淺談汽輪機(jī)基礎(chǔ)動(dòng)力分析

劉金玉

【摘 要】論文以海南金海漿紙業(yè)有限公司熱電廠三期擴(kuò)建工程的B90-12.3/1.6型汽輪機(jī)（哈爾濱哈汽實(shí)業(yè)開發(fā)總公司制造）為例，采用MIDAS GEN系統(tǒng)對(duì)汽輪機(jī)基礎(chǔ)進(jìn)行動(dòng)力分析，得出汽機(jī)島基礎(chǔ)在汽輪機(jī)各種頻率運(yùn)行時(shí)的線位移，并將不同柱截面的汽輪機(jī)基礎(chǔ)在同種工況下的線位移進(jìn)行對(duì)比，可為以后的同類工程提供參考。

【Abstract】Taking the B90-12.3/1.6 steam turbine （manufactured by Harbin Haqi Industrial Development Corporation） of the third phase expansion project of thermal power plant of Hainan Jinhai Pulp & Paper Company Limited as an example， this paper uses MIDAS GEN system to analyze the dynamic characteristics of the steam turbine foundation， and obtains the linear displacement of the turbine island foundation at various frequencies in the steam turbine operation. The comparison of the linear displacement of the cross-section steam turbine foundation under the same working conditions can provide a reference for similar projects in the future.

【關(guān)鍵詞】汽輪機(jī);基礎(chǔ);動(dòng)力分析;MIDAS

【Keywords】steam turbine; foundation; dynamic analysis; MIDAS

【中圖分類號(hào)】TK262? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）08-0164-02

1 工程概況和軟件介紹

熱電廠三期擴(kuò)建工程位于海南省洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，抗震設(shè)防烈度為7度（0.10g），場(chǎng)地類別為二類，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。該汽輪機(jī)基礎(chǔ)位于TG8汽機(jī)間內(nèi)。汽輪機(jī)基礎(chǔ)采用框架式基礎(chǔ)，汽輪機(jī)基礎(chǔ)周邊有加熱器平臺(tái)和出線小間。汽輪機(jī)基礎(chǔ)與加熱器平臺(tái)及出線小間設(shè)縫完全脫開，因此本文不考慮加熱器平臺(tái)及出線小間。

MIDAS GEN是用Visual C++在Windows環(huán)境下開發(fā)的。利用其獨(dú)特的GUI功能和圖形處理功能，可對(duì)結(jié)構(gòu)模型的建立過(guò)程按輸入的階段進(jìn)行查看，并可將輸出結(jié)果直接轉(zhuǎn)換為文本格式。該軟件開發(fā)于1989年，通過(guò)在大量的工程項(xiàng)目中的應(yīng)用，證明了其準(zhǔn)確性和高效性。

2 分析參數(shù)

由于汽機(jī)島基礎(chǔ)位于汽機(jī)間內(nèi)，因此不考慮風(fēng)荷載[1]。汽輪機(jī)采用1×B90-12.3/1.4（超高壓高溫背壓式汽輪機(jī)），發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量為90MW。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速為3000r/min。由于缺乏設(shè)備廠家提供的擾力值，按照《動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50040—96），豎向及橫向的擾力值按照0.2Wgi計(jì)算，汽輪機(jī)在轉(zhuǎn)速為3000r/min時(shí)的允許震動(dòng)線位移為0.02mm。

本工程汽輪機(jī)在最大工作轉(zhuǎn)速時(shí)的頻率為50，實(shí)際計(jì)算時(shí)取0～70的頻率計(jì)算。結(jié)構(gòu)的阻尼比參考《動(dòng)規(guī)》c.1.3規(guī)定取值，取為0.0625。將轉(zhuǎn)子擾力的作用等效為水平和豎向兩種簡(jiǎn)諧荷載作用，簡(jiǎn)諧荷載的幅值均為擾力值。

由于地基的彈性作用對(duì)框架式動(dòng)力基礎(chǔ)的振動(dòng)有不同的影響，對(duì)低頻擾力作用下的基礎(chǔ)影響較大，而對(duì)高頻擾力的基礎(chǔ)影響較小。本工程的擾力屬于高頻擾力，為簡(jiǎn)化計(jì)算，將汽輪機(jī)基礎(chǔ)柱與基礎(chǔ)連接方式視為剛接，建模時(shí)不做考慮。

3 分析截面及幾何尺寸

汽輪機(jī)框架式基礎(chǔ)的柱截面分別采用1200mm×1200mm和1200mm×1400mm，汽輪機(jī)頂板厚度分別為2030mm、1730mm和1600mm，混凝土強(qiáng)度為C40。

4 分析結(jié)果

本次分析主要針對(duì)在擾力作用下的汽輪機(jī)框架式基礎(chǔ)振動(dòng)線位移，所以不對(duì)其內(nèi)力及彎矩進(jìn)行分析。由于背壓式汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子自重小于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子自重，同樣運(yùn)用公式，橫向的擾力值按照0.2Wgi計(jì)算，得出的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的擾力也要大于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的擾力[2]。在計(jì)算結(jié)果中，發(fā)電機(jī)區(qū)域的位移大于汽輪機(jī)區(qū)域的位移，符合計(jì)算時(shí)的假設(shè)。最后，對(duì)汽輪機(jī)基礎(chǔ)的位移結(jié)果進(jìn)行處理分析。根據(jù)《動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》5.2.5條規(guī)定，任意轉(zhuǎn)速下的擾力可按Poi=Pgi（n0/n）2計(jì)算（n0為任意轉(zhuǎn)速，n為機(jī)器的工作轉(zhuǎn)速，Pgi為機(jī)器以工作轉(zhuǎn)速正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的擾力）。

根據(jù)《動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》5.2.1條，計(jì)算振動(dòng)線位移時(shí)，在一般情況下，只需計(jì)算擾力作用點(diǎn)的豎向振動(dòng)線位移，本次計(jì)算僅對(duì)擾力作用點(diǎn)的線位移進(jìn)行分析。本文取計(jì)算結(jié)果中的74號(hào)節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)明該點(diǎn)在不同頻率的x和z向擾力作用下的z向位移（橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行時(shí)的各種頻率，縱坐標(biāo)對(duì)應(yīng)汽輪機(jī)基礎(chǔ)在該頻率的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子擾力作用下的z向線位移）?？梢钥闯觯谄啓C(jī)實(shí)際工作時(shí)汽輪機(jī)基礎(chǔ)在74號(hào)節(jié)點(diǎn)上幾個(gè)z向位移較大的點(diǎn)。即汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子在工作頻率等于38、60及70時(shí)，汽輪機(jī)基礎(chǔ)74號(hào)節(jié)點(diǎn)z向位移較大。說(shuō)明汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子在該頻率工作時(shí)，汽輪機(jī)與汽輪機(jī)基礎(chǔ)共振現(xiàn)象明顯。

在對(duì)該汽機(jī)島做動(dòng)力分析時(shí)，將柱截面修改，柱截面改為1200mm×1400mm和1200mm×1600mm，最后在比較結(jié)果時(shí)發(fā)現(xiàn)，將柱截面加大后結(jié)構(gòu)振動(dòng)線位移有一定的減小，也取74號(hào)節(jié)點(diǎn)示意。不同頻率擾力作用在x和y方向時(shí)，原汽機(jī)島基礎(chǔ)在該點(diǎn)y向位移，將柱截面加大后的汽機(jī)島基礎(chǔ)該點(diǎn)y向位移。將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，汽輪機(jī)在44、52和60的頻率下工作時(shí)，兩者位移較大。但是很明顯，汽輪機(jī)基礎(chǔ)柱截面加大后的節(jié)點(diǎn)位移要小于原有的汽輪機(jī)基礎(chǔ)位移，從經(jīng)濟(jì)性的角度來(lái)說(shuō)，在兩者均滿足規(guī)范要求的前提下，柱截面可以選擇前者。

5 結(jié)語(yǔ)

①在設(shè)計(jì)汽輪機(jī)框架式基礎(chǔ)時(shí)，背壓式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)區(qū)域?qū)儆谡駝?dòng)較大的區(qū)域，對(duì)于該區(qū)域的梁柱剛度應(yīng)適當(dāng)加大，以免振動(dòng)線位移過(guò)大。

②汽輪機(jī)基礎(chǔ)須保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，盡量避免與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速相重合的固有頻率。

③可采用多個(gè)模型，比較其計(jì)算結(jié)果，在保證安全性的前提下可以保證其經(jīng)濟(jì)性。

④用軟件計(jì)算結(jié)構(gòu)時(shí)，須采用正確的計(jì)算假定。

【參考文獻(xiàn)】

【1】劉秀梅.主汽輪機(jī)框架式基礎(chǔ)的動(dòng)力分析[J].中國(guó)水泥，2017（05）：95-97.

【2】徐朝剛，汪新，武小梅.大型汽輪機(jī)框架式基礎(chǔ)—地基動(dòng)力相互作用分析[J].廣東電力，2015，28（09）：56-59+78.