江苏某电厂1000MW汽轮发电机新型基础研究科技成果申报书扬子杯 鲁班奖 图文并茂.docx

江苏某电厂1000MW汽轮发电机新型基础研究科技成果申报书扬子杯 鲁班奖 图文并茂.docx

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江苏某电厂1000MW汽轮发电机新型基础研究科技成果申报书扬子杯鲁班奖图文并茂

申报序号

****建设科学技术成果奖申报书

申报成果名称

申报单位（盖章）

申报时间2009年3月12日试卷试题我和同事也都明白老板经常讲这个故事的用意试卷试题每次我听到老板讲这个故事数学教案就会想起那个姓刘

****建设企业协会制试卷试题（屈原《离骚》）（3）春冬之时数学教案数学教案回清倒影试卷

一、申报基本情况

成果名称

完成成果单位

主要完成人员

联系人

部门

设备管理部

职务

电话

手机

传真

邮编

地址

二、成果基本情况

申

报

单

位

评

审

组

意

见

****电厂1000MW汽轮发电机新型基础的研究针对性强、目标明确、内容丰富、数据可靠、分析合理、结论正确、效果优良，达到了预期目标。

新型基础设计、施工达到显示混凝土结构的力度和美感的观感的效果,与国内同类型邹县电厂机组原型设计相比，基础节省了基建投资，上部结构节省钢筋混凝土用量27.9％，方便施工、缩短工期，两台机组共节省投资670万元。

在全国推广此类型机组，其经济更大，在软土地基上还可节省大量地基处理费用，其社会经济效益更为显著。

该结果在****发电厂成功应用，目前运行效果非常好，能有效保障机组的正常平稳运行。

申报单位公章

2009年3月12日

任务来源

国家“十一五”计划及863计划推广发展项目

计划名称及编号

********电厂一期2X1000MW机组工程

研制起止时间

2005年6月

成果用于生产时间

2007年12月4日

组织评价部门

评价日期

评价证书编号

建议密级

申报等级

一级

批准密级

本成果曾获何部门何种奖励，奖励

等级及奖金

本成果主题词

1000MW，机组基座，动力特性，实体有限元模型；

三、申报成果的详细技术内容菜这种在本土之外出现的多流派现象数学教案在其他菜系中是极其罕见的数学教案用流、

1、成果的主要用途、技术原理

********发电有限公司2X1000MW汽轮发电机组，采用哈尔滨汽轮机和日本东芝公司联合设计生产的汽轮机及发电机，该机型是国内首次采用，是国内第一批百万千瓦单轴汽轮发电机组。

机组的设计、制造、施工和运行的优劣，直接关系到机组能否安全、经济和高效的运行，也关系到1000MW机组的推广和应用，当前尚无成功经验，因此汽轮发电机基础的设计、施工和测试是机组性能保证的关键的工作之一。

为了更好地掌握该新型机组的特点，使理论计算和分析更贴近机组的实际运行条件，********电厂特委托****电力设计院对该汽轮发电机基础进行技术研究与设计，委托********建设研究院对基础分别进行模型试验、原型实测两项振动试验研究，委托****建设****公司进行基础施工，以确保机组的运行安全、稳定、可靠。

本基础高约为21m，沿纵向有六榀横向框架，依次支承高压缸、中压缸、两个低压缸及发电机。

与常规的框架式汽机基础最大的不同在于取消了凝汽器之间的落地墙板结构而采用由梁柱组成的框架结构。

基础运转层梁高约为2.8m，中间平台为现浇混凝土平台，板厚800mm，整个基础混凝土构件自重约为8000t，运转层设备重约2400t。

针对本新型机组基础，各合作单位积极探索、克服困难，就以下内容进行了深入研究：

1结构设计研究：

****电力设计院在汽轮发电机基础的设计中，按照国家动规并参考相关的国际标准设计了一款结构简洁、质量和刚度搭配合理且方便施工的机组基础。

具有柱断面较小，结构轻巧，无低压缸间的整体墙板，结构体系明确等特点。

汽机框架结构宽15.00m，长为58.35m，高度分别为中间夹层和运转层两部分，标高分别为8.6m，17.0m，柱最大截面为2800×2800，梁最大截面为5020×3000。

2数值模拟计算分析

2.1实体单元模型特点

在基础的设计工作中，由于受到计算机技术水平的制约，通常采用杆件单元模型进行分析计算，计算结果基本能满足工程应用的要求。

伴随着近年来计算方法和计算机技术的迅猛发展，为我们提供了一个更高更强的操作平台，使我们具备了采用实体模型进行数模计算的先决条件。

实体有限元模型，可以最大限度的仿真基础的实际几何形状，不仅能够很好地反映出诸如开孔、开槽等对构件截面削弱的影响，能够自动模拟框架节点处的刚度而不必象杆件单元模型中需要人为的引入刚性域长度来考虑节点的刚性区范围，还能够方便地按照实际受力情况施加荷载，体现实际荷载可能对构件产生偏心、扭转等作用效应。

另外实体单元模型节点数往往比杆件单元模型多，在动力计算时采用的是按照实际质量分布情况考虑的一致质量矩阵，这样可以保证不漏掉高阶振型和保证较高的理论计算精度。

2.2建模方法

为了保证基础设计的计算分析安全可靠，采用大型通用有限元分析软件ANSYS建立基础实体有限元模型以进行动力特性的分析计算具有实际意义。

实体有限元模型建立过程中着重考虑了形状突变、材料不连续、荷载作用点、边界条件等位置的结点处理，保证单元长宽比例协调，连续过渡，所建立的分析模型较真实地反映了基础的构造特点和边界条件。

由于基础的分析模型规模较大，在模型的修改与调试过程中采用图形用户界面（GUI）和参数设计语言（APDL）相结合的建模方法，使通用程序专业化，大大降低建模的难度和工作量，满足了实际建设工程中工期紧进度快的要求。

2.3单元的选取和划分

选用SOLID65单元来模拟混凝土。

SOLID65为八个角点为节点的六面体单元，每个节点有三个自由度（分别是x、y、z方向的平动自由度），共二十四个自由度，在特殊情况下允许退化为六结点五面体单元。

具体单元形状如图2.1所示。

其形函数为：

v,w位移场函数依此类推。

图2.1SOLID65单元形状

模型中对钢筋的模拟采用分布式，即在SOLID65单元中通过输入体积配筋率来考虑钢筋的强化作用。

整个模型共由78741个节点和59182个单元组成，见图2.2。

图2.2基础实体有限元计算模型

2.4汽机基础振动试验研究

鉴于****百万电厂的重要性及其技术的高端性，确保汽轮发电机组的正常运行，拟进行汽轮发电机基础模型振动试验来预测汽轮发电机基础结构的实际振动，并对该基础结构的动力特性作出评价，以指导设计最佳方案的确定，保证汽轮发电机基础设计的质量。

因此，********电厂委托********建设研究院进行汽轮发电机基础的模型振动试验研究与基础原型实际振动测试研究。

3汽机基础的模型振动试验研究

3.1测试研究项目的预定目标

本次测试研究项目的预定目标为：

①通过模型试验得到汽轮发电机基础的动力特性，运用模态综合分析以及与有限元数值计算结果的对比研究，预测基础结构的强迫振动响应，并对该汽轮发电机基础设计方案作出评价。

②在模型试验中如发现问题，协助设计单位进行共同研究，并从结构动力学角度提出参考修改意见。

预测出基础强迫振动响应的一系列数据、曲线等，对基础的振动状态进行最终评估。

3.2模型设计和制作

基础的模型制作在电力建设研究所岩土实验室的试验基坑中完成，基础的底板坐落在刚性砼块体之上，与实际中基础的情况相似。

在1/10钢筋砼基础模型的设计中，模型基础的配筋率是根据原型基础的配筋率确定的。

基础分三次浇灌，即按底板、柱与中间平台、柱与顶板的顺序施工。

另外，在模型顶板相应的位置埋入具有较大刚度的钢柱及钢梁，对汽机机组的轴承座钢结构进行了模拟，详见照片。

照片展示了制作完成的模型。

照片中蓝色物即为模拟的支撑轴承座。

****电厂汽轮发电机基础模型

3.3试验所用的硬件及软件

主要试验仪器和软件如下：

实测过程中所使用的激振器

模型测试过程中所使用的主要仪器

1）激振器：

JZ-20型，北京测振仪器厂生产。

2）力传感器：

YD-25A型，北京测振仪器厂生产。

3）功率放大器：

GF-300B型，北京测振仪器厂生产。

4）加速度计：

CA-YD-188型加速度传感器，江苏联能电子有限公司生产。

5）信号适调放大器：

2693A型，丹麦B&K公司生产。

6）动态信号分析仪：

DP730MobilizerSignalCalc，美国DataPhysicsCorp.生产。

7）计算机：

DELLLatitudeNoteBook，美国DELL公司生产。

8）模态分析软件：

ME’SCOPEVES，美国VibrantTechnology,Inc.生产。

9）基本分析软件：

SignalCalc730DynamicSignalAnalyzer，美国DataPhysicsCorp.出品。

10）电荷放大器：

3114型，中国航天工业总公司702所生产。

3.4基础模型试验的综合结论

1）****发电厂2x1000MW汽轮发电机机组的基础其Z向的第1阶自振频率为12.38Hz，说明基础的自振频率远小于工作频率，属于低频结构。

2）试验结果显示，基础扰力作用点的振动比较小，三个方向上的振动线位移均没有超过15μm，在《动力机器基础设计规范》的允许范围内，即：

工作转速范围内振动线位移小于20μm，工作转速范围外启动过程中振动线位移小于30μm，说明基础的设计符合《动力机器基础设计规范》要求。

3）柱子及中间平台虽存在局部振动，但其幅值没有超过20μm。

4）试验结果表明所有测点的振幅值除横墙中的底部39号点为20.03μm以外，均没有超过20μm，说明基础的整体设计是合理的。

5）在此次的模型试验中，3个方向的自振频率与计算结果的自振频率在低频区对应较好；扰力点的幅频曲线与计算中的幅频曲线趋势比较接近。

6）通过模型试验表明****2×1000MW汽轮发电机机组基础具有良好的动力特性，说明基础设计安全可靠。

7）本次模型试验做了大量创新性的工作。

4.汽机基础的原型实际振动试验研究

鉴于1000MW汽轮发电机机组基础的重要性，以及使百万机组基础的设计水平得以提高、发展、推广，并与国际接轨，由于只限于模型试验及理论计算是远远不够的，因而又对该基础从2006年7月至2007年12月进行了4个阶段的原型实际测试，一方面可以跟踪、校核理论计算和模型试验结果，另一方面也是为了检验该基础的施工、设备安装、启动运行等工况的质量与安全，积累更直接的基础振动资料，为电厂提供机组基础更全面的实际振动参数，从而可以进一步保障机组的安全平稳运行。

通过对********发电厂2×1000MW汽轮发电机机组基础进行4阶段振动测试与分析，可以得到以下结论：

4.1.基础结构垂直向第一阶频率为13.6Hz，远离工作扰频。

基础的振型主要体现为整体振动。

4.2．基础扰力作用点的振动比较小，机组启动过程中扰力点最大振幅振动线位移为10.11μm（测点位于发电机端的纵梁上，对应转速为1209rpm），满负荷运行中扰力点最大振幅振动线位移为4.72（m（位于中压缸与低压缸之间的横梁中点）。

完全满足《动力机器基础设计规范》的要求，即：

工作转速范围内振动线位移小于20μm，工作转速范围外启动过程中振动线位移小于30μm。

4.3．在机组满负荷运行时，基础轴承座径向最大振动速度均方根值为3.11mm/s，控制点轴向最大振动速度均方根值为0.52mm/s，小于《Mechanicalvibration-Evaluationofmachinevibrationbymeasurementsonnon-rotatingparts---Part2:

Largeland-basedsteamurbinggeneratorsetsinexcessof59Mw（在非旋转部件上测量和评价机器的机械转动第二部分：

50MW以上陆地安装的大型汽轮发电机组）》（ISO10816-2：

1996）中对新机组的要求（3.8mm/s）。

4.4．由电厂提供的资料可知，在同一工况下，机组轴承的最大相对振动值为29.31μm；轴承座的绝对振动最大值为13.54μm，振动较小，满足相关规范要求。

4.5．从基础在机组带满负荷阶段的测试结果可以看出，所有测点的振动位移峰值均在10μm以下，表明基础运行状况良好。

4.6．柱子及中间平台的振动均很小，中间平台最大振幅振动线位移为9.43μm，柱子最大振幅振动线位移为3.48μm，说明基础尽管做了一些优化，柱子截面有所减小，但没有出现柱子振动增大的现象，钢筋混凝土的中间平台也设计得较合理。

4.7．在水平横向的幅频曲线中，各条曲线趋势较为接近，其它两个方向，实测曲线与预测结果曲线对应较好。

4.8．通过对****电厂进行的各阶段的测试分析，得到了许多有效的数据，可以为电厂机组调试、检修、故障诊断等提供技术支持。

通过原型实测分析，汽轮发电机基础的综合动力特性为具有优良的动力特性，其振动响应分别完全满足《动力机器基础设计规范》以及国际标准ISO10816的要求；柱子以及中间平台的振动较小；基础设计保证了机组的正常平稳运行。

通过在设计、施工、试验、管理等过程中采取一系列有效措施的强有力的保障，在各有关单位的通力配合下，完成了****发电厂2×1000MW汽轮发电机机组基础研究工作，最终的试验结果不仅表明基础具有优良的动力特性，证明设计是成功的，施工是可靠的，同时也积累了丰富的而有效的数据，可以为电厂机组调试、检修、故障诊断等直接提供参考依据。

因此针对****电厂1000MW汽轮发电机新型基础的研究针对性强、目标明确、内容丰富、数据可靠、分析合理、结论正确、效果优良，达到了预期目标。

2、关键技术和创新点

1.设备制造商标准验算

按照设备制造商TOSHIBA、哈尔滨汽轮机厂有限责任公司和哈尔滨电机厂有限责任公司的设计标准DD-KS11346-a及DD-KS11349-a《TurbineGeneratorFoundationDesignCriteria》，应TOSHIBA公司工程师要求，采用国际通用有限元分析程序STAAD/PRO完成汽轮发电机基础的动力和变位计算分析，最终计算结果满足设备制造商标准要求，获得TOSHIBA的复核确认。

参加人员：

周建章林少波陈飞（****电力设计院）

2.国家标准验算

根据中国的动力机器基础设计规范（GB50040-96），采用国内汽轮发电机基础专用计算软件TGFP和国际大型通用有限元程序ANSYS进行基础的数模计算分析，计算结果满足现行中国规范要求，并于2006年3月通过行业专家评审。

参加人员：

周建章林少波丁强（****电力设计院）

3.物理模型试验研究

根据火力发电厂设计技术规程（DL5000-2000）规定，进行1:

10汽轮发电机基础模型动力测振试验，试验研究结果符合现行中国规范动力机器基础设计规范（GB50040-96）要求，并于2006年3月通过行业专家评审。

参加人员：

邵晓岩代泽兵吉晔（****电力建设研究所）

3、通过数据比对和检索证明材料，对比成果与国内外已有同类先进技术的全面情况

与同等级机组的比较

****2×1000MW汽机基础与国内正在建造百万级邹县发电厂四期2×1000MW汽机基础和TOSHIBA推荐的参考电厂HEKINAN的汽机基础相比情况如下：

（1）基础的混凝土用量（不包括底板）：

****发电有限公司2⨯1000MW汽轮发电机基础为（8652.0T）。

邹县发电厂四期2×1000MW汽轮发电机基础为（12000.0T）。

HEKINAN电厂1000MW汽轮发电机基础为（7923.0T）。

（2）用于设备和管道布置的空间：

1）高压缸端至低压缸，柱间横向净距：

****发电有限公司为9.0m。

邹县发电厂四期为8.6m。

HEKINAN电厂为8.6m。

2）发电机下，柱间横向净距

****发电有限公司为9.6m。

邹县发电厂四期为10.0m。

HEKINAN电厂为8.5m。

（3）运转层平台面积：

****发电有限公司为58.473×15.0=877.095m2。

邹县发电厂四期为55.20×15.0=828.00m2。

HEKINAN电厂为53.345×14.0=746.83m2。

4、已应用、推广情况及推广前景

********发电有限公司2X1000MW汽轮发电机组，采用哈尔滨汽轮机和日本东芝公司联合设计生产的汽轮机及发电机，该机型是国内首次采用，是国内第一批百万千瓦单轴汽轮发电机组。

机组的设计、制造、施工和运行的优劣，直接关系到机组能否安全、经济和高效的运行，也关系到1000MW机组的推广和应用，机组的设计、制造、施工和运行当前还没有成功的经验，汽轮发电机基础的设计、施工和测试又是机组性能保证的关键的工作之一。

****电力设计院在汽轮发电机基座的设计中，按照国家动规并参考相关的国际标准设计了一款结构简洁、质量和刚度搭配合理且方便施工的机组基座。

具有柱断面较小，结构轻巧，无低压缸间的整体墙板，结构体系明确等特点。

为了保证基座的设计质量，进行了1/10基座模型振动试验，同时应用大型通用有限元分析软件ANSYS建立实体有限元模型对该基座进行计算分析。

试验数据与计算结果的对比分析表明，试验研究获得的基座振动特性和强迫振动响应结果均与计算分析结果吻合较好，互相验证了结果的准确性和可靠性；试验研究和计算分析预测的基座振动线位移小于0.02mm，能够保证基座满足机组正常运行的要求。

********建设研究院在模型测试研究项目的预定目标为：

①通过模型试验得到汽轮发电机基础的动力特性，运用模态综合分析以及与有限元数值计算结果的对比研究，预测基础结构的强迫振动响应，并对该汽轮发电机基础设计方案作出评价。

②在模型试验中如发现问题，协助设计单位进行共同研究，并从结构动力学角度提出参考修改意见。

预测出基础强迫振动响应的一系列数据、曲线等，对基础的振动状态进行最终评估。

********建设研究院通过原型实测分析，汽轮发电机基础的综合动力特性为具有优良的动力特性，其振动响应分别完全满足《动力机器基础设计规范》以及国际标准ISO10816的要求；柱子以及中间平台的振动较小；基础设计保证了机组的正常平稳运行。

由此证明****发电厂2×1000MW汽轮发电机机组基础设计与施工是成功而可行的，其结果可在同类型机组设计中推广应用。

5、经济及社会效益情况

****发电有限公司2⨯1000MW汽轮发电机组由哈尔滨汽轮机厂有限责任公司、哈尔滨电机厂有限责任公司和TOSHIBA联合设计生产，该机型是国内首次采用，与TOSHIBA推荐的参考电厂HEKINAN的汽机基础相比，新型基础动力设计依据我国动力机器基础设计规范的设计理念并吸收了我国专家长期设计经验和设计创新。

与国内同类型邹县电厂机组原型设计相比，基础节省了基建投资，上部结构节省钢筋混凝土用量27.9％，方便施工、缩短工期，两台机组共节省投资670万元。

在全国推广此类型机组，其经济更大，在软土地基上还可节省大量地基处理费用，其社会经济效益更为显著。

6、必要的图表及照片（22）

汽轮发电机汽轮发电机基础

基础模型振动试验研究基础模型

四、评审意见（23）

初审

意见

（签字）：

年月日

专家委员

会评价意见

专家（签字）：

年月日

****

建设企业

协会审定

意见

单位（章）

年月日

空白

单位（章）

年月日

成果在应用单位产生的环境、经济、社会等效益证明步行走;“逛”散步,闲游;“晃”侧重摇动摆动试卷试题可以说,四个词都有慢步走的意思,根据语境,该语、

成果名称

1000MW汽轮发电机新型基础研究

针对****电厂1000MW汽轮发电机新型基础的研究针对性强、目标明确、内容丰富、数据可靠、分析合理、结论正确、效果优良，达到了预期目标。

通过原型实测分析，百万千瓦等级汽轮发电机基础的综合动力特性为具有优良的动力特性，其振动响应分别完全满足《动力机器基础设计规范》以及国际标准ISO10816的要求；柱子以及中间平台的振动较小；通过大量创新性工作，基础设计保证了机组的正常平稳运行。

施工中突出新颖、立足亮点,对混凝土表面不进行任何装饰，外观质量即能达到显示混凝土结构的力度和美感的观感的效果,砼结构尺寸准确，轴线通直，线条规则分明、平直顺畅，顶面平整，棱角、柱梁交界处工艺美观,达到镜面清水混凝土效果。

与国内同类型邹县电厂机组原型设计相比，基础节省了基建投资，上部结构节省钢筋混凝土用量27.9％，方便施工、缩短工期，两台机组共节省投资670万元。

在全国推广此类型机组，其经济更大，在软土地基上还可节省大量地基处理费用，其社会经济效益更为显著。

该结果在****发电厂成功应用，目前运行效果非常好，能有效保障机组的正常平稳运行。

应用单位财务部门（章）

2009年3月12日