大型汽轮机钢筋混凝土支撑结构振动响应分析及抗震安全性的试验研究

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随着我国经济的高速发展,我国的发电机数量近几年也成倍增多,更多的发电设施将会建设在高抗震设防以及场地复杂的地区。作为发电站里必不可少的发电设施——发电机的承载结构(汽轮机发电机基础),因其工作时上部承载着运转中的发电机组,其能否在安全状态下工作对整个发电厂来说是至关重要的。对发电机基础运行安全性的研究时至今日已经是不胜枚举,研究的方法也是多种多样,大体上可以分为模型试验和数值模拟两类,但对于大型汽轮发电机基础而言,单采用数值模拟的方法往往不能真实地反映出基础在汽轮机工作状态下和地震作用下的受力特性,通过模型试验的方法能更加真实直观的反映出发电机基础在多种振动环境下的响应情况。本研究课题以某电厂的实际工程即1000MW汽轮发电机基础为例,制作了以汽机基础为原型的1:10的缩尺模型,对此模型展开了一系列的模态试验和抗震试验,具体内容如下:1、对该缩尺模型采用随机激振的方法进行模态试验,以得到该基础结构的自振频率、阻尼比以及各阶的振型,用来研究和判断其上部汽轮发电机组在工作频率下对下部汽轮机基础的影响,进一步评价该汽轮机基础在汽轮机工作状态下的安全性。2、采用锤击法对该基础顶部的汽轮机支座处进行动刚度试验。动刚度试验顾名思义即为测验基础顶部承载上部汽轮机支撑点处的抗变形能力能否达到实际工程的要求。3、结合对各阶模态的分析以及考虑各个扰力点共同作用下对汽机基础的影响,得到基础上部支撑座处从汽轮机启动到正常工作这一全阶段振动频率影响下支撑座处的振动线位移,来对汽机基础的运行安全性做进一步的评估。4、通过拟动力试验对该汽机基础进行地震作用下的受力模拟,测得该汽机基础在地震作用下的钢筋受力特征以及整个框架的变形情况,进而来对其在地震作用下的安全性进行评价。5、通过有限元软件来对该汽机基础进行地震模拟,将模拟结果与最终对基础结构安全性的评价和试验所得结果做比较,进一步来验证本次试验结果的正确性。本研究课题以试验研究为主,以数值模拟研究为辅,多层次多方向的对该汽轮发电机的自振特性以及抗震安全性进行分析评价,最终得出结论:该汽机基础各阶振型良好,在上部汽轮机正常工作状态下其受力特征较好,基础顶部动刚度值以及振动线位移值均满足相关规范要求,该基础结构能够安全承载上部汽轮机组并保证其正常运行;在三种工况的地震作用下,基础结构各部分构件无明显变形,基本处于弹性变形状态,各部位刚度未出现退化,具有较强的承载能力,在7度罕遇地震强度下依然保有较多的安全储备;本次试验研究的方法和试验所得数据可对今后类似的汽机基础的模型试验起到参考借鉴作用,对今后的科研事业具有重要意义。
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