浅谈汽轮机基础动力分析

刘金玉

【摘 要】论文以海南金海浆纸业有限公司热电厂三期扩建工程的B90-12.3/1.6型汽轮机（哈尔滨哈汽实业开发总公司制造）为例，采用MIDAS GEN系统对汽轮机基础进行动力分析，得出汽机岛基础在汽轮机各种频率运行时的线位移，并将不同柱截面的汽轮机基础在同种工况下的线位移进行对比，可为以后的同类工程提供参考。

【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.

【关键词】汽轮机;基础;动力分析;MIDAS

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

【中图分类号】TK262                                               【文献标志码】A                                【文章编号】1673-1069（2019）08-0164-02

1 工程概况和软件介绍

热电厂三期扩建工程位于海南省洋浦经济开发区，抗震设防烈度为7度（0.10g），场地类别为二类，设计地震分组为第一组。该汽轮机基础位于TG8汽机间内。汽轮机基础采用框架式基础，汽轮机基础周边有加热器平台和出线小间。汽轮机基础与加热器平台及出线小间设缝完全脱开，因此本文不考虑加热器平台及出线小间。

MIDAS GEN是用Visual C++在Windows环境下开发的。利用其独特的GUI功能和图形处理功能，可对结构模型的建立过程按输入的阶段进行查看，并可将输出结果直接转换为文本格式。该软件开发于1989年，通过在大量的工程项目中的应用，证明了其准确性和高效性。

2 分析参数

由于汽机岛基础位于汽机间内，因此不考虑风荷载[1]。汽轮机采用1×B90-12.3/1.4（超高压高温背压式汽轮机），发电机装机容量为90MW。汽轮机转速为3000r/min。由于缺乏设备厂家提供的扰力值，按照《动力机器基础设计规范》（GB 50040—96），竖向及横向的扰力值按照0.2Wgi计算，汽轮机在转速为3000r/min时的允许震动线位移为0.02mm。

本工程汽轮机在最大工作转速时的频率为50，实际计算时取0～70的频率计算。结构的阻尼比参考《動规》c.1.3规定取值，取为0.0625。将转子扰力的作用等效为水平和竖向两种简谐荷载作用，简谐荷载的幅值均为扰力值。

由于地基的弹性作用对框架式动力基础的振动有不同的影响，对低频扰力作用下的基础影响较大，而对高频扰力的基础影响较小。本工程的扰力属于高频扰力，为简化计算，将汽轮机基础柱与基础连接方式视为刚接，建模时不做考虑。

3 分析截面及几何尺寸

汽轮机框架式基础的柱截面分别采用1200mm×1200mm和1200mm×1400mm，汽轮机顶板厚度分别为2030mm、1730mm和1600mm，混凝土强度为C40。

4 分析结果

本次分析主要针对在扰力作用下的汽轮机框架式基础振动线位移，所以不对其内力及弯矩进行分析。由于背压式汽轮机转子自重小于发电机转子自重，同样运用公式，横向的扰力值按照0.2Wgi计算，得出的发电机转子产生的扰力也要大于汽轮机转子的扰力[2]。在计算结果中，发电机区域的位移大于汽轮机区域的位移，符合计算时的假设。最后，对汽轮机基础的位移结果进行处理分析。根据《动力机器基础设计规范》5.2.5条规定，任意转速下的扰力可按Poi=Pgi（n0/n）2计算（n0为任意转速，n为机器的工作转速，Pgi为机器以工作转速正常运转时的扰力）。

根据《动力机器基础设计规范》5.2.1条，计算振动线位移时，在一般情况下，只需计算扰力作用点的竖向振动线位移，本次计算仅对扰力作用点的线位移进行分析。本文取计算结果中的74号节点来说明该点在不同频率的x和z向扰力作用下的z向位移（横坐标对应汽轮机转子运行时的各种频率，纵坐标对应汽轮机基础在该频率的汽轮机转子扰力作用下的z向线位移）。可以看出，在汽轮机实际工作时汽轮机基础在74号节点上几个z向位移较大的点。即汽轮机转子在工作频率等于38、60及70时，汽轮机基础74号节点z向位移较大。说明汽轮机转子在该频率工作时，汽轮机与汽轮机基础共振现象明显。

在对该汽机岛做动力分析时，将柱截面修改，柱截面改为1200mm×1400mm和1200mm×1600mm，最后在比较结果时发现，将柱截面加大后结构振动线位移有一定的减小，也取74号节点示意。不同频率扰力作用在x和y方向时，原汽机岛基础在该点y向位移，将柱截面加大后的汽机岛基础该点y向位移。将计算结果进行比较，汽轮机在44、52和60的频率下工作时，两者位移较大。但是很明显，汽轮机基础柱截面加大后的节点位移要小于原有的汽轮机基础位移，从经济性的角度来说，在两者均满足规范要求的前提下，柱截面可以选择前者。

5 结语

①在设计汽轮机框架式基础时，背压式汽轮机发电机区域属于振动较大的区域，对于该区域的梁柱刚度应适当加大，以免振动线位移过大。

②汽轮机基础须保证系统的稳定性，尽量避免与汽轮机转速相重合的固有频率。

③可采用多个模型，比较其计算结果，在保证安全性的前提下可以保证其经济性。

④用软件计算结构时，须采用正确的计算假定。

【参考文献】

【1】刘秀梅.主汽轮机框架式基础的动力分析[J].中国水泥，2017（05）：95-97.

【2】徐朝刚，汪新，武小梅.大型汽轮机框架式基础—地基动力相互作用分析[J].广东电力，2015，28（09）：56-59+78.