某海外2×150MW机组汽机基础动力特性分析

中图分类号：TU 476.1 文献标志码：A

1 有限元模型

基座工艺布置为从左到右分别布置励磁系统、发电机、高中压缸、低压缸。本项目基座结构形式采用现浇钢筋混凝土框架式结构。利用SAP2000 软件建立汽机基座有限元模型，其中梁、柱等构件采用杆单元，柱和纵横梁节点处刚度大，用刚域系数模拟。扰力作用点以及转子质量等取在横梁截面的形心位置，机务设备管道荷载等按照集中荷载在作用点上。

模型主要信息：台板尺寸为 23.78m×10.43m ，运转层标高为11m，中间层标高为6m。底板顶标高为-3.5m，底板厚度为3m。框架柱Ⅰ轴、Ⅱ轴尺寸为 1800×1200 ，跨度为 8.63m，Ⅲ轴、Ⅳ轴尺寸为 1200×1200 ，跨度为9.23m。

2 动力分析

2.1 模态分析

模态分析法也被称为振型叠加法动力分析，模态分析提供了结构的基本性能参数。对基座进行模态分析。根据有效质量参与系数以及对应的振型图确定基座的基本频率和模态数如表1 所示：

表1 汽机基座频率分析

汽轮机的临界转速与基础的自振频率接近或重合，可能会导致共振现象，影响汽轮机的安全运行。结果表明，基础的主要模态为：1 阶模态-纵向平动、2 阶模态-横向平动以及3 阶模态-扭转。固有频率分布主要集中在20Hz 以内。本工程厂家提供汽轮机临界转速（r/min)：高中压转子（一阶）1828r/min，低压转子（一阶）2148r/min。高中压转子、低压转子的临界转速均大于30Hz。在机组启动过程中主要模态自振频率均避开临界转速频率，避开率超过 50% 。这种分布为机组提供了较好的运行环境。

2.2 振动荷载-扰力分析

汽轮机发电机运行过程中，转子不可避免的存在不平衡分量，并产生离心力，对机器和基产生强迫振动。按照《动力机器基础设计标准》规定，任意转速下的扰力（振动荷载）为：

(1)

式中：F0i 第i 点任意转速的扰力（kN)；Fgi-第i 点工作转速时的扰力（kN）；

n0-任意转速(r/min)；n-工作转速（r/min）。

各轴承作用点的扰力值如下表所示。

根据《发电 土建结构设计 照空间多自由度体系计算动内力时，应取1.25 倍机器工作转速范围内的最 为控制值 因此机器动力分析的频率范围为0~62.5HZ。

2.3 稳态分析

汽轮发电机基础的容许振动值宜采用振动速度均方根值作为控制指标，根据《发电厂土建结构设计规程》DL/T 5022-2023 第 7.2.7 条规定：机器额定转速在 3000（rad/min）作用下，容许振动速度均方根值为 3.8mm/s 。机器各个点在扰力作用下的振动速度如下图所示，均满足要求。

图1 汽轮发电机基础振动

结论

本文对汽机基座进行了模态分析和动力响应分析具体分析结论如下：

汽机基座的主要振型的频率特性与临界转速相差 50% 以上，在汽轮机运行过程中能有效避免共振现象的发生。稳态分析结果汽机中轴承中心点的振动速度均方根值最大为3.1mm/s。最新发布的《发电厂土建结构设计规程》DL/T 5022-2023、《动力机器基处设计规范》规定汽轮发电机基础的容许振动值宜采用振动速度均方根值作为控制指标，机器额定转速在3000（rad/min）作用下，容许振动速度均方根值为 3.8mm/s 。分析结果满足要求。

参考文献

[1] GB40040-2020 动力机器基础设计规范[s]

[2] 国家能源局.发电厂土建结构设计规程 [M].北京：中国计划出版社，2023.

[3] 罗国澍. 汽机基础的结构分析与设计——关于我国现行的空间多自由度法[J]. 电力建设，1983(1):