百萬千瓦汽輪發(fā)電機組采用彈性基礎(chǔ)優(yōu)越性分析

沈國棟 洪久安 朱義輝

(1.安徽淮南平圩發(fā)電有限責(zé)任公司,安徽淮南 232089;2.安徽淮南平圩電力檢修工程有限責(zé)任公司,安徽淮南 232089)

百萬千瓦汽輪發(fā)電機組采用彈性基礎(chǔ)優(yōu)越性分析

沈國棟1洪久安2朱義輝1

(1.安徽淮南平圩發(fā)電有限責(zé)任公司,安徽淮南 232089;2.安徽淮南平圩電力檢修工程有限責(zé)任公司,安徽淮南 232089)

通過對汽輪發(fā)電機組彈性基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及優(yōu)點的介紹, 建議安徽淮南平圩三期汽輪發(fā)電機基礎(chǔ)采用彈性基礎(chǔ)的方式,供同類型機組參考。

隔振基礎(chǔ) 隔振方式 隔振基礎(chǔ)優(yōu)點

平圩電廠三期工程將建設(shè)2×1000MW級超超臨界燃煤發(fā)電工程。本工程位于淮北沖積平原的南緣，場地土類型為中軟土，建筑場地類別為II類。就建筑抗震地段屬性而言，屬可進行建設(shè)的一般場地。根據(jù)《淮南平圩電廠三期工程廠區(qū)—巖土工程勘察報告》可知，建設(shè)項目場地是由于洪積、湖積和沖積交互作用，使亞粘土或粉質(zhì)粘土與砂層相間沉積而成的。

1 引言

我國電力建設(shè)正處在高速發(fā)展時期，建設(shè)規(guī)模日益擴大，600MW機組已成為電網(wǎng)主力機組，單機容量已發(fā)展到建設(shè)1000MW級的汽輪發(fā)電機組，這就給我國已發(fā)展起來的汽機基礎(chǔ)設(shè)計提出了更高的要求。國家標(biāo)準(zhǔn)“動力機器基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范”明確提出了汽機基礎(chǔ)“大、柔、剛”的優(yōu)化選型原則，汽輪發(fā)電機采用彈簧隔振基礎(chǔ)，在柱頂設(shè)置彈簧，充分實現(xiàn)了“柔柱”的設(shè)計理念。采用彈簧隔振基礎(chǔ)，正逐步成為未來大型汽輪發(fā)電機組基礎(chǔ)布置的方向[1]。

2 隔振裝置的應(yīng)用業(yè)績

在國外，上世紀(jì)60年代由德國隔而固(GERB)公司所研制的彈性支承隔振系統(tǒng)首次應(yīng)用于600MW核動力汽輪發(fā)電機組上，20世紀(jì)70年代初德國卡威屋(KWU)公司所制造的單機功率為1300MW半速核電汽輪機組(n=1500r/min)均采用了彈簧隔振基礎(chǔ)，目前，在全世界范圍內(nèi)有560余臺汽輪發(fā)電機組應(yīng)用彈性支座隔振系統(tǒng)。

在國內(nèi)，從1997年開始我國火電機組就開始采用了彈簧隔振裝置。ALSTOM公司生產(chǎn)的大別山電廠600MW機組、平?jīng)鲭姀S600MW機組也采用彈簧基礎(chǔ)，目前田灣核電站的2臺1060MW全速核電汽輪機組，大亞灣嶺東核電站2*1000MW半速機組的也都采用的彈簧基礎(chǔ)，并且都已投運，運行良好。

3 彈簧隔振基礎(chǔ)的布置形式

(1)常規(guī)基礎(chǔ)，這種基礎(chǔ)大都采用島式布置，典型的常規(guī)基礎(chǔ)橫向布置。

(2)島式布置的彈簧隔振汽機基礎(chǔ)，將常規(guī)基礎(chǔ)的所有柱子沿頂板底面切斷，并將切斷后的柱頭再切除一截(其長度等于隔振器的高度)，然后在柱頂與頂板之間塞進隔振器，就形成了島式布置的彈簧隔振汽機基礎(chǔ)。

(3)聯(lián)合布置隔振基礎(chǔ)。島式布置的彈簧隔振基礎(chǔ)已將機組和頂板與下部結(jié)構(gòu)隔開，具備了隔振的功能，其下部結(jié)構(gòu)已沒有必要再與主廠房分割開來，為了調(diào)整抗震性能和優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置，又進一步把隔振基礎(chǔ)的下部結(jié)構(gòu)與主廠房結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，演變成了聯(lián)合布置的彈簧隔振基礎(chǔ)，聯(lián)合布置隔振基礎(chǔ)所帶來的優(yōu)點已經(jīng)超出了抗震性能的改善，它為改進工藝布置、節(jié)約主廠房空間、降低工程造價帶來了巨大的潛力[2]。

平圩三期工程汽輪發(fā)電機組采用的是Alstom(原ABB)公司的技術(shù)，機組的特點是外缸支承，單軸承，落地軸承結(jié)構(gòu).在低壓缸凝汽器彈簧基礎(chǔ)的布置上又分為兩種形式：

(1)汽輪機與凝汽器采用焊接剛性聯(lián)接、凝汽器彈簧支承，汽輪機排汽缸與凝汽器組成一個壓力容器，汽輪機排汽缸不承受真空吸力，因而基礎(chǔ)也不承受真空吸力。

(2)汽輪機與凝汽器采用波紋管柔性聯(lián)接、凝汽器固定支承，汽輪機排汽缸將承受真空吸力，這個真空吸力由排汽缸傳遞給基礎(chǔ)臺座，再由基礎(chǔ)臺座傳遞給彈簧。

對于這2種不同的聯(lián)接方式，彈簧基礎(chǔ)的設(shè)計特點的不同點在于支承彈簧的剛度選型不一樣，彈簧的選型決定于Alstom汽輪發(fā)電機組基礎(chǔ)設(shè)計準(zhǔn)則對臺座變形的限制，即規(guī)定機組軸系軸線的垂向與水平向撓度，對單軸承設(shè)計，通過3個依次相鄰的軸承位置計算的曲率半徑，必須大于等于40km(雙軸承設(shè)計為80km)，平圩三期工程主機采用的是單軸承設(shè)計，所以曲率半徑必須大于等于40km。上述兩種連接方式在國內(nèi)Alstom公司單軸承支撐的同類型機組上都已經(jīng)有了使用業(yè)績。

第一種方式的優(yōu)點在于機組基礎(chǔ)不承受真空吸力，機組基礎(chǔ)在設(shè)計的時候能更好的滿足Alstom汽輪發(fā)電機組基礎(chǔ)設(shè)計準(zhǔn)則對臺座變形的限制，這樣選用基礎(chǔ)彈簧的時候就能夠選用較大的工作載荷壓縮量的隔振彈簧來降低彈簧對基礎(chǔ)不均勻沉降的敏感度，減少因基礎(chǔ)沉降所帶來的調(diào)整鋼板對彈簧進行補償?shù)墓ぷ髁?。但是采用這種方式必須考慮凝汽器加載給汽輪機的部分水載荷，這個水載荷給汽輪機排汽缸一個向下的力，要能夠補償機組運行中向上的頂起力：一定要保證汽缸不能被頂起，一旦汽缸被頂起，動、靜葉片就會發(fā)生摩擦，就會損壞汽輪機[3]。

第二種連接方式的優(yōu)點在于凝汽器的載荷與所有水載荷都由凝汽器基礎(chǔ)承載.運行中凝汽器所有可能產(chǎn)生的向上的變形都由波紋管補償.不用考慮向上的頂起力對汽缸的影響，安全性有了保證。但是需要注意采用這種方式，汽輪機排汽缸將承受真空吸力，這個力由排汽缸傳遞給基礎(chǔ)臺座，基礎(chǔ)臺板受力后的曲率半徑將可能小于Alstom基礎(chǔ)設(shè)計準(zhǔn)則要求，那么就要通過在基礎(chǔ)臺板下選用垂向剛度較大、工作載荷下壓縮量較小的隔振彈簧來使得臺座變形變小，從而滿足設(shè)計準(zhǔn)則要求，但這樣一來，彈簧壓縮量太小時，基礎(chǔ)對不均勻沉降就會太敏感，從而增加了調(diào)整鋼板對彈簧進行補償工作的頻率。

這兩種方式各有優(yōu)缺點，建議采用第二種方式，根據(jù)對平圩二期工程沉降數(shù)據(jù)的了解，沉降量為每半年1mm左右，考慮到沉降量不是很大，調(diào)整工作頻率不會增加，出于對影響機組運行安全及影響軸系對中因素的考慮，推薦使用波紋管柔性聯(lián)接方式。

4 隔振彈簧基礎(chǔ)的優(yōu)點

(1)使用隔振彈簧將主機臺板與立柱解除剛性連接后，由機器轉(zhuǎn)子殘余不平衡量產(chǎn)生的動荷載不會再傳遞到立柱上，這減小了立柱的截面尺寸，從而減少了基礎(chǔ)體積，縮短施工和安裝周期，提高經(jīng)濟效益[4]。

(2)與固定基礎(chǔ)相比，汽輪發(fā)電機周圍的振動或被動隔振的精密設(shè)備基礎(chǔ)上的振動可減少80%～90%左右，由于減少了振動，故可把相關(guān)的設(shè)備安裝得近些，從而可縮短距離，提高工效及廠房利用率，也能達到降低成本的目的。

(3)機組本身所受的動荷載減小，降低了設(shè)備磨損，降低了液壓、電控系統(tǒng)的故障率，延長了機組壽命。

(4)降低汽輪發(fā)電機機身由于基礎(chǔ)不平或不均勻沉降造成的內(nèi)應(yīng)力，使機架受力均勻，在地基發(fā)生不均勻沉降的情況下，可以在不停機的狀態(tài)下對設(shè)備或設(shè)備基礎(chǔ)進行快速調(diào)平。

(5)島式布置彈簧隔振汽機基礎(chǔ)具有良好的抗震性能，可以抵抗高達8度的地震;聯(lián)合布置彈簧隔振汽機基礎(chǔ)的抗震性能更佳，可以抵抗9度及以上的強震。兩種布置方式都可提高設(shè)備的抗震能力，保護設(shè)備免受地震損壞，而聯(lián)合布置隔振基礎(chǔ)所帶來的優(yōu)點已經(jīng)超出了抗震性能的改善，它為改進工藝布置、節(jié)約主廠房空間、降低工程造價帶來了巨大的潛力。

(6)國內(nèi)普遍采用隔而固隔振器，彈性基礎(chǔ)基本免維護，無運行費用，且壽命長達30年以上。

5 結(jié)語

通過上述分析，建議平圩電廠三期工程基礎(chǔ)布置選用聯(lián)合布置隔振基礎(chǔ)的汽輪機與凝汽器波紋管柔性聯(lián)接、凝汽器固定支承方式，這樣不但可以減少基建過程中的投資，減少機組振動對周圍環(huán)境和輔助設(shè)備帶來的損害，提高設(shè)備的使用效率，提高機組的抗震性能，縮短施工和安裝周期，而且也是符合國家發(fā)展汽機基礎(chǔ)設(shè)計更高要求的。通過華東電力設(shè)計院土建室對三期工程彈性基礎(chǔ)與剛性基礎(chǔ)作了對比設(shè)計與經(jīng)濟核算，結(jié)論是增加的彈簧投資和節(jié)約的前期土建投入基本持平，沒有成本增加。若考慮機組的檢修工作，將會節(jié)省檢修時間，從而又提高了機組的利用率。

[1]尹學(xué)軍.振動控制在工業(yè)設(shè)備中的應(yīng)用《.機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新》,2003.

[2]尹學(xué)軍,王偉強,沙曾炘.汽輪發(fā)電機組彈簧隔振基礎(chǔ)分析.電力建設(shè),2003.

[3]羅國澍,房俊喜,王建.汽輪發(fā)電機組彈簧隔振基礎(chǔ)的抗震性能.武漢大學(xué)學(xué)報,2009.

[4]尹學(xué)軍,王建立,谷朝紅等.汽輪機與凝汽器不同聯(lián)接方式下的彈簧隔振基礎(chǔ)設(shè)計.武漢大學(xué)學(xué)報,2010.