浅析某电厂2×600MW机组汽轮发电机基座优化.pdf

与 建 材装 饰2014 年 6 月 浅析某电厂 2600MW 机组汽轮发电机基座优化 周德林 （江西省电力设计院江西 南昌330096） 摘要： 根据设备厂的有关资料， 对 600MW 电厂汽轮发电机基础进行了结构布置和选型， 并用 TGFP4.0 和通用有限 元程序 ANSYS 两套计算软件对两个基础方案的结构动力性能和强度进行了计算分析和比较，推荐本工程汽轮发电机基 础采用方案一。 关键词： 汽轮发电机基础； TGFP4.0 与有限元程序 ANSYS 分析； 结构动力性能和强度 中图分类号： TM621.3文献标识码： B 文章编号： 1673-0038 （2014） 25-0166-02 1 概 述 某电厂 2600MW 机组，拟建工程场地 50 年超越概率 10% 的水平地震动加速度峰值为 0.051g，对应地震基本烈度为度， 设计地震分组为第一组， 反应谱特征周期值为 0.35s， 建筑场地类 别为类。本工程属于重要电力设施， 汽机基座等建筑物属于重 点设防类 （即乙类） ， 宜提高一度进行抗震设防。故本工程汽机基 座地震作用按度， 抗震措施按度设防。 2 汽轮发电机基础设计思路 汽轮发电机基础的基本要求， 是在正常运行条件下能够保证 机组的平稳运行， 并在各种应急情况下保持结构的整体性。汽轮 发电机基础必须能够满足以下要求： 基础结构的基本固有频率， 必须以足够的裕量避开机器的 运行转速范围， 也就是在正常运行条件下， 必须避免与机器发生 共振。基础结构由于转子不平衡量在运转时产生的强迫振动， 必须在机器制造厂商规定的范围内。基础结构必须能够承受 由于运行荷载、事故荷载与地震荷载引起的所有种类的力和力 矩 （弯矩、 扭矩、 剪力） 。基础结构的总刚度必须足够大， 以在各 种运行条件下， 保持机组轴系的对中， 即最大的运行变形量， 必 须在机器制造厂商规定的范围内。温度的影响必须减到最小。 基础结构必须一方面有效地隔离外界环境的振动，以防止汽 轮发电机组受到外界振动的影响；另一方面充分吸收汽轮发电 机基础引起的振动， 以防止机组的振动扩散影响周围环境。对 基础土壤不均匀沉降的敏感性必须降低到最小。在汽轮发电 机基础设计中， 变位限值是重要的功能要求。因为机组的轴承都 是通过轴承座支撑在基础顶面的纵、 横梁上， 为保证正常运行状 况下机组轴系的对中， 就必须限制基础上轴承支撑点的变位。同 时相邻轴承间过大的差异变位会在轴系内产生很大的应力， 从 而影响机组的正常运行。 3 基础信息 基座材料： 混凝土一般采用 C30C40， 底板为防止水化热， 可 取 C30， 钢筋采用 HPB235， HRB400。机组荷载大小、 位置、 方向 由工艺专业提供。机组基础外型尺寸， 由机务专业参照制造厂提 供已运行的参考电厂机组基础外型图，经消化后提供土建结构 专业。设计荷载及荷载组合按规范取值。 4 计算模型及分析过程 汽轮发电机组基础设计，强调运转层平台应有较大的刚度， 而柱子在满足要求的情况下适当取较小的尺寸，这对改善基础 的动力特性很有好处， 而且节约投资。 国标动规第 5.2.2 条规定， 在设备的工作转速时， 基础的允许 振动线位移为 0.02mm； 第 5.2.4 条规定， 对于小于 75%工作转速 范围内的计算振动线位移，应小于 1.5 倍的允许振动线位移， 即 小于 0.03mm。 国标 ISO 则规定：评价机器振动烈度常用的参数是振动速 度，对于需要连续长期运行的汽轮发电机组，额定转速时 （3000rpm） 轴系振动均方根速度的下限为 3.8mm/s， 当用振动速 度峰值进行评价时，采用均方根速度的2 倍，即2 *3.8 5.37mm/s 来控制。 本报告就采用了振动速度峰值不超过 5.37mm/ s 来进行控制， 并换算成不同转速时的振幅， 如 （75125%） 额定 转速范围内的振幅控制标准为 （22.82-13.69） m。扰力取值按国 标动规的要求，取设备制造商提供的扰力值，扰力点位 21、 30、 39、 46、 53、 70 分别对应扰力值 （kN） 为 68、 90、 65、 62、 114、 55.3。 根据设备厂家对基础设计提出的基础构件尺寸的初步要求， 我们对汽轮发电机基础进行结构布置， 其外形图见图 1。本报告 选取了两种不同的梁断面 （柱网及柱截面均相同） ， 进行了优化 分析计算， 构件尺寸见表 1， 与方案一相比， 方案二加高了运转层 部分横梁的高度。 5 计算分析结果 5.1 基础的自振频率及振型 对表 1 所列的两个方案， 分别用 TGFP4.0 和 ANSYS 分析了 其动力特性， 自振频率见表 2。 从上述计算结果可以看出： 两个方案设计的基座都是低频调 图 1 汽轮发电机基础框架外形图 电力建设 166 与 建 材装 饰2014 年 6 月 的， 一阶振型以纵向振动为主， 二阶、 三阶振型以横向振动为主， 四阶振型以扭转振动为主，工作转速附近的振型以柱子局部振 动为主。TGFP4.0 与 ANSYS 计算得到的自振频率是相近的。 5.2 基础的动力响应分析 对于两个基础框架方案，均施加扰力，分别用 TGFP4.0 和 ANSYS 进行分析计算， 得到了基础的动力响应。 可以看出，无论 TGFP4.0 还是 ANSYS 的计算结果均表明： 方案一的动位移满足国标动规和国标 ISO 的要求。 各转子支撑点位 X、 Y、 Z 向的幅频曲线如图 3 所示。 可以看出，无论 TGFP4.0 还是 ANSYS 的计算结果均表明： 方案二的动位移满足国标动规和国标 ISO 的要求。为便于分析 比较， 将上述两方案的计算结果汇总见表 3。 可以看出，上述两个方案均满足国标动规和国标 ISO 的要 求。比较两个方案可以看出， 运转层部分横梁加高 0.3m 可以使 最大振幅减小， 但并不能使 （75125%） 额定转速范围内的最大动 位移及最大振动线速度降低， 相比较而言， 方案一优于方案二。 5.3 基础的承载力分析计 本报告根据国标动规要求，考虑场地抗震设防烈度为度， 用 TGFP4.0 计算了基础框架的内力及配筋等，结果表明框架配 筋均按构造配置。 6 结 论 上述两个方案选用了相同的柱截面尺寸， 运转层部分横梁选 取了不同的高度而宽度相同，从两种不同计算软件的计算结果 可以看出： （1） 两个方案设计的基座都是低频调的， 一阶振型以纵向振 动为主， 二阶、 三阶振型以横向振动为主， 四阶振型以扭转振动 为主， 高阶振型以柱子局部振动为主； （2） 两种方案的动力响应均满足国标动规和国标 ISO 的要求； （3） 运转层部分横梁截面加高， 虽能使结构的最大振动线位 移减小， 但减小的幅度很有限， 综合考虑， 本报告根据现有技术 资料的计算结果推荐采用方案一。 参考文献 1 火力发电厂土建结构设计技术规定 （DL5022-2012） . 2 建筑抗震设计规范 （GB50011-2010） . 3 混凝土结构设计规范 （GB50010-2010） . 4 动力机器基础设计规范 （GB50040-96） . 5 在非旋转部件上测量和评价机器振动 （GB/T6075.2-2002） . 收稿日期： 2014-6-10 作者简介： 周德林 （1980-） ， 男， 汉族， 高级工程师， 研究方向为土 木工程。 柱节点号 柱截面 （m 2） 纵梁节 点号 纵梁截面 （m 2） 横梁节 点号 横梁截面 （m 2） 混凝土强 度等级 方 案 一 1191.01.519282.32.3851923 1.592.385 C40 2281.21.828372.72.38528321.52.385 3371.41.8375122.837411.1252.8 4440.92.251565.38344481.152.8 5561.01.557662.99351551.153 6600.951.566683.9356575.393 7641.01.568722.5053 8681.01.317180.92.3 方 案 二 同方案一同方案一 37411.1253.3 44481.153.3 51551.153.3 其余同方案一 表 1 汽轮发电机基础框架构件截面尺寸 阶次方案一方案二 ANSYSTGFP4.0ANSYSTGFP4.0 11.338141.321.332051.31 21.739071.671.741511.67 32.24442.132.257982.14 44.670564.474.73574.53 56.808466.636.799816.63 69.138658.329.515818.76 79.6175610.099.6899810.10 810.742410.2911.228310.28 911.080210.3011.254210.51 1011.383410.4111.359610.77 表 2 计算得到的自振频率 图 2 方案一的幅频曲线： ANSYS 计算结果 （最大振幅/最大峰值线速度） 图 3 方案二的幅频曲线： ANSYS 计算结果 （最大振幅/最大峰值线速度） 方案一方案二 ANSYS 最大动位移 （m） 25.35 （1430rpm）24.79(1432rpm) 小于国标动规 30m 的要 求 小于国标动规 30m 的要求 （75125） %额定转速范围 最大动位移 （m） 10.5510.78 小于国标动规 20m 的要 求 小于国标动规 20m 的要求 （75125） %额定转速范围 最大峰值线速度 （mm/s） 3.583.82 小于国标 ISO 5.37mm/s 的 要求 小于国标 ISO 5.37mm/s 的要求 TGFP4. 0 最大动位移 （m） 24.3 （970rpm）20.21(9