Установка насоса и двигателя 

1. Фундамент 

Размеры фундамента определяются величиной фундаментной плиты насосного агрегата. Фундамент делают шире плиты на 100 — 150 мм и несколько приподнимают над полом. Если учитывать в будущем замену меньших насосов большими, то размеры фундамента следует брать по будущим насосам. Обычно фундамент строится в виде сплошного массива. 

Если бы ротор электродвигателя и рабочее колесо насоса были абсолютно уравновешены, то никаких возмущающих колебаний они не создавали. Но достигнуть полного совпадения центра тяжести с осью вала вряд ли возможно. Обыкновенно имеется эксцентриситет го, и получается неуравновешенная центробежная сила .  

Под действием этой силы могут создаваться колебания, фундамента. Если частота колебаний фундамента совпадает с частотой колебаний агрегата, получится резонанс, т. е. колебания могут увеличиться до размеров, опасных для прочности машин. Основные собственные частоты колебаний фундамента обычно меньше рабочих частот высокочастотных турбомашин и их совпадение маловероятно. 

Высокочастотные турбомашины принадлежат к классу машин, хорошо уравновешенных статически и динамически, и действительный эксцентриситет их составляет не более 0,2 мм. Поэтому возмущающие нагрузки, вызывающие вибрации фундаментов, относительно невелики. Возмущающие нагрузки даже в самых неблагоприятных условиях не могут вызывать вибраций недопустимой амплитуды, так как масса фундамента по отношению к массе вращающихся частей машины велика. 

При колебаниях высокой частоты демпфирующие силы оказывают значительное влияние. Для приближенной оценки этого влияния вычислим амплитуду колебаний фундамента в наиболее неблагоприятных условиях— в условиях резонанса. 

Амплитуда вертикальных колебаний фундамента как твердого тела на упругом основании определяется по формуле , где m—масса фундамента и машины; n — коэффициент демпфирования колебаний, величину которого можно считать пропорциональной частоте колебаний, т. е. .  

Максимальная величина вертикальной составляющей возмущающей силы равна , где r0 — эксцентриситет; т0 — величина вращающихся масс машины. Подставляя значения Рz и n в формулы для Аz. получим следующее выражение для амплитуды вертикальных колебаний фундамента в условиях резонанса: , где  отношение вращающихся масс машины к суммарной массе фундамента и машины. 

Приближенно для турбогенераторов  = 0,05; значение коэффициента пропорциональности  может быть принято равным 0,5. При этих значениях  и  имеем . 

Эксцентриситет вращающихся масс r0 непосредственно определить нельзя, но косвенным путем (измерением вибрации машин и фундаментов) можно вычислить. Получающиеся при исследованиях величины значительно менее 0,2, поэтому 0,2 принята как предельная величина. 

При r0 = 0,2 максимальная амплитуда Аz вертикальных колебаний фундамента при резонансе, т. е. при совпадении частоты колебаний машины и частоты колебаний фундамента, равна 0,01 мм. 

Если  = 0,1, то А = 0,02 мм. Такие амплитуды неопасны. Совпадение частот обычно не имеет места для машин, имеющих около 1000 оборотов в мин, так как частота колебаний фундамента много ниже. Поэтому действительные амплитуды колебаний фундамента гораздо меньше 0,02 мм. Допустимое давление на грунт высокочастотных машин принимается равным 0,8—1,0 допустимого давления от одной статической нагрузки. Площадь фундамента должна быть проверена на допустимую нагрузку на грунт и в случае необходимости расширена. 

Если вращающая часть машины составляет 1/5 ее общего веса, то, сделав фундамент равным весу машины, получим  - 0,1, а А = 0,02. 

Отсюда видно, что высота фундамента, определенная по весу машин, будет невелика. Все предыдущее относится к турбогенераторам и мощным электронасосам в несколько тысяч киловатт. Более мелкие машины тем более не нуждаются в динамических расчетах фундаментов. Известны многочисленные случаи, когда мелиоративные центробежные насосы, прикрепленные к рамам из стальных балок, устанавливались непосредственно на грунт без всяких фундаментов и работали вполне исправно. Отсюда видно, насколько может быть облегчено устройство фундаментов под центробежные насосы. 

Высота фундамента зависит от строительных условий. Если станция имеет пол на уровне поверхности земли, то фундамент должен быть углублен до прочного грунта: верхний растительный грунт, чернозем и пр. должны быть сняты. Глубина подошвы фундамента не зависит от глубины заложения стен здания, она может быть выше или ниже подошвы стен. Между фундаментами машин и стенами должны быть зазоры. 

Двигатель и насос должны устанавливаться на общей плите во избежание изгиба вала. Фундаментные болты закладываются в приготовленные для них гнезда и заливают цементным раствором. Длина болтов — от 0,3 до 0,7м. Фундаменты делают из кирпича, бетона марки 90, железобетона; при слабых грунтах необходимо соответствующее укрепление основания. Если пол станции расположен значительно ниже уровня грунтовых вод, то его устраивают в виде сплошной железобетонной плиты, рассчитанной на давление воды снизу. 

В таких случаях насосы ставятся прямо на несколько приподнятую плиту пола, в которую заделывают и фундаментные болты. При установке машин на перекрытиях необходима проверка на вибрацию. Для фундаментов под машины применяют кое-где асфальтовый бетон и кладку на асфальтовом вяжущем веществе. Для насоса и двигателя отливается одна фундаментная плита, прикрепляемая болтами к фундаменту. 

Насос и двигатель в свою очередь прикрепляют к плите болтами при помощи лапок. Применяются также сварные или клепаные фундаментные рамы из швеллерной стали. Временно насосы и двигатель при ременной передаче могут быть установлены и на деревянных брусьях или срубах. 

2. Фундаменты для поршневых машин 

Поршневые машины с механизмом шатуна и кривошипа при числе цилиндров менее четырех являются неуравновешенными машинами и поэтому могут вызывать опасные вибрации. Фундаменты этих машин должны быть рассчитаны для определения амплитуды их колебаний. Величина допустимой амплитуды, по Баркану, при отсутствии резонанса соседних сооружений находится в пределах 0,15—0,20 мм. Фундаменты низкочастотных машин необходимо проектировать так, чтобы собственные частоты фундаментов находились значительно выше рабочих частот машин. 

Высоту фундамента следует делать как можно меньшей. Частота колебаний  фундамента выражается уравнением . Здесь m — масса фундамента и машины; F—площадь подошвы фундамента; Cz — коэффициент упругого равномерного сжатия грунта. Cz меняется от 3 кг/см3 для слабых грунтов до 5—10 кг\см для прочных глин, суглинков и гравелистых песков. 

3. Соединительные муфты, шкивы 

Удобнее всего соединять насос с электродвигателем или двигателем внутреннего сгорания посредством эластичной муфты. Благодаря этому соединению устраняются всякие потери в передаче и, кроме того, оно не требует ухода. Недостатком его является то, что насос и двигатель должны иметь одинаковое число оборотов. На рис. 169 показаны заклиненные на конце вала шпонкой соединительные шайбы, совершенно одинаковые по размерам для вала насоса и двигателя. 

Эластичность соединения достигается тем, что болты, соединяющие шайбы, снабжены с одной стороны резиновыми втулками. Наличие резиновых втулок и придает эластичность соединению, допускающему исправную работу агрегата даже при небольшом отклонении осей валов вследствие износа подшипников. Эластичность соединения муфт достигается также применением эластичного соединения полумуфт с помощью пальцев (рис. 170). 

Реже встречаются муфты, показанные на рис. 171. Здесь одна муфта меньшего размера входит внутрь другой — большей, соединение производится маленькими резиновыми цилиндрами, которые входят в зубьеобразные выточки, проделанные на обеих муфтах. 

Применяются также эластичные муфты со стальными лентами. Лента изгибается зигзагообразно и вставляется в канавки, проделанные на ободьях обеих муфт по всей окружности. Канавки шире ленты, чем и достигается эластичность передачи. 

4. Ременная передача 

Ременная передача от двигателей к насосу или компрессору применяется тогда, когда число оборотов двигателя и приводимых им в действие машин различно. Отношение между числами оборотов двигателя и насоса может меняться в пределах до 1:20. При применении натяжных роликов оно может быть повышено. 

Обыкновенно нижний ремень является ведущим; он натянут, а верхний, ведомый, провисает и таким образом увеличивает угол охвата шкива ремнем. Напряжение кожаного ремня обычно не более 15 кг/см2 при ширине ремня больше 250 мм, а для меньших ремней — еще ниже. При нормальном натяжении ремня скольжение его составляет от 2 до 4%, что надо учитывать при расчете передачи. Внутренняя сторона кожи ремня дает лучшее сцепление, чем внешняя. 

Сшивка ремней должна быть прочной и гибкой. Концы ремней равномерно срезаются машинным способом или ручным так, чтобы при сложении срезанных концов толщина была равной толщине целого ремня. Концы ремня сшивают кожаными ушивальниками или склеивают специальным клеем. Металлические скрепления концов ремней менее удовлетворительны. Ремень не должен набегать на шкив торцовым срезом. 

Кроме кожаных ремней, применяют ремни из волокнистых материалов, хлопчатобумажные, волосяные (из верблюжьей шерсти), пеньковые. Волосяные ремни более упруги, чем хлопчатобумажные, а по крепости даже превосходят кожаные (10 — 30 кг/см2 —в зависимости от качества). Прорезиненные хлопчатобумажные ремни целесообразно применять в сырых помещениях. 

Выпуклость шкива должна на 2% превышать его ширину и нужна главным образом для ведомого шкива. Ширину шкива принимают на 10—15% шире ремня. Потеря работы при ременной передаче составляет около 2% и может повышаться до 4% при худших условиях. Для определения ширины и толщины ремня служит следующая формула, в которой передаваемое ремнем усилие составит (в кг): . 

Например, требуется передать 40 квт при скорости ремня 25 м/сек, тогда . 

Допуская напряжение ремня 15 кг/см2, получим поперечное сечение, равное 10,85 см2. При толщине ремня 5 мм ширина его получится 218 мм, а при толщине 6 мм ширина составит 181 мм. 

Скорость ремня , где п — число оборотов; D — диаметр шкива. Расстояние между центрами нормальное, равно D + d + 200 см, а укороченное — D + 100 см. При укороченном расстоянии требуется надбавка на ширину ремня в 15%. Допускаются и меньшие расстояния между центрами при соответствующем уширении ремня. При натяжных роликах расстояния сводятся к минимуму. 

Кроме плоских ремней, применяются и клиновые ремни, допускающие очень короткие расстояния между осями. Ременные передачи применяются и для небольших мощностей и для мощностей в тысячи лошадиных сил.