Zakład Konstrukcji i Ekspertyz
TECHMARIN Sp. z o.o.
 pl
 rus
 eng
 
 Navigator: Hauptseite  » Publikationen » Nowy sposób naprawy posadowienia ciężkich maszyn...

 Produkte
Stahl- Fundamentrahmen Rohrlager und - halterungen, Stützen und Halterungen für andere Einrichtungen ...
Lies mehr »

 Ausgewählte Werkverzeichnis
Verzeichnis der ausgewählten Arbeiten, die in den Jahren 1990-2015 durch TECHMARIN GmbH , 72-600 Œwinoujœcie, Karsiborska Str. 4d durchgeführt wurden...
Lies mehr »

Nowy sposób naprawy posadowienia ciężkich maszyn i urządzeń
na przykładzie motosprężarek GMVH-12

Prof. dr hab. KAROL GRUDZINSKI *WŁODZIMIERZ KOŁODZIEJSKI ***
Dr inż. WIESŁAW JAROSZEWICZ **Mgr RYSZARD KLIMCZAK ***

* Katedra Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn Politechniki Szczecińskiej, Szczecin
** Marine Service Jaroszewicz, Szczecin
*** Zakład Konstrukcji i Ekspertyz Techmarin Sp. z o.o., Świnoujście

1. Wstęp
2. Opis obiektu i powstałych uszkodzeń
3. Sposób naprawy fundamentu i posadowienia motosprężarki
4. Charakterystyka posadowień na podkładkach metalowych i odlewanych z tworzywa chemoutwardzalnego
5. Zakończenie

Wstęp

    Ciężkie maszyny i urządzenia przemysłowe, stanowiące źródła drgań mechanicznych i akustycznych, posadawia się zwykle na żelbetonowych fundamentach o odpowiednio dużej masie, osadzonych w ziemi i wystających niekiedy na znaczną wysokość nad jej poziom (rys.1). Masę fundamentu dobiera się w ten sposób, aby współczynnik przenoszenia sił dynamicznych na podłoże i do otoczenia był możliwie mały [1].


Rys. 1. Schemat posadowienia motosprężarki na żelbetonowym bloku fundamentowym

    W tradycyjnych rozwiązaniach posadowień, ciężkie maszyny i urządzenia, ze względu na trudne dopasowanie dużych powierzchni oporowych podstawy maszyny i fundamentu, ustawia się zwykle na dużej liczbie odpowiednio dopasowanych metalowych podkładek wyrównawczych i mocuje śrubami fundamentowymi, osadzonymi w żelbetonowym bloku. Jeżeli maszyna lub urządzenie generuje duże siły dynamiczne, to posadowienie takie przysparza użytkownikom tych obiektów zwykle dużo różnego rodzaju kłopotów techniczno-eksploatacyjnych. Jednym ze sposobów uniknięcia lub zmniejszenia tych kłopotów jest zastąpienie posadowienia sztywnego (na podkładkach metalowych) posadowieniem elastycznym z zastosowaniem odpowiednich wibroizolatorów [1, 2]. Pomijając znaczne związane z tym koszty, należy stwierdzić, iż rozwiązanie takie, w odniesieniu do posadowień ciężkich maszyn i urządzeń, nie są proste i łatwe w wykonaniu także ze względów technicznych. Dlatego też nie znalazły one dotąd szerszego zastosowania w praktyce.

    W poszukiwaniu lepszych i tańszych rozwiązań posadowienia ciężkich maszyn i urządzeń, zwrócono uwagę na tworzywa sztuczne. Szczególnie przydatne do tego celu okazały się tworzywa chemoutwardzalne, bazujące na żywicach epoksydowych. W wyniku podjętych badań, głównie z inicjatywy przemysłu okrętowego, opracowano specjalne tworzywa na podkładki fundamentowe. Wymagania stawiane tworzywom na podkładki fundamentowe maszyn i urządzeń okrętowych są liczne, różnorodne i niełatwe do spełnienia, zwłaszcza w odniesieniu do silników napędu głównego. Obok amerykańskiego tworzywa CHOCKFAST ORANGE i niemieckiego EPOCAST 36, świadectwo uznania liczących się w świecie towarzystw klasyfikacyjnych, nadzorujących budowy i remonty statków, oraz producentów silników okrętowych uzyskało polskie tworzywo o nazwie EPY, produkowane przez firmę Marine Service Jaroszewicz (MSJ) wyłącznie z krajowych surowców. Jest ono rezultatem wieloletnich prac badawczych prowadzonych w Politechnice Szczecińskiej w ścisłej współpracy z wyżej wymienioną firmą [3], która posiada bogate doświadczenie praktyczne zdobyte podczas prac posadowieniowych kilku tysięcy różnych maszyn i urządzeń okrętowych, w tym ponad 1000 silników głównych.

    Oprócz przemysłu okrętowego opracowane tworzywo podkładkowe EPY znajduje ostatnio coraz częściej praktyczne zastosowanie przy naprawie uszkodzonych fundamentów i posadawianiu różnych ciężkich maszyn i urządzeń lądowych, zwłaszcza tam, gdzie tradycyjne posadowienia na żelbetowych blokach przy zastosowaniu podkładek metalowych nie zdają egzaminu. Szczególnie dobre wyniki uzyskuje się przy stosowaniu specjalnej metalowej ramy fundamentowej osadzanej na żelbetonowym bloku przy użyciu tworzywa EPY. Na tak osadzonej ramie posadawiana jest maszyna, również na podkładkach odlewanych z tworzywa. W rozwiązaniu tym metalowa rama, poprzez warstwę tłumiącą tworzywa EPY, przejmuje wszystkie obciążenia dynamiczne generowane przez maszynę. Obciążenia przenoszone przez ramę rozkładają się równomiernie na dużą powierzchnię nośną żelbetonowego bloku fundamentowego, również poprzez warstwę tworzywa. Dzieje się tak, między innymi, dzięki dużej powierzchni nośnej metalowej ramy fundamentowej i zwiększonej liczbie śrub mocujących. Rozwiązanie takie omówione zostanie na konkretnym przykładzie motosprężarek typu GMVH-12 zainstalowanych w Tłoczni Metanu Zakładu Odazotowywania Gazu "KRIO" w Odolanowie.

Opis obiektu i powstałych uszkodzeń

    Motosprężarki GMVH-12 produkcji Creusot-Loire (Francja) są zblokowanymi zespołami silnika gazowego o mocy nominalnej 2026 kW i sprężarki tłokowej. Masa zespołu ma wartość ok. 85 000 kg. Zespoły te (5 sztuk) posadowiono na monolitycznych żelbetonowych blokach (rys. 1) według projektu i wytycznych podanych przez dostawcę tych urządzeń. W posadowieniach wykorzystano bliżej nieokreślone tworzywo epoksydowe, które umiejscowiono pomiędzy żelbetonowym blokiem a wyrównawczymi podkładkami metalowymi, na których następnie ustawiono motosprężarkę (rys. 2).


Rys. 2a. Widok posadowienia motosprężarki przed naprawą.


Rys. 2b. Schemat posadowienia motosprężarki przed naprawą.

    W trakcie wieloletniej eksploatacji, według informacji uzyskanych od użytkowników tych urządzeń (Zakładu Odazotowywania Gazu "KRIO" w Odolanowie), stwierdzono pojawienie się i narastanie w czasie następujących problemów:
pękanie fundamentowego żelbetonowego bloku w górnej jego części,
zrywanie się osadzonych w żelbetonowym bloku śrub fundamentowych,
wzrost amplitudy drgań mechanicznych i natężenia hałasu,
wzrost trudności utrzymania luzów w układzie korbowym motosprężarek,
pękanie bloków i głowic silników oraz butli antypulsacyjnych,
duża awaryjność urządzeń.

    Ustalono ponad wszelką wątpliwość, iż główną przyczyną powstałych problemów było nieodpowiednie posadowienie tych zespołów (motosprężarek) na podkładkach metalowych.

    Pomimo stosowania wielu różnych zabiegów naprawczych stan powstałych uszkodzeń i narastających drgań po 15 latach eksploatacji motosprężarek osiągnął tak niebezpieczny poziom, że groził on wystąpieniem w każdej chwili poważnej awarii. Powstała więc konieczność kolejnego wyłączania poszczególnych zespołów i dokonania odpowiednich napraw.

Sposób naprawy fundamentu i posadowienia motosprężarki

    Dokonania bardzo trudnej i odpowiedzialnej naprawy fundamentu i posadowień motosprężarek podjął się Zakład Konstrukcji i Ekspertyz Techmarin Sp. z o.o. we współpracy z firmą Marine Service Jaroszewicz wytwarzającą tworzywo EPY i zajmującą się posadawianiem na nim maszyn i urządzeń.

    Na podstawie doświadczeń, zaprojektowano oryginalny sposób naprawy fundamentu [4] i posadowienia motosprężarki [5, 6], który polegał na (rys. 3):
odstawieniu motosprężarki z żelbetonowego bloku na zastępczą konstrukcję wsporczą,
ścięciu górnej spękanej warstwy (ok. 440 mm) żelbetonowego bloku,
zaprojektowaniu i wykonaniu specjalnej metalowej ramy fundamentowej,
wywierceniu w żelbetonowym bloku 62 otworów o średnicy 62 mm na głębokość 600 mm na śruby o średnicy 40 mm mocujące metalową ramę do żelbetonowego bloku,
ustawieniu za pomocą śrub regulacyjnych metalowej ramy fundamentowej w położeniu eksploatacyjnym na żelbetonowym bloku,
zalaniu tworzywem śrub fundamentowych w żelbetonowym bloku,
odlaniu podkładek z tworzywa pomiędzy żelbetonowym blokiem i ramą fundamentową,
dokręceniu nakrętek śrub mocujących ramę do żelbetonowego bloku, po utwardzeniu podkładek,
ustawieniu za pomocą śrub regulacyjnych motosprężarki na metalowej ramie fundamentowej w położeniu eksploatacyjnym,
odlaniu podkładek z tworzywa EPY pomiędzy podstawą motosprężarki i metalową ramą fundamentową,
dokręceniu nakrętek śrub mocujących motosprężarkę do metalowej ramy po utwardzaniu podkładek.


Rys. 3a. Widok posadowienia motosprężarki po naprawie.


Rys. 3b. Schemat posadowienia motosprężarki po naprawie.

    W Zakładzie KRIO wykonano sukcesywnie naprawę fundamentu i zmieniono posadowienia wszystkich pięciu motosprężarek GMVH-12. W wyniku dokonanej zmiany sposobu posadowienia, do czego użyto metalowej ramy, zaprojektowanej i wykonanej przez firmę Techmarin pod nadzorem Polskiego Rejestru Statków [4] (zgłoszenie patentowe nr P 308873/ZPII), oraz podkładek fundamentowych odlewanych z tworzywa EPY przez firmę MSJ, nastąpiło wyraźne zmniejszenie poziomu drgań w całym paśmie oddziaływań szkodliwych dla obsługi, tj. w zakresie częstotliwości od 1 do 500 Hz. Pomiary wykonywane przez Wojewódzką Stację Sanitarno-Epidemiologiczną w Kaliszu wykazały [7], że zmniejszenie amplitudy drgań zespołu motosprężarki nr 1 w paśmie 2, 4, 8, 32, 63, 125, 250, 500 Hz wyniosło odpowiednio: 266, 4200, 3667, 2010, 2568, 1462, 1500, 1381% dla jednego kierunku. Podobne efekty stwierdzono przy pozostałych motosprężarkach.

Charakterystyka posadowień na podkładkach metalowych i odlewanych z tworzywa chemoutwardzalnego

    W celu lepszego naświetlenia problematyki i celowości dokonanych zmian omówione zostaną nieco dokładniej zasadnicze właściwości posadowień na tradycyjnych podkładkach metalowych oraz podkładkach odlanych z tworzywa sztucznego.

    Tradycyjne posadawianie ciężkich maszyn i urządzeń na fundamencie z zastosowaniem metalowych podkładek wyrównawczych ma kilka istotnych wad, do których zaliczyć należy:
konieczność dokładnej obróbki mechanicznej powierzchni nośnych fundamentu i podstawy maszyny, - trudne, uciążliwe i pracochłonne indywidualne,
dopasowywanie podkładek metalowych do powierzchni oporowych fundamentu i podstawy maszyny,
dużą sztywność podkładek metalowych,
małą rzeczywistą powierzchnię styku podkładki z fundamentem i podstawą maszyny,
słabą izolację i małe tłumienie drgań mechanicznych i akustycznych.

    Ze względu na dużą sztywność, małe niedokładności w dopasowywaniu podkładek metalowych mogą być przyczyną wystąpienia dużych naprężeń i odkształceń montażowych w korpusach maszyn i fundamentach, które mają ujemny wpływ na jakość pracy i trwałość urządzeń. Oprócz trudności z odpowiednim dopasowywaniem i dużej sztywności, istotną wadą metalowych podkładek fundamentowych jest również ich bardzo mała rzeczywista powierzchnia styku z oporowymi powierzchniami podstawy maszyny i fundamentu. Nawet przy dokładnym dopasowywaniu podkładek fundamentowych, według obowiązujących w tym zakresie kryteriów [8], występujące po obróbce nierówności powierzchni (chropowatość, falistość, błędy kształtu) powodują, że stykają się on w "punktach" (rys. 4a) rozmieszczonych w sposób losowy, a rzeczywista powierzchnia styku stanowi zaledwie niewielki procent nominalnej powierzchni styku [9]. Wskutek działania dynamicznych obciążeń, występujących podczas eksploatacji maszyny, w mikroobszarach rzeczywistego styku występują znaczne odkształcenia plastyczne, które powodują w efekcie tzw. "osiadanie" łączonych elementów [10], luzowanie się złączy śrubowych oraz "wybijanie" oporowych powierzchni fundamentu, podkładki i podstawy maszyny. Następstwem tego mogą być pęknięcia fundamentu i korpusu maszyny, urywanie się śrub fundamentowych, niestabilna praca, awarie.


Rys. 4. Schemat fundamentowania złącza śrubowego:
a) z podkładką metalową
b) z podkładką odlaną z tworzywa EPY

    Zastosowanie podkładek z tworzywa chemoutwardzalnego, odlewanych na gotowo do form, wykonanych na fundamencie metalowym lub betonowym pod maszyną lub ramą (rys. 4b), ustawioną w położeniu eksploatacyjnym, eliminuje wiele czynności, upraszcza montaż i skraca wydatnie czas jego realizacji. Podkładki odlane na gotowo pod maszyną (ramą), przy zastosowaniu odpowiedniej technologii, dokładnie przylegają do powierzchni oporowych fundamentu i maszyny [9, 11, 12]. Wypełniają one wszystkie nierówności powierzchni, z którymi się stykają (rys. 4b). Jest to więc szczególny wypadek połączenia, w którym rzeczywista powierzchnia styku jest większa od nominalnej powierzchni styku. Zapewnia to korzystny rozkład rzeczywistych nacisków normalnych na powierzchni styku łączonych elementów oraz dużą wartość efektywnego współczynnika tarcia (bliską lub nawet większą od jedności).

    Polskie tworzywo EPY na podkładki fundamentowe maszyn i urządzeń ma znacznie mniejsze (ok. 40 razy) moduły sprężystości na ściskanie i ścinanie oraz dużo większy współczynnik tłumienia drgań od stali [13], co korzystnie wpływa na dynamiczne właściwości całego układu. Ma ono dużą odporność na pełzanie, wibracje i działanie różnych ośrodków, takich jak: woda, oleje itp. Tworzywo to zostało gruntownie przebadane w laboratoriach krajowych oraz zagranicznych i sprawdzone w praktyce posadowieniowej. Ma ono świadectwo uznania liczących się w świecie towarzystw klasyfikacyjnych, nadzorujących budowy i remonty statków, oraz producentów silników okrętowych. Produkcja tworzywa EPY i posadawianie na nim maszyn i urządzeń wykonywane są przez firmę Marine Service Jaroszewicz według wymagań norm serii ISO 9002/EN 29002 [14].

Zakończenie

    Zmiana posadowienia maszyny polegająca na zastosowaniu metalowej ramy fundamentowej, osadzonej na żelbetonowym bloku przy użyciu tworzywa EPY oraz na odlaniu wszystkich podkładek fundamentowych z tego tworzywa przyniosła oczekiwane, w pełni pozytywne rezultaty [7]. Od chwili zakończenia naprawy pierwszego z pięciu zespołów upłynęły ponad 2 lata, co stanowi ponad 20 000 godzin pracy). Wszystkie zespoły pracują obecnie stabilnie, przy znacznie obniżonym poziomie drgań. Nie stwierdzono dotąd żadnych oznak degradacji posadowień. Opisaną metodą naprawiane są obecnie posadowienia zespołu sprężarki tłokowej "Halberstadt" napędzanej synchronicznym silnikiem elektrycznym "Dolmel" w Tłoczni Gazu w Rembelszczyźnie k. Warszawy oraz motosprężarki GMVH-12 w Tłoczni Gazu w Maćkowicach k. Jarosławia.

LITERATURA

Goliński J.A.:
Wibroizolacja maszyn i urządzeń.
WNT, Warszawa 1979.
Łańczak W., Penno M.:
Nowe sposoby kształtowania i posadawiania fundamentów młotów kuźniczych.
Mechanik nr 6/1979.
Jaroszewicz W.:
Podkładki fundamentowe z tworzyw chemoutwardzalnych pod okrętowe silniki główne i urządzenia pomocnicze.
Praca doktorska. Politechnika Szczecińska, Szczecin 1980.
Kołodziejski W.:
Fundamentowe motosprężarki GMVH-12.
Techmarin, Świnoujście 1993 (nie publ.).
Jaroszewicz W.:
Wytyczne projektowe dla konstrukcji posadowień okrętowych silników głównych i urządzeń pomocniczych na podkładkach z tworzywa EPY.
MSJ, Szczecin 1992 (nie publ.).
Jaroszewicz W:
Technologia posadawiania lądowych maszyn i urządzeń na podkładkach odlewanych z tworzywa EPY.
MSJ, Szczecin 1992 (nie publ.).
Kołodziejski W., Klimczak R.:
Specjalistyczne remonty urządzeń lądowych. Opracowanie ZKiE Techmarin Sp. z o.o.,
Świnoujście 1994 (nie publ.).
Zalecenia technologiczne dotyczące pasowania podkładek stalowych pod silniki główne.
Stocznia Szczecińska. Opracowanie TT-01 /432 (nie publ.).
Grudziński K., Jaroszewicz W., Lorkiewicz J:
Chemo-hardened plastic chocks in ship machinery foundations.
Budownictwo Okrętowe nr 11 /86.
Kałuziński S.:
Dokładne sposoby obliczania połączeń śrubowych.
Silniki Spalinowe nr 1/1972.
Grudziński K., Jaroszewicz W., Lorkiewicz J.:
Posadawianie maszyn na podkładkach z tworzywa sztucznego.
Przegląd Mechaniczny nr 21 /83.
Niektóre zagadnienia mechaniki kontaktu w budowie maszyn.
Prace Naukowe Politechniki Szczecińskiej nr 339, Szczecin 1987.
Grudziński K., Jaroszewicz W., Grudziński P.:
Badania wibroizolacyjnych właściwości tworzywa EPY.
Materiały XVI Sesji Naukowej Okrętowców. Szczecin-Dziwnówek 1994.
Grudziński K., Jaroszewicz W.:
Certyfikat ISO 9002 dla polskiego tworzywa EPY i posadawiania na nim silników okrętowych.
Budownictwo Okrętowe i Gospodarka Morska nr 1/1995.

Copyright © 1999-2018 ZKiE TECHMARIN Sp. z o.o.
All rights reserved.
Letztes Update: 11.1.2018
Valid CSS!