هر آنچه در ادامه مطالعه خواهید کرد:

اهمیت طراحی صحیح فونداسیون دیزل ژنراتور

طراحی اصولی فونداسیون دیزل ژنراتور نقش کلیدی در عملکرد پایدار و طول عمر دستگاه دارد. دیزل ژنراتورها هنگام کار لرزش‌های شدیدی تولید می‌کنند و وزن بالای آن‌ها می‌تواند باعث نشست یا ترک خوردن فونداسیون شود. اگر طراحی فونداسیون به درستی انجام نشود، این لرزش‌ها می‌توانند باعث خرابی شاسی، کوپلینگ و یاتاقان‌ها ، نشست، ترک یا جابه‌جایی ژنراتور، کاهش راندمان و عمر دستگاه و آسیب به تجهیزات متصل و حتی سازه اطراف شوند. بنابراین، استفاده از اصول مهندسی در تعیین عمق، ابعاد و نوع بتن فونداسیون، نقش مهمی در کاهش لرزش و حفظ تراز دستگاه دارد. ساخت فونداسیون دیزل ژنراتور دارای اصول خاصی می باشند و باید زیر نظر و تایید افراد مورد تایید نظام مهندسی باشند.

اهداف اصلی از ساخت فونداسیون دیزل ژنراتور

•  نگهدارنده وزن دیزل ژنراتور
• نگهدارنده تراز بین موتور و دستگاه کوپله شده به آن همچون ژنراتور، پمپ، کمپرسور و …
• خنثی کننده ضربات تولید شده توسط دیزل ژنراتور

شرکت کامینز، به‌عنوان یکی از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان ژنراتور در جهان، دستورالعمل‌های دقیقی برای طراحی فونداسیون در Application & Installation Manuals ارائه کرده است. این مقاله معیارهای فنی لازم برای یک فونداسیون استاندارد را بیان می‌کند.

نوشته های مشابه

انواع دیزل ژنراتور

راهنمای خرید دیزل ژنراتور

مواردی که باید در هنگام ساخت فونداسیون دیزل ژنراتور رعایت کرد:

• کف سازی درست و با شیب سراسری صفر درصد با توجه به ابعاد دستگاه دیزل ژنراتور
• ساخت مش با فاصله ۲۰ سانتی متر افقی عمودی با میلگرد ۱۶ در فاصله ۲۰ سانتی متری از کف اولیه
• پی ریزی به عمق ۴۰ سانتی متر از کف اولیه
• ساخت مش با فاصله ۲۰ سانتی متری افقی و عمودی با میلگرد ۱۶ در فاصله ۴۰ سانتی متری از کف اولیه
• پی ریزی به عمق ۵۰ سانتی متر از کف اولیه
• تراز بودن محل قرارگیری دیزل ژنراتور
•  فوندانسیون دستگاه باید مستقل از فوندانسیون سازه اتاقک طراحی و ساخته گردد.

مشخصات بتن و ابعاد فونداسیون

• فونداسیون باید از بتن مسلح  ساخته شود.
• در پروژه های کوچک یا موقتی، از فونداسیون فلزی یا شاسی مهندسی شده بهره گرفته می شود و نیازی به فونداسیون خاصی نیست
• مقاومت فشاری بتن پس از ۲۸ روز باید حداقل C25 (حدود 25( MPa برای اکثر پروژه‌ها توصیه می‌شود؛ با این حال در پروژه‌های صنعتی سنگین ممکن است بتن C30 یا C35 مورد نیاز باشد.
• فونداسیون باید حداقل ۱۵۰ میلی‌متر از هر طرف بزرگ‌تر از شاسی ژنراتور در نظر گرفته شود.
• اگر کف پایه یا پایۀ لرزه‌گیر (vibration mount) کوچک باشد، می‌توان از «پد شناور» (flotation pad) استفاده کرد تا بار روی سطح وسیع‌تری توزیع شود

این الزامات به‌دلیل تحمل بارهای دینامیکی و جلوگیری از ترک‌خوردگی یا نشست فونداسیون ضروری هستند.

تراز بودن فونداسیون

سطح فونداسیون باید:

• کاملاً تراز (Level) باشد
• در جهات طولی، عرضی و قطری کنترل شود
• حداکثر اختلاف ارتفاع کمتر از ۲ میلی‌متر در هر متر باشد

سطح ناهموار باعث:

• عملکرد نادرست لرزه‌گیر
• فشار ناهمگون بر شاسی
• خرابی کوپلینگ و یاتاقان‌ها

می‌شود.

جرم فونداسیون و کنترل ارتعاش

فونداسیون وظیفه دارد ارتعاشات موتور دیزلی را کاهش و انرژی دینامیکی را جذب کند.

• در فونداسیون‌های ایزوله (isolated foundations)جرم فونداسیون باید حداقل دو برابر وزن ژنراتور باشد.
• در کاربردهای حساس به ارتعاش (بیمارستان، ساختمان تجاری، آزمایشگاهی):جرم فونداسیون می‌تواند تا 5 برابر وزن ژنراتور طراحی شود.

هدف از این وزن اضافی:

• جلوگیری از تشدید (Resonance)
• کاهش دامنه ارتعاش
• جلوگیری از انتقال ارتعاش به سازه

می‌باشد.

نقش لرزه‌گیرها

ژنراتورها معمولاً دارای لرزه‌گیرهای لاستیکی یا فنری هستند که بخش زیادی از ارتعاش را جذب می‌کنند. توصیه میشود:

• حتماً از لرزه‌گیر استاندارد استفاده شود.
• در مدل‌های دارای لرزه‌گیر، نیازی به فونداسیون بسیار سنگین نیست.
• لرزه‌گیرها باید با بولت نوع J یا L به فونداسیون متصل شوند.
• استفاده از بولت‌های پیش‌کارگذاری شده (Cast-in) توصیه نمی‌شود، زیرا در صورت کوچک‌ترین خطای فاصله، نصب صحیح غیرممکن می‌شود.

طراحی مهندسی فونداسیون

پیش از طراحی فونداسیون، باید وضعیت خاک بررسی شود:

• ظرفیت باربری
• نشست احتمالی
• تراکم
• سطح آب زیرزمینی
• شرایط رطوبتی خاک و سطح آب زیرزمینی
• لیدرهای رطوبتی
• عمق یخبندان (در مناطق سردسیر)

در خاک ضعیف:

• شمع‌گذاری
• افزایش ضخامت پد
• اجرای بیس‌پلیت تقویتی

ضروری است.

موارد طراحی فونداسیون دیزل ژنراتور

در هنگام طراحی فونداسیون دیزل ژنراتور به جز توجه به موقعیت مکانی، باید پارامترهای شهری همچون آب و هوا، نویز و یا نزدیکی به معماری طراحی را نیز لحاظ کنیم.

• ابتدا محلی که جهت نصب دیزل ژنراتور در نظر گرفته شده باید خاکبرداری گردد.
• خاکبرداری را تا جایی ادامه میدهیم که به خاک بستر یعنی خاک غیر دستی و غیر نباتی برسیم.
• جهت احداث فونداسیون ابتدا باید یک لایه بتن مگر به ارتفاع حداقل ۱۰ سانتی متر ریخته شود.
• بتن مگر بتنی است با عیار سیمان ۱۵۰ کیلوگرم در هر متر مکعب بتن
• وظیفه این لایه جداسازی خاک بستر از فونداسیون دیزل ژنراتور میباشد.
• ابعاد خاکبرداری نسبت به ابعاد فونداسیون میباشد.
• در واقع از هر طرف حداقل ۱۰ سانتی متر اضافه گود برداری میگردد
• ابعاد فونداسیون  باید به نحوی در نظر گرفته شود که از هر طرف دیزل ژنراتور حداقل ۴۰ الی ۵۰ سانتی متر اضافه باشد.
• این اضافه ابعاد در هنگام عملیات سروس و نهگداری دیزل ژنراتور مفید می باشد.
• ارتفاع فونداسیون از تراز زمین حداقل ۲۰ سانتیمتر بیشتر می باشد.
• عمق فونداسیون از طریق معادله D=L.W.d/M محاسبه میشود.
• عمق و ابعاد فونداسیون بر اساس وزن مجموعه، ظرفیت باربری خاک، بارهای دینامیکی، شرایط لرزه‌ای و الزامات آیین‌نامه‌ای تعیین می‌شود و نمی‌توان برای تمامی پروژه‌ها از یک رابطه ثابت استفاده کرد.

در معادله فوق منظور از D  : عمق فونداسیون، منظور از M: وزن دیزل ژنراتور می باشد.

خطاهای رایج در اجرای فونداسیون

• استفاده از بتن بی‌کیفیت
• عدم رعایت ابعاد استاندارد
• سطح غیرتراز
• اتصال مستقیم لوله‌ها بدون فلکسیبل
• بتن‌ریزی روی خاک سست
• نصب بدون لرزه‌گیر
• طراحی نکردن بار دینامیکی

این خطاها باعث کاهش شدید عمر ژنراتور و افزایش ارتعاش و هزینه‌های تعمیراتی می‌شود.

استانداردهای بین‌المللی مورد استفاده در فونداسیون دیزل ژنراتور چیست؟

استانداردهای مربوط به طراحی سازه و فونداسیون

• ISO 8528 (Power Generation Sets)

بخش‌های مختلف این استاندارد به طراحی نصب و عملکرد ژنراتورها، از جمله فونداسیون اشاره می‌کند.

ISO 8528-5: «Installation and site considerations»توصیه‌هایی برای لرزش، بارهای دینامیکی و ایمنی فونداسیون ارائه می‌دهد.

• IEC 60034 (Rotating Electrical Machines)

شامل توصیه‌هایی برای نصب ژنراتورها و فونداسیون جهت کاهش لرزش، جابجایی و ارتعاشات است.طراحی فونداسیون باید مطابق با مقاومت لرزه‌ای و ارتعاش مجاز ژنراتور باشد.

• ISO 14694 (Diesel engines — Installation)

این استاندارد ملاحظات فنی و ایمنی در نصب موتورهای دیزلی را پوشش می‌دهد، از جمله تکیه‌گاه و فونداسیون مناسب برای کاهش لرزش.

 استانداردهای مربوط به بتن و سازه‌های بتنی

• ACI 318 (Building Code Requirements for Structural Concrete)

ابعاد، مقاومت فشاری، میلگردگذاری، و نگهداری بتن فونداسیون ژنراتور را مشخص می‌کند.توصیه می‌کند فونداسیون توان تحمل بار ژنراتور (including dynamic loads) را داشته باشد..

• ASTM Standards (مثلاً ASTM C150، ASTM A615)

استانداردهای مواد اولیه بتن و فولاد آرماتور جهت اطمینان از دوام و مقاومت فونداسیون.

 استانداردهای لرزه‌ای و ارتعاشی

• ISO 10816 (Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts)

دامنه مجاز ارتعاش برای ژنراتورها و تاثیر آن بر فونداسیون را مشخص می‌کند.

• IEEE Std 693 – Recommended Practice for Seismic Design of Substations

در نیروگاه‌ها و پروژه‌های صنعتی، طراحی فونداسیون ژنراتور باید مطابق با این استاندارد لرزه‌ای باشد.

• ASCE 7 – Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures

ملاحظات بارهای جانبی، زلزله و دینامیک سازه را برای فونداسیون صنعتی پوشش می‌دهد.

تحلیل فرکانس طبیعی فونداسیون؛ مهم‌ترین عامل پنهان در خرابی دیزل ژنراتورها

یکی از مهم‌ترین موضوعاتی که در بسیاری از پروژه‌های نصب دیزل ژنراتور نادیده گرفته می‌شود، بررسی فرکانس طبیعی (Natural Frequency) سیستم فونداسیون است. در حالی که بسیاری از مجریان تنها بر وزن فونداسیون تمرکز می‌کنند، تجربه پروژه‌های صنعتی بزرگ نشان داده است که حتی فونداسیون‌های سنگین نیز در صورت طراحی نادرست می‌توانند دچار پدیده رزونانس شوند.

فرکانس تحریک اصلی یک دیزل ژنراتور تابعی از دور موتور و تعداد سیلندرها است. به عنوان مثال، در ژنراتورهای متداول ۱۵۰۰ دور بر دقیقه، فرکانس تحریک پایه حدود ۲۵ هرتز است. اگر فرکانس طبیعی مجموعه خاک، فونداسیون و ژنراتور به این محدوده نزدیک شود، دامنه ارتعاشات به‌صورت تصاعدی افزایش یافته و می‌تواند موجب موارد زیر شود:
• ترک خوردگی تدریجی بتن فونداسیون
• شل شدن آنکربولت‌ها
• خارج شدن هم‌محوری (Misalignment) موتور و آلترناتور
• خرابی زودرس یاتاقان‌ها
• شکست کوپلینگ
• انتقال ارتعاش به سازه ساختمان

در پروژه‌های حرفه‌ای، پیش از اجرای فونداسیون، تحلیل دینامیکی سیستم با استفاده از نرم‌افزارهایی مانند ETABS، SAP2000، ANSYS یا STAAD Pro انجام می‌شود تا اطمینان حاصل گردد که فرکانس طبیعی فونداسیون حداقل ۲۰ تا ۳۰ درصد با فرکانس تحریک دستگاه فاصله دارد. این فاصله ایمن باعث جلوگیری از تشدید ارتعاشات و افزایش چشمگیر عمر تجهیزات می‌شود.

به همین دلیل در پروژه‌های نیروگاهی، بیمارستانی، مراکز داده (Data Center) و صنایع نفت و گاز، طراحی فونداسیون صرفاً یک محاسبه سازه‌ای نیست؛ بلکه یک مسئله دینامیکی محسوب می‌شود که باید هم‌زمان توسط مهندس سازه، مهندس مکانیک و متخصص ارتعاشات بررسی گردد.

تاثیر نشست خاک بر عملکرد دیزل ژنراتور

بسیاری از بهره‌برداران تصور می‌کنند پس از اتمام بتن‌ریزی و نصب دیزل ژنراتور، فونداسیون برای همیشه بدون مشکل خواهد بود؛ در حالی که یکی از مهم‌ترین عوامل ایجاد خرابی در ژنراتورها، نشست تدریجی خاک زیر فونداسیون است. این مسئله به‌خصوص در زمین‌های دستی، خاک‌های رسی، مناطق با سطح آب زیرزمینی بالا و محل‌هایی که عملیات تراکم خاک به‌درستی انجام نشده باشد، بیشتر مشاهده می‌شود.

نشست غیریکنواخت فونداسیون باعث ایجاد پیچش در شاسی ژنراتور شده و هم‌راستایی بین موتور دیزل و آلترناتور را به مرور زمان از بین می‌برد. نتیجه این پدیده افزایش ارتعاشات، خرابی کوپلینگ، استهلاک یاتاقان‌ها، افزایش دمای کارکرد و در نهایت کاهش عمر مفید تجهیزات خواهد بود.

برای جلوگیری از این مشکل، پیش از اجرای فونداسیون باید آزمایش مکانیک خاک و تعیین ظرفیت باربری زمین انجام شود. همچنین استفاده از لایه‌های متراکم شده مصالح دانه‌ای، اجرای بتن مگر، کنترل درصد تراکم خاک و در صورت نیاز استفاده از شمع یا رادیه تقویتی از راهکارهای موثر در جلوگیری از نشست محسوب می‌شوند.

توصیه می‌شود در پروژه‌های حساس تراز فونداسیون حداقل سالی یک بار کنترل شود. اختلاف تراز بیش از چند میلی‌متر می‌تواند نشانه شروع نشست موضعی بوده و در صورت بی‌توجهی، هزینه‌های سنگینی برای تعمیر یا تعویض تجهیزات به همراه داشته باشد.

نمونه اجرای فونداسیون نیروگاه دیزلی ۵ مگاواتی مورد تایید وزارت نیرو توسط مجموعه ققنوس( دیزل صنعت)

جهت مشاوره خرید ، نحوه نصب و راه اندازی، راهنمایی، گارانتی و مشخصات فنی و و استعلام قیمت فروش دیزل ژنراتور با کارشناسان دیزل صنعت تماس بگیرید. (۳۳۳۵۹۸۱۸ – ۰۴۱ ).