Сейсмоизолятор для фундаментов турбоагрегатов

Полезная модель относится к области строительства, а именно к сейсмоизоляторам для фундаментов турбоагрегатов.
Как известно, сейсмоизолирующими элементами гасится значительная часть энергии землетрясения без разрушения вертикальных конструкций и необратимых деформаций, которые могут повлечь за собой значительные разрушения или полную потерю устойчивости всего здания или сооружения, поэтому важнейшим условием обеспечения надежности сейсмоизолирующих элементов является предотвращение его перемещений относительно установочной поверхности на фундаменте.
Известен сейсмоизолятор, в котором для ограничения его перемещения применяются упорные стальные брусья и металлические вертикальные пластины (RU, патент №2487214, кл. E02D 27/34, 2012 г.). Такое решение позволяет механическим способом зафиксировать сейсмоизолятор относительно фундамента и предотвратить его перемещение при сейсмических воздействиях более 7,0 баллов (MSK-64). Это техническое решение имеет сложную конструкцию, а также высокие материальные и трудозатраты при монтаже сейсмоизолятора. Следовательно, велика вероятность поломки всего узла сейсмоизоляции. Эти недостатки ограничивают его применение в реконструируемых фундаментах турбоагрегатов, где требуется низкая трудоемкость и материалоемкость системы сейсмоизоляции, что связано со спецификой конструкций существующих реконструируемых фундаментов и особо сжатыми сроками реконструкции турбоагрегатов, находящихся в эксплуатации.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является сейсмоизолятор для фундаментов турбоагрегатов, включающий виброизоляцию с демпферными и упругими свойствами и прокладки, установленные сверху и снизу виброизоляции («Руководство по сооружению и сдаче в эксплуатацию фундаментов турбоагрегатов атомных станций», приложение 1 к приказу Концерна «Росэнергоатом» от 13.04.2007 №359 стр. 25-26) (РДЭ01.1.2.05.0696-2006). https://files.stroyinf.ru/Index2/1/4293814/4293814114.htm. Виброизоляция включает пружинные и упруго-демпферные элементы.
На сейсмоизоляторы с демпферными и упругими свойствами устанавливают железобетонную раму турбоагрегата.
Основным недостатком известного технического решения является применяемый материал подкладок сейсмоизоляторов, а именно минеральный войлок.
Несмотря на высокую гибкость этого материала, он имеет низкий коэффициент трения к поверхностям фундамента и сейсмоизоляторам. Коэффициент трения достигает величин в диапазоне 0.18-0.22, что сопоставимо с коэффициентом трения стали по стали. То есть, подкладки выполняют функцию компенсации неровности монтажных поверхностей, но не увеличивают сил трения, так как при монтаже сейсмоизоляторов на стальные закладные плиты фундамента без подкладок будут достигнуты такие же силы трения, как и с применением подкладок из минерального войлока. При высоких амплитудах качения фундамента и оборудования при сейсмическом воздействии более 7,0 баллов по шкале MSK-64, малый коэффициент трения, обеспечиваемый подкладками из минерального войлока, становится причиной смещения сейсмоизоляторов относительно установочной поверхности на фундаменте, а, значит, приводит к неконтролируемому перемещению центра масс турбоагрегата относительно фундаментного основания. В результате происходит перегрузка отдельных колонн фундамента вертикальным усилием от собственного веса рамы с оборудованием и, как следствие, это приводит к нарушению целостности бетона, образованию трещин в бетоне и потери устойчивости конструкции с последующим вероятным обрушением оборудования.
Таким образом, основным недостатком известного сейсмоизолятора для фундаментов турбоагрегатов является его низкая надежность.
Технический результат, на достижение которого направлено настоящее техническое решение, заключается в повышении надежности сейсмоизолятора за счет предотвращения его перемещений относительно установочной поверхности на фундаменте.
Указанный технический результат достигается тем, что в сейсмоизоляторе для фундаментов турбоагрегатов, включающем виброизоляцию с демпферными и упругими свойствами и прокладки, установленные сверху и снизу виброизоляции, согласно полезной модели, прокладки выполнены из высокотехнологичного гибкого фрикционного материала марки Beral EBB 7270.
Устройство поясняется чертежом.
На чертеже изображен сейсмоизолятор для фундаментов турбоагрегатов. Сейсмоизолятор содержит виброизоляцию 1 с демпферными и упругими свойствами и прокладки 2 установленные сверху и снизу виброизоляции 1. Виброизоляция содержит пружинные 3 и упруго-демпферные элементы 4.
Сейсмоизолятор работает следующим образом: в статическом состоянии под действием нагрузки от верхней части фундамента пружины пружинного элемента 3 сейсмоизолятора сжимаются на статическую величину, что обеспечивает запас перемещения в вертикальном направлении на период сейсмических воздействий. При этом передача нагрузок от фундамента на сейсмоизолятор осуществляется через прокладки 2 из материала марки Beral EBB 7270, который обеспечивает надежное сцепление сейсмоизолятора с опорными поверхностями на фундаменте. Далее, пружины пружинного элемента 3 сейсмоизолятора равномерно перераспределяют нагрузку от верхней части строения на нижнюю часть фундамента за счет индивидуального сжатия каждой пружины, что исключает возникновение остаточных деформаций в конструкции строения, а, следовательно, исключаются локальные перенапряжения фундамента - это обеспечивает безопасность эксплуатации. При возникновении сейсмических воздействий в любом из направлений пространства пружины пружинного элемента 3 сейсмоизолятора приобретают дополнительную к статической деформацию, при этом благодаря сейсмоизолятору происходит плавное перераспределение этих динамических нагрузок от сейсмических колебаний с уменьшением амплитуды их колебаний и изменения ее частоты, а раскачивание верхней части строения исключается за счет упруго-демпферных элементов 4 в составе сейсмоизолятора, работающих по принципу поршневого устройства амортизационного типа. Таким образом, энергия сейсмических колебаний поглощается упруго-демпферными элементами 4 сейсмоизолятора, а амплитуды колебаний фундамента компенсируются пружинами пружинного элемента 3 сейсмоизолятора. После завершения серии сейсмических толчков сейсмоизоляторы возвращаются в исходное статическое состояние деформирования под действием упругих сил пружин, а расположение сейсмоизолятора относительно фундаментных отметок сохраняется за счет высокого коэффициента трения их прокладок 2, которые выполнены из фрикционного материала Beral EBB 7270.
В предложенном нами техническом решении в качестве материала для изготовления подкладок применен высокотехнологичный гибкий фрикционный материал без содержания асбеста из эластомера / смолы, армированный синтетическими волокнами без применения магнитных металлов, марки Beral EBB 7270. Этот материал предназначен для применения в трансмиссионных и тормозных системах, в узлах трения во фрикционных механизмах автомобилей, например, для покрытия тормозных колодок и других узлах трения. Материал выпускается листами размером 0,3 × 1,2 м и толщиной от 1,5 до 10 мм. Подкладки, изготовленные из материала Beral EBB 7270, отличаются следующими свойствами:
- высокий коэффициент трения, который достигает величины 0.45, что в более чем 2 раза выше коэффициента трения минерального войлока (применяемого в РД ЭО 1.1.2.05.0696-2006), при этом применение фрикционных подкладок из Beral EBB 7270 не требует их монтажа на клеевые растворы. Это позволяет сохранить разбираемость соединения между поверхностями сейсмоизоляторов и монтажными площадками на фундаменте, и применять систему сейсмоизоляции реконструируемых турбоагрегатов (в дальнейшем, систему СРТ) при сейсмических воздействиях от 7,0 до 9,0 баллов по шкале MSK-64;
- высокая гибкость подкладок из материала Beral EBB 7270, что позволяет компенсировать неровности монтажных поверхностей;
2
2
- высокое рабочее давление на сжатие от нагрузки до 1000 Н/см (до 102 кгс/см) обеспечивает достаточную несущую способность подкладок из Beral EBB 7270;
- длительная рабочая температура при эксплуатации достигает величины +250°С, что важно при монтаже сейсмоизоляторов на подкладках из Beral EBB 7270 в непосредственной близости к высокотемпературным трубопроводам турбоагрегата.
Таким образом, применение в конструкции фундаментов турбоагрегатов предложенной надежной, технологичной и эффективной системы сейсмоизоляции реконструируемых турбоагрегатов (системы СРТ) позволяет решить задачу сейсмозащиты оборудования турбоагрегата от вертикальных и горизонтальных сейсмических воздействий, интенсивностью от 7,0 до 9,0 баллов по шкале MSK-64. При этом в системе СРТ обеспечивается высокий коэффициент трения 0.45 между поверхностями сейсмоизоляторов и монтажными площадками, за счет чего решается проблема смещения сейсмоизоляторов относительно монтажных площадок при землетрясениях до 9,0 баллов без применения неразборных (клеевых) соединений и конструктивно-трудоемких механических ограничителей перемещений сейсмоизоляторов.
Все вышеперечисленное обеспечивает повышение надежности сейсмоизолятора за счет предотвращения его перемещений относительно установочной поверхности на фундаменте.