動力機器隔振基礎(chǔ)

1、動力機器隔振基礎(chǔ)編者按：以下內(nèi)容為青島隔而固公司編寫的“土規(guī)修編意見”該意見主要對汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子動擾力的取值規(guī)定基礎(chǔ)振動的評價標準等原則問題提出了不同于現(xiàn)行國標“動規(guī);B50040T6”的看法，其依據(jù)亦為國標“GB9239、GB6075”（機器制造系統(tǒng)）。這里推薦給大家學習，從中得到啟發(fā)，將成熟的部分吸納到土規(guī)修編中。1.汽輪發(fā)電機組彈性支承的汽輪發(fā)電機組基礎(chǔ)，將常規(guī)固定基礎(chǔ)的頂臺板與立柱之間的固定連接解開，插入彈簧隔振器以摩擦系數(shù)等于2的自粘墊板連接。由于彈簧隔振器的隔振作用，原來的頂臺板，現(xiàn)在的基礎(chǔ)臺板，成了唯一的動力機器基礎(chǔ)，而彈簧隔振器以下的立柱、底板與中間樓層都成為靜力廠房基礎(chǔ)?；A(chǔ)

2、臺板混凝土的強度等級，不宜小于C30，基礎(chǔ)用的鋼筋不宜低于II級鋼，可以考慮采用III級鋼。擾力來自汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子殘余不平衡量在作回轉(zhuǎn)運動時產(chǎn)生的離心力。從離心力到作用到基礎(chǔ)上的擾力的總傳遞系數(shù)應(yīng)該小于1?？倐鬟f系數(shù)大于1的機器是設(shè)計不成熟的機器，不能接受。作保守處理，取總傳遞系數(shù)等于1，所以擾力等于離心力。擾力的計算公式為：L=N你畑二匹0呵加工（1）式中，為作用在基礎(chǔ)第點的擾力（N或kN）,m為作用在基礎(chǔ)i第i點的機器轉(zhuǎn)子質(zhì)量（kg或t）,e為轉(zhuǎn)子不平衡量的偏心距（m）,s為轉(zhuǎn)子的角速度（1/s）,es為動平衡等級（m/s）,W為作用在i基礎(chǔ)第i點的機器轉(zhuǎn)子重量（N或kN）,g為重力加速

3、度（m/s2）,n為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（r/min）。國標GB9239剛性轉(zhuǎn)子平衡品質(zhì)許用不平衡的確定的表2常用各種剛性轉(zhuǎn)子的平衡品質(zhì)等級給出，汽輪發(fā)電機組的動平衡等級為級，即es=s，代入動平衡等級、轉(zhuǎn)速n=3000r/min以及重力加速度g=s2，得汽輪發(fā)電機組的擾力為：P=（2）gi對于轉(zhuǎn)速為3600r/min以及半速（1500或1800r/min）機組，擾力的公式見表1表1汽輪發(fā)電機組的擾力（N或kN）機器工作轉(zhuǎn)速（r/min）3000360015001800擾力（N或kN）因為動平衡等級控制（es）值為定值，所以由公式（1）得，任意轉(zhuǎn)速時的擾力Poi與轉(zhuǎn)速成正比：（3）式中，P為任意轉(zhuǎn)速時i

4、點的擾力值（kN）oiP為工作轉(zhuǎn)速時i點的擾力值（kN）gin為任意轉(zhuǎn)速（r/min）on為工作轉(zhuǎn)速（r/min）汽輪發(fā)電機組基礎(chǔ)臺板的振動判據(jù)，應(yīng)該按國標GB中、附錄A評價區(qū)域的邊界中表A1汽輪發(fā)電機組軸承座振動速度評價區(qū)域邊界的推薦限值，見下表：區(qū)域邊界軸轉(zhuǎn)速（r/min）1500或18003000或3600振動速度均方根值（mm/s）A/BB/CC/D注：這些數(shù)值相應(yīng)于在額定轉(zhuǎn)速、穩(wěn)定工況下在推薦的測量位置（見圖1）上用于所有軸承的徑向振動測量和推力軸承的軸向振動測量。通過機器臨界轉(zhuǎn)速與基礎(chǔ)臺板的固有頻率時，基礎(chǔ)臺板的振動應(yīng)該保證機器的相對軸振小于報警值。汽輪發(fā)電機組軸振的標準為國標GB

5、/T旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)軸徑向振動的測量和評定，第2部分：陸地安裝的大型汽輪發(fā)電機組。該標準中表1給出各區(qū)域轉(zhuǎn)軸相對振動位移界限值如下：區(qū)域界限值額定轉(zhuǎn)速（r/min）1500180030003600轉(zhuǎn)軸相對振動位移峰峰值（um）A/B100908075B/C120200120185120165120150C/D200320185290180260180240該標準中表2給出各區(qū)域轉(zhuǎn)軸絕對振動位移界限值如下:區(qū)域界限值額定轉(zhuǎn)速（r/min）1500180030003600轉(zhuǎn)軸絕對振動位移峰峰值（umm）A/B12011010090B/C240?170220?160200?150180?145C/D385

6、?265350?265320?250290?245報警值為C/D區(qū)域邊界值中的某個數(shù)值。例如西屋機型相對軸振的報警值為225m。根據(jù)外髙橋電廠汽輪發(fā)電機組柔型固定基礎(chǔ)的實測數(shù)據(jù)，在機組停機通過立柱水平固有頻率時，基礎(chǔ)線位移值達到200m以上，機組軸振卻遠小于225um，所以可以取通過機器臨界轉(zhuǎn)速與基礎(chǔ)臺板的固有頻率時，基礎(chǔ)臺板的振動應(yīng)該小于250umo彈性支承汽輪發(fā)電機組的基礎(chǔ)臺板，必須應(yīng)用如STARDYNE那樣的大型程序，進行靜力與動力分析。靜力與動力分析的內(nèi)容與步驟包括基礎(chǔ)臺板厚度的確定，凝汽器荷載的分配，彈簧隔振器的選型，動力分析、靜力分析、布筋設(shè)計與抗地震校核。1.7.1彈簧隔振的汽輪

7、發(fā)電機組必須與彈性支承的凝汽器相配。1.7.2基礎(chǔ)臺板厚度的確定：彈性支承汽輪發(fā)電機組基礎(chǔ)臺板的厚度，取為與常規(guī)固定基礎(chǔ)頂臺板的厚度一致。30%的冷態(tài)運行重量加給汽輪機排汽缸作為預(yù)拉力。百份額取得越小，凝?凝汽器荷載的分配：為了防止凝汽器熱態(tài)工作時因熱膨脹而將汽輪機低壓排汽缸向上頂起，也為了防止凝汽器單側(cè)水室運行時因偏載而失穩(wěn)，必須將凝汽器25汽器支承彈簧的剛度也越小，即彈簧越軟，價格也越貴。1.7.4彈簧隔振器的選型：由機器的靜重、基礎(chǔ)臺板的靜重、加給汽輪機排汽缸的凝汽器重量份額與吊掛在基礎(chǔ)臺板上的管道的重量以及這些重力的分布，選擇彈簧隔振器的型號，使彈簧隔振器的承載能力留有足夠的預(yù)量，而系

8、統(tǒng)垂向固有頻率在范圍內(nèi)。1.7.5動力分析：首先，動力分析要根據(jù)擾力對基礎(chǔ)臺板建模，計算基礎(chǔ)臺板在0倍機器額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)所有自由振動的模式與頻率。只有與轉(zhuǎn)子殘余不平衡量有關(guān)的激振力才是動力分析的擾力，其余的力都不屬于動力分析的范疇。計算各個振動模式下臺板的參振質(zhì)量與參振系數(shù)。最后計算臺板振動的均方根速度與線位移，與國家標準GB中的規(guī)定值比較，不能大于標準規(guī)定的許可值。1.7.6靜力分析：靜力分析包括強度校核，除考慮機器的靜重、基礎(chǔ)臺板的靜重、分配的凝汽器重量份額與吊掛在基礎(chǔ)臺板上的管道的重量以外，還要考慮汽缸的熱膨脹力、管道推力、汽輪發(fā)電機組運行時的反力矩、活動荷載以及汽輪機斷葉片時的不平衡力

9、與發(fā)電機短路力矩等。1.7.7布筋設(shè)計：在靜力分析的基礎(chǔ)上，加上動力分析所得各個節(jié)點的力與力矩，進行布筋設(shè)計。1.7.8抗地震校核：應(yīng)用美國規(guī)范UBC（統(tǒng)一建筑規(guī)范）進行抗地震校核。1.7.9校核彈簧隔振器選型是否合適。2.輔助機器基礎(chǔ)電廠輔機，包括汽動給水泵、電動給水泵、風機、磨煤機與碎煤機等，的隔振，由于機器的精密度不同，隔振設(shè)計的要求、方法與內(nèi)容有很大的差異。電廠輔機的隔振設(shè)計，應(yīng)該遵循一臺機器一個基礎(chǔ)臺板的原則。如果兩臺機器共用一個基礎(chǔ)臺板，則當一臺機器停機、而另一臺機器仍在運行時，停用的機器的轉(zhuǎn)軸就會受到運行機器振動的磨損，而且磨損總是發(fā)生在停用機器轉(zhuǎn)軸與軸承接觸的最下點。時間長了，

10、轉(zhuǎn)軸會磨損壞。汽動給水泵與電動給水泵的轉(zhuǎn)速，髙達6000r/min左右，出廠前完成髙速動平衡，屬于精密機器。必須按國標9239剛性轉(zhuǎn)子平衡品質(zhì)許用不平衡的確定的表2常用各種剛性轉(zhuǎn)子的平衡品質(zhì)等級選取動平衡等級。小汽機、給水泵與液力偶合器的動平衡等級為級，電動機與前置泵的動平衡等級為級。擾力按公式(1)計算。通風機與鼓風機的動平衡等級為級。擾力按公式(1)計算。磨煤機與碎煤機的擾力目前尚無成熟的計算公式，一般由制造廠給出。汽動給水泵基礎(chǔ)臺板的振動判據(jù)，應(yīng)按國標GB中、附錄A評價區(qū)域的邊界中表A1振動烈度區(qū)域分類第一組機器：額定功率大于300kW并且小于50MW的大型機組；轉(zhuǎn)軸髙度H$315mm的

11、電機，見下表：支承類型區(qū)域邊界位移均方根值(um)速度均方根值(mm/s)剛性A/B29B/C57C/D90柔性A/B45B/C90C/D140注：對最髙運行轉(zhuǎn)速6000r/min的給水泵，按速度均方根值換算的A/B位移均方根區(qū)域邊界值，剛性支承時應(yīng)為um，柔型支承時應(yīng)為umo標準同時給出不按常規(guī)公式換算的位移均方根值，是考慮了頻譜中除了轉(zhuǎn)子擾力激振的髙頻振動（100Hz）以外，同時還存在因管道等隨機激振的低頻振動（低于10Hz）。在多種頻率同時激振的情況下，振動位移與振動速度不能按常規(guī)公式換算。通風機與鼓風機基礎(chǔ)臺板的振動判據(jù)，應(yīng)按國標GB中、磨煤機與碎煤機鋼筋混凝土基礎(chǔ)臺板的振動判據(jù)，當轉(zhuǎn)

12、速大于750r/min時，定為在擾力作用點垂直振動振幅小于100um,水平振動振幅小于150um；當轉(zhuǎn)速小于750r/min但大于300r/min時，定為在擾力作用點垂直振動振幅小于150um，水平振動振幅小于200umo有時受廠房結(jié)構(gòu)條件的限制，不可能使用較大質(zhì)量的鋼筋混凝土基礎(chǔ)臺板，則制造廠與用戶可適當放寬振動判據(jù)，例如對轉(zhuǎn)速大于750r/min的機組，定為在擾力作用點垂直與水平振動振幅小于250umo對鋼框架基礎(chǔ)，制造廠與用戶可根據(jù)運行經(jīng)驗推薦可接受的振動振幅值，例如定為在擾力作用點垂直與水平振動振幅小于500ym。彈性支承的輔機基礎(chǔ)臺板，屬剛性結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)臺板的厚度可用來控制一階彎振頻率

13、，使一階彎振頻率至少10%低于汽動給水泵組最低運行轉(zhuǎn)速，并使二階彎振頻率至少10%髙于汽動給水泵組最髙運行轉(zhuǎn)速。二階彎振頻率約為倍一階彎振頻率?；A(chǔ)臺板的一階彎振固有振動頻率f的計算公式為：式中，E(t/m)為鋼筋混凝土的彈性模量，I(m4)為基礎(chǔ)臺板的慣性矩，m(t)為機器加基礎(chǔ)臺板的總重量，l(m)為基礎(chǔ)臺板的長度。注：核算基礎(chǔ)臺板一階彎振頻率是初步分析的核心?，F(xiàn)在不少隔振公司忽略了這一步分析。當基礎(chǔ)臺板從8m變化到，有人設(shè)計的基礎(chǔ)臺板厚度一律為lm。這顯然不合適，因為基礎(chǔ)臺板的一階或二階彎振頻率可能與機器的工作轉(zhuǎn)速產(chǎn)生共振。彈性支承汽動與電動給水泵組的基礎(chǔ)臺板，必須應(yīng)用如STARDYNE

14、那樣的大型程序，進行靜力與動力分析。靜力與動力分析的內(nèi)容與步驟包括基礎(chǔ)臺板厚度的確定，彈簧隔振器的選型，動力分析、靜力分析與布筋設(shè)計。2.10.1汽動給水泵與汽輪發(fā)電機組布置在同一運轉(zhuǎn)層上，屬髙臺布置。使用彈簧隔振器后，通過兩根與汽動給水泵中心線平行的兩根縱向鋼梁連接到汽機島主廠房剛架結(jié)構(gòu)上，如圖1所示。If圖1彈簧隔振汽動給水泵頂臺板示意圖2.10.2基礎(chǔ)臺板尺寸的確定：基礎(chǔ)臺板的寬度與長度由小汽機與給水泵制造廠商給出。寬度方向適當加寬，以布置彈簧隔振器。度不變。所以基礎(chǔ)臺板尺寸的確定，主要是確定厚度。厚度按公式（4）計算確定，使一階與二階彎振頻率以至少10%的裕量避開汽動給水泵的最低與最髙

15、運行轉(zhuǎn)速。2.10.3彈簧隔振器的選型：由機器的靜重、基礎(chǔ)臺板的靜重、與吊掛在基礎(chǔ)臺板上的管道的重量以及這些重力的分布，選擇彈簧隔振器的型號，使彈簧隔振器的承載能力留有足夠的預(yù)量，而系統(tǒng)垂向固有頻率在范圍內(nèi)。供貨商應(yīng)當給出彈簧隔振器的水平剛度，以用于抗地震加速度的計算。彈簧隔振器必須與阻尼器一起使用，以在汽動給水泵啟動與停機過程中，在經(jīng)過彈簧自振頻率時，不致產(chǎn)生過大的振幅。阻尼器的垂直阻尼比D取為。供貨商應(yīng)當給出阻尼器的水平阻尼比。2.10.4彈簧隔振器的布置：彈簧隔振器選型后進行布置，使它的支反力合力盡量與機器、基礎(chǔ)臺板的重力在一條垂直線上，軸向與橫向的傾斜度小于m。2.10.5基礎(chǔ)臺板剛性

16、處理時六個自由度的固有頻率的計算與分析：要分析與校核頂臺板在這些固有頻率下，會不會與激振力產(chǎn)生共振？阻尼系數(shù)的選擇是否合適？2.10.6動力分析：首先，動力分析要根據(jù)擾力對基礎(chǔ)臺板建模，計算基礎(chǔ)臺板在0倍機器額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)所有自由振動的模式與頻率。只有與轉(zhuǎn)子殘余不平衡量有關(guān)的激振力才是動力分析的擾力，其余的力都不屬于動力分析的范疇。計算各個振動模式下臺板的參振質(zhì)量與參振系數(shù)。最后計算臺板振動的均方根速度與線位移，與國家標準GB中的規(guī)定值比較，不能大于標準規(guī)定的許可值。2.10.7靜力分析：靜力分析包括強度校核，除考慮機器的靜重、基礎(chǔ)臺板的靜重與吊掛在基礎(chǔ)臺板上的管道的重量以外，還要考慮小汽機與給水泵的熱膨脹力、管道推力、小汽機與給水泵運行時的反力矩、活動荷載等。2.10.8布筋設(shè)計：在靜力分析的基礎(chǔ)上