建筑工程机电设备隔振减震技术应用现状研究.pdf
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1、抗震研究KANGZHENYANJ IU王成建,等:建筑工程机电设备隔振减震技术应用现状研究 工程与建设 年第 卷第期收稿日期:;修改日期:作者简介:王成建(),男,天津人,工程师建筑工程机电设备隔振减震技术应用现状研究王成建,王君(中建七局第二建筑有限公司,江苏 昆山 )摘要:随着经济的发展,建筑工程中的机电设备越来越多,承载着各种各样的功能,与此同时机电设备的振动问题也更加突出.机电设备在振动中损坏可能会导致建筑物功能的丧失,带来不便和经济损失,因此隔振减震技术需要重视.建筑工程机电设备隔振减震技术旨在减小设备振(震)动响应,保证机电设备的正常运行和结构的安全.文章总结了建筑机电设备振动的原
2、因,介绍了目前存在的振动问题,重点综述了现有的隔振减震技术,并提出了建筑机电设备的发展方向.关键词:建筑机电设备;隔振;减震中图分类号:TU 文献标志码:A文章编号:()引言随着经济的快速发展,为满足人们的生活生产需要,各种建筑物承载的功能越来越丰富.为实现建筑物的各种功能,则需在建筑物内安装各种各样的机电设备,如水泵、风机、空调等.由于制造或安装误差,任何的机电设备都不可避免地存在不同程度的振动.对一些对噪声有限制要求的建筑物(如酒店、医院、办公楼等)来说,机电设备振动产生的噪声是最大的噪声来源.对工业建筑来说,虽然噪声的控制要求没有那么严格,但机电设备的振动会对设备本身造成损坏,影响设备使
3、用寿命,甚至导致设备故障停止运转,从而引起巨大的经济损失.机电设备的振动不仅会对设备本身造成不好的影响,还会对建筑物造成一定程度的损伤.因此,对机电设备的安装采取一定的措施以削减设备造成的不利影响是必要的.建筑结构的设计通常考虑地震的影响,然而在地震作用下,建筑机电设备的损坏也会导致经济损失和人员伤亡.所以保证机电设备在地震作用下能正常工作同样是必要的.建筑机电设备振动原因水泵、风机和空调机组等常见的建筑机电设备通常会设置电机,这些设备运转的过程中会伴有旋转运动.当旋转部件的中心与转轴脱离时,由于离心现象,转动部件会出现不平衡的离心力,从而导致设备的振动.当水泵的转子(泵轴,叶轮等)质量不平衡
4、时会引起水泵的振动现象.造成旋转部件中心脱离转轴的因素很多,如材料质量不均匀、安装和制造误差等.如果说这些因素可通过提高制造和安装工艺控制,那么设备在运转过程中造成的转子磨损、零部件松动等不可避免地导致了旋转偏心,从而引起了设备的振动.风机叶轮及叶片的不均匀磨损会引起振动加剧和出力不足等问题.造成转子质量不平衡诱发风机振动转动部件的偏心旋转引起的振动是由于偏心力呈周期性和规律性变化导致的,转子旋转一周为一次循环,所以设备振动的特征频率与转速相等.设备本身具有固有频率,由设备的质量和刚度决定.当特征频率与固有频率接近的时候,机电设备会发生共振,对设备造成损坏.所以一般在制造这些设备时,会将这一因
5、素考虑进去,使特征频率与固有频率有一定的偏离,避免发生共振以造成不必要的损坏.目前存在的振动问题建筑机电设备产生的低频振动通过建筑结构传播,进而引起空气振动形成噪声.通常建筑机电设备需 h不间断运转,如此嘈杂持久的噪音势必影响人们的生产生活.一些建筑如居民楼、酒店(学校、医院、综合办公楼、高级酒店)等对室内环境的声学要求极其严格,甚至为此制定了噪音控制标准.机电设备内部结构精密复杂,设备振动可能对设备内部结构造成破坏,如对设备内部连接件的紧固程度造成影响,使设备内部的紧固件出现松动,进而造成设备本身的损坏.设备振动还可能对固定设备的紧固件的紧固程度造成影响,使设备与建筑结构的连接不牢固,进而使
6、设备在运转过程中出现不稳定的问题.设备连接不稳固、安装松动等原因将影响设备的固有频率,可能引发设备共振.机电设备通常安装在建筑结构中,与建筑结构直接相连,设备振动会通过连接传递到建筑结构上,而过大的振动势必会对建筑结构的使用寿命和安全性造成一定的影响.随着技术的不断发展,建筑机电设备的种类越来越多,引起的振动越来越严重,由设备振动导致的建筑结构问题层出不穷.当地震来临时,设备将同时受到地震作用和机械振动的影响.虽然地震为概率性事件,但一旦发生地震,造成的人员伤亡和经济损失将不可估量.我国对建筑结构的抗震设计已经趋于成熟,但对于地震作用下建筑机电设备的保护还有待研究.对于核电站内的核电设备,必须
7、保证其在地震作用下不发生损坏.核电安全就是生命,任何微小的故障都有可能引发严重的后果;对于医院这类特殊建筑,其承载着医疗功能,如其中的机王成建,等:建筑工程机电设备隔振减震技术应用现状研究抗震研究KANGZHENYANJ IU 工程与建设 年第 卷第期 电设备损坏,将危害人们的生命安全;对于一般建筑中的机电设备,地震对其造成的损坏也会导致经济损失和资源浪费.所以保证建筑机电设备在地震作用下能正常运转是必要的.隔振减震技术概括传统结构是通过 结 构本 身来 抵抗 并 消 耗 地 震 能 量 的,但结构与机电设备会因此受到损害.为保护结构与设备在地震作用下的安全或 正 常使 用,国 内外 学者 研
8、 发了 大量 的隔振减震技术.根据隔振减震技术在发挥作用时是否需要从外部摄入能量来分类,可以分为被动隔振技术、半主动隔振技术和主动隔振技术.三种隔振技术的特点和常见类型见表.表隔振技术概况表隔振技术特点类型被动隔振技术不需要外部输入能量橡胶隔振器、弹簧隔振器等半主动隔振技术需要外部输入能量,但不提供主动的驱动力主动变刚度隔振器、主动变阻尼隔振器等主动隔振技术需要外部输入能量并提供主动的驱动力抵消振动形状记忆合金制动器、压电薄膜制动器等 被动隔振技术被动隔振技术运用在对建筑机电设备中发挥作用,并不需要外界的能量输入.被动隔振技术有结构简单、作用机理清晰、易拆卸、传力明确、价格低廉和使用寿命长等优
9、点,因此被动隔振技术得到了广泛的应用.常见的被动隔振元件有橡胶、金属弹簧、空气弹簧等.橡胶材料的特性很复杂,是一种各向同性,形变量有限的材料.橡胶的弹性具有滞后性的特点,在承受冲击荷载时能够储存大量的能量.并且橡胶可塑性好,质量小,可以根据不同的隔振要求来设计橡胶隔振器.橡胶隔振器具有提供竖向承载能力、弹性复位能力、良好的变形能力等特性.天然橡胶支座由于阻尼较小,地震作用下会产生较大的水平位移,这就导致在地震时建筑机电设备容易损坏.同时天然橡胶在使用时,由于各种荷载作用和环境作用,橡胶的老化问题无法避免.橡胶老化会导致其拉伸强度、断裂伸长率、弹性等性能的劣化.针对这些问题,在后续研究中学者们也
10、进行了大量的研究,如铅芯橡胶、聚氨酯橡胶、人工合成的高阻尼橡胶、橡胶老化时间对其性能影响等.金属弹簧的种类有很多,如:螺旋弹簧,碟簧等.金属弹簧中得到最广泛应用的是圆柱螺旋弹簧.刚度是圆柱螺旋弹簧最重要的指标,它的优点是使用寿命长,无须更换与维修,但其压缩可认为是线弹性,阻尼系数很小,从而导致耗能能力很弱,稳定性能较差.碟形弹簧具有变刚性的特性.单个碟簧形状扁平,多个碟簧可以进行不同形式的组合.碟簧对合可以增加碟簧组的可压缩量,减小碟簧组的刚度;叠合则可以提高碟簧组的承载力和刚度.通过碟簧数量和组合方式的改变,可以设计出不同承载力的碟簧隔振器,具有灵活设计的优点.空气弹簧主要由柔性密闭容器和高
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