AP1100汽机基础动力特性研究

万淑贞

摘要：基于相似原理，本文按照1：8的比例设计建造了汽轮机组基础的模型，以研究其动力特性。本课题采取多点随机激振方法，测试结构的自振特性。采用锤击法考查动刚度信息。值得注意的是，本模型中尝试模拟凝汽器，模态分析后，也得到了凝汽器的振动。通过测试，得到了该汽机基础模型的各阶频率、振型、阻尼比以及各轴承160—240HZ的动刚度变化规律。

关键词：动力特性 凝汽器 模态分析 动刚度

中图分类号：TU476文献标识码：A文章编号：1009-5349（2016）13-0245-01

随着电力建设的高速发展，大型汽轮机组框架结构基础得到了越来越广泛的应用。而汽轮机组的动力特性对于电厂的安全可靠的运行有着举足轻重的意义。实践已证明，基于相似定律进行模型试验得到的结果是可靠的。

一、工程概况

本实验模型是柔性基础，即在柱头用预埋件与弹簧隔振器连接，弹簧隔振器的刚度不同，用以调整不同位置的刚度差异，使得台板振动协调。在结构的横向为双排柱布置，在梁柱之间有许多小空间可以灵活布置极大地满足了工艺和使用需求。凝汽器部分做到与原型在质量和重心上等效。同时，在凝汽器的四角上焊接钢管，连至顶梁的四个传力点，模拟低压缸的猫爪连接。建造极其精细化，多达52个洞口，小至3cmX2cm的小洞口都逐一施工到位。这一点最大可能地考虑了截面削弱情况，保证截面特性最大地符合原型，使得后续实验结果更理想。

二、模态分析

模态分析技术从20世纪60年代后期发展至今已趋成熟。它和有限元分析技术一起已成为结构动力学中两大支柱。模态分析是结构动力学中的一种“逆问题”分析方法。它与传统的“正问题”方法主要是指有限元方法不同是建立在实验或实测的基础上采用实验与理论相结合的方法来处理工程中的振动问题。

在LMS软件中，建立测点布置图。为了使模态分析结果更加接近现实情况，在建模过程中布置了多达188个控制点，在建模过程中布置了多达188个控制点，以保证激振结果能获得更真实的模型振动信息。其中，B03是纵向激振点，B12是竖向激振点，B21是横向激振点，这是按照尽量使能量均匀分布的原则布置的。

从振型图中可以看出，第一阶为整体水平纵向振动（0.880HZ），第二阶为整体水平横向扭转（1.180HZ），第三阶为水平横向平动（1.348HZ）。从第四阶开始依次出现凝汽器部分的振动：纵向平动（1.455HZ）、横向平动（1.968HZ）、扭转（2.193HZ）、竖向平动。可以看出，结构的振动符合一般的建筑平动、扭动的规律，是良好的抗震体系。从第四阶开始，出现了凝汽器的各种振动形式，包括：纵向平动，横向平动，扭转以及竖向平动。与整体的振动形式出现的顺序较为一致。

三、动刚度分析

在各轴承位置施加扰力，然后计算出该点在160-240HZ的振动幅值，进而可计算出动刚度值。由各轴承动刚度频域曲线图可知，W02，W04，W06处的动刚度值相对较小，而这正是低压缸所在位置的三道梁的轴承处，是结构的薄弱位置。分析可知，弹簧基础动刚度值直接影响其临界转速。而临界转速是与整个轴系的稳定、安全运行息息相关的。

四、结论

针对该1：8汽机基础缩尺模型的模态试验及动刚度测试所得其自振特性所得数据可得以下结论：

（1）得到了其各阶频率、阻尼比及振型，掌握其典型振动特性，有助于把握地震中的薄弱环节。从这个角度讲，可以优化汽机基础的设计。

（2）得到了结构在关键频率范围内的动刚度曲线，其峰值可以用来判断临界转速是否满足动力基础规范的要求。

（3）通过模态分析，继而进行响应预测，可以得到结构的各扰力点振动线位移信息，其范围不能超出西门子规范的幅值。

（4）本课题的实验结果数据能很好地与ANSYS模拟结果相吻合，这一点，尤其是从各阶频率，以及振型出现的先后顺序，相应特点中可见一斑。这再次有力地证明了模型试验结果的可靠性。

参考文献：

[1]尹学军，周建章，邵晓岩等.AP1000三菱核电半速汽轮发电机组固定基础与弹簧基础动刚度的探讨[J].武汉大学学报（工学版），2010，43（增刊）：244-247.

[2]白國良，刘煦，刘宝泉等.大型汽轮机组混合框架式基础结构模型试验模态分析[J].西安建筑科技大学学报（自然科学版），2007，39（3）：298-302.

[3]郭永恒.基础隔震结构基于性能的设方法研究[D].广州：广州大学，2007.[4] 雷拓，钱江，刘伯权.既有钢筋混凝土框架结基于性能的抗震评估[J].工程抗震与加固改造，2013（3）：128-130.

[4]雷拓，钱江，刘伯权.既有钢筋混凝土框架结构基于性能的抗震评估[J].工程抗震与加固改造，2013，35（3）：113-120.

[5]王进廷，金峰，张楚汉.结构抗震试验方法的发展[J].地震工程与工程振动，2005，25（4）：37-43.

[6]李秋稷.某核电厂汽轮发电机组弹簧隔振框架式基础模型研究[D].哈尔滨工业大学，2013.

[7]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[J].武汉大学学报（工学版），2009，42（增刊）：436-442.

[8]安栋.汽轮发电机组弹簧隔振基础抗震性能试验研究[D].北方工业大学，2010.