袁連平

(東方汽輪機(jī)有限公司， 四川 德陽(yáng)， 618000)

彈簧隔振技術(shù)在汽輪發(fā)電機(jī)組中的應(yīng)用

袁連平

(東方汽輪機(jī)有限公司， 四川 德陽(yáng)， 618000)

彈簧隔振技術(shù)在其它行業(yè)使用已較普遍，但在國(guó)內(nèi)電廠汽輪發(fā)電機(jī)組中使用還很稀少。文章通過(guò)觀察和學(xué)習(xí)國(guó)外使用的彈簧隔振安裝技術(shù)，探討了其使用的目的和隔振原理，分析了隔振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)總結(jié)了隔振系統(tǒng)的安裝流程和過(guò)程中的工藝要點(diǎn)，為大家了解和熟悉這種技術(shù)提供幫助。

彈簧隔振技術(shù);汽輪發(fā)電機(jī)組;應(yīng)用

1 前言

東汽生產(chǎn)出口到印度 abhijeet的 MADC 電廠4×60MW （東汽編號(hào) D60F） 汽輪發(fā)電機(jī)組， 機(jī)組支承系統(tǒng)由法國(guó)公司設(shè)計(jì)，在該支承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，汽輪發(fā)電機(jī)組被整體支承在一個(gè)大水泥平臺(tái)上，而這個(gè)整體水泥平臺(tái)又用多套彈簧組支撐在水泥支撐梁上。這種支承系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上稱為彈簧隔振技術(shù)。

2 汽輪發(fā)電機(jī)組中使用彈簧隔振的目的

汽輪發(fā)電機(jī)組是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，它由汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)等主機(jī)和一些配套輔機(jī)設(shè)備組成。機(jī)組運(yùn)行的最大安全問(wèn)題是振動(dòng)。機(jī)組主機(jī)轉(zhuǎn)子就工作在振動(dòng)狀態(tài)下，振動(dòng)的大小直接影響機(jī)組的安全。振動(dòng)增大時(shí)，環(huán)境噪音增大，當(dāng)振動(dòng)值超過(guò)某一值時(shí)，就會(huì)造成機(jī)組零部件損壞和機(jī)組跳閘等事故。從振動(dòng)現(xiàn)象看：有動(dòng)靜摩擦振動(dòng)、轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡振動(dòng)、軸承油膜不穩(wěn)定振動(dòng)和發(fā)電機(jī)汽隙變化引起的軸系扭振等，非常復(fù)雜。從振動(dòng)原因看：有設(shè)計(jì)原因、制造原因、運(yùn)行原因和安裝原因等。所以，要減小振動(dòng)，主要從設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)行等方面著手。彈簧隔振技術(shù)的使用，就是從設(shè)計(jì)和安裝方面考慮減小和阻尼機(jī)組振動(dòng)傳輸?shù)囊环N措施。

3 隔振原理、方法與隔振裝置選擇

3.1 隔振原理

要掌握和應(yīng)用好隔振技術(shù)，首先得了解隔振原理和隔振方法。

隔振原理，就是將振動(dòng)源與地基等的剛性連接改成為彈性連接，以隔絕或減弱振動(dòng)能量的傳遞，從而實(shí)現(xiàn)減小振動(dòng)和降低噪音的目的，原理簡(jiǎn)圖參見(jiàn)圖1。

圖1 隔振原理圖

衡量隔振效果好壞的重要指標(biāo)是隔振系數(shù)η，隔振系數(shù)計(jì)算公式為：

公式中η值越小，隔振的效果越好。

由于機(jī)器的剛度比隔振裝置的剛度大得多，所以一般將機(jī)器看作只有質(zhì)量的剛體，將隔振裝置看作只有剛度和阻尼的彈性元件。對(duì)于僅考慮單向振動(dòng)的機(jī)器，簡(jiǎn)化為單自由度隔振系統(tǒng)。對(duì)于單自由度隔振系統(tǒng)，隔振系數(shù)計(jì)算公式為：

公式中 λ=ω/ωn， 為頻率比； ω 為被隔離振源的激勵(lì)頻率， ωn為隔振系統(tǒng)固有頻率。 ζ為阻尼比：

3.2 隔振方法和設(shè)計(jì)原則

從設(shè)計(jì)方面考慮，控制和減小振動(dòng)的方法有： 隔振法、阻尼法、動(dòng)平衡法、沖擊法和平衡法等。圖2為不同隔振方法的隔振系數(shù)曲線。

圖2 隔振系數(shù)曲線

根據(jù)隔振系數(shù)曲線知道 ： 當(dāng) λ＜1 時(shí)， 沒(méi)有隔振效果； 當(dāng) λ≈1時(shí)， 不但沒(méi)有隔振效果， 還會(huì)通過(guò)隔振裝置把振動(dòng)放大； 只有當(dāng)頻率比時(shí)，才有隔振效果，而后隨λ的增加隔振效果逐漸增加， 實(shí)際運(yùn)用中取 λ=2.5～5 足夠， 因?yàn)檫@已有 81%～96%的振動(dòng)被隔除。 在圖2 中， 阻尼比 ζ曲線一般選取范圍為位于 ζ1與 ζ3之間的 ζ2， 所以，圖2中的陰影部分為一般設(shè)計(jì)隔振系數(shù)η的取值區(qū)域。

要取得好的隔振效果，就要有好的隔振系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在隔振系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)振源振動(dòng)量的大小、方向和頻率，以及被隔振機(jī)組的尺寸、重量和隔振要求等，正確決定隔振裝置的參數(shù)和結(jié)構(gòu)型式。

隔振系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則是：

（1） 合理布置隔振裝置： 機(jī)組的振動(dòng)具有前后、 左右、 上下、 橫擺、 俯仰和側(cè)傾 （沿 X 、 Y、Z方向位移及繞三軸的旋轉(zhuǎn)）等6個(gè)自由度，彈性支承布置應(yīng)考慮6個(gè)自由度，在隔振裝置布置時(shí)，應(yīng)考慮干擾力的方向、設(shè)備的重心，隔振裝置布置按重心對(duì)稱布置，使彈性支承布置受力相等。當(dāng)干擾力頻率大于機(jī)組與彈性支承布置組成的隔振系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，機(jī)組就獲得了良好的隔振效果。當(dāng)機(jī)組質(zhì)量分布不均勻而無(wú)法按重心對(duì)稱布置時(shí)，可以采用剛度不同的隔振裝置，使離重心近的隔振裝置有較大的剛度，離重心遠(yuǎn)的隔振裝置有較小的剛度，使整個(gè)隔振系統(tǒng)產(chǎn)生的合反力與機(jī)組的重心一致。

（2） 確保隔振裝置足夠的剛度和穩(wěn)定性： 剛度和穩(wěn)定性是隔振系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要因素。確保系統(tǒng)剛度和穩(wěn)定性依據(jù)是系統(tǒng)振動(dòng)模態(tài)的最小固有頻率小于某一頻率值。

（3） 確保隔振裝置足夠的靜承載能力： 足夠的額定靜承載能力是機(jī)組正常運(yùn)行和使用壽命的重要保證。

3.3 減振器選擇

利用隔振原理制造的隔振裝置，通常稱為減振器。減振器一般放在機(jī)組基座下面，用以隔離激振源與地基等周?chē)矬w，使機(jī)組的振動(dòng)不致傳向周?chē)牡鼗蛟O(shè)備。

常用的減振器有彈簧減振器和橡膠減振器。圖3是常用彈簧減振器產(chǎn)品， 圖4是常用橡膠減振器產(chǎn)品。

圖3 彈簧減振器

圖4 橡膠減振器

彈簧減振器技術(shù)特點(diǎn)是：性能穩(wěn)定、承載力大、 固有頻率低 （小于 5Hz）、 阻尼系數(shù)小、 水平剛度小、 可傳遞高頻噪聲、 適用溫度-20℃～100℃、 壽命長(zhǎng)， 可達(dá) 30 年。

橡膠減振器技術(shù)特點(diǎn)是：阻尼系數(shù)大、利于越過(guò)共振區(qū)、對(duì)三方向均有吸收、降低高頻噪聲較好、 承載能力低、 適用溫度-40℃～70℃、 壽命 5年左右。

由于汽輪發(fā)電機(jī)組是一個(gè)由汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)等大型設(shè)備組成的復(fù)雜系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)組不同重量從幾十噸到幾百噸不等，重量很大，橡膠減振器的承載能力一般難以滿足要求；又因?yàn)榘l(fā)電機(jī)組的工作年限一般都是 20～30 年， 橡膠減振器的壽命不能滿足要求。而彈簧減振器大承載力和長(zhǎng)使用壽命特點(diǎn)均滿足要求，所以，汽輪發(fā)電機(jī)組的隔振系統(tǒng)一般都選擇彈簧隔振技術(shù)。

參考《內(nèi)蒙古植物志》[35]等文獻(xiàn)，獲取物種的縣域分布數(shù)據(jù)。利用地理信息系統(tǒng)軟件ArcGIS 10.2，結(jié)合科爾沁沙地?cái)?shù)字高程模型(DEM)和行政區(qū)劃數(shù)據(jù)(從中科院地理空間數(shù)據(jù)云獲取)，將科爾沁沙地區(qū)域劃分為1251個(gè)0.1° × 0.1°的網(wǎng)格，然后在科爾沁沙地DEM上覆蓋網(wǎng)格，估算每個(gè)網(wǎng)格的海拔范圍。最后結(jié)合物種的縣域分布數(shù)據(jù)，利用海拔篩選獲得每個(gè)網(wǎng)格的物種數(shù)，得出區(qū)域物種豐富度數(shù)據(jù)[21]。

4 汽輪發(fā)電機(jī)組彈簧隔振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

汽輪發(fā)電機(jī)組彈簧隔振系統(tǒng)支承平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

整個(gè)汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)組座落在1塊鋼筋混凝土澆筑的水泥平臺(tái)上，支承平臺(tái)安放在8組彈簧隔振裝置上，8組彈簧隔振裝置安放在鋼筋混凝土澆筑的水泥支撐框架柱子上，如圖6和圖7所示。8組彈簧隔振裝置根據(jù)機(jī)組重量分布不同采用 8×6 和 8×4 兩種彈簧隔振器組。 其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總結(jié)有以下一些特點(diǎn)：

（1） 支承平臺(tái)為一塊整體鋼筋混凝土澆筑的水泥平臺(tái)，機(jī)組的汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)等設(shè)備均安裝在平臺(tái)上。該結(jié)構(gòu)也稱浮筏隔振系統(tǒng)，一般被應(yīng)用在艦艇上。

（2） 支承平臺(tái)由多組彈簧隔振裝置支撐， 彈簧隔振裝置對(duì)稱布置。

（3） 彈簧隔振裝置安放在支撐框架柱子正中部，保證支撐更穩(wěn)固安全。

（4） 每組彈簧組承載量可以調(diào)整和鎖定， 均為螺旋彈簧。

（5） 設(shè)置了的防振溝， 機(jī)組和支承平臺(tái)與周?chē)ㄖ耆撾x。

圖5 彈簧隔振器安裝布置圖

圖6 彈簧隔振器組安裝側(cè)視照片

圖7 彈簧隔振器組安裝正視照片

（6） 彈簧隔振裝置除了起減振作用， 還有消除基礎(chǔ)不均勻沉降作用。

5 隔振彈簧系統(tǒng)在汽輪發(fā)電機(jī)組安裝的工藝要點(diǎn)

由于汽輪發(fā)電機(jī)組的隔振不是單一的隔振裝置，而是多個(gè)隔振裝置組成的一個(gè)系統(tǒng)，各個(gè)隔振裝置根據(jù)位置不同其要求也有差異。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，隔振系統(tǒng)安裝質(zhì)量好壞直接影響隔振效果和機(jī)組的安全運(yùn)行，所以，系統(tǒng)安裝的工藝很重要。經(jīng)過(guò)分析和總結(jié)他人的經(jīng)驗(yàn)，得出下列彈簧隔振系統(tǒng)安裝的工藝要點(diǎn)。

5.1 安裝工藝流程

隔振裝置檢查→梁頂標(biāo)高平整度檢查→隔振裝置放置位置標(biāo)記→隔振裝置位置標(biāo)高和水平實(shí)測(cè)并記錄→放置防滑墊片→安裝找正隔振裝置→安放調(diào)整墊片→隔振裝置保護(hù)→覆蓋鋼板就位→臺(tái)板結(jié)構(gòu)施工→隔振裝置釋放→隔振裝置調(diào)整到安裝要求。

5.2 安裝工藝要點(diǎn)

（1） 隔振裝置檢查:根據(jù)圖紙及清單仔細(xì)檢查隔振裝置型號(hào)、數(shù)量和質(zhì)量等。

（2） 梁頂標(biāo)高平整度檢查及處理:用水準(zhǔn)儀檢查柱頂面標(biāo)高、平整度，如果超差需用砂輪打磨處理。

（3） 隔振裝置放置位置標(biāo)記： 清理干凈梁柱頂面，按照?qǐng)D紙要求，用墨線標(biāo)識(shí)出隔振裝置的放置方框，方框內(nèi)標(biāo)識(shí)出隔振裝置型號(hào)。

（4） 隔振裝置位置標(biāo)高和水平實(shí)測(cè)記錄： 在隔振裝置放置位置范圍，標(biāo)記出四個(gè)角及中心共五個(gè)測(cè)點(diǎn)并依次編號(hào)。用觀測(cè)儀進(jìn)行標(biāo)高測(cè)量，依據(jù)測(cè)量結(jié)果對(duì)隔振裝置放置位置標(biāo)高和水平度偏差進(jìn)行調(diào)整和記錄。

（5） 放置防滑墊片： 若隔振裝置與基礎(chǔ)接觸面之間設(shè)計(jì)有防滑墊片，則需要按要求放置，要求防滑墊片平整無(wú)折皺，厚度均勻。

（6） 安裝找正隔振裝置： 依次將隔振裝置吊裝就位，找平找正。 要求安裝中心軸線偏差不大于5mm。 單個(gè)柱頭上隔振裝置吊裝順序?yàn)橄戎虚g后兩邊。

（7） 安放調(diào)整墊片： 隔振裝置就位后并仔細(xì)檢查結(jié)果合格后，按要求在隔振裝置上依次放置自粘墊片和調(diào)整墊片。調(diào)整墊片的數(shù)量可根據(jù)標(biāo)高偏差作適當(dāng)調(diào)整。為便于調(diào)整，調(diào)整墊片總厚度應(yīng)不小于 25mm， 薄墊片放在上面。

（8） 隔振裝置保護(hù)： 前面工序驗(yàn)收合格后，用塑料布將調(diào)整墊片與隔振裝置進(jìn)行包裹保護(hù)，避免施工污染。

（9） 覆蓋鋼板就位： 覆蓋鋼板就位前應(yīng)仔細(xì)檢查臺(tái)板底模標(biāo)高及模板支撐符合要求。臺(tái)板底模標(biāo)高應(yīng)考慮預(yù)留間隙，計(jì)算式為：

臺(tái)板底模標(biāo)高=柱頂設(shè)計(jì)標(biāo)高+隔振裝置理論高度+自粘墊片厚+調(diào)整墊片厚+沉降間隙

然后按照?qǐng)D紙要求安裝覆蓋鋼板。覆蓋鋼板的四周應(yīng)有防止移動(dòng)的固定措施。覆蓋鋼板就位后，用水平尺或水準(zhǔn)儀檢查鋼板的平整度應(yīng)符合要求。

（10） 臺(tái)板結(jié)構(gòu)施工： 進(jìn)行臺(tái)板結(jié)構(gòu)鋼筋、模板和混凝土的施工。臺(tái)板混凝土澆筑采取平面分層法，在澆筑過(guò)程中應(yīng)密切注意臺(tái)板的沉降是否均勻，并作好記錄。

（11） 隔振裝置釋放： 在臺(tái)板上所有設(shè)備全部就位后，解除隔振裝置出廠鎖定螺栓，進(jìn)行隔振裝置釋放，使隔振裝置自由受力。釋放按照布置順序依次進(jìn)行，禁止隨意釋放，釋放前在臺(tái)板上設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)并進(jìn)行觀測(cè)記錄。

（12） 隔振裝置調(diào)整： 調(diào)整過(guò)程包括： ①計(jì)算：在緊靠每個(gè)隔振裝置的覆蓋鋼板和基底上各設(shè)一個(gè)測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)，上下兩點(diǎn)在同一鉛垂線上。用千分尺在此基點(diǎn)測(cè)量隔振裝置上下接觸面的距離。根據(jù)臺(tái)板上沉降觀測(cè)記錄值和原設(shè)計(jì)壓縮值，計(jì)算出每個(gè)隔振裝置應(yīng)調(diào)整的數(shù)值。②調(diào)整：用千斤頂將基礎(chǔ)臺(tái)板稍微頂起，拆除隔振裝置包裹保護(hù)布，按計(jì)算值抽出或塞入調(diào)整墊片，以滿足汽機(jī)臺(tái)板整體調(diào)平要求。③復(fù)測(cè)：第一次調(diào)整完成后，用沉降觀測(cè)儀再對(duì)沉降觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，依此檢查汽機(jī)臺(tái)板標(biāo)高及水平的變化，結(jié)合隔振裝置測(cè)量值，計(jì)算下一次每個(gè)隔振裝置的調(diào)整值。④再調(diào)整：按照②步驟進(jìn)行重復(fù)調(diào)整，直至滿足要求。調(diào)整過(guò)程應(yīng)考慮臺(tái)板的沉降變化，保證調(diào)整完畢后沉降均勻。如果調(diào)整完后各觀測(cè)點(diǎn)的沉降變化相差較大，則應(yīng)繼續(xù)調(diào)整。

6 結(jié)束語(yǔ)

由于彈簧隔振技術(shù)在設(shè)備隔振中的明顯作用而在各行業(yè)逐漸推廣，所以有必要加大對(duì)其研究。通過(guò)對(duì)電廠發(fā)電機(jī)組彈簧隔振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和分析，總結(jié)已有成功安裝經(jīng)驗(yàn)，供大家參考借鑒。

[1] 徐顥,主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1991

The Application of Spring Vibration Isolation Technology in Turbine-generator Unit

Yuan Lianping
（Dongfang Turbine Co.,Ltd.Deyang Sichuan 618000）

Spring vibration isolation technology has been widely used in other industries,but it has been very scarcely used in the turbine-generator unit of domestic power plant.By observing and studying the spring vibration isolation technology used by foreign manufacturers,this paper discusses the purpose and principle of the spring vibration isolation technology,analyses the structure of the vibration isolation system,and mainly summarizes the installation and process technology of the vibration isolation system.It provides the help for understanding and fam ilaring with this technology.

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袁連平 （1963-）， 男， 高級(jí)工程師， 主要從事汽輪機(jī)的制造與總裝工藝工作。