撬块设计和分析

吊装、环境载荷；静态和动态分析

对于新的撬块设计，要解决振动问题，通常需要一个动态分析。除了动态分析，还需要考虑其他设计标准。 

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1 撬块设计挑战

绝大多数海上压缩机和泵组都安装在钢制撬块或板上。基于以下几个原因，为新机组设计撬块非常具有挑战性：

• 撬块设计必须避免共振和振动（振源来自动态机械和失衡力以及力偶）。
• 行业内在寻找成本更低的机组。因此供应商会减少撬块成本，而这会导致撬块刚度大打折扣。然而设计不合理的撬块会产生振动和可靠性问题。在某些情况下，撬块不够结实，达不到应用要求。
• 新设计必须考虑到载荷、吊装以及运输问题，还有质量限制。基座高度也会产生问题。
• 环境载荷，比如风浪、地震等活动，必须满足多重不同的标准。 

2 撬块共振和振动示例

该处两例动画，说明了撬块共振，并产生剧烈振动的问题。该动画称为工作振形（或者ODS），是基于现场振动测量。ODS对于了解相对振动，以至振形都是非常有助。这些例子说明了为何通常我们需要动态撬块分析。右图说明了构筑坚实的发动机支撑所需要的改造(黄色部分所示)。该方案解决了振动问题。 

视频：振动和结构动态分析示例（英文）​

3 撬块设计解决方案

要处理以上挑战，通常需要两种撬块研究。这些工程需求必须(由业主或工程总承包商)明确，以保证项目考虑周全。
分析范围

1. 吊装、环境以及运输研究。 这些研究可以保证撬块能被吊装并运输至现场，并能够经受比如由大风或地震引起的环境载荷。撬块应用要满足行业标准，以及客户对载荷的规定。
2. 动态撬块分析。 研究重点在旋转式或往复式机械上。其将评估撬块结构和安装于撬块上的部件的振动和动态应力，来判定是否需要改造。

对于很多承包商，北塔可以帮助他们减少撬块成本（撬块优化研究）。联系我们 來获取更多方法，减少不必要的成本(劳力和原料)。​

请注意，最终撬块设计会受压缩机基础设计的影响（比如动态刚度会根据支撑撬块的混凝土、碎石、钢结构或桩基而有所不同）。 

3.1 吊装、载荷和运输研究——分析范围和特性

吊装分析——吊装、载荷和运输方面分析

分析范围

• 可用于任何撬块应用（包括工艺管道和容器、压缩机、燃气机，发电机等的撬块）
• 评估撬块设计，保障撬块单元应力低于行业标准，比如AISC规格。
• 其他吊装标准，也适用于海上平台或FPSO应用，（比如API RP-2A-W5D）。
• 基于吊装载荷、运输和固定的要求，并考虑环境载荷，比如风力、地震和/或橇块倾斜移动等，评估撬块设计。

北塔研究的特点

• 吊装引起的撬块形变能符合行业标准和客户规定。
• 撬块吊耳尺寸设计合理。
• 妥善计算重心。
• 提供跨接梁和吊扣设计的建议。
• 可选分析还包括，地脚锚栓载荷并 进行有限元分析（FEA）以评估局部橇块的柔性、加筋板和设备安装设计。
• 报告中包括对橇块设计提出改进意见，以及加载情况和计算结果的总结。

3.2 动态撬块振动和应力分析——分析范围和特性

FEA模型在动态撬块分析中使用，避免共振和振动问题的示例

分析范围

• 确定橇块上动态载荷的幅度和频率。（动态载荷随着应用不同而不同）
• 对于往复式压缩机，动态载荷包括非平衡力和力矩，十字头力，杆载荷力，管道和容器中的脉动力以及驱动机构中的非平衡力和力矩。
• 计算橇块的振动和应力并与工业和客户的标准做比较。
• 考虑基础的边界条件（桩，砾石垫层，混凝土块或者钢结构）。

北塔研究的特点

• 将所有的压缩机运行产生的力以动态载荷矢量形式加载到模型中
• 分别对每一个运行方式和工况，计算振动和应力。
• 在运行载荷中加入了燃气机的非平衡力和力矩。北塔可计算压缩机气体力和十字头力，然后作为动载荷加入到有限元模型中。
• 基于北塔的现场经验选择合适的阻尼系数。
• 当振动和应力超过标准时，会提供改进建议。
• 若需要，北塔可以计算橇块焊缝处的变形和应力并与允许值作比较。
• 报告中包括橇块设计的建议以及对施加载荷和计算结果的总结（包括振型，结构固有频率和振幅）。

4 客户利益

• 橇块设计将符合国际标准（ABS, API, AISC）和客户的规定。
• 确保吊装，运输和运行的安全。
• 优化橇块设计，节约费用。
• 确保足够的刚度（在关键位置）以避免安装在橇块上部件的振动问题。

5 北塔优势

• 基于撬块和结构动态分析经验，北塔可提供高性价比和可靠的设计
• 精确的有限元模型
• 快速的分析周期
• 整体化设计（结合机械动态分析和基础分析）

6 相关信息

• 往复式压缩机的详述（英文，PDF）
• 压缩机机组的优化撬块设计（英文，GMRC 2013，PDF）
• 培训模型视频1：振动方程，共振（英文，视频）
• 结构振动以及避免方法（英文，PDF）

7 相关服务

• 往复式压缩机——脉动和机械检查
• 往复式泵——脉动和机械检查
• 基础设计和动力分析
• 结构振动和动态设计

用于吊装分析的撬块模型		需要改造撬块，以符合AISC标准（红色区域超出标准）		细节化的拉杆模型，用于评估新的撬块设计

8 关键词

• 地震
• 运输
• 大风
• 海浪
• 环境载荷

更多信息

进气管线的脉动（往复式泵）  •   泵振动案例  •