动力机器隔振基础

1、动力机器隔振基础编者按：以下内容为青岛隔而固公司编写的“土规修编意见”， 该意 见主要对汽轮发电机转子动扰力的取值规定、基础振动的评价标准等 原则问题提出了不同于现行国标“动规 GB500409-6”的看法，其依 据亦为国标“ GB9239、GB6075”（机器制造系统）。这里推荐给大家 学习，从中得到启发，将成熟的部分吸纳到土规修编中。1. 汽轮发电机组 弹性支承的汽轮发电机组基础，将常规固定基础的顶台板与立 柱之间的固定连接解开， 插入弹簧隔振器以摩擦系数等于 2 的自粘垫 板连接。由于弹簧隔振器的隔振作用，原来的顶台板，现在的基础台 板，成了唯一的动力机器基础，而弹簧隔振器以下的立柱、底

2、板与中 间楼层都成为静力厂房基础。基础台板混凝土的强度等级，不宜小于 C30，基础用的钢筋不 宜低于 II 级钢，可以考虑采用 III 级钢。扰力来自汽轮发电机组转子残余不平衡量在作回转运动时产生 的离心力。从离心力到作用到基础上的扰力的总传递系数应该小于 1。 总传递系数大于 1 的机器是设计不成熟的机器， 不能接受。作保守处 理，取总传递系数等于 1，所以扰力等于离心力。 扰力的计算公式为： （1）式中， 为作用在基础第点的扰力（ N或 kN）， mi 为作用在基础 第 i 点的机器转子质量 （kg 或 t），e 为转子不平衡量的偏心距 （m）， 为转子的角速度（ 1/s ）， e 为动平

3、衡等级（ m/s），Wi 为作用在 基础第 i 点的机器转子重量（ N或 kN），g 为重力加速度（ m/s2），n 为转子的转速（ r/min ）。国标 GB9 239刚性转子平衡品质许用不平衡的确定 的表 2常 用各种刚性转子的平衡品质等级 给出，汽轮发电机组的动平衡等级 为级，即 e s，代入动平衡等级、转速 n=3000r/min 以及重力加 速度 g=s2，得汽轮发电机组的扰力为：Pgi =（2）对于转速为 3600r/min 以及半速（ 1500或1800r/min ）机组，扰 力的公式见表 1表 1 汽轮发电机组的扰力（N 或 kN）机器工作转速（r/min ）300036001

4、5001800扰力（N 或 kN）因为动平衡等级控制（ e）值为定值，所以由公式（ 1）得，任意转速时的扰力 Poi 与转速成正比： （3）式中， Poi 为任意转速时 i 点的扰力值（ kN） Pgi为工作转速时 i 点的扰力值（ kN） no 为任意转速（ r/min ） n 为工作转速（ r/min ）汽轮发电机组基础台板的振动判据， 应该按国标 GB 中、附录 A 评价区域的边界中表 A1汽轮发电机组轴承座振动速度评价区 域边界的推荐限值，见下表：区域边界轴转速（ r/min ）1500或 18003000或 3600振动速度均方根值（ mm/s）A/BB/CC/D注：这些数值相应于在

5、额定转速、稳定工况下在推荐的测量位置（见图 1 ）上用于所有轴承的径向振动测量和推力轴承的轴向振动测量。通过机器临界转速与基础台板的固有频率时，基础台板的振动 应该保证机器的相对轴振小于报警值。 汽轮发电机组轴振的标准为国 标 GB/T 旋转机械转轴径向振动的测量和评定，第 2 部分：陆地安装的大型汽轮发电机组 。该标准中表 1 给出各区域转轴相对振动位 移界限值如下：区域界限值额定转速（ r/min ）1500180030003600转轴相对振动位移峰峰值（ m）A/B100908075B/C120200120185120165120150C/D20032018529018026018024

6、0该标准中表 2 给出各区域转轴绝对振动位移界限值如下：区域界限值额定转速（ r/min ）1500180030003600转轴绝对振动位移峰峰值（ mm）A/B12011010090B/C240?170220?160200?150180?145C/D385?265350?265320?250290?245报警值为 C/D 区域边界值中的某个数值。 例如西屋机型相对轴振 的报警值为 225m。根据外高桥电厂汽轮发电机组柔型固定基础的实 测数据，在机组停机通过立柱水平固有频率时，基础线位移值达到 200m以上，机组轴振却远小于 225m，所以可以取通过机器临界转 速与基础台板的固有频率时，基础台

7、板的振动应该小于 250m。弹性支承汽轮发电机组的基础台板， 必须应用如 STARDYN那E 样 的大型程序， 进行静力与动力分析。 静力与动力分析的内容与步骤包 括基础台板厚度的确定，凝汽器荷载的分配，弹簧隔振器的选型，动 力分析、静力分析、布筋设计与抗地震校核。1.7.1 弹簧隔振的汽轮发电机组必须与弹性支承的凝汽器相配。1.7.2 基础台板厚度的确定： 弹性支承汽轮发电机组基础台板的 厚度，取为与常规固定基础顶台板的厚度一致。30%的冷态运行重量加给汽轮机排汽缸作为预拉力。 百份额取得 越小，凝 ?凝汽器荷载的分配：为了防止凝汽器热态工作时因热膨胀 而将汽轮机低压排汽缸向上顶起， 也为了

8、防止凝汽器单侧水室运行时 因偏载而失稳，必须将凝汽器 25 汽器支承弹簧的刚度也越小，即弹 簧越软，价格也越贵。1.7.4 弹簧隔振器的选型：由机器的静重、基础台板的静重、加 给汽轮机排汽缸的凝汽器重量份额与吊挂在基础台板上的管道的重 量以及这些重力的分布， 选择弹簧隔振器的型号， 使弹簧隔振器的承 载能力留有足够的预量，而系统垂向固有频率在范围内。1.7.5 动力分析：首先，动力分析要根据扰力对基础台板建模， 计算基础台板在 0倍机器额定转速范围内所有自由振动的模式与频 率。只有与转子残余不平衡量有关的激振力才是动力分析的扰力， 其 余的力都不属于动力分析的范畴。 计算各个振动模式下台板的参

9、振质 量与参振系数。 最后计算台板振动的均方根速度与线位移， 与国家标 准 GB 中的规定值比较，不能大于标准规定的许可值。1.7.6 静力分析：静力分析包括强度校核，除考虑机器的静重、 基础台板的静重、 分配的凝汽器重量份额与吊挂在基础台板上的管道 的重量以外，还要考虑汽缸的热膨胀力、管道推力、汽轮发电机组运 行时的反力矩、活动荷载以及汽轮机断叶片时的不平衡力与发电机短 路力矩等。1.7.7 布筋设计： 在静力分析的基础上， 加上动力分析所得各个 节点的力与力矩，进行布筋设计。1.7.8 抗地震校核：应用美国规范 UBC（统一建筑规范）进行抗 地震校核。1.7.9 校核弹簧隔振器选型是否合适

10、。2. 辅助机器基础电厂辅机，包括汽动给水泵、电动给水泵、风机、磨煤机与碎 煤机等，的隔振，由于机器的精密度不同，隔振设计的要求、方法与 内容有很大的差异。电厂辅机的隔振设计， 应该遵循一台机器一个基础台板的原则。 如果两台机器共用一个基础台板， 则当一台机器停机、 而另一台机器 仍在运行时， 停用的机器的转轴就会受到运行机器振动的磨损， 而且 磨损总是发生在停用机器转轴与轴承接触的最下点。 时间长了， 转轴 会磨损坏。汽动给水泵与电动给水泵的转速，高达 6000r/min 左右，出厂 前完成高速动平衡，属于精密机器。必须按国标 9239刚性转子平 衡品质许用不平衡的确定的表 2常用各种刚性转

11、子的平衡品质等 级选取动平衡等级。小汽机、给水泵与液力偶合器的动平衡等级为 级，电动机与前置泵的动平衡等级为级。扰力按公式（ 1）计算。通风机与鼓风机的动平衡等级为级。扰力按公式（ 1）计算。 磨煤机与碎煤机的扰力目前尚无成熟的计算公式，一般由制造 厂给出。汽动给水泵基础台板的振动判据，应按国标 GB 中、附录 A评 价区域的边界中表 A1振动烈度区域分类 第一组机器：额定功率 大于 300kW并且小于 50MW的大型机组；转轴高度 H315mm的电机， 见下表：支承类区域边位移均方根值速度均方根值型界（m）（mm/s）刚性A/B29B/C57C/D90柔性A/B45B/C90C/D140注：

12、对最高运行转速 6000r/min 的给水泵，按速度均方根值换算的A/B 位移均方根区域边界值，刚性支承时应为 m，柔型支承时应为 m。标准同时给出不按常规公式换算的位移均方根值，是考虑了频 谱中除了转子扰力激振的高频振动（ 100Hz）以外，同时还存在因管 道等随机激振的低频振动（低于 10Hz）。在多种频率同时激振的情 况下，振动位移与振动速度不能按常规公式换算。通风机与鼓风机基础台板的振动判据，应按国标 GB中、 磨煤机与碎煤机钢筋混凝土基础台板的振动判据，当转速大于 750r/min 时，定为在扰力作用点垂直振动振幅小于 100m，水平振 动振幅小于 150m；当转速小于 750r/m

13、in 但大于 300r/min 时，定 为在扰力作用点垂直振动振幅小于150m，水平振动振幅小于200m。有时受厂房结构条件的限制， 不可能使用较大质量的钢筋混 凝土基础台板， 则制造厂与用户可适当放宽振动判据， 例如对转速大 于 750r/min 的机组，定为在扰力作用点垂直与水平振动振幅小于 250m。对钢框架基础， 制造厂与用户可根据运行经验推荐可接受的 振动振幅值，例如定为在扰力作用点垂直与水平振动振幅小于 500m。弹性支承的辅机基础台板，属刚性结构。基础台板的厚度可用 来控制一阶弯振频率，使一阶弯振频率至少 10%低于汽动给水泵组最 低运行转速，并使二阶弯振频率至少 10%高于汽动

14、给水泵组最高运行 转速。 二阶弯振频率约为倍一阶弯振频率。 基础台板的一阶弯振固 有振动频率 f 的计算公式为： （4）式中， E（t/m ）为钢筋混凝土的弹性模量， I （m4）为基础台板 的惯性矩， m（ t ）为机器加基础台板的总重量， l （m）为基础台板的 长度。注：核算基础台板一阶弯振频率是初步分析的核心。 现在不少隔振公 司忽略了这一步分析。当基础台板从 8m变化到，有人设计的基础台 板厚度一律为 1m。这显然不合适，因为基础台板的一阶或二阶弯振 频率可能与机器的工作转速产生共振。弹性支承汽动与电动给水泵组的基础台板，必须应用如 STARDYNE那样的大型程序，进行静力与动力分析

15、。静力与动力分析 的内容与步骤包括基础台板厚度的确定， 弹簧隔振器的选型， 动力分 析、静力分析与布筋设计。2.10.1 汽动给水泵与汽轮发电机组布置在同一运转层上，属高 台布置。 使用弹簧隔振器后， 通过两根与汽动给水泵中心线平行的两 根纵向钢梁连接到汽机岛主厂房刚架结构上，如图 1 所示。图1 弹簧隔振汽动给水泵顶台板示意图2.10.2 基础台板尺寸的确定：基础台板的宽度与长度由小汽机 与给水泵制造厂商给出。宽度方向适当加宽，以布置弹簧隔振器。长 度不变。所以基础台板尺寸的确定， 主要是确定厚度。 厚度按公式（4） 计算确定，使一阶与二阶弯振频率以至少 10%的裕量避开汽动给水泵 的最低与

16、最高运行转速。2.10.3 弹簧隔振器的选型：由机器的静重、基础台板的静重、 与吊挂在基础台板上的管道的重量以及这些重力的分布， 选择弹簧隔 振器的型号， 使弹簧隔振器的承载能力留有足够的预量， 而系统垂向 固有频率在范围内。供货商应当给出弹簧隔振器的水平刚度， 以用于抗地震加速度的 计算。弹簧隔振器必须与阻尼器一起使用， 以在汽动给水泵启动与停机 过程中，在经过弹簧自振频率时，不致产生过大的振幅。阻尼器的垂 直阻尼比 D取为。供货商应当给出阻尼器的水平阻尼比。2.10.4 弹簧隔振器的布置：弹簧隔振器选型后进行布置，使它 的支反力合力尽量与机器、 基础台板的重力在一条垂直线上， 轴向与 横向

17、的倾斜度小于 m。2.10.5 基础台板刚性处理时六个自由度的固有频率的计算与分 析：要分析与校核顶台板在这些固有频率下， 会不会与激振力产生共 振？阻尼系数的选择是否合适？2.10.6 动力分析： 首先，动力分析要根据扰力对基础台板建模， 计算基础台板在 0倍机器额定转速范围内所有自由振动的模式与频 率。只有与转子残余不平衡量有关的激振力才是动力分析的扰力， 其 余的力都不属于动力分析的范畴。 计算各个振动模式下台板的参振质 量与参振系数。 最后计算台板振动的均方根速度与线位移， 与国家标 准 GB 中的规定值比较，不能大于标准规定的许可值。2.10.7 静力分析： 静力分析包括强度校核， 除考虑机器的静重、 基础台板的静重与吊挂在基础台板上的管道的重量以外， 还要考虑小 汽机与给水泵的热膨胀力、 管道推力、 小汽机与给水泵运行时的反力 矩、活动荷载等。2.10.8 布筋设计：在静力分析的基