【摘要】运用有限元计算分析软件对某燃机电厂中的燃气汽机基座进行了动力分析，评价该燃机基座的动力特性，用以指导和校核设计。

【关键词】燃气汽机基座 动力计算

1 工程背景

某新建燃机热电有限公司采用燃气-蒸汽联合循环机组，其规模为：两套由美国GE生产的PG6111FA型燃气轮机发电机组+两台非补燃自然循环余热锅炉+两套25MW抽汽冷凝式汽轮发电机组。由于GE公司对燃机机组运行的扰动、基座动力参数等有明确的规定与限值。为保证燃机发电机组运行的安全可靠性，基座动态特性应满足相关的规定，避免机组振动超标。因而为本工程建立了三维实体计算模型，运用通用的有限元分析方法，得出该燃机基座的动力特性，同时评价了该基座的动力特性，为基座的合理设计以及机组的安全运行，创造良好的条件。

2 建模

2.1 三维有限元模型

本项目燃机基座为现浇大块整体式钢筋混凝土基础，机组由汽轮机，发电机，进气装置等组成；汽机额定工作转速为5235 rpm，发电机额定工作转速为3000rpm，燃气轮机及发电机直接支承在燃机基座上。基座纵向长约22.6米，发电机处横向宽约4.3米，燃汽轮机处横向宽约6.95米。在有限元模型中，三维实体单元构成基座的有限元模型的基本要素，所有节点都具有三个方向的线性位移自由度。根据GE公司相关设计文件，设备荷载均为点荷载，如果直接加载在实体有限元模型上，在计算过程中容易出现计算奇异等问题。而通过刚性杆将荷载传给基座，可以避免加载点偏心所引起的一系列问题。

根据厂家提供的荷载资料分布图，简化后各荷载作用点的位置如下图1所示。据此，在有限元分析时，在各点对应处的刚性杆位置施加作用力。

由于该基座板厚与基础总长度之比约1/5.5，天然地基的刚度将直接影响到基座的振动，因而本工程分析时把地基作为弹性地基来对待。根据地质勘察文件，燃机基座落在强风化粉砂岩上，其天然地基的抗压刚度系数： ；抗剪刚度系数 。

3 动力分析

3.1 自由振动分析

通过燃机基础的自由振动分析得到自然频率和振型，自由振动分析结果如下图2所示。

3.2 等效静载分析

根据GE相关文件要求，在等效转子不平衡力作用下，在汽轮机及发电机区域的，基座各点的最大位移不大于以下数值：汽轮机区域（GT area）：4.6x10-5m；发电机区域（Generator area）：5.3x10-5m。而此处等效转子不平衡力由转子不平衡力乘以动力放大系数得出，该值由下式确定通过数据分析可知，在等效转子不平衡力作用下，四种工况下燃基基座最大的位移分别为：44 ，39.9 ，18.1 和20.5 ；各值均小于GE厂家要求的数值。

3.3动刚度分析

为验算基础动刚度，分别在横向（Transversal） 和竖向 （Vertical）方向对基座施加扰力，在每一组绕Y轴对称的汽机和电机支承点处输入水平及竖向扰力为：

可知各轴承支座点处的位移均小于GE厂家规定的限值，本工程基座满足动刚度要求。

4 结论

通过对本工程燃机基座的有限元模型分析，可知：

（1）在等效转子不平衡力作用下，在转子沿X+方向不平衡、转子沿X-方向不平衡、转子沿Z+方向不平衡及转子沿Z-方向不平衡等四种工况下燃机基座最大的位移分别为：44 ，39.9 ，18.1 和20.5 ；各值均满足GE公司关于汽机区域应小于46 、发电机区域应小于53 的要求。

（2）在规定简谐荷载作用下，汽机轴承支承点位置的最大水平向及竖向位移值均满足水平位移不超过3.5 和竖向位移不超过2.0 的规定数值。

（3）本工程设计基座满足GE公司对基座设计的动力响应要求。

参考文献

[1]GB50040-96.动力机器基础设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003