实验室内的防震措施：挖开防震沟、独立基础、防震器和机器基础隔震

实验室中各种精密仪器很多,对振动是十分敏感的,超出一定的限度的振动或频繁有限的振动,将影响测试的精度,降低仪器的使用寿命,造成仪器设备出现故障甚至损坏。

1.实验室总体设计中的防震问题

(1)在选择实验室的建设基地时,应注意尽量远离震源较大的运输干线(如铁路、高速公路等),以便减少或避免振动对实验室的干扰。

(2)在总体布置中,应将所在区域内震源较大的车间(如空气压缩站、锻工车间等)合理地布置在远离实验室的地方,此外还应注意压缩机活塞的运动方向,实验室应平行于活塞的冲程方向,如与其垂直,则振动影响将大大增强。如隔震距离达不到要求时,还可以采取其他防震措施,如挖开防震沟,仪器设独立的基础。实验室内安装仪器设备工作台要稳固,必要时加橡皮防震器。

(3)在总体布置中,应尽可能利用自然地形,以减少振动的影响。如可利用河流将产生振动的建筑物和实验室隔开。如地面有起伏,可将产生振动的建筑物放在低处利用土堆减小影响。如地面高度差在2m以上时,则可将产生振动的建筑物布置在高处,振动由上往下传播,振动波经过土层而衰减,此时可适当减少水平防震间距。

(4)在总体布置及进行实验室单体建筑的初步设计时,均应首先摸清所在区域内各震源特点,并同有关工种联系,经全面考虑和研究决定采取何种防震措施。

2.震源及其对实验室的影响

(1)地面脉动。这是一种由大自然中的风、海水和地壳内部各种变化因素以及远处各种振动的叠加传播所造成的,是永远存在的,它一般在十分之几到百分之几微米的范围内变化,其频率大都在2~3Hz左右。对个别极精密的仪器设备,要考虑地面脉动的因素,但对实验室的一般精密仪器设备则不必考虑此因素。

(2)人工震源

1)交通运输工具

如火车、汽车等振动多属高频,有瞬时冲击作用,对精密仪器有影响,实验室应与它们保持一定的防护间距,同时应注意公路路面质量,路面的质量越差,振动越大。

2)土建施工中的打桩爆破等属临时性的振动

在实验室的设计中可不予考虑,但矿山和采石场的爆矿则不是临时性的振动,在开始设计时就应予以注意。

3)邻近建筑物内产生振动的设备

一般地说,所发出周期性振动对实验室的影响较小,如为非周期性振动,能使基础产生振动,对实验室的影响较大。

①靠近实验室建筑的车间内所设的车床、铣床、磨床等有周期性的不平衡扰力,但仅在离设备几米范围内有影响。在做一般零件加工时其扰力为10kg左右,做非一般零件加工时其扰力在10~30kg,所以在实验室的总体设计中一般可不考虑它们对实验室所产生的影响。

②邻近建筑物内的鼓风机,作周期性旋转运动,属低频和中频范围(300~1500次/min),它的振动强度虽与其型号有关,但是如已采用弹簧或软木等的隔震措施后,经调查实测,其振动强度随与鼓风机的距离的增大而迅速衰减,一般在离风机5m处已减小一半,而在10m处几乎已测不出,所以在实验室的总体设计中也可不考虑它们对实验室所产生的影响。此外,小型通风器,只要采取有效的隔震措施(包括风道穿墙处的隔震措施)亦可安设在实验室的上面。

③邻近建筑物内的压缩机,一般属低频(100~200次/min)振动,易使建筑物发生共振,并有时能传布到1km以外,V形或W形气缸的压缩机,其扰力较小一些,L型气缸的扰力就较大一些。总之,实验室应与它们保持一定的防护间距。

④附近车间里的锻锤与冲床是一种重要的震源,它们产生不固定的、非周期性的冲击力,实验室必须与它们保持较大的防护间距。

(3)其他震源。如人的行走、关门、搬运东西等,在总体设计中就无需考虑,但在实验室的单体设计中应予以注意。

3.实验室总体设计中的防震间距

确定防震间距的因素很多,如果防震间距达不到一定的数值时,必须对震源或要求防震的设备基础采取有效的隔震措施,或是对整个实验室建筑物采取防震措施。具体见表1所示。(www.xing528.com)

表1 防震间距参考值

4.实验室建筑物和实验室内的防震措施

在总体设计中遇到防震间距达不到要求时,可采取这样的做法:房屋四周用玻璃棉下脚料作隔震材料使实验室与室外地表面隔绝,以阻止地面波的影响。这种做法比开挖人工防震沟或防震河道简单、卫生,同时在用地上也较经济。

实验室内的防震措施主要有以下四种情况。

(1)风振动较大,或防震要求较高的精密仪器设备应尽可能设置在底层以利于采取有效的隔震措施。

(2)可将精密仪器设备放置在防震基础或防震工作台上

这种消极隔震设计,是根据精密仪器、设备的允许振动极限值以及动力设备的干扰力通过计算,选择隔震措施,包括决定隔震器类型的数量、位置和尺寸,以满足精密仪器设备的正常使用。消极隔震必须考虑有足够的阻尼,否则体系晃动过大,长时间不易稳定会影响使用。消极隔震一般可采用下列两种形式。

1)支承式隔震措施。构造较简单,自振频率最低可设计成3~4Hz,一般适用于外界干扰频率较高时,这是使用较多的一种措施。如图4-1所示。

2)悬吊式隔震措施。构造较复杂,自振频率最低可达1~2Hz,适用于对水平振动要求较高,仪器设备本身没有干扰振动。如图4-2所示。

图4-1　支承式隔震

图4-2　悬吊式隔震

(3)对实验楼内产生较大振动的设备采取积极隔震措施

这是必要的有效措施,可以从两个方面进行处理。

①降低机器基础的振动,使其影响范围缩小,一般采用放宽基础底面积,或加深基础(但这对水平振动的机器反而不利),或采用人工基础的方法来加强地基刚度。

②在机器基础里设有隔震装置。几种处理方法如图4-3所示。

图4-3　四种机器基础隔震

(4)利用增加地坪刚度的防震措施。可应用于低层精密计量室以及其他要求高度防震的房间,地坪与四周墙身脱开(可用万利板或泡沫塑料板隔开),使墙身的振动不传到室内地坪,同时采用沙垫层以减少土壤传来的振动,较厚的混凝土垫层可减少人员走动时所产生的振动影响,同时精密仪器可以设在室内的任何位置,这就提供了一定的“灵活性”。