参数表1见上图

参数表2

4.模型的建立

用SAP2000对本风机基础进行建模,首先建8.000米平台,在分割此平台轴网时需注意平面开有孔洞,而且设备厂家资料所提荷载作用在1到9号点上,而不是作用在螺栓上,所以本平面轴网分割时不必建螺栓点,而是分割出荷载作用点即可。8.000米平台各点分割完成后依次向下建立柱子网格，在柱子网格下端点建立风机基础底板轴网，分割网格节点，在分割底板节点时需注意分割出底板上桩位节点，以便后边布置单桩抗压刚度。按照以上顺序，整个风机基础网格模型就建好了，下一步定义材料特性，定义顶板板壳、底板板壳及柱子，然后将定义好的顶板、底板板壳及柱子布置在相应位置；在底板有桩的节点处指定单桩抗压刚度，此处单桩抗压刚度按照《动力机器基础设计规范》计算公式kpz=∑CptApt+ CpzAp计算，下一步设置底板约束，在底板四角设置四个水平约束点。这样整个风机基础模型就建好了，如下图所示:

基础模型风机自重荷载 稳态函数图

5.荷载定义及指定

风机基础模型建立好之后，就要开始定义荷载。风机及电机荷载有恒载，活载及扰力，将定义好的各荷载指定到模型上对应的各个点上，这样荷载就施加完成，如图所示为风机自重荷载。

6.稳态函数定义

本文主要工作是分析风机在运行过程中其基础的振动情况，因此本文利用有限元软件SAP2000中频域分析功能对基础进行数模振动稳态分析，为此在荷载指定完成后需定义风机及电机计算时的稳态函数，定义稳态函数时需尽量让函数曲线平滑，不宜出现大的变化，这就要求在划分频率区间时每个区间递增值尽量相同，此处以电机为例，在定义电机稳态函数时由于电机额定频率为50HZ，将额定频率对应的函数值设为1，电机频率为0时对应的函数值设置为0，频率从0HZ到50HZ之间每隔5HZ为一个分割，将每个分割点处的函数值计算出来，最后就形成一条曲线，由于规范规定计算振动线位移时，宜取在工作转速±25%范围内的最大振动线位移作为工作转速时的计算振动线位移，所以此处在定义风机稳态函数时，频率还需取到62.5HZ，本工程取到65HZ，频率从50HZ到65HZ之间也按每隔5HZ为一个分割，对应的函数值均为1，这样电机的稳态函数就定义好了，如下图所示。用同样的方法可以定义风机稳态函数值。

7.风机基础分析计算

风机基础模型建立完成后，用SAP2000对模型进行分析计算，显示出计算结果。

由于SAP2000采用的是有限元分析，每个单元节点都有其对应的振动速度和位移，本文用SAP2000列表显示出每个节点的振动速度和位移，从中找出最不利的节点。下表仅示意部分节点的振动速度和位移：

从列表中我们可以看出：

X方向在150号节点处振动速度最大，其值为0.3mm/s，小于设备资料要求的5mm/s。

Y方向在91号节点处振动速度最大，其值为0.57mm/s，小于设备资料要求的5mm/s。

Z方向在95号节点处振动速度最大，其值为2.58mm/s，小于设备资料要求的5mm/s。

X方向在273号节点处振动位移最大，其值为0.0016mm，小于《动力机器基础设计规范》0.02mm的规定。

Y方向在173号节点处振动位移最大，其值为0.0178mm，小于《动力机器基础设计规范》0.02mm的规定。

Z方向在95号节点处振动位移最大，其值为0.0113mm，小于《动力机器基础设计规范》0.02mm的规定。

综述以上结果，模型中各节点振动速度和振动位移均满足要求。本设计风机基础完全能够保证风机和电机在运行过程中的正常工作，而不会出现共振现象。

8.结语

通过SAP2000对风机基础的建模计算，我们能够准确的计算出风机基础各个节点的振动位移数据及振动速度数据，能为风机基础的设计提供完整的计算数据，从而能够为设计人员设计出既能满足设备运行要求，又能节省材料的风机基础提供设计依据，避免了动力基础设计计算中复杂繁琐的手算过程。提高了设计质量，节省了设计时间。还能很好的避免动力基础在运行过程中可能出现的共振破坏情况的发生。

参考文献

1.《动力机器基础设计规范》GB50040-96，中国计划出版社

2.《动力机器基础设计手册》中国建筑工业出版社

3.《SAP2000中文版使用指南》人民交通出版社