核電常規(guī)島汽輪機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)綜述

潘冠旭

中圖分類號(hào)：TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)：A 文章編號(hào)：1674-1145（2020）02-116-01

摘 要 彈簧隔振基礎(chǔ)是當(dāng)前大型核電汽機(jī)輪的主要形式，國(guó)內(nèi)的各大廠家都有其身影，在工程當(dāng)中利用彈簧隔振基礎(chǔ)顯示，可以發(fā)揮出氣機(jī)輪的主要優(yōu)點(diǎn)。本文在介紹了當(dāng)前汽機(jī)輪基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和常見(jiàn)基礎(chǔ)形式之上分析了汽機(jī)輪三種形式的特點(diǎn)，并且，綜述了當(dāng)前國(guó)內(nèi)主要廠家存在的一些優(yōu)缺點(diǎn)，進(jìn)行了分析對(duì)比，論述了核電常規(guī)島汽輪機(jī)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 常規(guī)島 汽輪機(jī)基礎(chǔ) 結(jié)構(gòu)形式

一、汽輪發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)動(dòng)力分析概述

汽機(jī)基礎(chǔ)動(dòng)力特性的設(shè)計(jì)方法主要包括公證法和政府法兩種公正法制進(jìn)行自由振動(dòng)分析，因此工作人員需要在計(jì)算自振頻率時(shí)，避開(kāi)工作轉(zhuǎn)速和臨界轉(zhuǎn)速的影響，也就是所謂的頻率控制。政府法在進(jìn)行自由振動(dòng)分析的基礎(chǔ)上，還必須進(jìn)行強(qiáng)迫振動(dòng)分析，計(jì)算出的振動(dòng)速度和振動(dòng)線位移，必須在規(guī)定范圍之內(nèi)，也就是所謂的政府控制。強(qiáng)迫振動(dòng)的計(jì)算方法包括兩種，一種是真強(qiáng)迫振動(dòng)分析，另一種是使用等效載荷的虛擬強(qiáng)迫振動(dòng)分析。在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程的基礎(chǔ)上，真實(shí)受迫振動(dòng)的分析需要給出作用于結(jié)構(gòu)上的擾動(dòng)力系統(tǒng)的阻尼盒。允許振動(dòng)線的位移，這三個(gè)要素確定之后，工作人員才可以進(jìn)行真強(qiáng)迫振動(dòng)分析，然而，目前關(guān)于振動(dòng)線路允許位移范圍的規(guī)定在各國(guó)之間差異很大，不僅在數(shù)量上，而且在控制位置上也是如此。如果明確規(guī)定了控制基礎(chǔ)振動(dòng)，則計(jì)算基礎(chǔ)連接點(diǎn)和控制軸承的振幅，如果沒(méi)有規(guī)定振動(dòng)，則應(yīng)該計(jì)算控制軸承蓋的振幅[1]。

二、汽機(jī)基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式

絕大多數(shù)的大容量機(jī)組的汽機(jī)房都分為三層，底層比廠房的一平均標(biāo)高略高，是主要的輔助設(shè)備層，其中主要布置有凝結(jié)水泵和凝汽器的中間層鋪有大量管道，并且布置了一些小型設(shè)備，轉(zhuǎn)運(yùn)層一般都是大平臺(tái)布置的形式，主要放置了汽輪發(fā)電機(jī)組和其他的主要設(shè)備，并且有充足的空間可以供檢修人員進(jìn)行設(shè)備檢修。當(dāng)前國(guó)際上兩種主要的汽機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)理念是美國(guó)的理念和歐洲的理念。美國(guó)的理念用大質(zhì)量減小震動(dòng)，因此美國(guó)基礎(chǔ)的基礎(chǔ)都比較大，立柱經(jīng)常做到三米甚至14米。歐洲的理念則利用了彈簧隔振基礎(chǔ)進(jìn)行調(diào)頻，在這種模式之下，系統(tǒng)的垂直固有頻率可以從原先的15～20赫茲降低到3～4赫茲，系統(tǒng)的固有頻率和機(jī)器的工作頻率之間的差值拉大彈簧隔振器，同時(shí)也起到了隔震和減震的效果。除此之外社會(huì)上還有一種在剛性基礎(chǔ)和彈簧隔振基礎(chǔ)之間的柔性基礎(chǔ)，但是當(dāng)前并沒(méi)有應(yīng)用到核電基礎(chǔ)領(lǐng)域當(dāng)中，而被使用于常規(guī)火電百萬(wàn)機(jī)組當(dāng)中。

（一）剛性基礎(chǔ)

汽輪發(fā)電機(jī)坐落于基礎(chǔ)底板之上，而基礎(chǔ)頂板則主要由鋼筋混凝土墻支撐，鋼筋混凝土框架式基礎(chǔ)的剛性較大，因此這種基礎(chǔ)模式被稱為剛性基礎(chǔ)。胖柱背板的結(jié)構(gòu)形式可以增加基礎(chǔ)的剛度和固有頻率，但其地震響應(yīng)遠(yuǎn)大于彈性基礎(chǔ)。剛性基礎(chǔ)主要用于美國(guó)及其盟國(guó)，例如日本核電站利用了24臺(tái)剛信息基礎(chǔ)。當(dāng)前我國(guó)有大量的100瓦等級(jí)的基礎(chǔ)工程，例如周線，寧海，泰州，北疆，外高橋和玉環(huán)的都采用了鋼筋混凝土剛性框架是基礎(chǔ)，而新建的AP1000核電廠，例如廣東陸豐，山東海陽(yáng)和浙江三門的，都是用的哈汽引進(jìn)的日本三菱機(jī)型，常規(guī)剛性框架式基礎(chǔ)[2]。

（二）柔性基礎(chǔ)

與剛性基礎(chǔ)相比，柔性基礎(chǔ)具有較小的截面和較低的剛度。汽輪發(fā)電機(jī)廠1000m w機(jī)組的汽輪機(jī)均采用典型的歐洲柔性基礎(chǔ)。橫截面結(jié)構(gòu)比剛性基礎(chǔ)的橫截面結(jié)構(gòu)更小、更小。它受到許多制造商的限制，不太可能進(jìn)一步優(yōu)化。

（三）彈簧隔振基礎(chǔ)

彈簧隔振基礎(chǔ)是在傳統(tǒng)柔性基礎(chǔ)的基礎(chǔ)之上增加了彈簧，這進(jìn)一步提高了柔線，當(dāng)前絕大多數(shù)新建的大容量核電機(jī)組都采用了彈簧隔振基礎(chǔ)，目前國(guó)內(nèi)主要有2×1千兆瓦到田灣核電站和一些1000兆瓦等級(jí)的，例如贏得紅沿河，方家山，陽(yáng)江核電廠都采用了彈簧隔振基礎(chǔ)[3]。田灣核電站的3號(hào)和4號(hào)機(jī)組利用了哈汽的汽輪發(fā)電機(jī)組及機(jī)型，與海陽(yáng)的AP1000汽輪機(jī)基本相似，但其中采用了彈簧隔振基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。彈簧隔振基礎(chǔ)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1.彈簧基礎(chǔ)將汽輪機(jī)和下部基礎(chǔ)，利用了隔震方案進(jìn)行分離，因此柱子主要承受的是上部結(jié)構(gòu)的靜力荷載，因而梁柱截面較小，有利于工藝布置。

2.彈簧基礎(chǔ)與剛性基礎(chǔ)相比，抗震效能較好，可以減小臺(tái)板的加速度響應(yīng)，但其位移程度更大，因此工作人員在進(jìn)行管道連接時(shí)，必須考慮到出現(xiàn)地震后管道的位移差。

3.工作人員可以調(diào)整彈簧的高度，避開(kāi)機(jī)組的自振頻率。

4.彈簧隔振基礎(chǔ)，還可以調(diào)節(jié)地基的不均衡沉降問(wèn)題。

5.彈簧隔振基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，需要隔振廠家和汽輪機(jī)廠家協(xié)商進(jìn)行合作。

三、結(jié)語(yǔ)

彈簧隔振方案應(yīng)用于汽輪機(jī)基礎(chǔ)之上，既可以降低機(jī)組的自振頻率與基礎(chǔ)固定頻率耦合，產(chǎn)生共振的風(fēng)險(xiǎn)，從而具有更好的抗震性能，又可以避雨，土建結(jié)構(gòu)和工藝布置，調(diào)節(jié)廠房地基的不均勻沉降問(wèn)題。與傳統(tǒng)的固定基礎(chǔ)相比，彈性基礎(chǔ)的投資成本略低，因此核電工程的大容量半速汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)組利用彈性基礎(chǔ)，既可以提高生產(chǎn)效率，又可以降低投資基礎(chǔ)，因此這種結(jié)合模式，已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)技術(shù)發(fā)展的未來(lái)方向。彈簧隔振基礎(chǔ)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于大型核電汽輪機(jī)之上，并且各個(gè)廠家的實(shí)踐結(jié)果，也證明了這種結(jié)合模式，確實(shí)具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]王學(xué)民.核電常規(guī)島汽輪機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)綜述[J].山西建筑，2018，44（27）：53-55.

[2].東方電氣自主研制的“華龍一號(hào)”核電常規(guī)島汽輪機(jī)主機(jī)設(shè)備研制完成[J].東方電氣評(píng)論，2018，32（02）：83.

[3]李杰.論述核電常規(guī)島汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)層定制化管理及防異物[J].中小企業(yè)管理與科技（中旬刊），2018（06）：29-31.