西門子9H燃機基礎(chǔ)動力分析

薛銳

摘 要：新世紀以來，環(huán)保是國家發(fā)展優(yōu)先關(guān)注的重點，國家要在“綠色”的環(huán)境下進步。西門子企業(yè)積極配合國家出臺的“以熱定電”的準則，將以煤為能源的工業(yè)小鍋爐用潔凈的天然氣能源代替，在保障工業(yè)蒸汽與電力被穩(wěn)定提供的基礎(chǔ)上，使環(huán)境得到最大限度的保護。

關(guān)鍵詞：西門子;9H燃機;基礎(chǔ)動力;分析

我公司正在實施的某燃氣冷熱電三聯(lián)供工程采用的是西門子9H級燃機，9H級燃機是目前國內(nèi)單臺裝機容量最大的燃機，其牢靠度接近百分之百，可利用度高于百分之九十六，由于具有以上顯著優(yōu)勢，被越來越多熱電聯(lián)產(chǎn)電廠使用，9H級燃機是把燃料向能源最大限度的轉(zhuǎn)換的一類方法[1]。截止到2019年初，西門子企業(yè)就已經(jīng)被世界上各個區(qū)域的企業(yè)應(yīng)用了將近100臺的H級燃機，其中半數(shù)以上都被實際運作，點火的時長高達70萬小時左右，其為現(xiàn)今在商業(yè)化運行中使用的凈效率、牢靠度、動力最優(yōu)的一類燃機。下面我們對西門子9H級燃機的基礎(chǔ)動力進行建模分析：

一、有限元模型的創(chuàng)建

（一）參數(shù)化建模方向

借助SAP2000軟件創(chuàng)建實物模型，使對實物模型的截面內(nèi)力的獲取更便捷，更適合投入在工程設(shè)計中。第一，要以控制點的位置實施燃機的基本分割工作，得到節(jié)點的橫縱坐標與網(wǎng)格距離[2]。第二，以得到的橫縱坐標和網(wǎng)格距離數(shù)據(jù)，借助計算機技術(shù)得到食物塊指令文檔，其中有實物單元、連續(xù)節(jié)點編號和相應(yīng)的坐標數(shù)據(jù)。第三，以燃機的基本控制點坐標數(shù)據(jù)為參照，得到不一樣的實物塊，就實現(xiàn)全部的實物模型。

（二）整體分析模型的創(chuàng)建

燃機的根本主體架構(gòu)借助體單元進行模擬，還有，將桿單元放置于基礎(chǔ)上層，用來對其設(shè)備的剛度實施模擬，設(shè)施軸承和基礎(chǔ)臺板借助第一種剛性桿單元實施連接，此桿單元具有傳遞擾力的效果，要確保其具有抵抗壓力、剪、扭的無限的剛度，其密度要及其小[3]。還有，第二中剛性桿單元用于對設(shè)備軸承節(jié)點的銜接，其把所有軸承的縱向運動進行阻礙，實現(xiàn)所有軸承進行縱向統(tǒng)一運動。所以，第二種桿單元的在抵抗壓力與剪的剛度要無限大，其抗彎剛度與密度則相反。

基礎(chǔ)混凝土的是C30，彈性模量為30000N/平方毫米，泊松比是0.2，其密度是2500千克/立方米。以地勘信息為參照，混凝土的灌注樁的單位橫向動剛度維持在10000KN/米，縱向動剛度在192000KN/米。以相應(yīng)的條例為參照，對樁基橫向剛度的多樁效果進行分析，對基礎(chǔ)水平與豎向的多樁效果整體系數(shù)，為2.113與1.777，進行改正之后分別為21130KN/米與11770KN/米，借助基本地面的有關(guān)位置節(jié)點的彈簧實現(xiàn)樁基剛度的模擬。

二、基礎(chǔ)動力分析

（一）動力分析控制參數(shù)

在GEK63383要求里，進行燃機基本動力計算時要遵循下面幾點：第一，使運行頻率保持在百分之80到120之間，不能顯現(xiàn)出明顯振動的現(xiàn)象。第二，在正常轉(zhuǎn)速條件下，基礎(chǔ)頂面控制點所有主軸方向的的振動幅度要低于0.06in/sec。第三，當轉(zhuǎn)速維持在0到120百分數(shù)之間，基礎(chǔ)頂面的所有主軸方向的針對速度要低于0.15in/sec。

（二）模態(tài)分析

首先，要實施燃機基本模型的模態(tài)分析，將百分之0到120之內(nèi)的運行頻率中的自振頻率與模態(tài)進行獲取。能夠得到，基礎(chǔ)模型的前三時期自振模態(tài)主要表現(xiàn)為Y向、X向與繞Z軸轉(zhuǎn)動的狀況，對模型的0至60赫茲期間進行分析，得到50個振型，其中，X、Y、Z三方面的位于前方的9階模態(tài)總數(shù)參和水平都高于百分之99，同時第9階模態(tài)所展現(xiàn)出的自振頻率使2220赫茲，小于40赫茲，也就是說，其處于正常運行頻率的百分之80到120以內(nèi)，且在三個方向上的劇本的振動未展現(xiàn)出明顯的反應(yīng)。

（三）強迫振動分析

以GEK63383里的要求的條例為參照，將基礎(chǔ)振動的體現(xiàn)的阻尼數(shù)定為百分之2，將振動速度控制點設(shè)置在燃氣輪機與發(fā)電機在基礎(chǔ)頂面的節(jié)點上。借助SAP2000系統(tǒng)里的穩(wěn)態(tài)分析手段對強迫振動實施分析，若模型處于0至60赫茲頻率里的振動，對其實施分析時，要在動力計算的工況設(shè)定里，設(shè)定Y方向使相對角的0度方位，同時設(shè)定相應(yīng)的工況，對燃氣輪機遇發(fā)電機動擾力位置的差異狀況實施了整體分析。對計算結(jié)果實施梳理后，在頻率為0到60期間，發(fā)電機勵磁位置旁邊局部控制點的Y向最大振動速度維持在3.81到6.24mm/s，正常轉(zhuǎn)速狀態(tài)中，對外形實施整改后基礎(chǔ)頂面的任一控制點的所有主軸方向的振動速度最高值是：0.6、1.49、0.63mm/s，以上數(shù)值都達不到1.52mm/s，處于頻率為0至60赫茲的狀態(tài)下，基礎(chǔ)頂面控制點所有主軸方向的振動速度最高值是：1.65、2.62、149mm/s，都低于3.81mm/s，GEK63383要求被實現(xiàn)，燃氣輪機局部振動控制點的振動速率最高平均方根是2.78mm/s，低于4.5mm/s;燃氣輪機局部振動控制點的振動速率最高均方根是3.13mm/s，低于3.8mm/s，ISO10816的要求被實現(xiàn)。

三、結(jié)語

本文在SPA2000有限元軟件的基礎(chǔ)上創(chuàng)建了西門子9H級燃機的基本實物模型，將剛性體系進行設(shè)定用來模擬上部位置的設(shè)備剛度，實施實物模型的動力分析，借助試算，燃機基本每一個控制點每個主軸上的最高振動狀況均能達到企業(yè)標準，燃機基本每個控制點振動速度上的平均方根最高都符合標準，能夠為相應(yīng)的工程起到參照作用。

參考文獻：

[1]李大治，石亞玲，趙聰.流化床鍋爐飛灰再循環(huán)節(jié)能改造運行總結(jié)[J].氮肥與合成氣，2017，45（2）：4-6.

[2]楊春雨，馬玉亭，徐程，等.含氧燃料對柴油機供油系統(tǒng)的腐蝕性研究[J].現(xiàn)代車用動力，2019（2）：24-27.

[3]姜峰，陳乾，李春青，等.16V265H型柴油機燃油噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析[J].廣西科技大學(xué)學(xué)報，2017（04）：105-110.