大型发电机组主厂房-汽机基座联合框架结构设计关键技术研究

大型发电机组主厂房-汽机基座联合框架结构设计关键技术研究

刘蒙

中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司

摘要：本文依托某大型发电厂的主厂房混凝土框架结构，介绍了厂房与汽机基座联合布置的设计难点与关键技术，突破以往常规的岛式布置，取突汽机基座的基底筏板，首次采用联合框架布置、独立基础。大大减少了工程量，提高了结构的刚度，同时也为新式厂房提供了依据。

关键词：联合布置，厂房，汽机基座，独立基础

1.前言

常规发电厂通常用岛式布置，即主厂房为框架结构（混凝土框架结构或者钢框架结构），在主厂房中放置的汽轮发电机基座，通常与主厂房分离，中间设缝，形成独立汽机基座结构。由于汽轮发电机在运行中会产生一定频率的振动，同时设备的轴线对挠度和挠动的要求精度非常高，因此汽机基座的基础通常会采用刚度较大的筏板基础。

2.联合布置设计难点

大型发电厂的凝结器较大导致汽机基座跨度增大，增加计算难度。同时跨度的增加意味梁柱截面的显著增加，而本身结构布置的紧凑、工艺专业管道的密集、以及主厂房指标参数的优化，增加截面意味增大碰撞的风险，压缩工艺布置的空间。

汽轮机对刚度的要求非常严格，增加柱列意味着在同等挠度要求下，基座的刚度要显著增加，而增大刚度有效的办法是加大截面、加厚台板，而这样造成的影响是，在地震作用下会产生大的地震效应，将整个工程量提高。

为了能够达到大型机组较大的单机容量，主厂房里的设备与管道跟常规相比，布置密集且多，超超临界、超大容量机组使得主厂房的管道荷载比常规大，而且荷载点较多。荷载大小与结构的布置及刚度有密切的联系。

若采用传统的汽机基座与主厂房分离的岛式布置，将会使得主厂房梁柱、汽机基座有可能刚度不足，继而形成“肥梁胖柱”。同时岛式布置汽机座的基础将采用筏板基础，会造成较大的工程量。

3.主厂房与汽机基座的联合布置

为了能够增加汽机基座的刚度，取消汽机岛与主厂房间的变形缝，考虑将主厂房与汽机基座的柱通过混凝土梁联结，形成完整的联合框架。这种布置既可以增加主厂房的抗侧刚度，又可以使主厂房对汽机基座的刚度有所贡献，形成整体，共同承担荷载，同时按刚度进行荷载分配。

图3汽机基座弹簧隔震基础立面图

隔震措施的效能比非常高，能够充分地减小甚至消除汽轮发电机运行时对隔震器以下梁柱结构产生的影响[汽轮发电机组弹簧隔振基础模型试验研究—动力特性实验，武汉大学学报（工学版），Vol.44Sup.Oct.2011][汽轮发电机弹簧隔振基础的隔振效率测试，北方工业大学学报，Vol.27No.1March.2015

]，使联合布置的方案提供充分的可能性。

4.主厂房与汽机基座联合布置的建模计算

为了能够更好分析汽机基座、主厂房结构、联合布置的计算结果，对于汽机基座、主厂房将分别建模计算，再进行联合厂房整体计算。结构自振周期及频率见下表

图4发电厂联合布置厂房运转层转换牛腿

5.2汽机基座独立基础取代筏板基础

运用了主厂房框架-汽机基座框架联合布置方案，优化的结构整体的刚度分布，地质条件是中等风化或微风化花岗岩层，持力层良好，岩石地基，在这种优良地质条件为前提，大胆地提出取消传统汽机基座的筏板基础，采用柱下独立基础。

因为采用隔震技术及联合布置厂房，结构性能已经进行一定的优化。通过反复的计算分析，认为以独立基础取代筏板基础是可行的。而单这一项，就节约了非常大的工程量。而且这在以往的任何电厂中都是绝无仅有的。

6.结论与建议

采用联合布置主厂房具体有明显的优势：

1、与传统岛式布置相比，提高结构的整体刚度。

2、减少工程量，有充足的空间供工艺专业布置管道，高效利用厂房空间。

3、在持力层良好的条件下，可取消汽机基座筏板基础，采用独立基础。

参考文献:

1汽轮发电机组弹簧隔振基础模型试验研究—动力特性实验，武汉大学学报（工学版），Vol.44Sup.Oct.2011

2汽轮发电机弹簧隔振基础的隔振效率测试，北方工业大学学报，Vol.27No.1March.2015