西門子9H燃機基礎動力分析

薛銳

摘 要：新世紀以來，環保是國家發展優先關注的重點，國家要在“綠色”的環境下進步。西門子企業積極配合國家出臺的“以熱定電”的準則，將以煤為能源的工業小鍋爐用潔凈的天然氣能源代替，在保障工業蒸汽與電力被穩定提供的基礎上，使環境得到最大限度的保護。

關鍵詞：西門子;9H燃機;基礎動力;分析

我公司正在實施的某燃氣冷熱電三聯供工程采用的是西門子9H級燃機，9H級燃機是目前國內單臺裝機容量最大的燃機，其牢靠度接近百分之百，可利用度高于百分之九十六，由于具有以上顯著優勢，被越來越多熱電聯產電廠使用，9H級燃機是把燃料向能源最大限度的轉換的一類方法[1]。截止到2019年初，西門子企業就已經被世界上各個區域的企業應用了將近100臺的H級燃機，其中半數以上都被實際運作，點火的時長高達70萬小時左右，其為現今在商業化運行中使用的凈效率、牢靠度、動力最優的一類燃機。下面我們對西門子9H級燃機的基礎動力進行建模分析：

一、有限元模型的創建

（一）參數化建模方向

借助SAP2000軟件創建實物模型，使對實物模型的截面內力的獲取更便捷，更適合投入在工程設計中。第一，要以控制點的位置實施燃機的基本分割工作，得到節點的橫縱坐標與網格距離[2]。第二，以得到的橫縱坐標和網格距離數據，借助計算機技術得到食物塊指令文檔，其中有實物單元、連續節點編號和相應的坐標數據。第三，以燃機的基本控制點坐標數據為參照，得到不一樣的實物塊，就實現全部的實物模型。

（二）整體分析模型的創建

燃機的根本主體架構借助體單元進行模擬，還有，將桿單元放置于基礎上層，用來對其設備的剛度實施模擬，設施軸承和基礎臺板借助第一種剛性桿單元實施連接，此桿單元具有傳遞擾力的效果，要確保其具有抵抗壓力、剪、扭的無限的剛度，其密度要及其小[3]。還有，第二中剛性桿單元用于對設備軸承節點的銜接，其把所有軸承的縱向運動進行阻礙，實現所有軸承進行縱向統一運動。所以，第二種桿單元的在抵抗壓力與剪的剛度要無限大，其抗彎剛度與密度則相反。

基礎混凝土的是C30，彈性模量為30000N/平方毫米，泊松比是0.2，其密度是2500千克/立方米。以地勘信息為參照，混凝土的灌注樁的單位橫向動剛度維持在10000KN/米，縱向動剛度在192000KN/米。以相應的條例為參照，對樁基橫向剛度的多樁效果進行分析，對基礎水平與豎向的多樁效果整體系數，為2.113與1.777，進行改正之后分別為21130KN/米與11770KN/米，借助基本地面的有關位置節點的彈簧實現樁基剛度的模擬。

二、基礎動力分析

（一）動力分析控制參數

在GEK63383要求里，進行燃機基本動力計算時要遵循下面幾點：第一，使運行頻率保持在百分之80到120之間，不能顯現出明顯振動的現象。第二，在正常轉速條件下，基礎頂面控制點所有主軸方向的的振動幅度要低于0.06in/sec。第三，當轉速維持在0到120百分數之間，基礎頂面的所有主軸方向的針對速度要低于0.15in/sec。

（二）模態分析

首先，要實施燃機基本模型的模態分析，將百分之0到120之內的運行頻率中的自振頻率與模態進行獲取。能夠得到，基礎模型的前三時期自振模態主要表現為Y向、X向與繞Z軸轉動的狀況，對模型的0至60赫茲期間進行分析，得到50個振型，其中，X、Y、Z三方面的位于前方的9階模態總數參和水平都高于百分之99，同時第9階模態所展現出的自振頻率使2220赫茲，小于40赫茲，也就是說，其處于正常運行頻率的百分之80到120以內，且在三個方向上的劇本的振動未展現出明顯的反應。

（三）強迫振動分析

以GEK63383里的要求的條例為參照，將基礎振動的體現的阻尼數定為百分之2，將振動速度控制點設置在燃氣輪機與發電機在基礎頂面的節點上。借助SAP2000系統里的穩態分析手段對強迫振動實施分析，若模型處于0至60赫茲頻率里的振動，對其實施分析時，要在動力計算的工況設定里，設定Y方向使相對角的0度方位，同時設定相應的工況，對燃氣輪機遇發電機動擾力位置的差異狀況實施了整體分析。對計算結果實施梳理后，在頻率為0到60期間，發電機勵磁位置旁邊局部控制點的Y向最大振動速度維持在3.81到6.24mm/s，正常轉速狀態中，對外形實施整改后基礎頂面的任一控制點的所有主軸方向的振動速度最高值是：0.6、1.49、0.63mm/s，以上數值都達不到1.52mm/s，處于頻率為0至60赫茲的狀態下，基礎頂面控制點所有主軸方向的振動速度最高值是：1.65、2.62、149mm/s，都低于3.81mm/s，GEK63383要求被實現，燃氣輪機局部振動控制點的振動速率最高平均方根是2.78mm/s，低于4.5mm/s;燃氣輪機局部振動控制點的振動速率最高均方根是3.13mm/s，低于3.8mm/s，ISO10816的要求被實現。

三、結語

本文在SPA2000有限元軟件的基礎上創建了西門子9H級燃機的基本實物模型，將剛性體系進行設定用來模擬上部位置的設備剛度，實施實物模型的動力分析，借助試算，燃機基本每一個控制點每個主軸上的最高振動狀況均能達到企業標準，燃機基本每個控制點振動速度上的平均方根最高都符合標準，能夠為相應的工程起到參照作用。

參考文獻：

[1]李大治，石亞玲，趙聰.流化床鍋爐飛灰再循環節能改造運行總結[J].氮肥與合成氣，2017，45（2）：4-6.

[2]楊春雨，馬玉亭，徐程，等.含氧燃料對柴油機供油系統的腐蝕性研究[J].現代車用動力，2019（2）：24-27.

[3]姜峰，陳乾，李春青，等.16V265H型柴油機燃油噴射系統結構分析[J].廣西科技大學學報，2017（04）：105-110.