弹簧隔振台板简介0912.docx

汽轮发电机组弹簧减振基础介绍
随着电力工业的高速发展,越来越多的汽轮发电机组基础的结构采用了弹簧隔振基础。下面简单介绍一下弹簧减振基础的情况：
一、弹簧隔振基础的由来
汽轮发电机组基础的传统结构形式是框架式基础,也是比较合理的一种结构形式。它占地面积小,结构尺寸较紧凑,可以有足够的空间以布置工艺管线和辅助设备,也便于设备检修和维护。框架式基础包括顶台板、立柱和底板,其结构见图1。

图1框架式基础
基础的频率主要与柱子的柔性有关,为了区分不同形式的基础,在美国采用了如下的定义:
高频基础fm/fn<0.7
常规基础1.4<fm/fn<3.0
低频基础fm/fn>3.0
式中:fm为机器的转速,r/s;fn为基础的垂直向基本频率,r/s。
高频基础的特点是柱子粗矮,低频基础则柱子细高,见图2,图3[2]。

图2高频基础(单位:mm)

在过去设计钢筋混凝土基础时,为避免在垂直方向出现共振的可能性,往往采用高频基础,高频基础柱子比较粗大,以致很难布置设备。
在美国通常将凝汽器刚性支承在基础底板上,并且在汽轮机与凝汽器的接口处有一个膨胀接头。这种布置方式使基础顶台板必须承受凝汽器的全部真空吸力。由于这一负载产生在机组轴线找正以后,所以基础柱子必须做得相当大,以满足制造厂提出的允许变位要求。该基础属于常规基础的范围。
在国外,汽轮机基础的另一趋势是采用钢结构基础。在欧洲以德国为代表,钢结构基础设计成低频的。第一个钢结构低频基础于1935年建在德国玛尼盖玛电厂,机组容量为20MW。电厂位于莱茵河的沙质河岸上，在这种情况下,不允许将汽轮机组运转时产生的较大振动传给地基。由于当时普遍采用钢筋混凝土高频基础,不具备足够的消振性能。因此该电厂只能建造低频基础。电站建成之后,从基础柱周围的地基中测振证明,基础设计者的意图完全得到满足。这样就发现了钢结构低频基础的优越性。它能改善汽轮机组的运行和工作条件。
基于大量的试验研究,上个世纪50年代出现了低频基础的设计概念,以德国为代表,即要求设计的汽轮机基础频率低于机器的工作转速。按照低频基础的设计方法建成的汽轮机基础,实践证明其动力性能良好,优点较突出。德国于1955年正式颁布了DIN4024《旋转式机器的支承结构》,成为一些国家普遍采用的设计标准，低频基础有了很大发展。1988年,德国又对DIN4024做了修改,正式命名为《旋转式机器的柔性支承结构》。
随着核电站的建设,给核电汽轮机基础提出了新的课题。核电站的大型汽轮发电机组其重量大,工作转速又低(1500rmin或1800rmin)。对这种机组试图设计成低频基础,就产生了极大困难,这就促使基础设计的工程师们寻找别的途径。新型的螺旋弹簧隔振基础,就在这样的背景条件下发展起来。德国于1968年建成了第一座600MW核动力汽轮发电机弹簧隔振基础,投产后取得了很大的成功。之后,不仅在1500rmin机组上运用,而且发展到3000rmin常规的火电机组上也广泛采用。
图4、图5分别为建设中的弹簧基础外貌和建成后的300MW汽轮发电机组弹簧基础外形。
图4建设中的弹簧基础外貌
图5300MW机组弹簧基础外形
二、汽轮发电机组弹簧隔振基础的布置形式
典型的常规汽机基础横向岛式布置如图1所示。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（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（图2）。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（图3）。

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。
三、弹簧隔振的主机与凝汽器的匹配方案
第一种：主机的顶台板采用弹簧隔振，凝汽器采用刚性支撑，凝汽器与低压缸之间采用膨胀节连接，这样匹配的特点：凝汽器的重量以及凝汽器运行时水的重量均有底板刚性基础承受，可以拟补机组运行时凝汽器受热膨胀对机组顶台板产生的上窜力；但这种结构难以消除真空吸力。顶台板承受真空吸力，容易导致顶台板变形，从而使轴系中心变形。
第二种：机组顶台板和凝汽器都采用弹簧隔振，凝汽器与低压缸之间采用刚性连接。这样匹配的好处是：是真空吸引力由外力变成了内力，不作用在顶台板上，可以消除真空吸力，凝汽器运行水重有顶台板承担。
第三种：机组顶台板采用弹簧隔振，低压缸无台板，低压外缸直接坐在凝汽器上，低压外缸重量与凝汽器的全部重量有凝汽器承受，低压内缸与外缸采用O型密封圈连接，内缸靠轴承座支撑在汽轮机基础上，如此内缸不承受与凝汽器真空和水位变化有关的荷载作用，减少了汽