萬淑貞

摘要：基于相似原理，本文按照1：8的比例設(shè)計(jì)建造了汽輪機(jī)組基礎(chǔ)的模型，以研究其動(dòng)力特性。本課題采取多點(diǎn)隨機(jī)激振方法，測試結(jié)構(gòu)的自振特性。采用錘擊法考查動(dòng)剛度信息。值得注意的是，本模型中嘗試模擬凝汽器，模態(tài)分析后，也得到了凝汽器的振動(dòng)。通過測試，得到了該汽機(jī)基礎(chǔ)模型的各階頻率、振型、阻尼比以及各軸承160—240HZ的動(dòng)剛度變化規(guī)律。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力特性 凝汽器 模態(tài)分析 動(dòng)剛度

中圖分類號(hào)：TU476文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-5349（2016）13-0245-01

隨著電力建設(shè)的高速發(fā)展，大型汽輪機(jī)組框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。而汽輪機(jī)組的動(dòng)力特性對(duì)于電廠的安全可靠的運(yùn)行有著舉足輕重的意義。實(shí)踐已證明，基于相似定律進(jìn)行模型試驗(yàn)得到的結(jié)果是可靠的。

一、工程概況

本實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪侨嵝曰A(chǔ)，即在柱頭用預(yù)埋件與彈簧隔振器連接，彈簧隔振器的剛度不同，用以調(diào)整不同位置的剛度差異，使得臺(tái)板振動(dòng)協(xié)調(diào)。在結(jié)構(gòu)的橫向?yàn)殡p排柱布置，在梁柱之間有許多小空間可以靈活布置極大地滿足了工藝和使用需求。凝汽器部分做到與原型在質(zhì)量和重心上等效。同時(shí)，在凝汽器的四角上焊接鋼管，連至頂梁的四個(gè)傳力點(diǎn)，模擬低壓缸的貓爪連接。建造極其精細(xì)化，多達(dá)52個(gè)洞口，小至3cmX2cm的小洞口都逐一施工到位。這一點(diǎn)最大可能地考慮了截面削弱情況，保證截面特性最大地符合原型，使得后續(xù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果更理想。

二、模態(tài)分析

模態(tài)分析技術(shù)從20世紀(jì)60年代后期發(fā)展至今已趨成熟。它和有限元分析技術(shù)一起已成為結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)中兩大支柱。模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)中的一種“逆問題”分析方法。它與傳統(tǒng)的“正問題”方法主要是指有限元方法不同是建立在實(shí)驗(yàn)或?qū)崪y的基礎(chǔ)上采用實(shí)驗(yàn)與理論相結(jié)合的方法來處理工程中的振動(dòng)問題。

在LMS軟件中，建立測點(diǎn)布置圖。為了使模態(tài)分析結(jié)果更加接近現(xiàn)實(shí)情況，在建模過程中布置了多達(dá)188個(gè)控制點(diǎn)，在建模過程中布置了多達(dá)188個(gè)控制點(diǎn)，以保證激振結(jié)果能獲得更真實(shí)的模型振動(dòng)信息。其中，B03是縱向激振點(diǎn)，B12是豎向激振點(diǎn)，B21是橫向激振點(diǎn)，這是按照盡量使能量均勻分布的原則布置的。

從振型圖中可以看出，第一階為整體水平縱向振動(dòng)（0.880HZ），第二階為整體水平橫向扭轉(zhuǎn)（1.180HZ），第三階為水平橫向平動(dòng)（1.348HZ）。從第四階開始依次出現(xiàn)凝汽器部分的振動(dòng)：縱向平動(dòng)（1.455HZ）、橫向平動(dòng)（1.968HZ）、扭轉(zhuǎn)（2.193HZ）、豎向平動(dòng)?？梢钥闯觯Y(jié)構(gòu)的振動(dòng)符合一般的建筑平動(dòng)、扭動(dòng)的規(guī)律，是良好的抗震體系。從第四階開始，出現(xiàn)了凝汽器的各種振動(dòng)形式，包括：縱向平動(dòng)，橫向平動(dòng)，扭轉(zhuǎn)以及豎向平動(dòng)。與整體的振動(dòng)形式出現(xiàn)的順序較為一致。

三、動(dòng)剛度分析

在各軸承位置施加擾力，然后計(jì)算出該點(diǎn)在160-240HZ的振動(dòng)幅值，進(jìn)而可計(jì)算出動(dòng)剛度值。由各軸承動(dòng)剛度頻域曲線圖可知，W02，W04，W06處的動(dòng)剛度值相對(duì)較小，而這正是低壓缸所在位置的三道梁的軸承處，是結(jié)構(gòu)的薄弱位置。分析可知，彈簧基礎(chǔ)動(dòng)剛度值直接影響其臨界轉(zhuǎn)速。而臨界轉(zhuǎn)速是與整個(gè)軸系的穩(wěn)定、安全運(yùn)行息息相關(guān)的。

四、結(jié)論

針對(duì)該1：8汽機(jī)基礎(chǔ)縮尺模型的模態(tài)試驗(yàn)及動(dòng)剛度測試所得其自振特性所得數(shù)據(jù)可得以下結(jié)論：

（1）得到了其各階頻率、阻尼比及振型，掌握其典型振動(dòng)特性，有助于把握地震中的薄弱環(huán)節(jié)。從這個(gè)角度講，可以優(yōu)化汽機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。

（2）得到了結(jié)構(gòu)在關(guān)鍵頻率范圍內(nèi)的動(dòng)剛度曲線，其峰值可以用來判斷臨界轉(zhuǎn)速是否滿足動(dòng)力基礎(chǔ)規(guī)范的要求。

（3）通過模態(tài)分析，繼而進(jìn)行響應(yīng)預(yù)測，可以得到結(jié)構(gòu)的各擾力點(diǎn)振動(dòng)線位移信息，其范圍不能超出西門子規(guī)范的幅值。

（4）本課題的實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)能很好地與ANSYS模擬結(jié)果相吻合，這一點(diǎn)，尤其是從各階頻率，以及振型出現(xiàn)的先后順序，相應(yīng)特點(diǎn)中可見一斑。這再次有力地證明了模型試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。

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