彈簧隔振技術在汽輪發電機組中的應用

袁連平

(東方汽輪機有限公司， 四川 德陽， 618000)

彈簧隔振技術在汽輪發電機組中的應用

袁連平

(東方汽輪機有限公司， 四川 德陽， 618000)

彈簧隔振技術在其它行業使用已較普遍，但在國內電廠汽輪發電機組中使用還很稀少。文章通過觀察和學習國外使用的彈簧隔振安裝技術，探討了其使用的目的和隔振原理，分析了隔振系統的結構，重點總結了隔振系統的安裝流程和過程中的工藝要點，為大家了解和熟悉這種技術提供幫助。

彈簧隔振技術;汽輪發電機組;應用

1 前言

東汽生產出口到印度 abhijeet的 MADC 電廠4×60MW （東汽編號 D60F） 汽輪發電機組， 機組支承系統由法國公司設計，在該支承系統結構中，汽輪發電機組被整體支承在一個大水泥平臺上，而這個整體水泥平臺又用多套彈簧組支撐在水泥支撐梁上。這種支承系統在設計上稱為彈簧隔振技術。

2 汽輪發電機組中使用彈簧隔振的目的

汽輪發電機組是一個非常復雜的系統，它由汽輪機、發電機、勵磁機等主機和一些配套輔機設備組成。機組運行的最大安全問題是振動。機組主機轉子就工作在振動狀態下，振動的大小直接影響機組的安全。振動增大時，環境噪音增大，當振動值超過某一值時，就會造成機組零部件損壞和機組跳閘等事故。從振動現象看：有動靜摩擦振動、轉子質量不平衡振動、軸承油膜不穩定振動和發電機汽隙變化引起的軸系扭振等，非常復雜。從振動原因看：有設計原因、制造原因、運行原因和安裝原因等。所以，要減小振動，主要從設計、制造、安裝和運行等方面著手。彈簧隔振技術的使用，就是從設計和安裝方面考慮減小和阻尼機組振動傳輸的一種措施。

3 隔振原理、方法與隔振裝置選擇

3.1 隔振原理

要掌握和應用好隔振技術，首先得了解隔振原理和隔振方法。

隔振原理，就是將振動源與地基等的剛性連接改成為彈性連接，以隔絕或減弱振動能量的傳遞，從而實現減小振動和降低噪音的目的，原理簡圖參見圖1。

圖1 隔振原理圖

衡量隔振效果好壞的重要指標是隔振系數η，隔振系數計算公式為：

公式中η值越小，隔振的效果越好。

由于機器的剛度比隔振裝置的剛度大得多，所以一般將機器看作只有質量的剛體，將隔振裝置看作只有剛度和阻尼的彈性元件。對于僅考慮單向振動的機器，簡化為單自由度隔振系統。對于單自由度隔振系統，隔振系數計算公式為：

公式中 λ=ω/ωn， 為頻率比； ω 為被隔離振源的激勵頻率， ωn為隔振系統固有頻率。 ζ為阻尼比：

3.2 隔振方法和設計原則

從設計方面考慮，控制和減小振動的方法有： 隔振法、阻尼法、動平衡法、沖擊法和平衡法等。圖2為不同隔振方法的隔振系數曲線。

圖2 隔振系數曲線

根據隔振系數曲線知道 ： 當 λ＜1 時， 沒有隔振效果； 當 λ≈1時， 不但沒有隔振效果， 還會通過隔振裝置把振動放大； 只有當頻率比時，才有隔振效果，而后隨λ的增加隔振效果逐漸增加， 實際運用中取 λ=2.5～5 足夠， 因為這已有 81%～96%的振動被隔除。 在圖2 中， 阻尼比 ζ曲線一般選取范圍為位于 ζ1與 ζ3之間的 ζ2， 所以，圖2中的陰影部分為一般設計隔振系數η的取值區域。

要取得好的隔振效果，就要有好的隔振系統設計。在隔振系統設計時，應根據振源振動量的大小、方向和頻率，以及被隔振機組的尺寸、重量和隔振要求等，正確決定隔振裝置的參數和結構型式。

隔振系統設計原則是：

（1） 合理布置隔振裝置： 機組的振動具有前后、 左右、 上下、 橫擺、 俯仰和側傾 （沿 X 、 Y、Z方向位移及繞三軸的旋轉）等6個自由度，彈性支承布置應考慮6個自由度，在隔振裝置布置時，應考慮干擾力的方向、設備的重心，隔振裝置布置按重心對稱布置，使彈性支承布置受力相等。當干擾力頻率大于機組與彈性支承布置組成的隔振系統的固有頻率時，機組就獲得了良好的隔振效果。當機組質量分布不均勻而無法按重心對稱布置時，可以采用剛度不同的隔振裝置，使離重心近的隔振裝置有較大的剛度，離重心遠的隔振裝置有較小的剛度，使整個隔振系統產生的合反力與機組的重心一致。

（2） 確保隔振裝置足夠的剛度和穩定性： 剛度和穩定性是隔振系統設計的一個重要因素。確保系統剛度和穩定性依據是系統振動模態的最小固有頻率小于某一頻率值。

（3） 確保隔振裝置足夠的靜承載能力： 足夠的額定靜承載能力是機組正常運行和使用壽命的重要保證。

3.3 減振器選擇

利用隔振原理制造的隔振裝置，通常稱為減振器。減振器一般放在機組基座下面，用以隔離激振源與地基等周圍物體，使機組的振動不致傳向周圍的地基或設備。

常用的減振器有彈簧減振器和橡膠減振器。圖3是常用彈簧減振器產品， 圖4是常用橡膠減振器產品。

圖3 彈簧減振器

圖4 橡膠減振器

彈簧減振器技術特點是：性能穩定、承載力大、 固有頻率低 （小于 5Hz）、 阻尼系數小、 水平剛度小、 可傳遞高頻噪聲、 適用溫度-20℃～100℃、 壽命長， 可達 30 年。

橡膠減振器技術特點是：阻尼系數大、利于越過共振區、對三方向均有吸收、降低高頻噪聲較好、 承載能力低、 適用溫度-40℃～70℃、 壽命 5年左右。

由于汽輪發電機組是一個由汽輪機、發電機、勵磁機等大型設備組成的復雜系統，根據機組不同重量從幾十噸到幾百噸不等，重量很大，橡膠減振器的承載能力一般難以滿足要求；又因為發電機組的工作年限一般都是 20～30 年， 橡膠減振器的壽命不能滿足要求。而彈簧減振器大承載力和長使用壽命特點均滿足要求，所以，汽輪發電機組的隔振系統一般都選擇彈簧隔振技術。

參考《內蒙古植物志》[35]等文獻，獲取物種的縣域分布數據。利用地理信息系統軟件ArcGIS 10.2，結合科爾沁沙地數字高程模型(DEM)和行政區劃數據(從中科院地理空間數據云獲取)，將科爾沁沙地區域劃分為1251個0.1° × 0.1°的網格，然后在科爾沁沙地DEM上覆蓋網格，估算每個網格的海拔范圍。最后結合物種的縣域分布數據，利用海拔篩選獲得每個網格的物種數，得出區域物種豐富度數據[21]。

4 汽輪發電機組彈簧隔振系統的結構

汽輪發電機組彈簧隔振系統支承平臺結構如圖5所示。

整個汽輪機、發電機、勵磁機組座落在1塊鋼筋混凝土澆筑的水泥平臺上，支承平臺安放在8組彈簧隔振裝置上，8組彈簧隔振裝置安放在鋼筋混凝土澆筑的水泥支撐框架柱子上，如圖6和圖7所示。8組彈簧隔振裝置根據機組重量分布不同采用 8×6 和 8×4 兩種彈簧隔振器組。 其結構設計總結有以下一些特點：

（1） 支承平臺為一塊整體鋼筋混凝土澆筑的水泥平臺，機組的汽輪機、發電機、勵磁機等設備均安裝在平臺上。該結構也稱浮筏隔振系統，一般被應用在艦艇上。

（2） 支承平臺由多組彈簧隔振裝置支撐， 彈簧隔振裝置對稱布置。

（3） 彈簧隔振裝置安放在支撐框架柱子正中部，保證支撐更穩固安全。

（4） 每組彈簧組承載量可以調整和鎖定， 均為螺旋彈簧。

（5） 設置了的防振溝， 機組和支承平臺與周圍建筑完全脫離。

圖5 彈簧隔振器安裝布置圖

圖6 彈簧隔振器組安裝側視照片

圖7 彈簧隔振器組安裝正視照片

（6） 彈簧隔振裝置除了起減振作用， 還有消除基礎不均勻沉降作用。

5 隔振彈簧系統在汽輪發電機組安裝的工藝要點

由于汽輪發電機組的隔振不是單一的隔振裝置，而是多個隔振裝置組成的一個系統，各個隔振裝置根據位置不同其要求也有差異。根據經驗教訓，隔振系統安裝質量好壞直接影響隔振效果和機組的安全運行，所以，系統安裝的工藝很重要。經過分析和總結他人的經驗，得出下列彈簧隔振系統安裝的工藝要點。

5.1 安裝工藝流程

隔振裝置檢查→梁頂標高平整度檢查→隔振裝置放置位置標記→隔振裝置位置標高和水平實測并記錄→放置防滑墊片→安裝找正隔振裝置→安放調整墊片→隔振裝置保護→覆蓋鋼板就位→臺板結構施工→隔振裝置釋放→隔振裝置調整到安裝要求。

5.2 安裝工藝要點

（1） 隔振裝置檢查:根據圖紙及清單仔細檢查隔振裝置型號、數量和質量等。

（2） 梁頂標高平整度檢查及處理:用水準儀檢查柱頂面標高、平整度，如果超差需用砂輪打磨處理。

（3） 隔振裝置放置位置標記： 清理干凈梁柱頂面，按照圖紙要求，用墨線標識出隔振裝置的放置方框，方框內標識出隔振裝置型號。

（4） 隔振裝置位置標高和水平實測記錄： 在隔振裝置放置位置范圍，標記出四個角及中心共五個測點并依次編號。用觀測儀進行標高測量，依據測量結果對隔振裝置放置位置標高和水平度偏差進行調整和記錄。

（5） 放置防滑墊片： 若隔振裝置與基礎接觸面之間設計有防滑墊片，則需要按要求放置，要求防滑墊片平整無折皺，厚度均勻。

（6） 安裝找正隔振裝置： 依次將隔振裝置吊裝就位，找平找正。 要求安裝中心軸線偏差不大于5mm。 單個柱頭上隔振裝置吊裝順序為先中間后兩邊。

（7） 安放調整墊片： 隔振裝置就位后并仔細檢查結果合格后，按要求在隔振裝置上依次放置自粘墊片和調整墊片。調整墊片的數量可根據標高偏差作適當調整。為便于調整，調整墊片總厚度應不小于 25mm， 薄墊片放在上面。

（8） 隔振裝置保護： 前面工序驗收合格后，用塑料布將調整墊片與隔振裝置進行包裹保護，避免施工污染。

（9） 覆蓋鋼板就位： 覆蓋鋼板就位前應仔細檢查臺板底模標高及模板支撐符合要求。臺板底模標高應考慮預留間隙，計算式為：

臺板底模標高=柱頂設計標高+隔振裝置理論高度+自粘墊片厚+調整墊片厚+沉降間隙

然后按照圖紙要求安裝覆蓋鋼板。覆蓋鋼板的四周應有防止移動的固定措施。覆蓋鋼板就位后，用水平尺或水準儀檢查鋼板的平整度應符合要求。

（10） 臺板結構施工： 進行臺板結構鋼筋、模板和混凝土的施工。臺板混凝土澆筑采取平面分層法，在澆筑過程中應密切注意臺板的沉降是否均勻，并作好記錄。

（11） 隔振裝置釋放： 在臺板上所有設備全部就位后，解除隔振裝置出廠鎖定螺栓，進行隔振裝置釋放，使隔振裝置自由受力。釋放按照布置順序依次進行，禁止隨意釋放，釋放前在臺板上設置沉降觀測點并進行觀測記錄。

（12） 隔振裝置調整： 調整過程包括： ①計算：在緊靠每個隔振裝置的覆蓋鋼板和基底上各設一個測量基準點，上下兩點在同一鉛垂線上。用千分尺在此基點測量隔振裝置上下接觸面的距離。根據臺板上沉降觀測記錄值和原設計壓縮值，計算出每個隔振裝置應調整的數值。②調整：用千斤頂將基礎臺板稍微頂起，拆除隔振裝置包裹保護布，按計算值抽出或塞入調整墊片，以滿足汽機臺板整體調平要求。③復測：第一次調整完成后，用沉降觀測儀再對沉降觀測點進行觀測，依此檢查汽機臺板標高及水平的變化，結合隔振裝置測量值，計算下一次每個隔振裝置的調整值。④再調整：按照②步驟進行重復調整，直至滿足要求。調整過程應考慮臺板的沉降變化，保證調整完畢后沉降均勻。如果調整完后各觀測點的沉降變化相差較大，則應繼續調整。

6 結束語

由于彈簧隔振技術在設備隔振中的明顯作用而在各行業逐漸推廣，所以有必要加大對其研究。通過對電廠發電機組彈簧隔振系統的結構和分析，總結已有成功安裝經驗，供大家參考借鑒。

[1] 徐顥,主編.機械設計手冊 [M].北京:機械工業出版社, 1991

The Application of Spring Vibration Isolation Technology in Turbine-generator Unit

Yuan Lianping
（Dongfang Turbine Co.,Ltd.Deyang Sichuan 618000）

Spring vibration isolation technology has been widely used in other industries,but it has been very scarcely used in the turbine-generator unit of domestic power plant.By observing and studying the spring vibration isolation technology used by foreign manufacturers,this paper discusses the purpose and principle of the spring vibration isolation technology,analyses the structure of the vibration isolation system,and mainly summarizes the installation and process technology of the vibration isolation system.It provides the help for understanding and fam ilaring with this technology.

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袁連平 （1963-）， 男， 高級工程師， 主要從事汽輪機的制造與總裝工藝工作。