淺談汽輪機基礎動力分析

劉金玉

【摘 要】論文以海南金海漿紙業有限公司熱電廠三期擴建工程的B90-12.3/1.6型汽輪機（哈爾濱哈汽實業開發總公司制造）為例，采用MIDAS GEN系統對汽輪機基礎進行動力分析，得出汽機島基礎在汽輪機各種頻率運行時的線位移，并將不同柱截面的汽輪機基礎在同種工況下的線位移進行對比，可為以后的同類工程提供參考。

【Abstract】Taking the B90-12.3/1.6 steam turbine （manufactured by Harbin Haqi Industrial Development Corporation） of the third phase expansion project of thermal power plant of Hainan Jinhai Pulp & Paper Company Limited as an example， this paper uses MIDAS GEN system to analyze the dynamic characteristics of the steam turbine foundation， and obtains the linear displacement of the turbine island foundation at various frequencies in the steam turbine operation. The comparison of the linear displacement of the cross-section steam turbine foundation under the same working conditions can provide a reference for similar projects in the future.

【關鍵詞】汽輪機;基礎;動力分析;MIDAS

【Keywords】steam turbine; foundation; dynamic analysis; MIDAS

【中圖分類號】TK262? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2019）08-0164-02

1 工程概況和軟件介紹

熱電廠三期擴建工程位于海南省洋浦經濟開發區，抗震設防烈度為7度（0.10g），場地類別為二類，設計地震分組為第一組。該汽輪機基礎位于TG8汽機間內。汽輪機基礎采用框架式基礎，汽輪機基礎周邊有加熱器平臺和出線小間。汽輪機基礎與加熱器平臺及出線小間設縫完全脫開，因此本文不考慮加熱器平臺及出線小間。

MIDAS GEN是用Visual C++在Windows環境下開發的。利用其獨特的GUI功能和圖形處理功能，可對結構模型的建立過程按輸入的階段進行查看，并可將輸出結果直接轉換為文本格式。該軟件開發于1989年，通過在大量的工程項目中的應用，證明了其準確性和高效性。

2 分析參數

由于汽機島基礎位于汽機間內，因此不考慮風荷載[1]。汽輪機采用1×B90-12.3/1.4（超高壓高溫背壓式汽輪機），發電機裝機容量為90MW。汽輪機轉速為3000r/min。由于缺乏設備廠家提供的擾力值，按照《動力機器基礎設計規范》（GB 50040—96），豎向及橫向的擾力值按照0.2Wgi計算，汽輪機在轉速為3000r/min時的允許震動線位移為0.02mm。

本工程汽輪機在最大工作轉速時的頻率為50，實際計算時取0～70的頻率計算。結構的阻尼比參考《動規》c.1.3規定取值，取為0.0625。將轉子擾力的作用等效為水平和豎向兩種簡諧荷載作用，簡諧荷載的幅值均為擾力值。

由于地基的彈性作用對框架式動力基礎的振動有不同的影響，對低頻擾力作用下的基礎影響較大，而對高頻擾力的基礎影響較小。本工程的擾力屬于高頻擾力，為簡化計算，將汽輪機基礎柱與基礎連接方式視為剛接，建模時不做考慮。

3 分析截面及幾何尺寸

汽輪機框架式基礎的柱截面分別采用1200mm×1200mm和1200mm×1400mm，汽輪機頂板厚度分別為2030mm、1730mm和1600mm，混凝土強度為C40。

4 分析結果

本次分析主要針對在擾力作用下的汽輪機框架式基礎振動線位移，所以不對其內力及彎矩進行分析。由于背壓式汽輪機轉子自重小于發電機轉子自重，同樣運用公式，橫向的擾力值按照0.2Wgi計算，得出的發電機轉子產生的擾力也要大于汽輪機轉子的擾力[2]。在計算結果中，發電機區域的位移大于汽輪機區域的位移，符合計算時的假設。最后，對汽輪機基礎的位移結果進行處理分析。根據《動力機器基礎設計規范》5.2.5條規定，任意轉速下的擾力可按Poi=Pgi（n0/n）2計算（n0為任意轉速，n為機器的工作轉速，Pgi為機器以工作轉速正常運轉時的擾力）。

根據《動力機器基礎設計規范》5.2.1條，計算振動線位移時，在一般情況下，只需計算擾力作用點的豎向振動線位移，本次計算僅對擾力作用點的線位移進行分析。本文取計算結果中的74號節點來說明該點在不同頻率的x和z向擾力作用下的z向位移（橫坐標對應汽輪機轉子運行時的各種頻率，縱坐標對應汽輪機基礎在該頻率的汽輪機轉子擾力作用下的z向線位移）。可以看出，在汽輪機實際工作時汽輪機基礎在74號節點上幾個z向位移較大的點。即汽輪機轉子在工作頻率等于38、60及70時，汽輪機基礎74號節點z向位移較大。說明汽輪機轉子在該頻率工作時，汽輪機與汽輪機基礎共振現象明顯。

在對該汽機島做動力分析時，將柱截面修改，柱截面改為1200mm×1400mm和1200mm×1600mm，最后在比較結果時發現，將柱截面加大后結構振動線位移有一定的減小，也取74號節點示意。不同頻率擾力作用在x和y方向時，原汽機島基礎在該點y向位移，將柱截面加大后的汽機島基礎該點y向位移。將計算結果進行比較，汽輪機在44、52和60的頻率下工作時，兩者位移較大。但是很明顯，汽輪機基礎柱截面加大后的節點位移要小于原有的汽輪機基礎位移，從經濟性的角度來說，在兩者均滿足規范要求的前提下，柱截面可以選擇前者。

5 結語

①在設計汽輪機框架式基礎時，背壓式汽輪機發電機區域屬于振動較大的區域，對于該區域的梁柱剛度應適當加大，以免振動線位移過大。

②汽輪機基礎須保證系統的穩定性，盡量避免與汽輪機轉速相重合的固有頻率。

③可采用多個模型，比較其計算結果，在保證安全性的前提下可以保證其經濟性。

④用軟件計算結構時，須采用正確的計算假定。

【參考文獻】

【1】劉秀梅.主汽輪機框架式基礎的動力分析[J].中國水泥，2017（05）：95-97.

【2】徐朝剛，汪新，武小梅.大型汽輪機框架式基礎—地基動力相互作用分析[J].廣東電力，2015，28（09）：56-59+78.