摘要：汽轮发电机基础为火电厂极其重要的特种结构,其结构形状因工艺布置和结构的要求而变得多种多样,这给汽机基础的设计提出了更高的要求，实际工作中，人们更多关注大机组汽机基础的动力特性分析，对小型机组汽机基础重视不够，仅按静力计算兼顾构造要求设计，有时这样处理会使汽机基础的动力性能不符合汽轮机对基础的要求，本文介绍一例15MW机组汽轮发电机基础设计计算情况，提示动力分析结果和设计人感性认识差别。

　　关键词：基础、动力特性、位移

　　汽轮发电机为发电厂的心脏，汽轮机制造厂家对支持汽轮机发电机的基础提出要求，设计院结构工程师根据厂家提供的包含荷载的大小、作用点、方向的荷载布置图(包括机器重，辅助设备及管道推力，机器的扰动力，转子重量，凝汽器真空吸力，短路力矩)和工艺专业根据管道布置初步确定的基础外形进行动力计算。动力计算时上部机器对基础产生影响的主要参数有：汽轮发电机的工作转速、临界转速、扰力分布。

　　汽轮发电机基础采用钢筋混凝土框架式基础，动力计算应按振动线位移控制，一般情况下，只需计算扰力作用点的竖向振动线位移，计算振动线位移时，应采用机器制造厂提供的扰力值，缺乏扰力资料时，可按《动力机器基础设计规范》5.2.2条规定取值计算，当基础承受n个不同频率的扰力作用时应分别计算各扰力对验算点所产生的振动速度，最大振动速度小于5.0mm/s。 设计输入数据： 本工程为一台15MW凝气式汽轮发电机机组。汽轮机工作转速8513r/min，发电机工作转速3000r/min，发电机一阶临界转速1336r/min，发电机二阶临界转速3843r/min，发电机短路力矩倍数6.81，设备厂家要求汽轮发电机基础振动不大于0.03mm。荷载分配见表一

　　汽轮发电机静荷载分配表 表一 荷载点 P1 P2 P3 P4 P5 P6 静荷载(KN) 88 302 98 100 346 100 动荷载(KN) 63 194 ——— ——— ——— ——— 汽轮机动态干扰力为汽轮机转子转动时产生的离心干扰力，它通过轴承座传到基础上，干扰力大小、方向、位置描述见表二

干扰力大小、方向、位置 (KN) 表二 方向 作用点 A1 A2 B1 B2 X方向 11.5 11.5 11.5 11.5 Y方向 11.5 11.5 11.5 11.5 Z方向 5.75 5.75 5.75 5.75 注：X方向为横轴方向，Y方向为纵轴方向，Z方向为垂直向上方向

基础设计过程： 根据以往工程经验，对于15MW机组汽轮机基础，柱截面尺寸取600x600mm，动扰力作用处框架梁高取1300mm，顶板600mm厚，混凝土强度等级C30，动力计算结果一般能满足要求，设计时与工艺专业核定外形尺寸后，进行试算，发现多处节点振幅超标，分析原因有两个方面：一、本工程动扰力值较一般工程大1/3，设备厂家提供资料安全系数过高，经与厂家多次协调，动扰力值才由原来的19KN，降至11.5KN，二、汽轮机与发电机工作转速不同，多数工程汽轮机和发电机工作转速相同3000r/min，而本例中汽轮机工作转速8513r/min，发电机工作转速3000r/min，在工作中两部分相互影响，使得振幅及振动速度偏大。最后多方配合，进行了调整：柱截面尺寸改为800x800mm，1轴2轴处4根框架柱改为1200x1200mm，框架梁高度增加到1800mm，混凝土强度等级改为C35。

　　3.计算结果：

　　汽轮发电机基础采用钢筋混凝土框架结构形式，是一个空间无限自由度体系，简化计算可以作为一个多自由度空间杆系结构进行振动计算，将梁柱的质量堆集到节点上，每个节点有6个自由度，考虑每个杆件的拉压、扭转、两个方向的弯曲、剪切变形，强迫振动按振型分解法计算。

　　计算振幅时，取工作转速±25%的最大振幅为工作转速时的计算振幅，对0~0.75倍工作转速范围内的计算振幅应不大于1.5倍的容许振幅值。进行计算时低级按刚性考虑，

　　采用《机器基础结构分析程序》MPSAP进行计算，①轴横梁位移最大，经调试A1、A2荷载作用处计算结果如下，(振动速度曲线和振动线位移曲线)。最大振动速度小于5.0mm/s。

　　最大振动线位移小于0.02mm。

　　4.结语：

　　(1)《火力发电厂土建结构设计技术规定》5.1.24条规定对工作转速为3000r/min的汽机机组，对于机组功率W不大于125MW的汽轮发电机基础，中间框架纵梁Gi>6Ggi，边框架梁Gi>10Ggi，(Gi为集中到梁中或柱顶的重量，Ggi为机器转子重量)时不进行动力计算

　　，一般情况下满足，仅需按构造规定确定底板、梁、柱、顶板等构件尺寸，按静力计算，再考虑构造配筋，但个别工程实例中，柱距不均匀，或在扰力作用位置处梁截面受工艺布置限制尺寸过小，使得该处框架梁中振幅过大，不能满足设备要求，在设计时尽可能进行动力计算。

　　(2)不能仅凭机组大小来确定梁、柱截面尺寸，柱距较大或扰力较大时需加大梁截面，增加梁刚度，以便减小梁中振动位移，柱计算长度取值应从基础底板顶算起，柱长的取值对计算结果有很大影响，柱线刚度取值范围存在由弱刚度到合理弹性支座再到强刚度的变化范围，柱长一定时，梁中竖向线位移随柱尺寸由小到大变化呈现大→小→大的变化趋势，要根据工程经验结合试算选择合理的柱截面。设有中间平台时，建立力学模型时应按实际情况输入，不能做与实际受力不同的模型简化。

　　(3)对于振动频率不同的扰力，应考虑各扰力对梁跨中的不同影响，注意扰力频率取值的不同。此时梁截面取值考虑振动位移和振动速度两方面因素，有时振动速度为控制参数，位移满足时振动速度过大，还需调整梁截面尺寸，本例就以振动速度为控制因素。

　　参考文献：

　　《火力发电厂土建结构设计技术规定》DL 5022-1993

　　《Code for civil design of fossil fuel power plant 》GB 50040-96

　　《动力机器基础设计规范》GB 50040-96

　　《Code for design of dynamic machine foundation 》GB 50040-96