汽輪發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)動(dòng)力分析方法與標(biāo)準(zhǔn)綜述

羅國(guó)澍，翟榮民，邵曉巖

(1.西南電力設(shè)計(jì)院，成都市，610066；2.華北電力設(shè)計(jì)院，北京市，100011；3.青島科而泰環(huán)境控制技術(shù)有限公司北京辦事處，北京市，100044)

0 引言

近10多年來(lái)，國(guó)內(nèi)引進(jìn)了多種百萬(wàn)千瓦級(jí)的汽輪發(fā)電機(jī)組，各制造商都有自己的標(biāo)準(zhǔn)和要求。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院為海外電廠設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)也越來(lái)越多，多數(shù)業(yè)主工程師都用下文提及的國(guó)外規(guī)范來(lái)審查國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)，而國(guó)內(nèi)工程師因?qū)@些規(guī)范不甚了解，難以圓滿地應(yīng)對(duì)業(yè)主的質(zhì)詢。經(jīng)過(guò)這些年的學(xué)習(xí)、交流與實(shí)踐，筆者對(duì)國(guó)內(nèi)外汽機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范的差異有了更多的了解，得到了一些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，本文希望通過(guò)對(duì)各種設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，主要是對(duì)動(dòng)力分析方法進(jìn)行對(duì)比來(lái)總結(jié)我國(guó)近年來(lái)汽機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

汽機(jī)基礎(chǔ)動(dòng)力特性設(shè)計(jì)的方法分為共振法與振幅法。共振法只進(jìn)行自由振動(dòng)分析，要求計(jì)算自振頻率避開(kāi)工作轉(zhuǎn)速和臨界轉(zhuǎn)速等，即所謂“頻率控制”；振幅法不但要進(jìn)行自由振動(dòng)分析，而且還要進(jìn)行強(qiáng)迫振動(dòng)計(jì)算，要求計(jì)算振動(dòng)線位移或振動(dòng)速度不超過(guò)規(guī)定的限值，即所謂“振幅控制”。

強(qiáng)迫振動(dòng)計(jì)算有2種方法，即真強(qiáng)迫振動(dòng)分析與采用等效荷載的虛擬強(qiáng)迫振動(dòng)分析。真強(qiáng)迫振動(dòng)分析求解結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程，需要給定作用在結(jié)構(gòu)上的擾力、體系的阻尼，同時(shí)還要規(guī)定允許振動(dòng)線位移。這是真強(qiáng)迫振動(dòng)分析進(jìn)行振幅控制的3個(gè)要素。

真強(qiáng)迫振動(dòng)分析的擾力來(lái)源于殘余不平衡量所引起的離心力。離心力作用于轉(zhuǎn)子上，實(shí)際上是整個(gè)軸系—軸承—基礎(chǔ)體系的擾力。然而，目前流行的計(jì)算模型通常都不包括軸系，而是把離心力直接作用在軸承或基礎(chǔ)上，進(jìn)行汽機(jī)基礎(chǔ)的強(qiáng)迫振動(dòng)分析。這樣處理僅適用于剛性轉(zhuǎn)子，對(duì)于大型汽輪發(fā)電機(jī)組的軸系只能近似應(yīng)用[11]。

虛擬強(qiáng)迫振動(dòng)分析亦稱(chēng)等效荷載法，它實(shí)際上是將等效荷載作用于計(jì)算模型上，通過(guò)靜力分析來(lái)獲得結(jié)構(gòu)的位移、內(nèi)力響應(yīng)，即虛擬的“振動(dòng)線位移”和“動(dòng)內(nèi)力”。等效荷載法的激振力不是擾力，而是等效荷載，即不平衡力與動(dòng)力系數(shù)的乘積。由于動(dòng)力系數(shù)中已經(jīng)包括了阻尼的影響，所以虛擬強(qiáng)迫振動(dòng)分析不需要阻尼參數(shù)。

1 計(jì)算模型

計(jì)算模型與研究目的密切相關(guān)。如果不考慮地基土的作用，汽機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)分析有4種可能的計(jì)算模型：（1）轉(zhuǎn)子、軸承、定子與基礎(chǔ)模型。因?yàn)檫^(guò)于理想化、過(guò)于復(fù)雜而極少采用。（2）轉(zhuǎn)子、軸承與基礎(chǔ)模型。主要用于考查軸系與基礎(chǔ)的相互作用[12]。（3）軸承與基礎(chǔ)模型。主要用于研究軸承受荷載作用時(shí)非旋轉(zhuǎn)部件上所產(chǎn)生的響應(yīng)。典型的簡(jiǎn)化方法是用梁?jiǎn)卧蜩旒軉卧M軸承剛度，用凝聚質(zhì)量模擬軸承與定子的質(zhì)量。(4)單獨(dú)汽機(jī)基礎(chǔ)模型。主要用于研究基礎(chǔ)受荷載作用時(shí)所產(chǎn)生的響應(yīng)。該方法主要為結(jié)構(gòu)工程師所采用，用凝聚質(zhì)量模擬轉(zhuǎn)子、軸承和定子的質(zhì)量，同時(shí)略去其剛度。

有限元模型普遍采用考慮剪切和扭轉(zhuǎn)變形的三維梁?jiǎn)卧Ｃ總€(gè)節(jié)點(diǎn)最多可以具有6個(gè)自由度，即3個(gè)線位移和3個(gè)角位移。墻、厚板也可用實(shí)體塊單元、板彎曲單元和薄膜單元模擬。質(zhì)量矩陣通常為凝聚質(zhì)量陣。

2 擾力

真強(qiáng)迫振動(dòng)分析的擾力作用于軸承或基礎(chǔ)上，數(shù)值上近似等于轉(zhuǎn)子殘余不平衡量所產(chǎn)生的離心力。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO1940P[8]規(guī)定，汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、剛性汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子允許的殘余不平衡量為2.5 mm/s，即G2.5級(jí)。在進(jìn)行汽機(jī)基礎(chǔ)強(qiáng)迫振動(dòng)分析時(shí)通常把這一要求降低到6.3 mm/s，即G6.3級(jí)。各國(guó)規(guī)范的擾力取值大都采用這一等級(jí)。

虛擬強(qiáng)迫振動(dòng)分析的等效荷載一般由制造商提供。因?yàn)榘藙?dòng)力系數(shù)，所以數(shù)值一般都相當(dāng)大。如果錯(cuò)誤地把它們用作真強(qiáng)迫振動(dòng)分析的擾力會(huì)得出超大的動(dòng)力響應(yīng)，因?yàn)樵谡鎻?qiáng)迫振動(dòng)分析中會(huì)再次乘上1個(gè)動(dòng)力系數(shù)。

3 阻尼系數(shù)

筆者曾對(duì)7臺(tái)600～900 MW汽機(jī)基礎(chǔ)實(shí)測(cè)阻尼比進(jìn)行過(guò)統(tǒng)計(jì)，汽機(jī)基礎(chǔ)的阻尼比約為0.02。這一數(shù)值低于我國(guó)規(guī)范GB 50040—96[1]規(guī)定的0.0625，而與其他各國(guó)規(guī)范相近。

真強(qiáng)迫振動(dòng)分析才需要阻尼系數(shù)，虛擬強(qiáng)迫振動(dòng)分析(等效荷載法)不需要阻尼系數(shù)。

4 強(qiáng)迫振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)

各國(guó)規(guī)范對(duì)允許振動(dòng)線位移的規(guī)定出入很大，不僅數(shù)量上有差別，而且控制位置也不相同。如果明確規(guī)定控制基礎(chǔ)振動(dòng)，則應(yīng)計(jì)算并控制軸承與基礎(chǔ)連接點(diǎn)的振幅；如果規(guī)定控制軸承振動(dòng)，則應(yīng)計(jì)算并控制軸承蓋的振幅。如果評(píng)價(jià)軸系振動(dòng)，應(yīng)該采用ISO 7919—2標(biāo)準(zhǔn)[9]；如果評(píng)價(jià)軸承振動(dòng)，則應(yīng)采用ISO 10816—2標(biāo)準(zhǔn)[10]。

ISO 10816—2規(guī)定的測(cè)量部位是軸承箱或底座。用它來(lái)衡量軸承與基礎(chǔ)連接點(diǎn)的振動(dòng)有較大誤差，因?yàn)檩S承振動(dòng)有時(shí)會(huì)比基礎(chǔ)振動(dòng)大幾倍到十幾倍。

5 各種標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)力分析方法簡(jiǎn)述

5.1 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

5.1.1 GB 50040—96《動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》

GB 50040—96《動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]采用振幅法。控制基礎(chǔ)擾力作用點(diǎn)的振動(dòng)線位移，不控制頻率。

計(jì)算模型為空間多自由度有限元模型，考慮機(jī)器的質(zhì)量而不計(jì)其剛度，質(zhì)量矩陣為凝聚質(zhì)量陣。單元通常采用考慮剪切、扭轉(zhuǎn)變形的三維梁元。每個(gè)節(jié)點(diǎn)最多可有6個(gè)自由度，即3個(gè)線位移和3個(gè)角位移，如圖1所示。

自由振動(dòng)用空間多自由度法計(jì)算頻率、振型。強(qiáng)迫振動(dòng)計(jì)算振動(dòng)線位移，并以之計(jì)算動(dòng)內(nèi)力響應(yīng)。規(guī)范還提供了2種簡(jiǎn)化的動(dòng)力計(jì)算方法，即簡(jiǎn)化的兩自由度法和不做動(dòng)力計(jì)算的方法。

擾力與轉(zhuǎn)速平方成正比。對(duì)于3000 r/min的機(jī)組，工作轉(zhuǎn)速下的豎向和橫向擾力取0.2倍轉(zhuǎn)子重，縱向減半；對(duì)于1500 r/min的機(jī)組，工作轉(zhuǎn)速下的豎向和橫向擾力取0.16倍轉(zhuǎn)子重，縱向減半。

自由振動(dòng)計(jì)算時(shí)忽略阻尼，強(qiáng)迫振動(dòng)計(jì)算時(shí)結(jié)構(gòu)阻尼比采用0.0625。

擾力作用點(diǎn)的允許振動(dòng)線位移：在工作轉(zhuǎn)速25%范圍內(nèi)為20 μm（3000 r/min的機(jī)組）和40 μm（1500 r/min的機(jī)組）。在小于75%工作轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)為上述允許值的1.5倍。擾力作用點(diǎn)為汽機(jī)基礎(chǔ)構(gòu)件上與軸承座相連的點(diǎn)。

多個(gè)擾力的響應(yīng)按平方和開(kāi)平方的方法進(jìn)行組合。

5.1.2 德國(guó)DIN 4024—1988

DIN 4024—1988[2]的振動(dòng)控制方法依賴于是否考慮激振力。當(dāng)不考慮激振力時(shí)通過(guò)控制計(jì)算自振頻率、分析振型被激勵(lì)的可能性來(lái)評(píng)價(jià)振動(dòng)特性，并假定最大振型分量等于最大位移值來(lái)確定內(nèi)力響應(yīng)；當(dāng)考慮激振力時(shí)，除控制計(jì)算自振頻率外，還應(yīng)通過(guò)強(qiáng)迫振動(dòng)分析來(lái)評(píng)價(jià)動(dòng)力特性，確定動(dòng)力響應(yīng)。

計(jì)算模型應(yīng)包括激振源、質(zhì)量、剛度和阻尼之類(lèi)的系統(tǒng)特性。模型通常由考慮剪切、扭轉(zhuǎn)變形的梁?jiǎn)卧M成。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以忽略。每個(gè)節(jié)點(diǎn)最多可以具有6個(gè)自由度，即3個(gè)線位移和3個(gè)角位移。

計(jì)算自振頻率的個(gè)數(shù)由最高計(jì)算頻率至少比工作頻率高出10%來(lái)確定，轉(zhuǎn)速高于75 Hz的基礎(chǔ)除外。對(duì)于有特定邊界條件的2維模型計(jì)算自振頻率的個(gè)數(shù)可取10或6。

滿足以下2條要求時(shí)，可以免去強(qiáng)振分析：（1）第1階自振頻率不小于1.25倍工作頻率或不大于0.8倍工作頻率；（2）高階自振頻率（第10或6階）處于工作頻率10%的范圍外，或者高階自振頻率小于工作頻率。不滿足這2條,但滿足規(guī)范公式（16）也可不做強(qiáng)振分析。當(dāng)強(qiáng)振分析被免除，無(wú)法得到振動(dòng)線位移和動(dòng)內(nèi)力時(shí)，規(guī)范提供了1套根據(jù)與工作頻率相鄰的自由振動(dòng)振型來(lái)確定力的方法：對(duì)于與軸承相關(guān)的構(gòu)件，按ISO 10816—2假定運(yùn)行和事故狀態(tài)下的最大振動(dòng)線位移，令其等于最大振型分量來(lái)確定內(nèi)力響應(yīng)；對(duì)于與軸承無(wú)關(guān)的構(gòu)件，作用―效應(yīng)須根據(jù)荷載位移曲線的迭加來(lái)確定。在按ISO 10816—2假定振動(dòng)線位移時(shí)，運(yùn)行狀態(tài)取比制造商保證的平衡品質(zhì)低一級(jí)的幅值；事故狀態(tài)取運(yùn)行狀態(tài)所用幅值的6倍。

不符合上述條件時(shí)須做強(qiáng)迫振動(dòng)分析，既可以用真強(qiáng)振分析，也可以用等效荷載法。

如果用真強(qiáng)迫振動(dòng)分析法，擾力應(yīng)由制造商提供。當(dāng)缺乏制造商資料時(shí)，可以按ISO1940根據(jù)平衡品質(zhì)計(jì)算。此時(shí)運(yùn)行狀態(tài)平衡品質(zhì)應(yīng)比ISO1940中所規(guī)定的品質(zhì)低一級(jí)。事故狀態(tài)不平衡力應(yīng)假定為運(yùn)行狀態(tài)下不平衡力的6倍。各軸承上的擾力先按同一方向作用，然后再按相反的方向作用。如果自振頻率在0.95～1.05倍工作頻率范圍內(nèi)，可將擾力頻率在這兩個(gè)相鄰頻率間任意移動(dòng)，其擾力幅值保持不變。

自由振動(dòng)計(jì)算可以忽略阻尼，強(qiáng)迫振動(dòng)計(jì)算在不知道準(zhǔn)確的阻尼特性時(shí)，鋼筋混凝土或鋼結(jié)構(gòu)的整體（機(jī)器加基礎(chǔ)）阻尼比取為0.02。對(duì)于荷載明顯高于正常工作荷載的工況，可采用更高的阻尼系數(shù)。

如果用等效荷載法，等效荷載根據(jù)事故狀態(tài)下的不平衡等級(jí)按規(guī)范5.4.4節(jié)規(guī)定的方法計(jì)算。動(dòng)力系數(shù)最大不超過(guò)15。

5.1.3 美國(guó)《大型汽輪發(fā)電機(jī)基座設(shè)計(jì)導(dǎo)則》

美國(guó)《大型汽輪發(fā)電機(jī)基座設(shè)計(jì)導(dǎo)則》[3]低頻基礎(chǔ)采用真動(dòng)力分析進(jìn)行振動(dòng)控制，而廣泛應(yīng)用的常規(guī)基礎(chǔ)只需采用等效荷載法。

汽機(jī)基礎(chǔ)模擬成三維空間框架（圖2和圖3）。柱和梁采用三維梁?jiǎn)卧瑝Α迥M為板彎曲單元和薄膜單元，土壤用水平和垂直彈簧模擬。汽機(jī)基礎(chǔ)的動(dòng)力模型應(yīng)包括機(jī)器在內(nèi)：一種方法是只考慮質(zhì)量不考慮剛度，將機(jī)器簡(jiǎn)化為許多集中質(zhì)點(diǎn)；另一種方法是將軸系模擬成質(zhì)點(diǎn)——梁?jiǎn)卧w系，而油膜、軸承則模擬為彈簧質(zhì)量系統(tǒng)，如果有可能汽缸、定子的剛度和質(zhì)量也應(yīng)包括在內(nèi)，若無(wú)可能則僅將機(jī)組外殼的質(zhì)量集中在基礎(chǔ)模型上。結(jié)構(gòu)質(zhì)量可用集中質(zhì)量法或一致質(zhì)量法處理。沿梁、柱的長(zhǎng)度方向要設(shè)置足夠多的節(jié)點(diǎn)，以免遺漏高階振型。動(dòng)力分析與靜力分析采用相同的模型。對(duì)于不受地震控制的汽機(jī)基礎(chǔ)，采用固定底板模型就已足夠；否則應(yīng)考慮土與結(jié)構(gòu)的相互作用。

對(duì)于已有工業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的常規(guī)基礎(chǔ)采用虛擬動(dòng)力分析，這時(shí)沒(méi)有必要作自由振動(dòng)計(jì)算。對(duì)于低頻基礎(chǔ)要進(jìn)行動(dòng)力分析，這時(shí)要計(jì)算1.2倍工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的頻率與振型。

對(duì)于僅進(jìn)行虛擬動(dòng)力分析的常規(guī)基礎(chǔ)，基礎(chǔ)動(dòng)力響應(yīng)通常可以用靜力分析和靜力當(dāng)量荷載來(lái)估算。1800 r/min機(jī)器的垂直靜力當(dāng)量荷載為機(jī)組設(shè)備恒載的25%，3600 r/min的機(jī)器為50%，作用在基座臺(tái)板上。縱、橫方向水平靜力當(dāng)量荷載大小等于每個(gè)支柱承受的機(jī)組設(shè)備恒載的50%，作用于軸系中心線標(biāo)高上。

對(duì)于要作動(dòng)力分析的汽機(jī)基礎(chǔ)，不平衡值應(yīng)由制造商提供。當(dāng)缺乏制造商資料時(shí)，可采用5 mm/s的不平衡值。多個(gè)不平衡力同時(shí)作用的響應(yīng)按平方和開(kāi)平方的方式組合。

混凝土構(gòu)件臨界阻尼比采用0.02，鋼構(gòu)件采用0.01。對(duì)事故荷載或當(dāng)構(gòu)件應(yīng)力超過(guò)極限應(yīng)力的50%時(shí)，鋼筋混凝土構(gòu)件的阻尼比采用0.07。

對(duì)于5 mm/s的設(shè)計(jì)不平衡值，0.2～1.2倍機(jī)器工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)軸承蓋的振動(dòng)線位移，應(yīng)限制在停機(jī)極限以內(nèi)，約為127 μm。

5.1.4 印度IS 2974—1992

印度規(guī)范IS 2974—1992[4]既控制頻率，又控制振動(dòng)線位移。

分析模型是線彈性的，如圖4所示。100 MW以上的基礎(chǔ)推薦采用3維空間框架模型；100 MW以下的規(guī)則基礎(chǔ)可采用平面框架模型。梁柱理想化為3維梁?jiǎn)卧總€(gè)節(jié)點(diǎn)6個(gè)自由度；墻、板模型化成薄殼（板彎曲）元；柱底固定，忽略底板。所有軸承點(diǎn)、梁柱交點(diǎn)、梁柱中點(diǎn)、1/4點(diǎn)、截面急劇變化點(diǎn)都應(yīng)設(shè)置節(jié)點(diǎn)。總之任何構(gòu)件上的節(jié)點(diǎn)數(shù)必須滿足能計(jì)算出工作轉(zhuǎn)速以下所有振型的需要。機(jī)器與基礎(chǔ)的質(zhì)量都采用集中質(zhì)量法集中。軸系、機(jī)殼的剛度、阻尼一般可以忽略。用未開(kāi)裂截面計(jì)算構(gòu)件慣性矩，忽略轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；必須考慮抗剪剛度。混凝土采用動(dòng)彈模。

自由振動(dòng)分析時(shí)不考慮阻尼。計(jì)算出的最高自振頻率至少比機(jī)器工作頻率高10%。基頻至少離開(kāi)機(jī)器工作頻率20%，最好保持50%的頻率間距。

對(duì)工作頻率、瞬態(tài)共振頻率進(jìn)行強(qiáng)迫振動(dòng)分析。

每個(gè)軸承在不同運(yùn)行情況下的不平衡力一般應(yīng)由制造商提供，在缺乏制造商資料的情況下，采用6.3 mm/s的平衡等級(jí)。

正常運(yùn)行狀態(tài)下阻尼比采用0.02。事故狀態(tài)（葉片斷裂、短路電流、軸承損壞）下的阻尼比采用0.05。

5.2 制造商標(biāo)準(zhǔn)

5.2.1 西門(mén)子STIM-02.001-2004

STIM-02[5]既控制頻率，又控制振動(dòng)線位移。

在有限元模型中（圖5），錨固螺栓點(diǎn)、汽缸支承點(diǎn)與轉(zhuǎn)子支承點(diǎn)之間都要用剛度非常大的梁或剛性單元聯(lián)結(jié)。這些單元的自由度應(yīng)正確反映結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)。例如，轉(zhuǎn)子支承點(diǎn)只承受垂直荷載，推力軸承才傳遞軸向力到基礎(chǔ)上。

必須用最現(xiàn)代的方法確定1.15倍工作轉(zhuǎn)速以下的全部頻率。這些頻率必須低得足以構(gòu)成低調(diào)頻基礎(chǔ)。自振頻率不能處于(-10%～+15%)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)；基本頻率至少要避開(kāi)軸系橫向臨界轉(zhuǎn)速的5%以上。特別要關(guān)注轉(zhuǎn)子支承點(diǎn)附近的橫向振型，縱向振型在經(jīng)過(guò)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工程師仔細(xì)考察后可以允許。

在(-10%～+15%)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)有任何橫向振型都必須進(jìn)行強(qiáng)迫振動(dòng)分析。

不平衡力可在基礎(chǔ)荷載圖中查找(工況7)。這些不平衡力都是靜力等效荷載，STIM-02規(guī)定要給這些等效荷載乘以0.3的比例系數(shù)，以反映運(yùn)行狀態(tài)從C/D區(qū)到A/B區(qū)的過(guò)渡。

采用等效荷載法將上述等效荷載逐個(gè)作用到軸承上進(jìn)行虛擬的強(qiáng)迫振動(dòng)分析。所得到的軸承處的基礎(chǔ)振幅必需滿足ISO 10816-2A/B區(qū)的要求[10]。

等效荷載法不需要阻尼系數(shù)。STIM-02沒(méi)有關(guān)于阻尼系數(shù)的條文。

5.2.2 阿爾斯通HTGD655066（D）《汽機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》

HTGD655066（D）《汽機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》[6]既控制頻率，又控制振動(dòng)線位移。

可以采用以下任何一種計(jì)算模型（圖6）：平面或空間框架（梁?jiǎn)卧㈣旒軉卧黄矫骅旒埽簡(jiǎn)卧㈣旒軉卧?維有限元模型（板單元、殼單元）；3維有限元模型（實(shí)體塊單元）。用從汽缸固定點(diǎn)到轉(zhuǎn)子中心線的輔助二力構(gòu)件（推拉桿）模擬軸承或汽缸。

±15%工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)、±10%2倍工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的頻率、振型計(jì)算結(jié)果必須提交給ALSTOM。上述頻率范圍內(nèi)，軸承點(diǎn)和發(fā)電機(jī)縱梁上有大幅值分量的振型必須盡量避免。

動(dòng)力分析按照DIN4024的5.1.3節(jié)進(jìn)行。

額定工作轉(zhuǎn)速正常穩(wěn)定運(yùn)行情況下的不平衡量與相位角、正常穩(wěn)定運(yùn)行情況下電磁激振力的2倍頻分量等均在機(jī)器規(guī)范書(shū)《軸系規(guī)范與荷載》中規(guī)定。

額定工作轉(zhuǎn)速下強(qiáng)迫振動(dòng)計(jì)算的阻尼系數(shù)采用0.03；2倍頻強(qiáng)迫振動(dòng)計(jì)算的阻尼系數(shù)采用0.05。

基礎(chǔ)軸承點(diǎn)的振速峰值必須小于ISO10816-2的規(guī)定：±10%工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)由于不平衡所引起的振動(dòng)速度不能超過(guò)A區(qū)(新機(jī)組)允許值的40%；10%2倍電網(wǎng)頻率范圍內(nèi)由于作用在發(fā)電機(jī)定子根部的電磁力所引起的振動(dòng)幅值不能超過(guò)5 μm(單振幅)。

5.2.3 富士PL523820《汽機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求與建議》

PL523820《汽機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求與建議》[7]既控制頻率，又控制振動(dòng)線位移。

對(duì)計(jì)算模型沒(méi)有明確規(guī)定。

要求整個(gè)基礎(chǔ)及其梁柱都沒(méi)有共振頻率(垂直、水平和扭轉(zhuǎn))。即沒(méi)有接近機(jī)器工作頻率與2倍電網(wǎng)頻率的基礎(chǔ)自振頻率。第一、二階自振頻率應(yīng)小于0.8倍或大于1.5倍機(jī)器工作頻率。

只需對(duì)不平衡力進(jìn)行強(qiáng)迫振動(dòng)計(jì)算，不必對(duì)葉片損壞等事故狀態(tài)進(jìn)行整個(gè)基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析。

按VDI2060(即ISO1940)最大允許不平衡量計(jì)算擾力，以最不利的方式施加在各個(gè)軸承上。各個(gè)擾力在同一位置引起的振動(dòng)線位移按平方和開(kāi)平方的原則迭加。在±5%工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)擾力保持常數(shù)不變，其他范圍內(nèi)擾力按二次曲線變化。

對(duì)阻尼系數(shù)沒(méi)有明確規(guī)定。

在上述擾力作用下軸承附近的基礎(chǔ)振幅不能超出VDI2056(即ISO10816-2)所規(guī)定的“好”的范圍。

[1]GB 50040—96動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]DIN 4024 PART1 1988機(jī)器基礎(chǔ)-支承帶轉(zhuǎn)動(dòng)部件的機(jī)器的柔性結(jié)構(gòu)[S].

[3]ASCE大型汽輪發(fā)電機(jī)基座設(shè)計(jì)導(dǎo)則[S].1987.

[4]IS2974 PART3 1995 Indian Standard，Design&Construction of Machine Foundations–Code of Practice Part 3[S].

[5]SIEMENS STIM-02.001 Steam Turbine Information Manual[S].2004-05-11.

[6]ALSTOM HTGD655066，Design Criteria for Turbine Generator Foundations[S].

[7]Fuji Electric Systems Co.,Ltd PL523820.Turbine-Generator Foundations Design Requirement and Recommendations[S].

[8]ISO1940PART1Mechanical Vibration–BalanceQuality Requirements of Rotors– Part 1∶Determination of Permissible Residual Unbalance[S].

[9]SO 7919—2 Mechanical Vibration– Evaluation of Machine Vibration by Measurements on Rotating Shafts[S].

[10]ISO 10816—2 Mechanical Vibration–Evaluation of Machine Vibration by Measurements on Non-rotating Part[S].

[11]羅國(guó)澍，李名威.汽機(jī)基礎(chǔ)專(zhuān)題分析之十：汽輪發(fā)電機(jī)構(gòu)架式基礎(chǔ)擾力計(jì)算的分析[R].北京：水利電力部規(guī)劃設(shè)計(jì)院汽機(jī)基礎(chǔ)組，1977.

[12]羅國(guó)澍.汽輪發(fā)電機(jī)組軸系與基礎(chǔ)的聯(lián)合動(dòng)力分析[C].第二屆全國(guó)建筑振動(dòng)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，杭州，1997：26-40.