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暖通空调设备减震降噪措施与水泵受力计算及减震

空调主机、水泵、风机等轴传动设备,运行时必然会产生振动和噪声。稍有不慎就会引起业主的强烈投诉,处理的费用高时间长,往往一个设备振动噪声的投诉牵涉到公司几个部门同时出面处理。

如何规避振动和噪声对业主的影响,结合处理完成的几个案例,从几个方面进行了分析,另加上一篇论文案例,希望大家能从中受益。

振动源和噪声源及标准

振动和噪声的关联度较高,对水泵等设备来说,常常是振动和噪声同时产生。

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《声环境质量标准》GB3096-2008中1、2类功能区进行控制:环境噪声限值:单位dB

声环境功能区类别

时段

昼间

夜间

1类

55

45

2类

60

50

1类声环境功能区:指以居民区、医疗卫生、文化教育、科研设计、行政办公为主要功能,需要保持安静的区域。

2类声环境功能区:指以商业金融、集市贸易为主要功能,或者居住、商业、工业混杂,需要维护住宅安静的区域。

风冷热泵空调系统

水泵选型:

屋面板上的空调水泵运行引起下层房间柱和墙体振动,如XX座裙房屋面空调水泵运行导致其正下方7一办公室桌面振动.后将水泵换成屏蔽泵后该现象消失。

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屋面板上安装水泵,其下层房间静音要求高:

XX小商区B区屋面板上的空调水泵按常规方式安装,商场招商后水泵下面正好是UME五星级电影院,其放映厅内噪声要求低于35db,而水泵运行时放映厅内噪声值接近50db,但相同商区相同方式安装的A区空调水泵下面是一大型中餐店,对近50db的水泵运行噪声从来未投诉;

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裙房屋面安装的风机和空调模块机的运行噪声,在周围环境安静时会引起较强烈投述水泵检测设备,但周围环境嘈杂时基本无投诉。

XX城K27商业裙房屋面安装的空调水泵和模块机,晚上运行时距离很近的塔楼XX座基本无投述,距机组约90米的XX城一组团1-8/1-9的8~12层业主开始投述,晚上10:00在小区测试,噪声值60dB,且投诉的业主室内明显有机器蜂鸣声。

分析:XX座多出租为写字间用且星座靠近主干道,噪声源多,晚上住宿人员少,业主不敏感;XX城一组团是远离主干道的住区,夜间背景噪声低,很安静,通过空中传导的噪声在背景噪声很低的情况下,显得很突兀,业主不能接受,K27裙房屋面的标高基本平1-8/1-9的6层标高,噪声弧线传播后正好在8~12层反映明显。平面图如下:

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高扬程水泵(如100米以上的消防泵)一般采用多级泵,在起停时水锤引起的噪声和振动都比较强烈,管道振动明显。

解决办法:

将泵房放在地下室最底层,安装时注意消声缓闭止回阀的选择和管道柔性接头减振。

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管道中水流速度过快引起明显噪声:

XX国际写字楼4F为物业办公室,设计时物业要求加大该层的空调水泵流量,当时循环干管(立管)已经安装,导致管内水流速度达到2.23m/s,超过规范上限2.0m/s,加上管廊中管道密集,在顶层管井门外夜间噪声66dB,感觉明显。好在该管井在卫生间内,无投诉,故暂未处理。平面布置如下图示:

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减振降噪的方式

噪声的控制→从噪声源头进行控制,噪声源主要是水泵、空调机组、管道内水流声等。减振→主要在设备安装方面进行控制。

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设备房选择:减振和降噪费用最节省的方式就是设备房的合理选择。

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设备选型 :

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设备安装:

1、设备房在地下室最低一层时,按常规安装方式即可,即:砼基础+减震垫+型钢底座 (选择使用)。

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2、在楼层结构板和屋面板上安装水泵和模块机时,应充分考虑设备设备的减振措施即砼基础+阻尼减震器+型钢底座+橡胶减震垫;在要求特别严格的地方,如设备房间下面是酒店客房静音要求很高的地方,还应该采用浮筑基础等。

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3、橡胶减震垫一般由设备厂家配送,阻尼减震器的型号选择应与设备重量相适应,建议安装前咨询设备厂家和减震器厂家意见。

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管道降噪减振

管道的噪声主要是管道中水流速度过快引起,在生活给水和空调水系统设计时应注意流速控制在规定范围内;消防水系统因是灭火时才使用,可以不考虑流速而重点考虑水流量的问题。《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003中对生活给水和空调水流速的要求:

生活给水流速要求

公称直径(mm)

15~20

25~40

50~70

≥80

水流速度(m/s)

≤1.0

≤1.2

≤1.5

≤1.8

冷却塔循环干管管道流速

公称直径(mm)

≤250

250250

1.5~2.0

空调循环水泵出水的流速可采用循环干管下限流速。

全国民用建筑工程设计技术措施中2.9.14关于采暖系统管道流速的要求:

公称直径

流速

DN32~DN40

0.5~1.0m/s

DN50~DN100

1.0~2.0m/s

DN150及以上

2.0~3.0m/s

高扬程(100米以上)水泵的启停会引起管道的强烈振动,简称“水锤”现象,在高层消火栓泵等方面特别明显,常规减振方法在水泵出水口上安装消声缓闭止回阀并加装橡胶或金属软接头。

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在设备房位置不太好的地方,如住户正下方等,除了前页的处理方式外,高扬程水泵的出水管路还应该进行特别的减振处理:采用减振吊架、管道穿墙(板)处采用柔性材料填塞套管/管道间缝隙、管路/支架间采用橡胶减震垫、水平管路上再增加一组金属软接等。

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设备房及露天设备降噪

设备房降噪:

如采用了以上减振降噪措施后,设备房内的噪声传出设备房还达不到要求时,应进行设备房的隔音吸声处理。主要措施有:墙面吸音、天棚吸音,极端情况下会采用楼面吸音。

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一般采用隔音屏的方式,情况严重时可采用隔音罩但必须处理好设备散热进风等关系,保证设备的正常运行。

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空调水泵的受力计算及减振措施

0 引言

空调循环水泵的振动及减振计算方法在《实用通风空调设计手册》中有详细描述,但对系统内部工作压力大的情况没有讨论。在17.7.2节讨论了忽略了系统工作压力对隔振器承受的载荷的影响;在17.9.2节的案例中假定了隔振系统各受力点的弹簧受力是均匀的。在多年的实际施工调试中发现,在工作压力大的系统中是不能这么简单处理的。

1 常见水泵减振方式

如图,在系统运行时,由于存在系统内部的压强,每个软接头两边将产生一对大小相等方向相反的力,力的大小为 :F=P×A (1)

式中 F为力的大小,N;P为系统压力值,Pa;A为受力方向上的投影面积。

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图1 常见的水泵减振安装形式图

水平安装的软接头受力分析:假定运行时水泵吸入口压力为6kg/cm²的系统,水泵吸入口接管口径为DN250,则存在一对水平的力分别作用在水泵和立管支架上,估算大小为:F1=6*10*10000*0.25*3.14*0.25*0.25=29762 N

这对水平力造成的后果可能是:

a) 水泵整体向后移位,减振弹簧倾斜;

b) 立管向外倾斜,法兰接口或焊缝受损毁;

c) 水平软节头受力,极可能被拉坏造成事故。

竖直安装的软接头受力分析:假定水泵扬程为40米,出口口径为DN200,则:

F2=10*10*10000*0.785*0.20*0.20=31400 N

这个力会加载到弹簧上,忽略了这个向下的压力则可能使得选定的弹簧被压死,达不到减振效果。

2 改进措施

水平力的破坏性影响较大却没有积极的抵消方法,有的工程上将水泵惰性块后侧加了限位措施以防止水泵整体偏移,也有的将水平的软节头两侧法兰用丝杆拉住限位,这些做法都影响减振效果,没能从理论上解决这个问题,个人认为应该将这对水平力改为竖直方向的垂直力并使用弹簧力将它抵消掉。因此必须改变水泵吸入口的软接头的安装位置,建议如下图:

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图2 建议将入口软接头竖直安装

这种安装方式使得水泵水平方向不受力,水泵不会位移,减振弹簧也不会倾斜,减振效果好。

3 承重弹簧的受力分析

另外一个问题是为减振而设置的弹簧是否受力都相同?通过受力分析可知弹簧的受力是不一致的,考虑了系统内部压力后,水泵前端弹簧受力远远大于电机下面的弹簧,必须经过计算来确定才能实现预想的减振效果。

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图3 水泵受力情况分析图 图示

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图4 通过计算确定各受力点的位置及大小

弹簧承受的力量有以下几部分:水泵重量、入口推力、出口推力、惰性块重量;见图3。

实际计算中涉及的未知变量很多,需要合理的分析系统情况并做科学的假设以求减少未知变量,最终计算出各个弹簧的安装位置(定位)、受力大小、预压缩量(mm),然后绘制出惰性块的配合尺寸。

计算之前需要绘制出水系统图,根据水泵所在位置、系统最不利环路计算出水泵的扬程、选定水泵型号、确定水泵尺寸、确定水泵进出口的运行压力(表压);根据水泵的运行重量及其附件重量确定水泵惰性块的重量(不计入受力,只计入重量)、外形尺寸、准备安装弹簧的位置;

根据水泵进出口压力及口径计算出受力,并假定中间弹簧的受力是与入口侧弹簧相等的,以此可以确定中间弹簧的安装位置,同时计算出电机下侧的弹簧受力大小;实际计算中可以根据静态力平衡及力矩平衡公式制作制作出EXCEL电子计算表格求得弹簧的安装位置及确定受力大小,图4。

4 选择合适的弹簧

计算中我们是假定系统在运行状态,这种状态意味着系统内不但充满了水而且是处于设计的循环运行状态,然而水泵检测设备,弹簧在安装过程及将来放水检修过程、停机状态时都有不同的受力情况,这些受力必然造成弹簧的压缩量发生较大变化,则存在一个减振体上下位移幅度较大的问题,这些位移会施加到橡胶减振器上,可能造成它被过拉或过压情况并可能被损毁。必须采取措施,即选用预压弹簧,图5。

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图5 可预压弹簧的结构形式

选定好弹簧形式之后则可以根据实际的受力情况确定弹簧安装前是否需要预压缩,虽然很多厂家的弹簧已经有了标准的预压缩量,但在我们实际应用中应检验是否还需要再压缩。计算的再压缩量小于3MM的则不需要预压,大于3mm的则采取预压措施,预压量为计算的压缩量减去3mm,图6。

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图6 压缩量计算

国内很多厂家都有类似的产品,我们在多个工程设计及使用下来,效果都很好。

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