关于300mw级别汽机基座设计的研究

关于300mw级别汽机基座设计的研究

曹昭亮

武侯区建设局曹昭亮610041

摘要：汽机基座是发电厂中最为核心的一部分，做好汽机基座设计的研究有着重要的意义，本文对常见的汽机基座进行了简述，结合工程实例分析了其设计的原理及要点，尤其是中间层平台的选型设计，希望给这方面的研究起到一定的指导作用。

关键词：汽轮发电机；汽机基座；中间层平台

1、引言

电能是我们生活中不可缺少的一部分，在火力发电厂的土建结构设计中，汽轮发电机基座是非常重要的部分，在各扰力点振幅符合规范的条件下，如何做好结构布置工作，降低工程成本是我们工作中面临的一个长期课题。针对这种情况，关于300mw级别的汽机基座设计的研究具有很重要的实践指导意义。

2、概述

在火力发电厂的土建结构设计过程中，汽轮发电机基座是整个电厂中最核心的部分之一，国内一般使用的是混凝土框架式基础，少量会使用钢结构框架。至于运转层，由于汽机和电机的设备要求，使用较多的是异形梁，具有较大的截面，一般柱截面的取值在2000~3000mm。因此，汽机基座属于特种结构。

对于较为常见的汽机基座，其中间的平台结构较多使用的可以分为以下三种：钢筋混凝土现浇平台、牛腿-弹簧隔振平台以及独立钢平台。这三种结构在性价比、工艺设备布置以及振动控制性能上各有自身的优势和劣势，举例来说，对于现浇平台，它自身振动相对大一些，而独立钢平台的价格比较高而且会给工艺布置造成一定的影响，至于牛腿—弹簧隔振平台，这类平台对框架柱的刚度无贡献，但振动控制效果较好。下文中将针对钢筋混凝土现浇平台以及牛腿—弹簧隔振平台这两种中间平台形式进行探讨，对比这两类模式下运转层纵横梁振动以及抗震变形情况。

3、工程实例

3.1计算简介

在新疆西部的合盛热电公司中的2×330MW机组新建电厂中，对于汽轮机，使用的为上海汽轮机厂生产的C型，发电机则使用的为上海发电机厂生产的QFS2-300-2型，其汽机基座的中间层使用的是厚度为590mm的现浇混凝土板。

在新疆天富热电股份公司中的2×330MW新建热电厂中，对于汽轮机，选择了上海汽轮机厂生产的B型，发电机则使用的同样是上海发电机厂生产的QFS2-300-2型，其汽机基座的中间层使用的是钢梁+200mm厚压型钢板底模混凝土板，在钢梁两头的底部则是使用了70厚的橡胶垫来隔离牛腿。

3.2计算模型

在汽机基座的计算模型中，我们对汽机基座的上部进行了空间杆系模型的建立。在计算的过程中，主要是利用TGFPv4.0程序，也就是我们平时所说的《汽轮发电机组基础空间结构计算程序4.0版》。对于设计的指导规范则主要是使用DL5022-2008与GB50046-96，其中前者是指《火力发电厂土建结构设计规范》，后者则是指《动力机器设计技术规范》。合盛电厂基座模型中，中间层平台作为杆件建立在模型中。而天富电厂，则仅对中间层平台产生的质量和荷载在柱上节点进行输入，平台在模型中无杆件输入。

3.3荷载输入

（1）永久荷载

这一荷载所包含的内容有：设备的自重、凝汽器的真空吸力、气缸膨胀力、温差荷载、凝汽器的自重以及管道推力等，这些荷载都是以节点力和均匀荷载的形式在纵横梁上分布。在对永久荷载进行输入的过程中，由于模型又可以分为：全部建模与沿这汽轮发电机中心线进行简化后所建立的一半模型这两类，使得这一荷载再输入的过程中也将分为永久荷载分为双向永久荷载与单向永久荷载，因此，我们要依照不同的模型对其分别输入。

（2）短路力矩荷载

荷载输入的过程中，这一类荷载主要是以均匀的状态分布在发动机两侧的纵梁上面。这一荷载由电机厂提供。

（3）扰力

这是对汽机基座振动线位移进行计算的主要依据，原则上，扰力计算值应该是由机器制造厂商提供的。不过实际的工作中，由于扰力的资料很可能不完整，我们可以依据作用到基础上某一位置的机器转子重力来计算。普遍来说，转子重力的作用点会在梁中或者柱顶，垂直、水平横向取0.20G，水平纵向取0.10G。对于扰力进行分析的过程中，虽说多个扰力产生等强迫振动线位移组成了扰力点的振幅，但是，客观来看，在扰力点上直接作用的扰力才是对振动线位移影响最大、最直接的因素。

我们建模的过程中，可以在扰力作用的位置进行节点设置，这对于布置扰力比较有利。此外，基于轴承板对梁跨中的作用是以面荷载的形式实现的，而不是通过点荷载形式，因此，我们应考虑在轴承支座范围两边界的位置各设置一个节点。布置的过程中，扰力值要依据25%，50%，25%形式布置，这可以有效地降低扰力点振幅。而且根据以往我们汽机基座运行过程中的得到的数据分析，通过这种形式对扰力进行布置将会更加符合实际运行中的检测结果。

3.4计算过程中需要注意的事项

（1）附加质量

在本文中，附加质量主要是指和机器相连设备的重量，这一类设备的重量将会和基座共同参与振动。在我们的建模过程中，附加质量的作用在节点上的形式是点荷载形式。因此，如有存在附加质量的位置都要进行节点的设置。

在汽机基座的振动过程中，附加质量起着非常重要的作用，在扰力点附近，附加质量越大，质点的振幅就会越小。在过去对汽机基座计算的时候，附加质量往往会比较分散，这就使得扰力点上的附加质量和扰力的实际大小不对应。这种情况下，如果振幅超过就一味地加大梁截面，虽然质量、刚度及强度会加大，但也会导致其他梁的振幅增大，使得我们对其他梁截面进一步加大，导致整个工艺的布置空间变小，不仅不利于我们的施工，还增大了成本。因此，使附加质量根据扰力作用范围相应集中，来保证在扰力点的节点处布置合理的附加质量，能够减少局部振动的可能。

（2）刚域

在梁截面比较大的时候，我们会把梁柱交汇位置节点的核心范围称之为刚域。在过去进行动力分析的时候，一般不考虑刚域的作用以加大梁柱的安全余量，不过，在振动线位移比较大的时候则需对刚域的作用进行考虑。

3.5设计结果分析

对于框架式基础的动力计算，我们一般使用振幅法，也就是将振幅值当做设计控制的指标。在对振幅进行计算的时候，使用的是空间多自由度体系，在工作转速是3000r/min时，转速处于2250~3750r/min的范围内，对扰力作用点三方向振幅进行计算，控制振幅A≤0.02（mm）；在转速处于0~2250r/min范围内，计算扰力作用点三个方向的振幅控制在A≤1.5x0.02=0.03（mm）。

合盛电厂基座振幅：

0~2250r/min内的Z向计算最大振幅为10.8μm，小于1.5×0.02=0.03mm=30μm；

2250~3750r/min范围内Z向计算最大振幅为8.9μm，小于0.02mm=20μm；

0~2250r/min内的Y向计算最大振幅为8.13μm，小于1.5×0.02=0.03mm=30μm；

从上文针对合盛电厂与天富电厂的汽机基座对比，我们可以看出，两种中间层平台形式各扰力点振幅均符合规范的要求。而减少中间层砼，采用钢梁加减震垫块的形式能够有效地降低造价，减少施工难度。

4、结语

由于目前我国电厂较多采用300MW的机组类型，因此关于300mw汽机基座设计的研究直接关系到我们的施工成本和施工效率。但是，由于汽机基座设计的过程中，本身要求比较高，加之需考虑的各种荷载比较多，这就给我们的工作提出了新的要求。对于每一个环节的设计都认真考虑并对比研究，才能在成熟的基座设计中找到良好的改进方法。因此，在以后的设计工作中，我们要不断提升自身的水平，加强学习，认真研究,只有这样才能真正做好这一工作。

参考文献

[1]GB50040-96动力机器基础设计规范[S].

[2]赵中南，马长慧，李炳益.华能营口电厂二期工程汽机基础设计技术总结[Z].

[3]罗国澍.汽轮发电机组基础空间结构计算程序4.0版[M].（简称TGFPv4.0）.

[4]徐建.建筑振动工程手册.[M]