百万千瓦汽轮发电机组采用弹性基础优越性分析

沈国栋 洪久安 朱义辉

(1.安徽淮南平圩发电有限责任公司,安徽淮南 232089;2.安徽淮南平圩电力检修工程有限责任公司,安徽淮南 232089)

百万千瓦汽轮发电机组采用弹性基础优越性分析

沈国栋1洪久安2朱义辉1

(1.安徽淮南平圩发电有限责任公司,安徽淮南 232089;2.安徽淮南平圩电力检修工程有限责任公司,安徽淮南 232089)

通过对汽轮发电机组弹性基础结构及优点的介绍, 建议安徽淮南平圩三期汽轮发电机基础采用弹性基础的方式,供同类型机组参考。

隔振基础 隔振方式 隔振基础优点

平圩电厂三期工程将建设2×1000MW级超超临界燃煤发电工程。本工程位于淮北冲积平原的南缘，场地土类型为中软土，建筑场地类别为II类。就建筑抗震地段属性而言，属可进行建设的一般场地。根据《淮南平圩电厂三期工程厂区—岩土工程勘察报告》可知，建设项目场地是由于洪积、湖积和冲积交互作用，使亚粘土或粉质粘土与砂层相间沉积而成的。

1 引言

我国电力建设正处在高速发展时期，建设规模日益扩大，600MW机组已成为电网主力机组，单机容量已发展到建设1000MW级的汽轮发电机组，这就给我国已发展起来的汽机基础设计提出了更高的要求。国家标准“动力机器基础设计规范”明确提出了汽机基础“大、柔、刚”的优化选型原则，汽轮发电机采用弹簧隔振基础，在柱顶设置弹簧，充分实现了“柔柱”的设计理念。采用弹簧隔振基础，正逐步成为未来大型汽轮发电机组基础布置的方向[1]。

2 隔振装置的应用业绩

在国外，上世纪60年代由德国隔而固(GERB)公司所研制的弹性支承隔振系统首次应用于600MW核动力汽轮发电机组上，20世纪70年代初德国卡威屋(KWU)公司所制造的单机功率为1300MW半速核电汽轮机组(n=1500r/min)均采用了弹簧隔振基础，目前，在全世界范围内有560余台汽轮发电机组应用弹性支座隔振系统。

在国内，从1997年开始我国火电机组就开始采用了弹簧隔振装置。ALSTOM公司生产的大别山电厂600MW机组、平凉电厂600MW机组也采用弹簧基础，目前田湾核电站的2台1060MW全速核电汽轮机组，大亚湾岭东核电站2*1000MW半速机组的也都采用的弹簧基础，并且都已投运，运行良好。

3 弹簧隔振基础的布置形式

(1)常规基础，这种基础大都采用岛式布置，典型的常规基础横向布置。

(2)岛式布置的弹簧隔振汽机基础，将常规基础的所有柱子沿顶板底面切断，并将切断后的柱头再切除一截(其长度等于隔振器的高度)，然后在柱顶与顶板之间塞进隔振器，就形成了岛式布置的弹簧隔振汽机基础。

(3)联合布置隔振基础。岛式布置的弹簧隔振基础已将机组和顶板与下部结构隔开，具备了隔振的功能，其下部结构已没有必要再与主厂房分割开来，为了调整抗震性能和优化结构布置，又进一步把隔振基础的下部结构与主厂房结构联系起来，演变成了联合布置的弹簧隔振基础，联合布置隔振基础所带来的优点已经超出了抗震性能的改善，它为改进工艺布置、节约主厂房空间、降低工程造价带来了巨大的潜力[2]。

平圩三期工程汽轮发电机组采用的是Alstom(原ABB)公司的技术，机组的特点是外缸支承，单轴承，落地轴承结构.在低压缸凝汽器弹簧基础的布置上又分为两种形式：

(1)汽轮机与凝汽器采用焊接刚性联接、凝汽器弹簧支承，汽轮机排汽缸与凝汽器组成一个压力容器，汽轮机排汽缸不承受真空吸力，因而基础也不承受真空吸力。

(2)汽轮机与凝汽器采用波纹管柔性联接、凝汽器固定支承，汽轮机排汽缸将承受真空吸力，这个真空吸力由排汽缸传递给基础台座，再由基础台座传递给弹簧。

对于这2种不同的联接方式，弹簧基础的设计特点的不同点在于支承弹簧的刚度选型不一样，弹簧的选型决定于Alstom汽轮发电机组基础设计准则对台座变形的限制，即规定机组轴系轴线的垂向与水平向挠度，对单轴承设计，通过3个依次相邻的轴承位置计算的曲率半径，必须大于等于40km(双轴承设计为80km)，平圩三期工程主机采用的是单轴承设计，所以曲率半径必须大于等于40km。上述两种连接方式在国内Alstom公司单轴承支撑的同类型机组上都已经有了使用业绩。

第一种方式的优点在于机组基础不承受真空吸力，机组基础在设计的时候能更好的满足Alstom汽轮发电机组基础设计准则对台座变形的限制，这样选用基础弹簧的时候就能够选用较大的工作载荷压缩量的隔振弹簧来降低弹簧对基础不均匀沉降的敏感度，减少因基础沉降所带来的调整钢板对弹簧进行补偿的工作量。但是采用这种方式必须考虑凝汽器加载给汽轮机的部分水载荷，这个水载荷给汽轮机排汽缸一个向下的力，要能够补偿机组运行中向上的顶起力：一定要保证汽缸不能被顶起，一旦汽缸被顶起，动、静叶片就会发生摩擦，就会损坏汽轮机[3]。

第二种连接方式的优点在于凝汽器的载荷与所有水载荷都由凝汽器基础承载.运行中凝汽器所有可能产生的向上的变形都由波纹管补偿.不用考虑向上的顶起力对汽缸的影响，安全性有了保证。但是需要注意采用这种方式，汽轮机排汽缸将承受真空吸力，这个力由排汽缸传递给基础台座，基础台板受力后的曲率半径将可能小于Alstom基础设计准则要求，那么就要通过在基础台板下选用垂向刚度较大、工作载荷下压缩量较小的隔振弹簧来使得台座变形变小，从而满足设计准则要求，但这样一来，弹簧压缩量太小时，基础对不均匀沉降就会太敏感，从而增加了调整钢板对弹簧进行补偿工作的频率。

这两种方式各有优缺点，建议采用第二种方式，根据对平圩二期工程沉降数据的了解，沉降量为每半年1mm左右，考虑到沉降量不是很大，调整工作频率不会增加，出于对影响机组运行安全及影响轴系对中因素的考虑，推荐使用波纹管柔性联接方式。

4 隔振弹簧基础的优点

(1)使用隔振弹簧将主机台板与立柱解除刚性连接后，由机器转子残余不平衡量产生的动荷载不会再传递到立柱上，这减小了立柱的截面尺寸，从而减少了基础体积，缩短施工和安装周期，提高经济效益[4]。

(2)与固定基础相比，汽轮发电机周围的振动或被动隔振的精密设备基础上的振动可减少80%～90%左右，由于减少了振动，故可把相关的设备安装得近些，从而可缩短距离，提高工效及厂房利用率，也能达到降低成本的目的。

(3)机组本身所受的动荷载减小，降低了设备磨损，降低了液压、电控系统的故障率，延长了机组寿命。

(4)降低汽轮发电机机身由于基础不平或不均匀沉降造成的内应力，使机架受力均匀，在地基发生不均匀沉降的情况下，可以在不停机的状态下对设备或设备基础进行快速调平。

(5)岛式布置弹簧隔振汽机基础具有良好的抗震性能，可以抵抗高达8度的地震;联合布置弹簧隔振汽机基础的抗震性能更佳，可以抵抗9度及以上的强震。两种布置方式都可提高设备的抗震能力，保护设备免受地震损坏，而联合布置隔振基础所带来的优点已经超出了抗震性能的改善，它为改进工艺布置、节约主厂房空间、降低工程造价带来了巨大的潜力。

(6)国内普遍采用隔而固隔振器，弹性基础基本免维护，无运行费用，且寿命长达30年以上。

5 结语

通过上述分析，建议平圩电厂三期工程基础布置选用联合布置隔振基础的汽轮机与凝汽器波纹管柔性联接、凝汽器固定支承方式，这样不但可以减少基建过程中的投资，减少机组振动对周围环境和辅助设备带来的损害，提高设备的使用效率，提高机组的抗震性能，缩短施工和安装周期，而且也是符合国家发展汽机基础设计更高要求的。通过华东电力设计院土建室对三期工程弹性基础与刚性基础作了对比设计与经济核算，结论是增加的弹簧投资和节约的前期土建投入基本持平，没有成本增加。若考虑机组的检修工作，将会节省检修时间，从而又提高了机组的利用率。

[1]尹学军.振动控制在工业设备中的应用《.机电产品开发与创新》,2003.

[2]尹学军,王伟强,沙曾炘.汽轮发电机组弹簧隔振基础分析.电力建设,2003.

[3]罗国澍,房俊喜,王建.汽轮发电机组弹簧隔振基础的抗震性能.武汉大学学报,2009.

[4]尹学军,王建立,谷朝红等.汽轮机与凝汽器不同联接方式下的弹簧隔振基础设计.武汉大学学报,2010.