浅谈设备基础安装中的垫铁设计
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。
87、设备安装时,如何确定垫铁的面积
设备安装时，如何确定垫铁的面积设备安装时，每台设备在底座就位前,都应根据底座的形状尺寸,地脚螺栓直径及设备的重量等来确定垫铁的尺寸、组数和堆放位置,以保证安装质量。
根据〈水泥机械设备安装工程施工及验收规范〉(JCJ03—90),垫铁的面积计算公式:RQ Q C A )(10021+= （1） 式中：A —垫铁面积,mm 2；C —安全系数,一般取1.5～3；Q 1—设备的重量加在该垫铁组上的负荷,N ；Q 2—地脚螺栓拧紧后(可采用地脚螺栓的许可抗拉强度),分布在该垫铁组上的压力,N ；R —基础或地坪混凝土的抗压强度(可采用混凝土设计标号),N/cm 2。
为便于比较将(1)式变换成: CA R Q Q 10021∙=+ （2） 由(2)式可知,根据实际垫铁面积A 计算出的总承载力(Q 1+Q 2)要大于设备已给定的总负荷。
以Φ2.4m×7m 生料磨为例说明。
取一侧轴承支墩,根据设备总图查得Q 1=1225kN ；查《钢结构设计手册》得地脚螺栓的许可抗拉强度13.23kN/cm 2,M42的螺栓共4个,KN D Q 733423.13422=⨯⨯⨯=π。
故总承载力Q 1+Q 2=1958kN 。
实际垫铁8组,150×80总面积为96000mm 2,垫槽钢6组100×140,总面积为84000mm 2(注:垫槽钢不合规范),总垫铁面积180000mm 2。
安全系数取3,基础混凝土设计标号1.96kN/cm 2,则垫铁实际总承载能力: KN KN Q Q 19581176310096.118000021＜=⨯⨯=+ 承载能力不足,因此需调整垫铁面积为300000mm 2,方可承载1958kN 力满足规范要求。
因此，根据垫铁实需面积调整了垫铁块大小及垫铁组数,取消了槽钢垫铁。
用8组150×80；4组240×220共计垫铁面积307200mm 2。
垫铁总承载力小于设备的总荷载就保证不了设备的安装质量。
提高设备基础垫铁安装精度的方法
提高设备基础垫铁安装精度的方法王桂杰;刘敬;张永梅【摘要】垫铁是设备安装过程中的载体，通过垫铁组的合理设置来传递设备载荷、调整设备的标高、找平和找正等，同时，垫铁又是独立于设备本体和混凝土基础之外的零部件，其安装质量常常被忽视，易出现施工低标准问题。
从分析标准规范中对垫铁安装要求的角度出发，结合多年现场安装工作经验，归纳整理出一些垫铁安装的施工方法和操作技巧，通过减少和消除施工低标准现象，确保设备安装精度。
%The iron pad, as an installing supporter, is normally used to align and level out the equipment by means of developing the pad units in the installing process. Meanwhile, as a independent part outside of equipment and concrete foundation, its installing quality is always ignored and the lower construction quality occurs as often. In this paper, some methods and techniques to install iron pads were summed up by combing the installing requirements and experiences, in order to improve the installing accuracy of equipment.【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2016(045)009【总页数】3页(P2158-2159,2163)【关键词】混凝土基础;静止设备;垫铁安装;安装精度【作者】王桂杰;刘敬;张永梅【作者单位】中国寰球工程公司辽宁分公司，辽宁抚顺 113006;中国寰球工程公司辽宁分公司，辽宁抚顺 113006;中国寰球工程公司辽宁分公司，辽宁抚顺113006【正文语种】中文【中图分类】TQ476炼化生产装置中常见的静止设备主要有：反应器、塔器、冷换设备及各类储存容器等。
设备安装中垫铁安放及调整的几点经验
设备安装中垫铁安放及调整的几点经验在水泥厂的设备安装中，设备的粗平、精平等都是通过设备底座下垫铁的安放及调整来实现的，而垫铁安放及调整又是安装中费时费力的工作，所以，垫铁的安放及调整不仅关系到设备安装的进度，还对设备今后的运行和使用寿命有重要影响，是设备安装中的一项重要工作。
笔者根据自己多年的现场实践，粗浅地谈一谈设备安装中垫铁安放及调整的一些经验。
1.对水泥厂自行安装的设备，在自己进行工艺设计或审阅设计单位的工艺图时，要考虑自身的安装条件，决定采用哪种垫铁安放方式，然后，根据垫铁安放方式决定基础的2次浇灌层的厚度。
一般地，垫铁安放方式有2种，一是研垫铁方式，即在基础表面安放垫铁的位置先铲研基础表面，使基础表面平整，然后把垫铁放在研合好的基础表面与设备底座之间。
采用这种垫铁安放方式时，基础表面与设备底座之间的距离为50mm左右，最低不得低于30mm，最高不得高于100 mm；二是为砂墩垫铁安放方式，即在设备基础浇灌好后，在基础表面需要安放垫铁的位置放置铁盒，在铁盒内制作1个水泥砂墩，在砂墩上面安放垫铁，用水准仪等找平各个垫铁表面，然后把设备底座安放到垫铁上，再用1组斜垫铁调节设备的水平度。
采用这种垫铁安放方式时，基础表面与设备底座之间的距离为10 0～150mm左右。
一般地，尽量采用砂墩垫铁，以保证设备安装质量。
2.在设备基础的检测验收中，要注意基础表面的标高与工艺设计标高的偏差情况，然后根据实际标高来计算垫铁的总厚度及各个垫铁的厚度组合，以达到每组垫铁的数量最多为4块的安装规范要求。
3.在设备位置的粗平时，为了节省时间及调整方便，不要一次性把设备底座所需的全部垫铁组安放到位，只要在底座的4个角靠地脚螺栓的位置先安放4组垫铁，等初步找平后，再把其他垫铁组安放好。
4.工艺设计时，地脚螺栓的基础预留孔不应放得过大，以使每组垫铁有足够的面积。
但现场如果出现地脚螺栓的基础预留孔放得过大或土建做得过大（这种情况经常出现），无法在靠近地脚螺栓的位置安放垫铁时，可在地脚螺栓附近先临时安放1到2组垫铁，等设备粗平，地脚螺栓浇灌并养护到期时，再在已浇灌好的地脚螺栓边按要求安放1到2组垫铁，临时安放的1到2组垫铁可根据与地脚螺栓的位置远近决定是拆掉或是保留。
1.设备安装与垫铁的使用
3）转动部件的配合面或轴线（皮 带轮与轴、齿轮减速机主轴两 端的轴承）；
4）设备上应为水平或铅直的主要 轮廓或中心线（蒸发器效体列 管、筒体）；
5）设备上加工精度较高的表面等 （皮带轮端面）
2、测点的选择
要遵循“少而 精”的原则，就是 所选取的每一测点 应有足够的代表性 (能代表其所在的面 或线)，应能保证安 装的最小误差（如 图筒体面）。
9、安装在钢结构上的设备找平后，垫铁与金属结构焊牢；
10、设备初步找正找平，预留孔灌浆，待混凝土强度 达到75%以上，方能最终找正找平及紧固地脚螺栓； 混凝土应用细碎石、标号比基础高一级，一台设备一 次灌完且捣固密实，捣固时地脚螺栓不能歪斜；
11、设备耐压试验合格标准：a)设备和各处焊缝无 泄漏，无可见的异常变形；b)焊缝返修，焊补深度大 于9mm或大于厚度一半的高强钢设备，焊补部位按 原探伤方法和标准进行复查；
大于50%，平垫铁顶面水平度允许偏差为2mm/m。各垫铁组顶面的 标高应与机器底面实际安装标高相符。
10
垫铁的使用规则
6、在基础上放垫铁的位置要铲平，使垫铁与基础全部接触， 接触面积要均匀；
7、垫铁应放在地脚螺栓的两侧，避免地脚螺栓拧紧时，引 起机座变形；
8、设备调平后，垫铁端面应露出设备底面外缘，平垫铁宜 露出设备外边10～30mm，斜垫铁宜露出10～50mm，垫铁 组伸入设备底座底面的长度应超过设备地脚螺栓中心。以 便于调整，而垫铁与螺栓边缘的距离可保持50～150mm， 便于螺孔内的灌浆。
12、试车前，设备吹扫、吹洗和脱脂，检查、封闭盖 板等单试条件。
参考资料：
GB50231-2009
《机械设备安装工程施工及验收通用规范》
大型设备基础垫铁安装规范
大型设备基础垫铁安装规范设备基础垫铁安装规范一、质量标准：垫铁应符合下列要求：(1)使用前，应进行外观检查，不得有裂纹、气孔、夹渣及非金属夹杂物。
(2)用500V兆欧表测试电阻值应为0。
二、施工方法(1)根据技术人员的设计图纸和现场实际情况测定位置，做好基础垫铁，然后将其与基础锚栓焊接牢固。
(2)设备就位时，混凝土强度必须达到设计强度的75%以上，且混凝土表面无松动浮浆、油污、杂物。
在搅拌机主轴上安装搅拌轴承架，以保证整个系统安全可靠。
混凝土预留孔，埋设膨胀螺栓固定。
混凝土振捣密实，各部位尺寸应按施工图纸精确测定。
3)大型设备基础垫铁安装示意图三、基础垫铁组成框架部分钢筋砼基础尺寸L长宽高分别为基础尺寸L长宽高分别为40 60 50 40 50基础尺寸H长宽高分别为10 15 20 10 15基础尺寸为100 100 100 100 100 150 150 150mm 250 250 300mm一、拆卸输送机前应先用人工将输送机拆至基础上平面；输送机移动到指定的位置后再进行移机操作。
将回转机构调整水平，并用螺栓坚固地脚。
在转子上涂上润滑油，减速机加注30号机油。
按照皮带输送机的安装顺序进行安装。
移动胶带输送机，按照点动、试运行的程序对输送机进行空车运转。
空运转应检查各运动件是否正常。
空载试运行3-5min，运转应平稳，无不正常的声音，各部分应正常。
胶带输送机安装结束后，应做到：将胶带输送机上的煤、矸石、杂物清理干净。
将胶带输送机机头落煤口的胶带拆掉，并把落煤口清理干净。
连接胶带输送机各部位的联接件。
机器试运转时应检查下列各项：减速器应无冲击声。
皮带应无跑偏现象。
电机应无异常声音。
胶带与滚筒托辊间无碰撞。
二、胶带输送机在进行安装之前，必须进行以下检查工作。
检查胶带输送机安装处的巷道断面尺寸、运输线路中线与实际胶带的最大允许偏差是否符合要求。
2、检查胶带输送机头尾是否有足够的安装位置。
检查所有紧固件、防护装置是否齐全可靠。
大型设备基础垫铁安装规范
大型设备基础垫铁安装规范大型设备基础垫铁安装规范1、大型设备安装前必须由技术人员根据施工图对设备的重量进行校正，并作出记录。
2、对于机械安装的现场地坪，要求其平整度在±5mm以内，地脚螺栓孔的位置偏差不得大于±5mm，且中心线与设备中心线垂直偏差不大于2mm。
大型设备基础垫铁安装规范3、基础垫铁上平面应略高于周围地坪表面5～10mm，不得凸起、扭曲，如有不平处要用细石混凝土浇灌平整，振捣密实。
在高温季节施工，浇灌细石混凝土要采取措施控制浇筑温度，使之符合规定。
在冬期施工，浇筑细石混凝土要做好防冻工作，浇筑前清除地面冰雪，且浇筑要连续进行，当混凝土出现受冻害现象时，停止施工，经检查处理后方可继续施工。
4、设备基础就位后，根据设备的重心位置调整垫铁高度，使设备重心落在基础中心线上，以保持设备水平和稳定。
大型设备基础垫铁安装规范5、大型设备安装就位后，严禁变更机床设备的定位基准。
严格按照设计图纸、安装工艺及基础施工技术交底进行安装，不得遗漏项目，任何人不得随意变更设备的位置，特殊情况确需移动时，须经原设计单位核定，并经生产厂家同意，方能进行。
为了保证连续生产及长时间满负荷运转，大型设备的基础垫铁是不可缺少的。
它可使设备本身重力均匀分布，保证设备的稳定性，避免因设备重量不均匀而引起设备变形，影响设备精度，从而增加生产成本。
此外，大型设备基础垫铁还具有防腐蚀、绝热等功能。
设备安装就位的一般要求1、为便于设备安装就位和固定，减少焊接变形，在设备安装前必须校正好各零部件的位置，零部件的夹紧和固定，标高和方向的正确性。
2、安装设备时所用的吊装设备（包括起重机、叉车、吊车等），应有足够的起重量和叉举稳定性。
3、设备安装时，为了便于设备找正和找平，要预先安装相应的设备固定螺栓，并在设备底座和基础台上画出标志。
5、一般情况下，设备应设有三个支点或垫铁，并应使每一点承受荷载的作用不小于设备自身重量的二分之一。
垫铁座浆法在设备安装中的应用
１概 述
在机 械设 备 安 装施 工 中 ， 根据 《 机 械 设 备 安 装 工 程施 工 及 验 收 通 用 规 范 》 （ Ｇ Ｂ ５ ０ ２ ３ １ — ９ ８ ） ， 设备 安 装 主要有 无 垫铁 安 装 和 垫铁 安装 法 两种 。 无 垫 铁安 装 法 主 要适 用 一 些 大型 的 、 精 密 度较 高 ， 且 转速 较 高容 易 产 生 振动 的 设备 ， 其 找平 找正 主要 靠设 备 设 备底 座 自 身 的 顶丝 或用 千 斤 顶 ， 在初 找正 和 联轴 器 初 对 中后 ， 在 设备 底 座 与基 础 间 利 用微 膨 胀 水 泥或 环氧 树 脂进 行 二 次灌 浆 ， 待灌 浆 层 达 到强 度 以后 ， 在 对 设备 进 行 精 找正 和 联轴 器精对中 ，故其施工工序及其繁琐 ， 且应 用 范 围十分 有 限 。 垫铁安装法分为一般垫铁安装法 、 铲 研法 、 压 浆法 、 座 浆法 。 一般 垫铁 安 装法 大 家 比较 熟悉 ， 在此 不 在说 明 。铲研 法 需 用 砂 轮将 基础 与 垫 铁 的配 合 面进 行 打 磨 ， 接 触 面积 达 到 ７ ０ ％以上 才 能 符合 要 求 ， 费 时 费力 ， 且 一 个基 础 上 的几 个 垫 铁很 难 达 到 统一 标 高 ， 对 多 台机 组 更 难 掌 握 ， 而压 浆 法则 更 加 复杂 。 因此 ， 在 一 些 大 型设 备 安 装 或 大批 量 中小 型设 备安 装 时 ， 垫 铁 座浆 法 有 着 巨大 的优 点 。 ２垫铁 座 浆法 介绍 １ ． １ 垫 铁座 浆法 施 工方 法 （ １ ） 在设备就位之前 ， 基 础 养 护 期 到 后， 对基础进行放线 ， 并 根 据 地 脚 螺 栓 位 置 确 定 出垫 铁位 置 ， 并 将 放置 垫 铁 的位 置 凿 出 比垫铁 大 、 深约 ２ ０毫米 的座 浆坑 。 （ ２ ） 设 备进场 ， 在 三 方对 设 备 进 行 入 场 检验 合 格 、 设备 基 础 养 护达 到 安 装要 求 之后 ， 按 照预 先放 好 的设 备从 横 中 心线 进 行 吊装 就位 。 并在 适 当 的位 置 放置 临 时垫 铁。 用 临时垫 铁对 设备 进行 初 找正 中的水 平调 整 及标 高控 制 。 （ ３ ） 将设 备 地 脚 螺栓 在 基 础 预 留孔 中 调整 到 合适 的位 置后 ， 用 配置 好 的灌 浆 料 对 地 脚 螺 栓 进 行 灌 浆 ，灌 浆 时 应 边 灌 边
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浅谈设备基础安装中的垫铁设计
摘要：主要结合设计经验对设备基础安装中的垫铁设计进行了介绍，包括对垫铁面积公式的分析推导以及公式中各个参数的计算、垫铁的规格及布置方式介绍及选择原则。
并提出了计算机辅助计算建议。
关键词：垫铁；面积公式；规格选择；布置原则
中图分类号：TB21
Discussion on Shim Plate Design in the Installation of the equipment foundation
Li Suqin
（Taiyuan Tongze Heavy Industry Co., LTD , Taiyuan 030032, China）Abstract: Mainly introducing the shim plate design method in equipment foundation installation, combination design experience, including analysis and derivation of the calculation formula, parameter calculating, specifications and layout mode selection principles. Finally, this article puts forward the Suggestions about computer-aided calculation.
Key words: shim plate; calculation formula; Specifications choice; Layout principle
0 引言
垫铁是机械设备安装中常见的材料之一，垫于设备底座和混凝土基础或钢结构框架之间，用于承受设备质量和设备运转中产生的各种动负荷，并在安装时用其调整设备标高和水平度。
在巴州西姆莱斯石油专用专用管制造有限公司366TRCM连轧机组生产线项目的设备基础垫铁布置图设计中，计算设备安装垫铁面积时，发现在不同的
标准中的垫铁面积计算公式不一致现象，计算结果相差万倍，并且多个标准中的设计原则不全面不统一，这给设计人员在设计中时带来了很大的困惑，此文章对垫铁面积公式进行了理论推导及对各标准中的公式进行了验证，并结合设计经验对设计流程中的各个设计环节进行了梳理统一，对垫铁方面的现行标准、资料进行补充完善。
1 垫铁设计流程
在垫铁设计时，首先要根据已知设备及地脚螺栓情况，计算出所需垫铁组的总面积，再选择垫铁的规格及型号，计算出垫铁最小组数，最终根据布置原则及设备底座及螺栓情况确定垫铁数量及布置方式，并对垫铁规格调整。
2 垫铁面积计算
2.1 垫铁面积的计算公式推导
在设备基础垫铁布置图设计中，首先要计算垫铁组面积，垫铁组面积计算公式为：
垫铁组下基础或地坪混凝土所承受的挤压强度≤混凝土基础或钢结构框架的许用抗压强度
即：
得到：（1）
式中：—垫铁组下基础或地坪混凝土所承受的挤压强度（Pa）；—基础或地坪混凝土所承受的载荷（N）；—设备等加在垫铁组上的载荷（N），一般取设备底座重量及底座上设备等重量所产生的载荷的总和；—地脚螺栓拧紧时在垫铁组上所产生的载荷（N）；A—垫铁组面积（）；R—基础或地坪混凝土的抗压强度,可取混凝土的设计强度（Pa），一般按混凝土抗压强度等级计算，如C30的混凝土，其抗压力强度等级为30MPa[1]；C—安全系数，取1.5～3，对于承受冲击载荷、振动较大的设备，C值可以取较大的值。
我们这里所有的数据统一采用国际单位，以保证公式成立。
但在大多数公式中，A采用的单位为，而强度、R采用的单位为MPa。
因：。
故公式统一改变单位后也成立为：
即：（2）
式中：A的单位：; 的单位：N; R的单位：MPa。
2.2 公式中参数的计算
参数为地脚螺栓拧紧时在垫铁组上所产生的载荷，应该取螺栓紧固力，如果设备技术文件对设备对紧固力没有规定时，可以取螺栓的许用应力:
（3）
式中：d—地脚螺栓直径（mm），一般取名义直径；n—地脚螺栓数量；—地脚螺栓材料的许用应力（MPa），；s取1.2～1.5；可按地脚螺栓的性能等级计算，取公称屈服强度。
如地脚螺栓为3.6级，则其公称抗拉强度为300MPa，公称屈服强度为300×0.6=180MPa[2] 。
3 不同标准中的计算公式的验证
以下是不同标准或材料中的垫铁面积的计算公式：
（1）GB50231-2009 《机械设备安装工程施工及验收通用规范》[3] 中垫铁面积的计算公式：
（4）
式中：A—每组垫铁的面积（）；—设备等加在垫铁组上的载荷（N）；—地脚螺栓拧紧时在垫铁组上所产生的载荷（N）；R—基础或地坪混凝土的抗压强度（MPa）,可取混凝土的设计强度；n—垫铁组的组数；C—安全系数，取1.5～3。
此公式计算的是每组垫铁的面积，与我们在1.1中推导的公式（2）单位一致，但计算结果却放大了100倍，不合理。
（2）YGJ209-83《中低压设备施工及验收规范》[4] 中垫铁面积的计算公式：
(5)
A—一组垫铁的面积，；C—系数，C=2～3;—设备附件及物料等的重量，公斤力；—全部地脚螺栓紧固后，作用在垫铁上的总压力，公斤力；n—垫铁组的组数；R—基础或地坪混凝土的抗压强度（可采用混凝土设计标号）,。
此公式中得到的单位为，得到的数据乘于100换算为单位，与我们推导的公式（1）、（2）结果一致。
（3）《机械设备安装工程手册》[5] 中垫铁面积的计算公式：
(6)
式中：A—单块垫铁最小面积（两侧一组），；R—基础混凝土单位面积抗压强度，MPa；—机器质量加在垫铁组上的载荷，N；—地脚螺栓紧固轴向力，N；C—系数，一般取1.5～3；
此公式与我们推导的公式（2）单位相同，公式一致，得到的结果也一致。
(4) GB50231-98 《机械设备安装工程施工及验收通用规范》[6] 中垫铁面积的计算公式：
(7)
式中：A—垫铁面积（）；—由于设备等和重量加在该垫铁组上的负荷（N）；—地脚螺栓拧紧所分布在该垫铁组上的压力（N），可取螺栓的许可抗拉力；R—基础或地坪混凝土单位面积抗压强度（MPa）,可取混凝土的设计强度；C—安全系数，宜取1.5～3。
此标准已被GB50231-2009 《机械设备安装工程施工及验收通用规范》标准代替，与公式（4）单位一致，但结果却比公式（4）大100倍，比我们推导的公式（2）大10000倍，不合理[7]。
综上，GB50231-98、GB50231-2009中的公式（4）、（7）错误，公式（5）、（6）公式与（1）、（2）公式计算结果相同。
另外还有其它标准或材料中也有此垫铁面积计算公式，无论哪个公式，推导原理都是相同的，只是可能推导过程中的单位的变换，有时会造成计算结果错误[7]。