Tłumienie wibracji w lekkich konstrukcjach (cz. II)

Jeszcze do niedawna zalecenia dotyczące izolatorów antywibracyjnych dla urządzeń klimatyzacyjnych w większym stopniu oparte były na tradycji niż naukowych badaniach. W branży panowało przekonanie, że korek najlepiej nadaje się do izolowania urządzeń wysokoobrotowych, takich jak pompy i sprężarki odśrodkowe, zamocowania gumowe są idealne w przypadku wentylatorów i urządzeń klimatyzacyjnych, zaś zamocowania sprężynowe, jak nakazuje logika, są stosowane w przypadku urządzeń tłokowych, np. sprężarek.

Zamocowania i zawieszenia neoprenowe zapewniają ugięcia od 0,2 do 0,5 cala. Takie ugięcia statyczne wystarczają do odizolowania małych urządzeń, takich jak blisko sprzężone pompy o mocy do 3 KM, wywietrzniki, małe urządzenia wentylacyjno grzewcze itp. W ich przypadku niewyważone siły są tak niewielkie, że trzeba jedynie zapewnić izolację akustyczną i minimalne tłumienie wibracji. Zawieszenia neoprenowe są wystarczająco skuteczne do izolowania przewodów z parą, które zwykle nie przenoszą wibracji, a jedynie gwizdy i hałas o wysokiej częstotliwości. Pomimo możliwości stosowania zamocowań i zawieszeń neoprenowych, w niektórych specyfikacjach zaleca się stosowanie wyłącznie zamocowań sprężynowych, ponieważ różnica w cenie pomiędzy zamocowaniami neoprenowymi i niewielkimi zamocowaniami sprężynowymi stanowi bardzo niewielki procent ogólnych kosztów instalacji. Zawieszenia neoprenowe często są stosowane razem ze sprężynami, ponieważ elementy neoprenowe eliminują hałas o wysokich częstotliwościach o wiele skuteczniej niż same sprężyny.
Stalowe zamocowania sprężynowe są obecnie najczęściej stosowane w przypadku instalacji w krytycznych lokalizacjach. Pozwalają uzyskać cały przedział odchyleń o wartościach do 5 cali, a w niektórych przypadkach nawet większych. Sprężyny można łatwo dostosować do wymogów danego projektu, a instalacje ze stalowymi sprężynami są równie trwałe, jak same urządzenia, pod warunkiem że są dobrane z uwzględnieniem wytrzymałości na naprężenia. Większość produkowanych obecnie izolatorów to po prostu stalowe sprężyny, zaprojektowane w ten sposób, aby ich średnice zapewniały stabilność bez potrzeby stosowania dodatkowej, często niepożądanej obudowy. Są one zwykle wyposażone w śrubę regulacyjną i posiadają podkładkę wykonaną z neoprenu bądź innego materiału, który tłumi wysokie częstotliwości.
Nowością na rynku izolacji dla urządzeń klimatyzacyjnych jest poduszka powietrzna. Mówiąc ogólnie, poduszka powietrzna przypomina dużą dętkę od piłki, która może wytrzymać ciśnienie powietrza stukrotnie większe od ciśnienia atmosferycznego i zapewnia stabilny punkt podparcia dla urządzeń. Nadając poduszce powietrznej odpowiedni kształt, można zaprojektować niewielkie elementy, których ugięcia odpowiadają ugięciom sprężyn stalowych rzędu 6-7 cali. Ściany poduszki powietrznej są wykonane z gumy, co eliminuje problem rezonansów, które mogą się pojawiać w zwojach stalowych sprężyn o dużej średnicy i ugięciu. Zaletą poduszek powietrznych jest możliwość dostosowywania ich do szerokiego zakresu obciążeń za pomocą samej zmiany ciśnienia powietrza, przy czym częstotliwość naturalna poduszki jest raczej funkcją kształtu, a nie ciśnienia. Przeważnie istnieje możliwość uzupełnienia powietrza w poduszce, tak aby zrekompensować jego ubytek, albo zmiany objętości wywołane dużymi wahaniami temperatury. Zawory kontroli wysokości umożliwiają regulację ugięcia poduszek i mogą służyć do równoważenia zewnętrznych sił, takich jak ciąg wentylatora. Jako że tego rodzaju instalacje są zwykle droższe od instalacji ze stalowymi sprężynami, poduszki powietrzne stosuje się zwykle w przypadku niezwykle krytycznych lokalizacji, zgodnie z zaleceniami konsultanta akustyka.


Dodatkowe płyty ze stali i betonu są najczęściej stosowane w celu osiowania urządzeń. Może tak być w przypadku, gdy płyta łączy motor i wentylator albo zapewnia wspólną podstawę dla sprężarki napędzanej turbiną. Płyty mogą być również używane w celu usztywnienia istniejącej podstawy, np. żeliwnej podstawy pompy, a także w celu zapewnienia stabilności wysokich urządzeń, takich jak maszyny absorpcyjne. Mogą też służyć do zamocowania na wspólnej podstawie całego kompletu urządzeń, np. długiego, wieloelementowego zespołu grzewczo-wentylacyjnego. W wielu przypadkach płyty są wykonane ze stali, a nie z betonu, ponieważ mogą być wówczas przewiezione na miejsce jako kompletny, zespawany zestaw i zainstalowane bez angażowania dodatkowych specjalistów. Ich waga jest znacznie mniejsza od płyt betonowych, co zmniejsza obciążenie podłogi i eliminuje potrzebę dodatkowego wzmacniania płyty podłogi. W przypadku stosowania płyt stalowych trzeba pamiętać, że muszą one być wystarczająco sztywne, by zapewnić oparcie urządzeniom mechanicznym bez wpadania w rezonans przy częstotliwości wibracji tych urządzeń. Najlepszym rozwiązaniem jest wykonanie podstawy ze stalowych belek. Sugerowalibyśmy, aby głębokość płyty była równa 1/10 długości jej najdłuższego boku. W celu dodatkowego usztywnienia można zastosować krzyżowy układ belek, zwłaszcza w przypadku urządzeń o większej mocy.
Swobodnie zawieszone płyty są zalecane dla pomp, ponieważ podstawy pomp są tak zaprojektowane, by mogły być zamocowane do betonowych podłóg. Pompa może zostać zamocowana do powierzchni swobodnie zawieszonej betonowej płyty, która zapewnia dodatkową sztywność podstawie pompy. Gdy zapewnienie sztywności jest jedynym wymogiem, głębokość płyty powinna równać się 1/12 jej najdłuższego boku. Betonowe płyty są również używane w celu zwiększenia bezwładności, gdy większa masa może łagodzić niewyważenie urządzenia albo zewnętrzne siły. Klasycznym przykładem niewyważonego urządzenia jest jedno albo dwutłokowa wolnoobrotowa sprężarka powietrzna pracująca w układzie poziomym bądź pionowym. Takie urządzenia posiadają tłoki o dużych średnicach i skoku. Działają z prędkością 350 RPM i można je wyważyć jedynie częściowo. Masa betonowej płyty jest obliczana na podstawie informacji dotyczących niewyważonej siły, które są dostarczane przez producenta sprężarki. Betonowe podstawy bezwładnościowe są zwykle od 5 do 7 razy cięższe od sprężarki, co zapewnia zmniejszenie wibracji do akceptowalnych rozmiarów.
Betonowe płyty mogą przeciwdziałać zewnętrznym siłom, takim jak ciąg wentylatora. Odkryliśmy, że jest to szczególnie ważne w przypadku izolowania obudowanych wentylatorów duzej mocy, ponieważ działają na nie dwie wzmacniające się siły: ciąg wentylatora oraz podciśnienie powstające z tyłu. Betonowe płyty są zalecane do izolowania wentylatorów dużej mocy o ciśnieniu statycznym powyżej 6” (152mm). Masa płyt powinna być od 1 do 3 razy większa od masy urządzenia i dobierana osobno dla każdego przypadku.
Chociaż proste stalowe płyty są zwykle tańsze od płyt z wylewką betonową, w większości naszych specyfikacji zalecamy stosowanie płyt betonowych, ponieważ pomaga to uniknąć wielu możliwych błędów.
Przewody giętkie powinny być instalowane poziomo, równolegle do osi obrotu wirujących elementów urządzenia. Dzięki temu elastyczny przewód może wyginać się na boki. Wszystkie przewody giętkie są sztywne, jeśli chodzi o ugięcie wzdłuż ich osi. Przewody z kauczuku butylowego bardzo dobrze tłumią hałas przenoszony przez zewnętrzną część rury, ale żaden przewód giętki nie zapewnia tłumienia wibracji przenoszonych przez wodę. W przypadku butylowych przewodów sugerowalibyśmy zastosowanie linek regulacyjnych, które są umieszczane równolegle do przewodu i zapobiegają jego ewentualnym uszkodzeniom na skutek nadmiernego wydłużenia. Tam gdzie ciśnienie bądź temperatura przekracza wytrzymałość materiałów gumowych, zaleca się stosowanie przewodów giętkich ze stali nierdzewnej albo brązu. Choć elastyczne przewody nie stanowią pełnej ochrony przeciwko hałasowi przenoszonemu przez rury, zapewniają one elastyczność w punktach połączenia z urządzeniami mechanicznymi. Dzięki temu zmniejszają się naprężenia połączeń kołnierzowych, a odizolowane urządzenia mogą swobodnie poruszać się na sprężynach.


Jako że hałas przenoszony przez przewód rurowy może rozchodzić się na trudne do oszacowania odległości, istnieje tendencja do izolowania rur na całej długości. Tego rodzaju izolację zapewniają zwykle zawieszenia sprężynowo-neoprenowe.
Wszystkie połączenia wysokociśnieniowych kanałów wentylacyjnych powinny być elastyczne, mimo że nie zawsze rozwiązanie to jest w pełni skuteczne. W systemach wysokociśnieniowych wzburzenie powietrza jest wystarczająco duże, by powodować wibracje systemu, które mogą być przenoszone na konstrukcję. Kanały są przeważnie izolowane za pomocą zawieszeń sprężynowych o ugięciu 1 cala, instalowanych na odcinku do 15 m od wylotu wentylatora.
Poniższe specyfikacje dotyczą stosowanych obecnie urządzeń. Są one dostarczane przez wielu producentów. Nasze wskazówki odnoszące się do tych urządzeń sugerują minimalne wartości ugięcia statycznego. Wskazówki te są ogólnym wprowadzeniem do problemów związanych ze specyfikacjami. Zachęcamy do korzystanie z nich, ponieważ mogą one pomóc w zaznajomieniu się z tematem i praktyką typowych instalacji. Mamy nadzieję, że zapoznanie się z tymi projektami i zaleceniami ułatwi Państwa pracę, a my będziemy mogli nadal przyczyniać się do rozwoju wiedzy na temat tłumienia wibracji.
Adam RADZIMSKI
ADAM Sp. z o.o.
Część I: Tłumienie wibracji w lekkich konstrukcjach (cz. I)
Źródło: