百萬千瓦汽輪發電機組采用彈性基礎優越性分析

沈國棟 洪久安 朱義輝

(1.安徽淮南平圩發電有限責任公司,安徽淮南 232089;2.安徽淮南平圩電力檢修工程有限責任公司,安徽淮南 232089)

百萬千瓦汽輪發電機組采用彈性基礎優越性分析

沈國棟1洪久安2朱義輝1

(1.安徽淮南平圩發電有限責任公司,安徽淮南 232089;2.安徽淮南平圩電力檢修工程有限責任公司,安徽淮南 232089)

通過對汽輪發電機組彈性基礎結構及優點的介紹, 建議安徽淮南平圩三期汽輪發電機基礎采用彈性基礎的方式,供同類型機組參考。

隔振基礎 隔振方式 隔振基礎優點

平圩電廠三期工程將建設2×1000MW級超超臨界燃煤發電工程。本工程位于淮北沖積平原的南緣，場地土類型為中軟土，建筑場地類別為II類。就建筑抗震地段屬性而言，屬可進行建設的一般場地。根據《淮南平圩電廠三期工程廠區—巖土工程勘察報告》可知，建設項目場地是由于洪積、湖積和沖積交互作用，使亞粘土或粉質粘土與砂層相間沉積而成的。

1 引言

我國電力建設正處在高速發展時期，建設規模日益擴大，600MW機組已成為電網主力機組，單機容量已發展到建設1000MW級的汽輪發電機組，這就給我國已發展起來的汽機基礎設計提出了更高的要求。國家標準“動力機器基礎設計規范”明確提出了汽機基礎“大、柔、剛”的優化選型原則，汽輪發電機采用彈簧隔振基礎，在柱頂設置彈簧，充分實現了“柔柱”的設計理念。采用彈簧隔振基礎，正逐步成為未來大型汽輪發電機組基礎布置的方向[1]。

2 隔振裝置的應用業績

在國外，上世紀60年代由德國隔而固(GERB)公司所研制的彈性支承隔振系統首次應用于600MW核動力汽輪發電機組上，20世紀70年代初德國卡威屋(KWU)公司所制造的單機功率為1300MW半速核電汽輪機組(n=1500r/min)均采用了彈簧隔振基礎，目前，在全世界范圍內有560余臺汽輪發電機組應用彈性支座隔振系統。

在國內，從1997年開始我國火電機組就開始采用了彈簧隔振裝置。ALSTOM公司生產的大別山電廠600MW機組、平涼電廠600MW機組也采用彈簧基礎，目前田灣核電站的2臺1060MW全速核電汽輪機組，大亞灣嶺東核電站2*1000MW半速機組的也都采用的彈簧基礎，并且都已投運，運行良好。

3 彈簧隔振基礎的布置形式

(1)常規基礎，這種基礎大都采用島式布置，典型的常規基礎橫向布置。

(2)島式布置的彈簧隔振汽機基礎，將常規基礎的所有柱子沿頂板底面切斷，并將切斷后的柱頭再切除一截(其長度等于隔振器的高度)，然后在柱頂與頂板之間塞進隔振器，就形成了島式布置的彈簧隔振汽機基礎。

(3)聯合布置隔振基礎。島式布置的彈簧隔振基礎已將機組和頂板與下部結構隔開，具備了隔振的功能，其下部結構已沒有必要再與主廠房分割開來，為了調整抗震性能和優化結構布置，又進一步把隔振基礎的下部結構與主廠房結構聯系起來，演變成了聯合布置的彈簧隔振基礎，聯合布置隔振基礎所帶來的優點已經超出了抗震性能的改善，它為改進工藝布置、節約主廠房空間、降低工程造價帶來了巨大的潛力[2]。

平圩三期工程汽輪發電機組采用的是Alstom(原ABB)公司的技術，機組的特點是外缸支承，單軸承，落地軸承結構.在低壓缸凝汽器彈簧基礎的布置上又分為兩種形式：

(1)汽輪機與凝汽器采用焊接剛性聯接、凝汽器彈簧支承，汽輪機排汽缸與凝汽器組成一個壓力容器，汽輪機排汽缸不承受真空吸力，因而基礎也不承受真空吸力。

(2)汽輪機與凝汽器采用波紋管柔性聯接、凝汽器固定支承，汽輪機排汽缸將承受真空吸力，這個真空吸力由排汽缸傳遞給基礎臺座，再由基礎臺座傳遞給彈簧。

對于這2種不同的聯接方式，彈簧基礎的設計特點的不同點在于支承彈簧的剛度選型不一樣，彈簧的選型決定于Alstom汽輪發電機組基礎設計準則對臺座變形的限制，即規定機組軸系軸線的垂向與水平向撓度，對單軸承設計，通過3個依次相鄰的軸承位置計算的曲率半徑，必須大于等于40km(雙軸承設計為80km)，平圩三期工程主機采用的是單軸承設計，所以曲率半徑必須大于等于40km。上述兩種連接方式在國內Alstom公司單軸承支撐的同類型機組上都已經有了使用業績。

第一種方式的優點在于機組基礎不承受真空吸力，機組基礎在設計的時候能更好的滿足Alstom汽輪發電機組基礎設計準則對臺座變形的限制，這樣選用基礎彈簧的時候就能夠選用較大的工作載荷壓縮量的隔振彈簧來降低彈簧對基礎不均勻沉降的敏感度，減少因基礎沉降所帶來的調整鋼板對彈簧進行補償的工作量。但是采用這種方式必須考慮凝汽器加載給汽輪機的部分水載荷，這個水載荷給汽輪機排汽缸一個向下的力，要能夠補償機組運行中向上的頂起力：一定要保證汽缸不能被頂起，一旦汽缸被頂起，動、靜葉片就會發生摩擦，就會損壞汽輪機[3]。

第二種連接方式的優點在于凝汽器的載荷與所有水載荷都由凝汽器基礎承載.運行中凝汽器所有可能產生的向上的變形都由波紋管補償.不用考慮向上的頂起力對汽缸的影響，安全性有了保證。但是需要注意采用這種方式，汽輪機排汽缸將承受真空吸力，這個力由排汽缸傳遞給基礎臺座，基礎臺板受力后的曲率半徑將可能小于Alstom基礎設計準則要求，那么就要通過在基礎臺板下選用垂向剛度較大、工作載荷下壓縮量較小的隔振彈簧來使得臺座變形變小，從而滿足設計準則要求，但這樣一來，彈簧壓縮量太小時，基礎對不均勻沉降就會太敏感，從而增加了調整鋼板對彈簧進行補償工作的頻率。

這兩種方式各有優缺點，建議采用第二種方式，根據對平圩二期工程沉降數據的了解，沉降量為每半年1mm左右，考慮到沉降量不是很大，調整工作頻率不會增加，出于對影響機組運行安全及影響軸系對中因素的考慮，推薦使用波紋管柔性聯接方式。

4 隔振彈簧基礎的優點

(1)使用隔振彈簧將主機臺板與立柱解除剛性連接后，由機器轉子殘余不平衡量產生的動荷載不會再傳遞到立柱上，這減小了立柱的截面尺寸，從而減少了基礎體積，縮短施工和安裝周期，提高經濟效益[4]。

(2)與固定基礎相比，汽輪發電機周圍的振動或被動隔振的精密設備基礎上的振動可減少80%～90%左右，由于減少了振動，故可把相關的設備安裝得近些，從而可縮短距離，提高工效及廠房利用率，也能達到降低成本的目的。

(3)機組本身所受的動荷載減小，降低了設備磨損，降低了液壓、電控系統的故障率，延長了機組壽命。

(4)降低汽輪發電機機身由于基礎不平或不均勻沉降造成的內應力，使機架受力均勻，在地基發生不均勻沉降的情況下，可以在不停機的狀態下對設備或設備基礎進行快速調平。

(5)島式布置彈簧隔振汽機基礎具有良好的抗震性能，可以抵抗高達8度的地震;聯合布置彈簧隔振汽機基礎的抗震性能更佳，可以抵抗9度及以上的強震。兩種布置方式都可提高設備的抗震能力，保護設備免受地震損壞，而聯合布置隔振基礎所帶來的優點已經超出了抗震性能的改善，它為改進工藝布置、節約主廠房空間、降低工程造價帶來了巨大的潛力。

(6)國內普遍采用隔而固隔振器，彈性基礎基本免維護，無運行費用，且壽命長達30年以上。

5 結語

通過上述分析，建議平圩電廠三期工程基礎布置選用聯合布置隔振基礎的汽輪機與凝汽器波紋管柔性聯接、凝汽器固定支承方式，這樣不但可以減少基建過程中的投資，減少機組振動對周圍環境和輔助設備帶來的損害，提高設備的使用效率，提高機組的抗震性能，縮短施工和安裝周期，而且也是符合國家發展汽機基礎設計更高要求的。通過華東電力設計院土建室對三期工程彈性基礎與剛性基礎作了對比設計與經濟核算，結論是增加的彈簧投資和節約的前期土建投入基本持平，沒有成本增加。若考慮機組的檢修工作，將會節省檢修時間，從而又提高了機組的利用率。

[1]尹學軍.振動控制在工業設備中的應用《.機電產品開發與創新》,2003.

[2]尹學軍,王偉強,沙曾炘.汽輪發電機組彈簧隔振基礎分析.電力建設,2003.

[3]羅國澍,房俊喜,王建.汽輪發電機組彈簧隔振基礎的抗震性能.武漢大學學報,2009.

[4]尹學軍,王建立,谷朝紅等.汽輪機與凝汽器不同聯接方式下的彈簧隔振基礎設計.武漢大學學報,2010.