基于柔性基礎(chǔ)的空氣壓縮機(jī)減振工藝研究

孫 政，李 波

（湖北白蓮河抽水蓄能有限公司,湖北 黃岡 438600）

0 引言

在電力系統(tǒng)中，抽水蓄能電站擔(dān)負(fù)著調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用等任務(wù)。抽水蓄能電站作為一種特殊的電源，它既是發(fā)電廠，又是用戶(hù)，其調(diào)峰、填谷功能是其他任何類(lèi)型發(fā)電廠所不具備的，使其在電網(wǎng)中越來(lái)越不可缺少。當(dāng)抽水蓄能機(jī)組作為用戶(hù)時(shí)，以水泵工況運(yùn)行，將電能轉(zhuǎn)化為水的重力勢(shì)能進(jìn)行大量?jī)?chǔ)存。水泵工況啟動(dòng)時(shí)力矩很大,為了減小啟動(dòng)力矩，需采用壓縮空氣把尾水管內(nèi)水面壓至轉(zhuǎn)輪以下，使轉(zhuǎn)輪在空氣中旋轉(zhuǎn)。目前世界上開(kāi)發(fā)的抽水蓄能電站日益向高水頭、大容量和高轉(zhuǎn)速方向發(fā)展，尾水管內(nèi)水壓很高，壓水體積很大，一旦壓水過(guò)程出現(xiàn)故障將導(dǎo)致抽水蓄能機(jī)組水泵工況啟動(dòng)失敗，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此壓水設(shè)備（空氣壓縮機(jī)）能否安全可靠運(yùn)行顯得尤為重要。

1 空氣壓縮機(jī)基本情況

某抽水蓄能電站全廠氣系統(tǒng)設(shè)有8臺(tái)Gardner Denver10 MPa空氣壓縮機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)空壓機(jī)），布置在地下廠房安裝間50.85 m高程樓面上，用于提供機(jī)組調(diào)相壓水、調(diào)速器及球閥壓力油罐及中壓氣系統(tǒng)用氣?？諌簷C(jī)自2010年正式投運(yùn)以來(lái)，已經(jīng)運(yùn)行近10年，因氣機(jī)室地板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、氣機(jī)安裝原因，8臺(tái)空壓機(jī)運(yùn)行中存在較大振動(dòng)。為改善振動(dòng)問(wèn)題，保證設(shè)備安全運(yùn)行，參考已有的空壓機(jī)基礎(chǔ)改造經(jīng)驗(yàn)，最大限度利用現(xiàn)有基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)空壓機(jī)底部安裝減振裝置，將剛性基礎(chǔ)改造為柔性基礎(chǔ)，達(dá)到減振效果。

2 柔性基礎(chǔ)減振工藝

2.1 減振方案概述

某電站空壓機(jī)負(fù)載重量、外形尺寸、重心位置、振動(dòng)輸入等參數(shù)見(jiàn)表1，空壓機(jī)的重心偏在設(shè)備左邊，設(shè)計(jì)使用6套WR 2820008 鋼絲繩隔振器（布置見(jiàn)圖1），垂直壓縮方向安裝在空壓機(jī)底部，借助安裝在空壓機(jī)底部的橫縱方向彈簧的緩沖作用，將空壓機(jī)振動(dòng)降低到允許范圍內(nèi)，達(dá)到減振效果。

表1 GD H280空壓機(jī)與振動(dòng)相關(guān)參數(shù)

借用原有地腳螺栓緊固，采用整體底板將六只鋼絲繩隔振器固定在同一平面。將空壓機(jī)底座打通孔與鋼絲繩隔振器頂部的螺紋孔相連，再將鋼絲繩隔振器底部打沉頭通孔與轉(zhuǎn)接底座的螺紋孔相連，然后將鋼絲繩隔振器和轉(zhuǎn)接底板通過(guò)地腳螺栓與二次澆灌基礎(chǔ)連接，最后再將空壓機(jī)與隔振器連接（結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 2）。

圖1 隔振底座俯視示意圖

圖2 隔振裝置總裝示意圖

2.2 減振工藝主要步驟

（1）拆除地腳螺栓的鎖緊螺母，將空壓機(jī)吊起并放置支墩將空壓機(jī)支起。起吊前做好空壓機(jī)初始位置標(biāo)識(shí)，測(cè)量空壓機(jī)基礎(chǔ)水平數(shù)據(jù)。

（2）處理地基，根據(jù)空壓機(jī)起吊后現(xiàn)場(chǎng)情況，采用混凝土澆灌找平方式使基礎(chǔ)面在同一水平，無(wú)明顯凸點(diǎn)。

（3）依據(jù)空壓機(jī)原地腳螺栓位置在長(zhǎng)2 360 mm×寬1 400 mm×厚20 mm的轉(zhuǎn)接底板上鉆孔，并將其放置在處理好的地基上，鎖緊螺母。

（4）制作減振墊，將加工好的長(zhǎng)380 mm×寬150 mm×厚20 mm和長(zhǎng)380 mm×寬300 mm×厚20 mm鋼板用M12內(nèi)六角螺栓通過(guò)加工好的Φ14 mm沉孔分別固定在減振器的上下表面（見(jiàn)圖3）。

圖3 減振墊（彈簧、鋼板）

（5）按照空壓機(jī)本體下表面（尺寸：長(zhǎng)2 160 mm×寬1 000 mm）在轉(zhuǎn)接底板上的投影畫(huà)線。根據(jù)所畫(huà)邊框，在轉(zhuǎn)接底板上放置減振墊，使其受力平衡。定位好減震墊后，將減振墊下表面與轉(zhuǎn)接底板焊接牢靠，焊縫無(wú)損檢測(cè)正常轉(zhuǎn)入下一步序。

（6）回落空壓機(jī)，根據(jù)空壓機(jī)的重心，使其合理的放置在減振墊的上表面。并將空壓機(jī)底面與減振墊上表面焊接牢靠，對(duì)焊縫進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。

（7）加裝減振墊后空壓機(jī)整體升高（大約190 mm），對(duì)進(jìn)排水管和排污硬管進(jìn)行優(yōu)化：排氣軟管更換為新的加長(zhǎng)軟管，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量進(jìn)排水硬管和排污硬管的尺寸，加裝90°彎頭。

2.3 焊接工藝要求

（1）焊接前準(zhǔn)備

1）用角向砂輪磨去焊接位置氧化皮及銹跡等，檢查焊接防護(hù)用品及工具合格安全，電焊機(jī)無(wú)漏電狀況，電源線及焊線無(wú)裸露脫皮。

2）采用ZX7-400型弧焊機(jī),直流反接。選Φ3.2 mm、Φ4 mm的J507電焊條,隨用隨取。

（2）施焊

1）用噴燈將焊接區(qū)域預(yù)熱至50℃左右,立即定位焊,隨后用3.2 mm焊條,焊接電流110～130 A進(jìn)行點(diǎn)焊的焊接。

2）焊接順序?yàn)橄赛c(diǎn)焊夾角位置,后滿(mǎn)焊夾角打底位置，然后再焊第一層填充及蓋面位置,點(diǎn)焊位置與填充位置須對(duì)稱(chēng)焊接,以減小焊接應(yīng)力,防止裂紋的產(chǎn)生。

3）每焊完一層要認(rèn)真清渣,并錘擊焊縫。注意運(yùn)條手法,防止夾渣缺陷的產(chǎn)生。

4）除第1層焊縫外,其余各層均采用Φ4 mm的J507電焊條,焊接電流120～150 A,直至將坡口填滿(mǎn),并高出平面2 mm左右,不得有咬邊缺陷。

（3）焊后處理

1）焊縫兩側(cè)200 mm處加熱到用干燥石棉覆蓋加熱區(qū),進(jìn)行緩冷。

2）冷卻后,將焊接位置焊縫的焊瘤藥皮磨平并刷防銹漆,安裝使用，即完成焊接任務(wù)。

3 減振效果

3.1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

（1）振動(dòng)速度容許值

生產(chǎn)廠家對(duì)設(shè)備要求和國(guó)家有關(guān)規(guī)范是衡量設(shè)備運(yùn)行環(huán)境好壞的主要依據(jù)，這里引用《高壓空壓機(jī)使用技術(shù)要求》(生產(chǎn)廠家)和《機(jī)器動(dòng)荷載作用下建筑物承重結(jié)構(gòu)的振動(dòng)計(jì)算和隔振設(shè)計(jì)規(guī)范》(YBJ 55-1990，YSJ 009-1990)作為高壓空壓機(jī)振動(dòng)速度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，高壓空壓機(jī)及樓面基礎(chǔ)振動(dòng)速度容許值見(jiàn)表2。

表2 高壓空壓機(jī)及樓面基礎(chǔ)振動(dòng)速度容許值

（2）振動(dòng)位移容許值

用振動(dòng)位移來(lái)衡量振動(dòng)程度的大小比較直接，由于生產(chǎn)廠家沒(méi)有對(duì)設(shè)備直接提出振動(dòng)位移限值，我們可以根據(jù)振動(dòng)位移與速度的幅值關(guān)系：A=V/2πf，由表2間接算出高壓空壓機(jī)振動(dòng)位移評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表3。

表3 高壓空壓機(jī)及樓面基礎(chǔ)振動(dòng)位移容許值

3.2 減振前后振動(dòng)位移值對(duì)比

各臺(tái)空壓機(jī)經(jīng)過(guò)柔性基礎(chǔ)減振后，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)檢測(cè)，在各工況下，空壓機(jī)氣缸、機(jī)架、樓板的振動(dòng)量明顯下降。把不同工況下各測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)數(shù)據(jù)與減振前各測(cè)點(diǎn)檢測(cè)數(shù)據(jù)均列表進(jìn)行對(duì)比，可以直觀的顯現(xiàn)出減振后的效果。各臺(tái)機(jī)獨(dú)立工作時(shí)，空壓機(jī)減振前后各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)位移和速度幅值對(duì)比見(jiàn)表4～表5所示。

表4 減振前后各臺(tái)空壓機(jī)氣缸和機(jī)架振動(dòng)位移對(duì)比表 單位：μm

表5 加固前后各臺(tái)空壓機(jī)氣缸和機(jī)架振動(dòng)速度對(duì)比表 單位：mm/s

本次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)分析如下：

（1）減振前各空壓機(jī)氣缸的X方向、Y方向、Z方向的振動(dòng)速度均超過(guò)或接近廠家規(guī)定值10～12 mm/s和國(guó)標(biāo)值28 mm/s，特別是2號(hào)機(jī)振動(dòng)量最大。各臺(tái)空壓機(jī)在經(jīng)過(guò)減振處理后，各級(jí)氣缸的振動(dòng)速度較減振前明顯減小。各空壓機(jī)氣缸振動(dòng)速度均小于廠家規(guī)定值和國(guó)標(biāo)值。

（2）從振動(dòng)量上看：一級(jí)氣缸>二級(jí)氣缸>三級(jí)氣缸；從振動(dòng)方向上看：X方向>Z方向>Y方向。減振后，8臺(tái)空壓機(jī)各級(jí)氣缸在三個(gè)方向的振動(dòng)速度基本滿(mǎn)足廠家規(guī)定值的要求，各級(jí)氣缸的振動(dòng)值較減振處理前明顯減小。

（3）各臺(tái)空壓機(jī)在經(jīng)過(guò)減振處理后，各工況下空壓機(jī)的機(jī)架測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值較處理前明顯減小。處理后振動(dòng)值只有加固前的15 %～35 %之間。

（4)多臺(tái)空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)，各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)量基本相同，并不會(huì)因?yàn)榭諌簷C(jī)同時(shí)運(yùn)行的臺(tái)數(shù)增加，而明顯導(dǎo)致各測(cè)點(diǎn)部位振動(dòng)量的增加。

4 結(jié)語(yǔ)

抽水蓄能電站空壓機(jī)運(yùn)行振動(dòng)超標(biāo)，長(zhǎng)期運(yùn)行將危害廠房結(jié)構(gòu)安全，并嚴(yán)重影響空壓機(jī)室的工作環(huán)境。各空壓機(jī)在經(jīng)過(guò)減振處理后，減振效果顯著，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的振動(dòng)值，空壓機(jī)油缸、機(jī)架樓面基礎(chǔ)的振動(dòng)速度和位移均大幅減小?？諌簷C(jī)基礎(chǔ)機(jī)架和樓板的振動(dòng)速度和振動(dòng)位移均小于規(guī)范容許值。通過(guò)柔性基礎(chǔ)的空壓機(jī)減振處理，減振效果顯著，大大提高了空壓機(jī)的運(yùn)行可靠性和安全性，有力保障了抽水蓄能電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)國(guó)內(nèi)同類(lèi)電站具有一定的借鑒意義。