积极隔振
隔离振源,减少设备传给基础和楼板的动态力,常用于水泵、风机、冷水机组、发电机组和冷却塔
隔振是在振源和受振对象之间设置柔性环节,切断或削弱振动的传递路径。它分两种情况:一种是把设备隔离起来,减少设备振动传到楼板、基础和周边;另一种是把精密仪器隔离起来,减少环境振动传到仪器。两者原理相同,关注的方向相反。
减振则是直接降低某个结构或构件自身的振动响应,常见手段有增加阻尼、设置调谐质量阻尼器、改变刚度或质量以避开共振。隔振处理的是“传过去多少”,减振处理的是“自己动多大”,评估方法也不一样。很多现场问题需要两者配合,比如设备做了隔振,支撑它的钢平台仍处在共振附近,就还需要对平台本身采取措施。
隔离振源,减少设备传给基础和楼板的动态力,常用于水泵、风机、冷水机组、发电机组和冷却塔
隔离受振对象,减少环境振动传给精密仪器,常用于电镜、光刻、计量和检测设备
在构件上增加阻尼材料或阻尼器,降低共振峰值,对频率较宽的激励也有效
在结构上附加与某阶模态频率调谐的质量弹簧系统,吸收该阶振动能量,作用频带较窄
设备放在隔振器上,就构成一个质量弹簧系统,它有自己的固有频率。传递率是传到基础的振动或动态力与激振的比值,它取决于激振频率与隔振系统固有频率之比。理论上,频率比在根号二以下时传递率都不小于一,振动没有被削弱,其中频率比接近一时发生共振,放大最严重;频率比超过根号二之后传递率才小于一,并且频率比越大隔振越好。
这意味着隔振器必须足够柔软,使隔振系统固有频率明显低于设备最低的主要激振频率。隔振器的静压缩量与固有频率直接相关,压缩量越大固有频率越低,所以低转速设备需要更软、压缩量更大的隔振器。阻尼能降低共振时的放大,对启停时穿过共振区有利,但在隔振区内阻尼越大,高频隔振效果越差,选型时要权衡。
实际的隔振系统不只有一个上下方向的频率。设备在隔振器上有平动、摇摆和扭转等多个刚体模态,重心偏离隔振器布置中心时,这些模态还会耦合。另外,理论模型假设基础是刚性的,设备放在柔性楼板或钢平台上时,楼板本身的固有频率参与进来,隔振效果可能远不如预期。惯性基座可以增加质量、降低重心、改善载荷分布,是常用的改进手段。
| 频率比区段 | 传递特性 | 实际意义 |
|---|---|---|
| 激振频率明显低于隔振系统固有频率 | 传递率接近或略大于一 | 隔振器相当于刚性连接,振动基本原样传递 |
| 激振频率接近固有频率 | 共振,传递明显放大 | 最不利的情况,常见于选型不当或隔振器被压死后刚度改变 |
| 激振频率高于固有频率,但不到其根号二倍 | 传递率仍大于一,仍有放大 | 隔振器刚度偏大,需要更软的隔振器或调整质量 |
| 激振频率刚超过固有频率的根号二倍 | 传递率开始小于一,但效果有限 | 处在隔振区边缘,工况或刚度稍有变化就可能失效 |
| 激振频率远高于固有频率 | 传递率明显小于一,频率比越大效果越好 | 正常隔振区,但支承结构柔性和短路仍可能削弱效果 |
| 启动和停机过程 | 转速必然穿过共振区 | 需要适当阻尼或限位,避免启停时大幅晃动 |
| 类型 | 主要特点 | 常见用途 | 需要关注 |
|---|---|---|---|
| 钢弹簧隔振器 | 可做到较低固有频率,性能稳定,自身阻尼小 | 冷水机组、水泵、风机、冷却塔、发电机组 | 高频时弹簧自身可能传声,常与橡胶垫配合;需防锈 |
| 橡胶隔振器 | 有一定阻尼,结构紧凑,固有频率相对较高 | 中高转速小型设备、风机盘管、管道支吊 | 老化硬化、蠕变和温度敏感,油污环境下劣化快 |
| 空气弹簧 | 固有频率很低,可调高度和刚度 | 精密仪器平台、对环境振动敏感的设备 | 需要气源和调平控制,漏气会改变性能 |
| 弹簧阻尼组合隔振器 | 兼顾低频隔振和启停时的共振控制 | 启停频繁或转速较低的设备 | 阻尼部件需定期检查 |
| 隔振吊架与柔性接头 | 切断管道、风管与结构之间的振动传递 | 设备进出口管道、风管、吊顶内管线 | 柔性接头在压力下可能变硬,拉杆拧死后失去柔性 |
| 调谐质量阻尼器 | 针对某一阶结构模态吸收能量 | 楼板、人行桥、钢平台、细长构件 | 频率调谐精度要求高,结构改变后可能失调 |
| 阻尼层与粘滞阻尼器 | 增加结构阻尼,降低共振峰值 | 薄壁构件、机壳、钢结构 | 对非共振的强迫振动作用有限 |
实测中隔振效果差,多数不是原理问题,而是隔振器没有处在设计的工作状态。现场检查应先于复杂测试,很多问题一眼就能看出来。
| 失效形式 | 常见原因 | 现场表现 | 检查方法 |
|---|---|---|---|
| 压死 | 载荷超过隔振器承载范围,弹簧并圈,橡胶过度压缩 | 隔振器几乎没有余量,设备与基础同步运动 | 测量弹簧工作高度或压缩量,与选型参数对比 |
| 短路 | 刚性管道、电缆管、风管直接连到结构;限位螺栓或运输锁未松开;基座下有杂物、砂浆或垫块 | 隔振器上下振动幅值相近,传递明显 | 逐项检查所有连接,查看限位和抗震限位是否接触 |
| 老化 | 橡胶硬化开裂、蠕变下沉,弹簧锈蚀 | 效果随使用年限逐渐变差,设备标高下降 | 外观检查,对比各隔振器高度和硬度 |
| 载荷不均 | 重心与隔振器布置不对应,各点压缩量不同 | 设备倾斜,摇摆振动明显 | 测量各点压缩量,核对重心位置 |
| 选型不当 | 隔振系统固有频率与设备激振频率接近 | 某一转速下振动特别大,变频设备尤为明显 | 测量隔振系统固有频率,对照转速范围 |
| 支承结构柔性 | 设备放在柔性楼板或钢平台上,结构频率参与 | 隔振器上下比值尚可,但楼板响应仍然很大 | 对楼板或平台做固有频率测试 |
最有说服力的是同一受振位置在采取措施前后的对比,即插入损失的思路:在相同的设备工况下,测量楼板、相邻房间或精密仪器台面的振动,比较措施前后的变化。它反映的是实际效果,但前提是前后两次的转速、负荷和周边设备状态一致,背景振动要单独测出并扣除其影响。
无法做前后对比时,可以在隔振器上下同步测量,计算各频率上的振动比值。这个比值能直观说明隔振器在各频率上是否起作用,也能发现短路,但它不完全等同于插入损失,因为设备装上隔振器后自身的振动也会改变。两种方法得到的数据要分开表述,不能混用。
评估应按频率进行,而不是只看一个总值。隔振通常在设备主要激振频率及以上效果明显,在隔振系统固有频率附近可能有所放大。总值下降不等于每个关心频率都改善,对精密仪器和人体舒适度的评价更需要按对应的频率特性来看。评价是否满足要求,应按相关标准、设计要求或合同约定进行。
调谐质量阻尼器只在调谐频率附近的窄频带内有效,它的效果高度依赖结构该阶模态频率的准确测定。安装前应通过模态测试确定目标频率和振型,阻尼器应布置在该阶振型变形较大的位置;安装后应复测频响函数或运行振动,确认原共振峰下降,并检查是否在两侧出现新的分裂峰。结构荷载、隔断和使用条件变化后,阻尼器可能失调,需要定期复核。
阻尼层和阻尼器主要降低共振峰值,对远离共振的强迫振动作用有限。评估时应对比措施前后共振频率处的响应和衰减特性,例如锤击后的自由衰减是否明显加快。如果振动的主要原因是激振力过大或刚度不足,单靠增加阻尼往往达不到目标。
现场测试由北京团队的工程师带仪器完成;测点方案、评价依据和报告形式在方案中与您确认。北京以外的项目按地点、测点数量和工期安排人员和仪器。需要配合材料检测或失效件分析的,可以与失效分析一并安排。
最常见的原因是隔振系统固有频率与设备激振频率接近,形成共振;其次是隔振器被压死或短路,或者设备放在柔性楼板上。应先检查压缩量、限位和管道连接,再测量隔振系统固有频率并与转速范围对照。
主要看设备的激振频率和需要的隔振效果。低转速设备需要较低的隔振系统固有频率,通常选弹簧;中高转速小型设备可以用橡胶,兼顾阻尼和安装方便。还要考虑温度、油污、老化和启停频率等使用条件。
测量弹簧或橡胶的工作高度和压缩量,与选型参数对比;看弹簧是否并圈、橡胶是否鼓胀开裂;同步测量隔振器上下的振动,如果在主要激振频率上两者接近,说明隔振器基本没有起作用。
最直接的是受振位置在措施前后的振动变化,即插入损失;无法前后对比时,可以用隔振器上下同步测得的比值辅助判断。两者含义不同,应分别表述,并按频率而不是只按总值评价。
可能是隔振器被短路或压死,可能是隔振系统固有频率偏高,也可能是楼板自身固有频率与设备频率接近。还要检查管道、风管和支吊架是否把振动直接传到楼板,这条路径常被忽略。