李錦勝 李小東 李江華 左中杰

(1.北京空間機(jī)電研究所，北京 100094;2.中建三局第二建設(shè)股份有限公司，湖北 武漢 430074;3.中電投工程研究檢測(cè)評(píng)定中心，北京 100840)

0 引言

隨著我國(guó)航天技術(shù)水平的高速發(fā)展，需要進(jìn)行一系列的空間技術(shù)研究與試驗(yàn)，而試驗(yàn)的精密設(shè)備對(duì)試驗(yàn)環(huán)境的防微振要求都很高，比如激光試驗(yàn)、光學(xué)測(cè)試及雷達(dá)性能測(cè)試等設(shè)備。防微振技術(shù)主要分為建筑結(jié)構(gòu)防微振、精密設(shè)備儀器防微振、動(dòng)力設(shè)備及管道防微振等，由于管道防微振技術(shù)涉及的內(nèi)容最繁瑣，因此，筆者根據(jù)某航天工業(yè)廠房及實(shí)驗(yàn)室管道隔振施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)一下管道防微振施工技術(shù)。

1 管道振動(dòng)的產(chǎn)生分析

根據(jù)管道振動(dòng)理論，管道、支架和相連設(shè)備構(gòu)成了一個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，在有激振力的情況下，這個(gè)系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，所謂激振力主要指與管道相連接的設(shè)備的振動(dòng)和管內(nèi)流體流動(dòng)引起的振動(dòng)，在機(jī)電系統(tǒng)中，容易產(chǎn)生管道振動(dòng)的系統(tǒng)包括:通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、空調(diào)水系統(tǒng)、氣體動(dòng)力系統(tǒng)以及工藝管道系統(tǒng)等。一般而言，管路系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)的主要原因有兩點(diǎn):1)由于管系是連續(xù)彈性體，存在結(jié)構(gòu)固有頻率，管道易產(chǎn)生機(jī)械共振。2)管道在動(dòng)力設(shè)備的作用下產(chǎn)生的氣流脈動(dòng)，當(dāng)遇到彎頭、變徑、控制閥等管道元件時(shí)，管道會(huì)產(chǎn)生諧振。由于管路的系統(tǒng)特性，管道振動(dòng)產(chǎn)生是不可避免的。因此，精密實(shí)驗(yàn)室管道系統(tǒng)必須采用隔振措施消減管道振動(dòng)。

2 管道隔振措施

管道系統(tǒng)振動(dòng)傳遞是通過(guò)主體結(jié)構(gòu)傳遞至實(shí)驗(yàn)室精密設(shè)備，管道隔振采取主動(dòng)隔振的方法，在管路系統(tǒng)中增加管道減振器，可以阻斷管道系統(tǒng)與主體結(jié)構(gòu)之間振動(dòng)能量的傳遞，防止管道振動(dòng)擴(kuò)散。簡(jiǎn)單意義上來(lái)講，減振器即蓄能元件，將管道振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成減振器熱能，達(dá)到隔振的效果。室內(nèi)管道隔振器一般采用橡膠隔振墊、橡膠減振器、阻尼金屬?gòu)椈蓽p振器、空氣彈簧減振器等，室外管道隔振一般采用金屬?gòu)椈蓽p振器及金屬隔振產(chǎn)品。管道減振器對(duì)管道系統(tǒng)起著隔振、降噪和緩沖的重要作用，是目前防止振動(dòng)傳遞的最理想的方法。

一般而言，通過(guò)合理的選擇和正確的安裝管道減振器，管道的隔振效率都可達(dá)到90%以上，能夠有效的控制管道振動(dòng)對(duì)精密設(shè)備的影響，達(dá)到防微振的效果。

3 減振器選型計(jì)算

管道減振器的選型計(jì)算工作一般是由施工單位完成的，設(shè)計(jì)圖紙會(huì)要求管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的隔振效率及振動(dòng)量許可值兩個(gè)指標(biāo)，當(dāng)忽略管道系統(tǒng)的干擾頻率、冷態(tài)熱態(tài)位移差等影響因素后，管道減振器選型計(jì)算是比較簡(jiǎn)單的，一般步驟為，首先確定管道系統(tǒng)支吊架形式及數(shù)量，然后計(jì)算出管道系統(tǒng)中支管和主管的總重量，接著計(jì)算平均吊桿承重，并考慮由于支管引起的管道系統(tǒng)重心偏離值的因素，按平均載荷比例計(jì)算出吊桿的偏心承重，最后依據(jù)廠家減振器產(chǎn)品的性能參數(shù)選擇合適的減振器，減振器選擇要適中，否則會(huì)導(dǎo)致減振效果不佳，甚至造成事故。表1 是通風(fēng)某系統(tǒng)選型表。

表1 通風(fēng)某系統(tǒng)選型表

4 管道隔振施工技術(shù)

4.1 核算管道重量，確定吊點(diǎn)位置

在施工前，需要核算管道重量，管道重量可以根據(jù)管道理論重量表查詢，例如，DN80 的冷凍水管外徑× 壁厚為89 mm×6 mm，在不保溫情況下管道滿水時(shí)理論重量為20.32 kg/m，在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，保溫重量是不去核算的，總重量取1.01 系數(shù)即可，但注意風(fēng)管計(jì)算選取隔振器時(shí)要根據(jù)保溫的厚度計(jì)算保溫重量。然后根據(jù)管道支架間距設(shè)計(jì)規(guī)范要求確定支架位置，帶減振器的管道支架選擇時(shí)最好加大支架的剛度，并盡可能使支架等間距，對(duì)于支管較多的管道，主管支架位置選擇最好設(shè)置在支管的中心線，各支管間重心基本一致。

4.2 管道減振支架安裝

管道支架安裝形式是多種多樣的，但我們?cè)诖酥饕懻摐p振架的安裝，減振架就是消減管道振動(dòng)的支架，減振架的結(jié)構(gòu)組成部分包括:管部附件、連接配件、特殊功能件、輔助鋼結(jié)構(gòu)及生根件組成。以下就是鋼結(jié)構(gòu)部分減振支架的安裝形式，管部附件采用槽鋼、連接配件采用圓鋼、特殊功能附件即采用彈簧減振器、輔助鋼結(jié)構(gòu)生根采用角鋼抱框。值得注意的一點(diǎn)就是彈簧減振器與吊桿連接處采用雙螺母連接，防止管道振動(dòng)導(dǎo)致螺母松動(dòng)，此連接處易發(fā)生故障(見圖1)。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)部分減振支架的安裝形式

管道式減振器安裝形式可分為吊桿式和支撐式兩種類型(見圖2，圖3)，對(duì)于水平管道一般采用懸掛式，管道支架固定在梁板底部，垂直管道一般采用支撐式，固定在結(jié)構(gòu)柱或樓板上，如圖2中水平風(fēng)管和垂直空調(diào)立管的支架安裝圖。

圖2 懸掛式管道減振器支架安裝圖

圖3 支撐式管道減振器支架安裝圖

管道式減振支架安裝時(shí)注意要點(diǎn):

1)管道式減振器安裝時(shí)，應(yīng)進(jìn)行檢查，減振器型號(hào)無(wú)誤，吊桿生根牢固，減振器安裝完畢后彈簧定位銷拆除。

2)減振支架應(yīng)采取措施保證自身的穩(wěn)定工作，吊桿與減振器連接牢固，且采用2 個(gè)螺母連接。

3)減振器的彈簧高度符合要求，管道支吊架應(yīng)與管道緊密接觸，不得有空隙，不能使管道產(chǎn)生外力或位移，同時(shí)管道支吊架不能有懸空現(xiàn)象。

4)有坡度要求的管道支架安裝時(shí)，通過(guò)改變管托的高度保證管道的坡度要求，不能調(diào)整減振器高度。

4.3 固定支架減振器安裝

由于采用管道減振吊架，管道的橫向阻力很小，容易引起管道整體擺動(dòng)，從防止管道晃動(dòng)的角度出發(fā)，需要增加管道固定支架，管道固定支架一般都是剛性連接，這樣會(huì)影響管道整體的減振效果，我們通過(guò)討論研究，制定了固定支架減振器安裝方法。

4.3.1 固定支架減振器形式

固定支架減振器采用橡膠減振器與彈簧減振器結(jié)合方式。固定支架減振器加設(shè)原則:1)根據(jù)相關(guān)圖集及實(shí)際情況，在管路三通、變徑、彎頭、高低落差處設(shè)置減振固定支架。2)風(fēng)管、水管吊桿超過(guò)3 m，普通直管段按每15 m 設(shè)1 個(gè)固定支架，吊桿長(zhǎng)度大于5 m 區(qū)域的直管段每12 m 設(shè)1 個(gè)固定支架，垂直段固定支架的設(shè)置可按4 m 每個(gè)進(jìn)行設(shè)置(建議不少于2 個(gè))。

4.3.2 固定支架減振的做法

以槽鋼將固定支架做成門字形，在與風(fēng)管接觸的三個(gè)面均放置橡膠減振器，并設(shè)置拉桿，以便對(duì)橡膠減振器進(jìn)行松緊度調(diào)節(jié);固定支架受力點(diǎn)位置根據(jù)主體框架受力具體情況而定。主要?dú)w納為以下幾種類型:

1)類型一，鋼結(jié)構(gòu)固定減振支架。

適用鋼屋架部分，由于風(fēng)管吊點(diǎn)不能利用鋼屋架型鋼，管道吊點(diǎn)采用10號(hào)槽鋼滿焊至鋼結(jié)構(gòu)梁上設(shè)置固定支架，通過(guò)橡膠減振墊隔絕固定支架與風(fēng)管之間的振動(dòng)傳遞，并通過(guò)通絲桿防止支架扭曲度以及調(diào)節(jié)風(fēng)管與橡膠減振器的摩擦力，見圖4。

圖4 鋼結(jié)構(gòu)固定減振支架

2)類型二，機(jī)房成排管道固定減振支架。

適用機(jī)房?jī)?nèi)成排管道，采用槽鋼門字支架的形式作為固定支架，支架落地在樓板上，采用U 形減振管托以及橡膠減振器相結(jié)合的方式阻斷管道振動(dòng)傳遞至樓板地面，見圖5。

圖5 機(jī)房成排管道固定減振支架

3)類型三，垂直向支管固定減振支架。

適用主管道固定支架無(wú)法設(shè)置，通過(guò)支管設(shè)置固定支架來(lái)限制主管道晃動(dòng)，風(fēng)管支管固定支架固定在結(jié)構(gòu)梁上，通過(guò)橡膠減振墊隔絕支管與結(jié)構(gòu)梁之間的振動(dòng)傳遞(見圖6)。

圖6 垂直向支管固定減振支架

4.4 安裝風(fēng)管及隔振吊架檢查

減振支架安裝完畢后，采用卷?yè)P(yáng)機(jī)、滑輪等工具預(yù)先將管道吊起，保證減振吊架不受力，然后，將管道焊接在一起，整體下降至管道減振支架上，主要是為了保證減振彈簧不受損傷，安裝時(shí)，要求減振吊架受力適當(dāng)，管道整體安裝完畢后，對(duì)減振吊桿進(jìn)行檢查調(diào)節(jié)，并且根據(jù)規(guī)范加設(shè)固定減振支架，在減振吊桿檢查中，主要注意以下幾點(diǎn):1)檢查隔振吊架的壓縮量是否一致，并對(duì)超過(guò)壓縮范圍和未有壓縮變形的減振器進(jìn)行更換，選擇合適的減振器。2)管道存在高低落差時(shí)，應(yīng)通過(guò)吊桿螺紋調(diào)節(jié)彈簧支吊架，不得使用彈簧螺紋調(diào)節(jié)。3)彈簧吊架銘牌應(yīng)調(diào)節(jié)至便于觀察位置，同時(shí)彈簧定位銷應(yīng)在便于拆除位置。4)設(shè)備運(yùn)行時(shí)，應(yīng)逐個(gè)檢查管道隔振吊架有無(wú)故障。

5 結(jié)語(yǔ)

目前管道防微振技術(shù)還在不斷地改進(jìn)，今后會(huì)不斷的在實(shí)踐中加以完善，使管道減振技術(shù)更加成熟，為工業(yè)化生產(chǎn)服務(wù)。

［1］師漢民，諶 剛，吳 雅.機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)——分析、測(cè)試、建模、對(duì)策(上冊(cè)) ［M］.武漢:華中科技大學(xué)出版社，2001.

［2］胡慶國(guó).關(guān)于管道振動(dòng)的分析計(jì)算及控制［J］.北工建設(shè)工程，2001(3) :103-104.