设备安装垫铁施工技术

运转设备垫铁施工中常见问题的探讨
曹云祥
（云南建工安装股份有限公司昆明650032）
摘要：本文就垫铁在设备安装工程中的起到作用、安装要求，对设备垫铁的安装技术进行分析讨论，供安装行业的同行参考。

关键词：垫铁、作用、垫铁设置、接触面、加工、研磨、座浆。

垫铁作为设备安装工程中最基础的重要安装辅助部件，很多施工人员未能真正理解和认识到其对设备安装的作用及重要性，或是认识不够全面和深刻，导致常常忽视设备安装过程中垫铁的安装质量，引起设备运行过程中不必要的振动及其它质量事故。

笔者结合多年来对各种设备的安装经验和接触到的常见垫铁安装质量问题，从设备安装过程中垫铁起到的作用及设置、加工、常见施工方法特点等方面进行介绍分析，供设备安装施工人员参考。

1、垫铁对设备安装的作用及重要性
1.1 垫铁在设备安装中主要取到以下两个作用：
a．用于承受设备质量、设备固定地脚螺栓预紧力及设备运行过程中的动载荷，将以上载荷平稳传递至基础；
b．用于对设备安装标高、水平度进行校平、校正，弥补设备制造过程产生的精度误差和设备基础施工造成尺寸偏差，满足设备安装设计工艺尺寸及安装精度要求。

1.2 垫铁对设备安装的重要性
垫铁作为设备基础承压及传力部件，安装质量关系到设备能否长期平稳、可靠运行。

垫铁安装质量对设备运行影响是长效性的，不是短期能够反映出来，垫铁安装质量若达不到技术要求，经过一定时间的设备运行后，原安装状
态将会发生变化，导致设备运行发生振动，并因振动过大或长期振动造成设备二次灌浆层及基础开裂，发生设备运行安全事故，因此垫铁安装质量应引起高度重视。

2、垫铁的设置
垫铁的设置要求在各种《机械设备安装工程施工及验收通用规范》中已有明确规定，不再叙述，这里只对容易被忽视的方面进行描述。

2.1 垫铁设置方法
1）根据规范要求，结合设备底座结构确定需设置垫铁的位置，以此来确定需设置垫铁的数量。

垫铁设置位置应位于设备重要载荷位置和传力部位，如地脚螺栓两侧、轴承座下方（常见于设备底座加筋部位）等；
2）再根据垫铁与基础之间的承压面积要求和需设置垫铁数量，计算确定每组垫铁的加工尺寸。

垫铁安装后的目的是保证能够平稳的将设备自重及运行动载荷传递至基础，不能使设备承担附加载荷。

因此，确定运转设备垫铁加工尺寸时，受力面积计算达到承压面积要求只是垫铁设置的一个指标，还要使设备底座出现不出现悬臂受力情况，避免影响设备安装精度校正工作及使设备底座承受附加弯矩，引起的设备运行振动，破坏已设置合格的垫铁工作状态，这是设备垫铁设置过程中容易被忽视的问题,见下图一及图二所示：
上图二中，三种现象均是垫铁设置错误或不妥的常见现象，设备底
座悬臂受力情况，是运转设备运行后引起振动的重要原因之一，应引起注
意。

其中，对于现象一，除非地脚螺栓之间的距离很小，否则不应采用；
现象二，如果地脚螺栓左边留给垫铁的工作位置较窄，可使用开口垫铁解
决，否则，应使用在地脚螺栓两侧均应设置垫铁组；现象三，在任何情况
下，均不能出现此种现象。

2.2 垫铁接触面积
根据规范要求，垫铁的接触面积计算按公式A=C(Q1+Q2)/R进行计算。

公式中安全系数C，静止设备建议取C=1.5，小型、轻载设备可取C=2-2.5，
高速、精密、重载及负荷转换频繁设备，宜取取值C=3；
这里要引起注意的是，此计算结果是指垫铁与基础之间的接触面，而
不是指垫铁与垫铁之间或者垫铁与设备底座之间的接触面。

2.3 垫铁加工精度及接触面处理分析
有一种观念认为，垫铁的表面光洁精度越高越好，个人认为不论从合
理性及经济性方面都欠妥，原因有二：
1）由于任何设备的水平调校都难于完全水平，设备基础垫铁位置表面
处理也不可能完全水平，垫铁表面精加工配对以后上下表面也难于保证绝
对平行，同时，基础表面处理精度及设备底座下表面也存在精度加工误差，
多种误差累积后，即使垫铁表面加工精度很高，精制垫铁在受力后与设备
底座之间的间隙仍难于消除，仍然需要现场研磨处理。

2）由于在计算垫铁接触面积时是按基础表面受力计算的，一般设备基
础的混凝土承压强度为C20～C30,即设备基础的混凝土承压强度
200-300kg/cm2,而一般用于垫铁加工的钢材为Q235A，其承压强度为2000 kg/cm2左右，为设备基础混凝土承压强度的10-6倍，也就是说，垫铁与垫
铁之间的接触面积为垫铁表面积的10-15%即满足承压强度要求，考虑垫铁
接触前后有一定错位现象及部分裸露在底座外面的情况，垫铁与垫铁之间
的接触面积达到15-25%即可满足承力要求。

因此，过多的接触面取到的作用和意义不大，经济性不合理。

那么垫铁接触面处理的关键是什么？笔者认为有以下两点：
2）在达到接触面积要求的前提下，垫铁接触面接触点分布必须均匀布满整个垫铁接触表面，确保受力后垫铁表面受力均匀、平稳。

如垫铁发生局部接触、单边接触、线接触、点接触等现象，对于动载设备，尤其是高速、重载设备，危害较大，这种危害不一定在试车时就能发现，大部分会发生在投产运行一段时间以后，由于设备运转动载造成垫铁原始安装状态发生变化，带来设备振动，处理困难、损失巨大。

2）还要注意，垫铁研磨处理时，研磨幅度不能过大，否则容易造成假接触面。

还有就是，对于汽轮机等重要设备，设备达到精校状态后，还需逐一抽出检查垫铁与设备底座之间的接触面情况，如接触面不均匀或太少，还需进一步处理。

基于以上原因，为减少现场研磨处理工作量而进行的垫铁精加工，不一定需要过高的表面加工光洁精度，需要的是平整度和接触点均匀分布。

2.4 垫铁点焊固定
由于垫铁通常是由两块斜垫铁及二到三块平垫铁共同构成的，点焊后则可使多层垫铁之间形成一个整体，增加垫铁组的稳定性，如果垫铁不点焊固定，在短期内不会有明显的症状发生，但经过设备运动一段时间或振动之后，垫铁与垫铁之间则会发生相对滑动（特别是两块斜垫铁之间），破坏二次灌浆层，甚至破坏基础砼，引起设备的更大振动，给设备的安全运行造成较大危害。

垫铁点焊部位也是很多操作人员模糊不清的地方，垫铁的点焊部位应选择在垫铁组的两个侧边，点焊此两个部位的优点是，由于垫铁宽度方向尺寸大，点焊几乎不会引起垫铁发生变形，同时，点焊位置剪切受力，受力状况好。

如果点焊在垫铁的端部，由于垫铁厚度尺寸小，点焊容易引起垫铁受热变形、破坏垫铁工作面，若发生需要重新处理垫铁组情况，已点焊过的垫铁需要重新研磨处理，甚至不能继续使用。

垫铁每侧点焊点数量可根据垫铁尺寸大小确定，不能少于2点，每个点焊位置点焊长度不宜小于15mm，点焊部位必须确保熔透上下垫铁。

见下图四所示：
图四：垫铁点焊固定位置示意图
3、常见的垫铁施工方法特点分析
目前常用垫铁施工方法有研磨法、座浆墩法及压浆法，其他方法使用较少。

现就此三种方法的特点进行分析如下
3.1 研磨法
基础研磨法是比较传统的垫铁施工方法，操作方法是使用錾子、水平仪、红丹等工具和材料清楚基础表面浮浆，通过研磨方法使基础垫铁设置位置满足垫铁安装所需的平整度及接触面要求，见下图五所示：
图五：基础表面垫铁位置研磨处理图
此种方法适用于基础施工标高尺寸负偏差不大、二次灌浆层薄的情况，但，研磨法效率不高，对于基础施工表面标高尺寸负偏差较大、二次灌浆层厚的情况，需要大量平垫铁配合使用，一方面垫铁工作性能不好，层数多时不符合规范要求，另一方面，经济性也不合理，特别是基础表面标高尺寸不一致时，还存在平垫铁选配难度大，难于满足垫铁要求的重合度要求情况。

3.2 座浆法
座浆法是近十多年来比较推广使用的一种垫铁施工工艺，特别在冶金设
备安装工程中比较常见。

目前常采用的座浆法有两种：
1）座浆墩施工法
此种施工方法是根据设计垫铁尺寸，将垫铁设置位置基础表面向下50mm、每边比垫铁长或宽30mm的坑，制作一方锥形钢模倒扣在座浆坑上，然后使用1:1:1的高标号水泥、河沙及细石拌制的半干料逐层夯实，最后放上平垫铁夯实的方法，见图六所示：
图六：垫铁座浆墩施工法
2）浇灌座浆法
此种施工方法是采用膨胀螺栓将平垫铁先调整固定至要求标高和水平，然后再使用高标号灌浆料进行浇灌固定，见图七所示
图七：浇灌座浆施工法
此种施工方法的优点是所有垫铁组可以做成统一要求标高尺寸
3.3 压降法
4、结束语
垫铁设置和处理是运转设备安装工作中最先开始工序，此项工作看似简单，但对运行设备是否能长期正常运行起着至关重要作用，在实际设备安装过程中往往被忽视，一旦出现因垫铁安装质量问题引起的设备运行振动，一般需要重新对整台设备或机组重新进行调校，严重的情况还会损坏设备及基础，如发生需要停止与发生问题设备相关连的生产装置或生产线停产，带来的经济损失将是巨大的，因此，在设备安装过程中应引起高度重视。