AP1100汽機基礎動力特性研究

萬淑貞

摘要：基于相似原理，本文按照1：8的比例設計建造了汽輪機組基礎的模型，以研究其動力特性。本課題采取多點隨機激振方法，測試結構的自振特性。采用錘擊法考查動剛度信息。值得注意的是，本模型中嘗試模擬凝汽器，模態分析后，也得到了凝汽器的振動。通過測試，得到了該汽機基礎模型的各階頻率、振型、阻尼比以及各軸承160—240HZ的動剛度變化規律。

關鍵詞：動力特性 凝汽器 模態分析 動剛度

中圖分類號：TU476文獻標識碼：A文章編號：1009-5349（2016）13-0245-01

隨著電力建設的高速發展，大型汽輪機組框架結構基礎得到了越來越廣泛的應用。而汽輪機組的動力特性對于電廠的安全可靠的運行有著舉足輕重的意義。實踐已證明，基于相似定律進行模型試驗得到的結果是可靠的。

一、工程概況

本實驗模型是柔性基礎，即在柱頭用預埋件與彈簧隔振器連接，彈簧隔振器的剛度不同，用以調整不同位置的剛度差異，使得臺板振動協調。在結構的橫向為雙排柱布置，在梁柱之間有許多小空間可以靈活布置極大地滿足了工藝和使用需求。凝汽器部分做到與原型在質量和重心上等效。同時，在凝汽器的四角上焊接鋼管，連至頂梁的四個傳力點，模擬低壓缸的貓爪連接。建造極其精細化，多達52個洞口，小至3cmX2cm的小洞口都逐一施工到位。這一點最大可能地考慮了截面削弱情況，保證截面特性最大地符合原型，使得后續實驗結果更理想。

二、模態分析

模態分析技術從20世紀60年代后期發展至今已趨成熟。它和有限元分析技術一起已成為結構動力學中兩大支柱。模態分析是結構動力學中的一種“逆問題”分析方法。它與傳統的“正問題”方法主要是指有限元方法不同是建立在實驗或實測的基礎上采用實驗與理論相結合的方法來處理工程中的振動問題。

在LMS軟件中，建立測點布置圖。為了使模態分析結果更加接近現實情況，在建模過程中布置了多達188個控制點，在建模過程中布置了多達188個控制點，以保證激振結果能獲得更真實的模型振動信息。其中，B03是縱向激振點，B12是豎向激振點，B21是橫向激振點，這是按照盡量使能量均勻分布的原則布置的。

從振型圖中可以看出，第一階為整體水平縱向振動（0.880HZ），第二階為整體水平橫向扭轉（1.180HZ），第三階為水平橫向平動（1.348HZ）。從第四階開始依次出現凝汽器部分的振動：縱向平動（1.455HZ）、橫向平動（1.968HZ）、扭轉（2.193HZ）、豎向平動?？梢钥闯觯Y構的振動符合一般的建筑平動、扭動的規律，是良好的抗震體系。從第四階開始，出現了凝汽器的各種振動形式，包括：縱向平動，橫向平動，扭轉以及豎向平動。與整體的振動形式出現的順序較為一致。

三、動剛度分析

在各軸承位置施加擾力，然后計算出該點在160-240HZ的振動幅值，進而可計算出動剛度值。由各軸承動剛度頻域曲線圖可知，W02，W04，W06處的動剛度值相對較小，而這正是低壓缸所在位置的三道梁的軸承處，是結構的薄弱位置。分析可知，彈簧基礎動剛度值直接影響其臨界轉速。而臨界轉速是與整個軸系的穩定、安全運行息息相關的。

四、結論

針對該1：8汽機基礎縮尺模型的模態試驗及動剛度測試所得其自振特性所得數據可得以下結論：

（1）得到了其各階頻率、阻尼比及振型，掌握其典型振動特性，有助于把握地震中的薄弱環節。從這個角度講，可以優化汽機基礎的設計。

（2）得到了結構在關鍵頻率范圍內的動剛度曲線，其峰值可以用來判斷臨界轉速是否滿足動力基礎規范的要求。

（3）通過模態分析，繼而進行響應預測，可以得到結構的各擾力點振動線位移信息，其范圍不能超出西門子規范的幅值。

（4）本課題的實驗結果數據能很好地與ANSYS模擬結果相吻合，這一點，尤其是從各階頻率，以及振型出現的先后順序，相應特點中可見一斑。這再次有力地證明了模型試驗結果的可靠性。

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