西门子9H燃机基础动力分析

薛锐

摘 要：新世纪以来，环保是国家发展优先关注的重点，国家要在“绿色”的环境下进步。西门子企业积极配合国家出台的“以热定电”的准则，将以煤为能源的工业小锅炉用洁净的天然气能源代替，在保障工业蒸汽与电力被稳定提供的基础上，使环境得到最大限度的保护。

关键词：西门子;9H燃机;基础动力;分析

我公司正在实施的某燃气冷热电三联供工程采用的是西门子9H级燃机，9H级燃机是目前国内单台装机容量最大的燃机，其牢靠度接近百分之百，可利用度高于百分之九十六，由于具有以上显著优势，被越来越多热电联产电厂使用，9H级燃机是把燃料向能源最大限度的转换的一类方法[1]。截止到2019年初，西门子企业就已经被世界上各个区域的企业应用了将近100台的H级燃机，其中半数以上都被实际运作，点火的时长高达70万小时左右，其为现今在商业化运行中使用的净效率、牢靠度、动力最优的一类燃机。下面我们对西门子9H级燃机的基础动力进行建模分析：

一、有限元模型的创建

（一）参数化建模方向

借助SAP2000软件创建实物模型，使对实物模型的截面内力的获取更便捷，更适合投入在工程设计中。第一，要以控制点的位置实施燃机的基本分割工作，得到节点的横纵坐标与网格距离[2]。第二，以得到的横纵坐标和网格距离数据，借助计算机技术得到食物块指令文档，其中有实物单元、连续节点编号和相应的坐标数据。第三，以燃机的基本控制点坐标数据为参照，得到不一样的实物块，就实现全部的实物模型。

（二）整体分析模型的创建

燃机的根本主体架构借助体单元进行模拟，还有，将桿单元放置于基础上层，用来对其设备的刚度实施模拟，设施轴承和基础台板借助第一种刚性杆单元实施连接，此杆单元具有传递扰力的效果，要确保其具有抵抗压力、剪、扭的无限的刚度，其密度要及其小[3]。还有，第二中刚性杆单元用于对设备轴承节点的衔接，其把所有轴承的纵向运动进行阻碍，实现所有轴承进行纵向统一运动。所以，第二种杆单元的在抵抗压力与剪的刚度要无限大，其抗弯刚度与密度则相反。

基础混凝土的是C30，弹性模量为30000N/平方毫米，泊松比是0.2，其密度是2500千克/立方米。以地勘信息为参照，混凝土的灌注桩的单位横向动刚度维持在10000KN/米，纵向动刚度在192000KN/米。以相应的条例为参照，对桩基横向刚度的多桩效果进行分析，对基础水平与竖向的多桩效果整体系数，为2.113与1.777，进行改正之后分别为21130KN/米与11770KN/米，借助基本地面的有关位置节点的弹簧实现桩基刚度的模拟。

二、基础动力分析

（一）动力分析控制参数

在GEK63383要求里，进行燃机基本动力计算时要遵循下面几点：第一，使运行频率保持在百分之80到120之间，不能显现出明显振动的现象。第二，在正常转速条件下，基础顶面控制点所有主轴方向的的振动幅度要低于0.06in/sec。第三，当转速维持在0到120百分数之间，基础顶面的所有主轴方向的针对速度要低于0.15in/sec。

（二）模态分析

首先，要实施燃机基本模型的模态分析，将百分之0到120之内的运行频率中的自振频率与模态进行获取。能够得到，基础模型的前三时期自振模态主要表现为Y向、X向与绕Z轴转动的状况，对模型的0至60赫兹期间进行分析，得到50个振型，其中，X、Y、Z三方面的位于前方的9阶模态总数参和水平都高于百分之99，同时第9阶模态所展现出的自振频率使2220赫兹，小于40赫兹，也就是说，其处于正常运行频率的百分之80到120以内，且在三个方向上的剧本的振动未展现出明显的反应。

（三）强迫振动分析

以GEK63383里的要求的条例为参照，将基础振动的体现的阻尼数定为百分之2，将振动速度控制点设置在燃气轮机与发电机在基础顶面的节点上。借助SAP2000系统里的稳态分析手段对强迫振动实施分析，若模型处于0至60赫兹频率里的振动，对其实施分析时，要在动力计算的工况设定里，设定Y方向使相对角的0度方位，同时设定相应的工况，对燃气轮机遇发电机动扰力位置的差异状况实施了整体分析。对计算结果实施梳理后，在频率为0到60期间，发电机励磁位置旁边局部控制点的Y向最大振动速度维持在3.81到6.24mm/s，正常转速状态中，对外形实施整改后基础顶面的任一控制点的所有主轴方向的振动速度最高值是：0.6、1.49、0.63mm/s，以上数值都达不到1.52mm/s，处于频率为0至60赫兹的状态下，基础顶面控制点所有主轴方向的振动速度最高值是：1.65、2.62、149mm/s，都低于3.81mm/s，GEK63383要求被实现，燃气轮机局部振动控制点的振动速率最高平均方根是2.78mm/s，低于4.5mm/s;燃气轮机局部振动控制点的振动速率最高均方根是3.13mm/s，低于3.8mm/s，ISO10816的要求被实现。

三、结语

本文在SPA2000有限元软件的基础上创建了西门子9H级燃机的基本实物模型，将刚性体系进行设定用来模拟上部位置的设备刚度，实施实物模型的动力分析，借助试算，燃机基本每一个控制点每个主轴上的最高振动状况均能达到企业标准，燃机基本每个控制点振动速度上的平均方根最高都符合标准，能够为相应的工程起到参照作用。

参考文献：

[1]李大治，石亚玲，赵聪.流化床锅炉飞灰再循环节能改造运行总结[J].氮肥与合成气，2017，45（2）：4-6.

[2]杨春雨，马玉亭，徐程，等.含氧燃料对柴油机供油系统的腐蚀性研究[J].现代车用动力，2019（2）：24-27.

[3]姜峰，陈乾，李春青，等.16V265H型柴油机燃油喷射系统结构分析[J].广西科技大学学报，2017（04）：105-110.