汽轮机-发电机基础土建设计标准.doc

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1、- 1 -汽轮机汽轮机-发电机基础土建设计标准发电机基础土建设计标准目录表目录表章节章节 描述描述 页页1 说明说明 42 准则和标准准则和标准 43 基本要求基本要求 44 基本设计数据基本设计数据 55 设计载荷设计载荷 76 静态要求静态要求 107 动态要求动态要求 138 其它要求其它要求 159 附录附录 17- 2 -1 说明说明本文件定义了结构设计的标准和当前的汽轮发电机组（STG）基础支柱设计的变形要求。 基础设计者对基础结构的整体强度、稳定性负责，并对容许的基础变形进行观察负责。土建设计应当按照德国DIN-4024标准“机床基础”的最新版本，符合程序、设计规则和工作步骤。

2、2 准则和标准准则和标准除非另外注明，应当遵守下列准则和标准的最新版本。 /1/ 德国 DIN 4024 机床基础/2/ 德国 DIN 1045 混凝土、加固的和预应力混凝土结构 /3/ DIN ISO 1940 刚性转子的平衡质量要求 /4/ DIN ISO 10816通过非旋转部件的测量， 对机械振动进行评估/5/ UBC单一建筑物准则 (USA) (用于评估地震载荷和内部作用力)3 基本要求基本要求一般来讲，汽轮发电机组基础应当保证汽轮发电机组在正常运行条件下的平稳运行，以及在不同的紧急情况和地震情况下能保持基础的结构刚性。汽轮发电机组的基础必须能够满足下列要求:- 基础结构的基本固有频

3、率必须充分远离运行速度范围，例如，在正常运行条件下的共振必须避免。- 由于运行不平衡载荷造成的基础结构的强迫振动必须控制在机床制造商规定的限值范围内。- 基础机构必须能够承受由于运行、突发事故和共振载荷引起的各种作用力 (弯曲, 扭力, 剪切) 。- 3 - 基础结构的整体刚度必须足以保持在所有的运行条件下的轴系校正，例如，最大的运行变形量必须保持在机床制造商规定的限值范围内。- 温度作用必须降低到最小程度。- 通过动态隔绝物，使基础支架能够免受周围区域的振动的影响。另一方面，由汽轮机/发电机组引起的振动通过基础结构大部分被吸收，因而周围区域将不会受影响。-地基底土的差异沉降的灵敏度必须降到最

4、低程度。设计要求4 基本设计数据基本设计数据 4.1 最少尺寸最少尺寸汽轮发电机组基础以及土建设计应当与ALSTOM相关图纸中注明的信息和尺寸相一致： . 基础图纸. 锚固图纸由ALSTOM提供的信息仅由设备要求决定的。标明的相关结构尺寸（例如基础厚度、支柱尺寸等）仅供参考，必须得到基础设计者/土建工程师的确认。如果土建基础设计者由于结构要求，认为有必要改变由设备决定的尺寸，必须得到ALSTOM的书面确认。4.2 现场条件现场条件4.2.1 泥土设计参数泥土设计参数 在一名专家咨询工程师，尤其是熟悉当地现场条件的专家咨询工程师精心制作的单独的资料（泥土调查报告或类似）中必须给出泥土特征和/或大

5、地构造信息。如果没有这类报告，下列特性可以用于初步设计：- 较浅的基础/底座（没有桩）- 基础反作用的模量：a) 静态: 20 MN/m3b) 动态: 30 MN/m3- 4 - 许用的泥土压力：a) 正常运行：0.2 MN/m2b) 事故情况和地震情况下： 0.3 MN/m24.2.2 地震设计信息地震设计信息汽轮发电机组支架地震力的评估应当根据美国单一建筑物准则（UBC，最新版本）的地震要求进行。一般来讲，应当使用1631部分的“动态分析程序”。然而，假如中等地震活动，例如1，2a和2b地带，可以替代使用1630部分的“侧向力最低设计和相关影响”。除非客户的其他特别说明，将设定地震重要因数

6、I = 1.0。系数R（反映了结构系统的综合弹性负荷量）的数值应当根据包括细节在内的特定结构的特性仔细选择。根据客户的特殊要求，可以使用其他的地震标准或计算方法。但是，这些标准和/或计算方法至少要等效于UBC。对于符合UBC区域3和区域4的地震区域，动态分析程序的使用是强制性的。4.3材料特性的最低要求材料特性的最低要求建筑物材料的特性应当根据当地准则和标准的规定进行选择。设计选择的材料的当地可利用性应当保证。下面列出了材料的最低强度。4.3.1 混凝土混凝土: 等级等级 C 25 / 30混凝土在28天时的典型的抗压强度为：圆柱体强度： fck,cyl = 25.0 MN/m2体积强度： f

7、ck,cube = 30.0 MN/m2设计强度： fcd = * fck,cyl / c这里: 考虑到长期作用后的折减系数c 部分安全系数c = 1.5 对正常运行设计条件c = 1.3 对事故条件和地震设计条件- 5 -杨氏模量：用于静态计算： Ecm,stat = 21 000 MN/m2用于动态计算： Ecm,dynamic = 30 000 MN/m2泊松系数： c = 0.2钢筋混凝土的特定重量：25.0 kN/m3热膨胀因数：T = 10-5 K-14.3.2 钢筋钢筋: BSt 500 SA屈服强度特性： fyk = 500 N/mm2设计强度：fcd = fyk / S这里：

8、 S 部分安全因数S = 1.15 用于正常运行设计条件S = 1.0 用于事故设计条件和地震设计条件5 设计载荷设计载荷在ALSTOM资料GMD 0 983 447 “基础承载”中，对在汽轮发电机基础土建设计中被考虑的所有汽轮发电机组的相关载荷的数值应符合“负载-个例-明智”。如果需要，应当采用其他的载荷（一般是土建结构的相关载荷）。下面列出了不同类型的载荷的总体说明。注：任何类型的载荷能够满足超过一种的独立载荷情况（例如“管道冷态作用”，在三个方向上由于载荷和力矩，有=23种载荷情况）。5.1 载荷类型载荷类型- LC 1: 加强混凝土重量(静载)特征重量： 25 kN/m3- LC 2:

9、 设备重量 (静载)- LC 3: 转子重量 (静载)- LC 4: 均匀分布表面载荷LL = 5 kN/m2 (动载荷)适用于没有设备的区域。- 6 - LC 5: 叶片和转子反动级 (动载荷)- LC 6: 凝汽器载荷 (动载荷)- LC 7: 管道作用 (动载荷)- LC 8: 由于热膨胀的摩擦 (动载荷)- LC 9: 由于周围温度和汽轮发电机组温度升高造成的热梯度（动载荷）- LC 10: 汽轮机的叶片损耗 (事故载荷)注：通过使用一个充分的动态计算方法，说明叶片损耗的动态特征。- LC 11: 发电机短路 (事故载荷)注：通过使用一个充分的动态计算方法，说明叶片损耗的动态特性。使用

10、的瞬态短路曲线应当符合DIN 4024标准的 5.5.2段。- LC12: 地震 纵向 / 横向 / 垂直 (地震载荷)注：使用客户指定的地震参数，载荷应当符合前面的3.3.2段。5.2 用于强度设计的负载系数和联合负载用于强度设计的负载系数和联合负载强度设计可以根据“极限状态设计”方法进行。为了那个目的，这里分类的载荷情况将被分解并结合。5.2.1 用于强度设计的负载因数用于强度设计的负载因数 使用的负载因数如下： 负载情况编号名称负载类型标记分级结合运行 /事故工况下的因数结合地震情况下的因数1混凝土重量（静载荷）永久载荷+正常运行情况1.351.02汽轮机汽缸重量（静载荷）永久载荷+正常

11、运行情况1.351.03转子重量（静载荷）永久载荷+正常运行情况1.351.04均匀载荷（动载荷）非永久载荷+正常运行情况1.351.05叶片和转子反动级（动载荷）非永久载荷+正常运行情况1.351.06凝汽器载荷（动载荷）非永久载荷+正常运行情况1.351.07管道作用（冷态）（动载荷）非永久载荷+/-正常运行情况1.11.08STG的热膨胀（动载荷）非永久载荷+/-正常运行情况1.11.09在顶部平台的温度梯度（动载荷） 非永久载荷+正常运行情况1.351.010叶片损失非永久载荷+/-事故负载情况1.3- 7 -11短路非永久载荷+/-事故负载情况1.3-12纵向/横向/垂直方向的地震非

12、永久载荷+/-地震负载情况-1.1备注：永久载荷：载荷是永久存在的。非永久载荷：载荷是暂时存在的。标记：+ 特别指定的总是按照给定方向作用的载荷。+/- 特别指定的可以按照给定方向作用和相反方向作用的载荷。正常运行负载情况：在正常运行情况下，存在负载的情况（尤其是可能存在）。事故负载情况：非正常运行负载情况，可能同正常运行负载情况一起发生；事故负载情况不必同时考虑（他们是相互排除的）。地震负载情况：地震按照在UBC中的详细说明；随着正常运行负载情况存在；事故负载情况不必同时考虑（他们是相互排除的）。5.2.2 用于强度设计的联合载荷用于强度设计的联合载荷下列的联合载荷将被用于强度设计：联合联合

13、A (静载荷静载荷):LC1 x 1.35 + LC2 x 1.35 + LC3 x 1.35联合联合 B (正常运行载荷正常运行载荷):LC1 x 1.35 + LC2 x 1.35 + LC3 x 1.35 + (LC4 x 1.35) + (LC5 x 1.35) + (LC6 x 1.35) (LC7 x 1.1) (LC8 x 1.1) + (LC9 x 1.35)联合联合 C (正常运行载荷正常运行载荷 + 事故载荷事故载荷):LC1 x 1.35 + LC2 x 1.35 + LC3 x 1.35 + (LC4 x 1.35) + (LC5 x 1.35) + (LC6 x 1.

14、35) (LC7 x 1.1) (LC8 x 1.1) + (LC9 x 1.35) (LC 10 x 1.3) or (LC 11 x 1.3)联合联合D (正常运行载荷正常运行载荷 + 地震载荷地震载荷):LC1 x 1.0 + LC2 x 1.0 + LC3 x 1.0 + (LC4 x 1.0) + (LC5 x 1.0) + (LC6 x 1.0) (LC7 x 1.0) (LC8 x 1.0) + (LC9 x 1.0) (LC 12 x 1.1)注: ( .) 即：非永久载荷 (= 同样可能没有负载)- 8 -5.3 用于变形调整的负载因数和联合载荷用于变形调整的负载因数和联合载

15、荷 对于变形调整，负载情况和相关的负载因数应符合下表：负载情况编号名称负载类型标记分级用于联合偏移的因数5叶片和转子反动级非永久载荷（ +）正常运行情况1.06凝汽器载荷非永久载荷（ +）正常运行情况1.07管道作用（冷态）非永久载荷（ +/-）正常运行情况1.08STG的热膨胀非永久载荷（ +/-）正常运行情况1.09在顶部平台的温度梯度非永久载荷（ +）正常运行情况1.0采用的联合载荷一般如下：(LC5 x 1.0) + (LC6 x 1.0) (LC7 x 1.0) (LC8 x 1.0) + (LC9 x 1.0)6 静态要求静态要求应当根据下列要求设计基础：- 基础强度- 转子垂直偏

16、移- 转子水平横向偏移 (计划中)- 基础水平横向偏移 (计划中的基础表面的曲率)- 转子轴承和汽缸的固定点的轴向偏移和静态弹性变形量对不同的负载情况，限制的数值必须满足。6.1 强度设计强度设计由于从4.3部分得到的所有最大弯曲力矩造成的主导加强力矩必须估计到。对于这些联合载荷的每一种情况，根据/2/的强度要求必须满足，并计算相应的加强筋。6.2 关于许用偏移的可维护性关于许用偏移的可维护性在正常运行情况下，将按照下面的规定限制转子/基础的偏移。限制的目的是给基础提供最小的刚性，防止转子未校直。由基础设计者决定在联合运行载荷中（典型的按照5.3段），哪一个造成了最大的变形。 - 9 -注:

17、为了计算转子偏移，借助于辅助推拉棒从汽缸固定点向上到轴的中心线，模拟转子的抬升是具有优势的。见附件 102.偏移转子轴线的运行载荷（典型）符合下面的表格。偏移检查的程序将按照：I) 计算由于正常运行载荷造成的转子和基础偏移。II) 偏移的转子轴系在垂直和水平两个平面上的投影。III) 计算基础平面在水平横向方向上的曲率。IV) 通过任何三个相邻的轴承位置，估计确定的圆的半径。6.2.1 转子轴系的垂直偏移转子轴系的垂直偏移转子的弯曲线通过它的纵向轴线被投影到垂直平面上。被投影的直线应当满足下列要求（见附录102）：- 单轴承设计 (图 2.1): R 最小. 40 km- 双轴承设计 (图 2

18、.2): R 最小. 80 km6.2.2 转子轴系的横向偏移转子轴系的横向偏移转子的弯曲线被投影到水平面。投影应当满足下列要求（见附录102）：单轴承设计 (图2.1): R 最小 40 km双轴承设计 (图 2.2): R 最小 80 km6.2.3 在横向方向上的曲率在横向方向上的曲率当三个或多个支撑点在同一横向方向上排成一排，单独支撑汽缸和转子，在计划中的基础顶部平台表面的曲率应当满足下列要求：成排的横向支撑：R 最小 50 km (见附录 103)6.2.4 基础横梁的旋转基础横梁的旋转a) 横梁在中压汽轮机和低压汽轮机之间(固定点)。在中压汽轮机和低压汽轮机之间的横梁，布置了用于在

19、纵向固定中压汽缸和高压汽缸的基础固定点。相对于STG基础建筑的偏移应当根据下列内容限制： - 10 -ux 0.5 mm ux 由于弯曲和扭转造成轴承的轴向偏差。y 10-4 弧度 y 由于弯曲和扭转造成的横向轴的旋转。z = 10-4 弧度 z 由于弯曲和扭转造成的垂直轴的旋转。 b) 所有其他的横梁 y 10-4 弧度 y 由于弯曲和扭转造成的横向轴的旋转。z = 10-4 弧度 z 由于弯曲和扭转造成的垂直轴的旋转。6.2.5 横梁的静态弹性量横梁的静态弹性量对横梁的静态弹性量应当按照下面进行限制(在转子轴线)：hz(i) 0,1 mm/MN 这里： hz(i): ith 轴承的垂直弹性

20、量hy(i) 0,1 mm/MN hy(i): ith bearing的水平侧向弹性量(相对于建筑位移)6.3 关于裂缝宽度的可维护性关于裂缝宽度的可维护性顶部平台的横梁和纵梁的所有相关部分都应进行裂缝宽度计算。计算应当依据5.2段的正常运行情况的设计作用力，对未硬化混凝土和硬化混凝土进行计算。在混凝土表面的最大裂缝宽度应当限制到 0.3 mm。6.4 允许的绝对沉降和差异沉降允许的绝对沉降和差异沉降STG基础底座的沉降应当按照下列规定进行限制：- 绝对沉降： sa 25 mm- 差异沉降： sd 10 mm为了保证上述数据，有必要采取打桩、地基加固或者其他充分的测量。7 动态要求动态要求为了

21、保证基础特性有助于STG的平稳运行，应当进行包括强迫振动计算在内的下列动态计算，获取的振幅应当在可接受的限制范围内。7.1 固有频率固有频率固有频率应当从0Hz 到1.1 * 2 * fm = 2.2 * fm 计算，fm 在这里是指STG的运行速度。应当- 11 -划出相应的振动模态。7.2 由于正常运行中的不平衡产生的强迫振动由于正常运行中的不平衡产生的强迫振动应当计算由于转子正常运行的不平衡造成的强迫振动。动态激励载荷依据ALSTOM基础负载中给出的转子支撑反作用力和转子的残留不平衡。根据DIN ISO 1940的部分1 (表1)，燃气轮机和蒸汽轮机转子的许用不平衡由平衡质量等级G 2.

22、5指定。相应的不平衡e. = 2.5 mm/s 应当用于激励载荷的计算。因而，在转子轴承位置上的激励载荷应为（在轴的标高平面）：Fi (t) = Pi * sin .t这里 Pi = mi* e * .2 mi 在i节点的最大质量mi = Li/g Li 根据ALSTOM基础载荷，在i 节点的转子支撑 反作用力。 g - 9.81 m/s2 (重力加速度)不知道沿着转子的质量离心力的相位关系。因此应当按照下面作保守的逼近：在每个轴承上，应当假设激励载荷Fi (t) ，个动态联合载荷应当按照下面的草图分析（典型的）。I) 垂直激励：所有的载荷为同相Fi (t)II) 垂直激励：所有的载荷为交叉反

23、相III) 水平激励：所有的载荷为同相 IV) 水平激励：所有的载荷为交叉反相 由于STG支座结构(结构模态)通常是非常复杂的，固有频率可能同样在运行频率(= 激励频率)fm范围内发现。另一方面，计算的频率是从不是准确符合实际结构的模态中得出。为了涵盖悬置的模态参数，在 0.95 * fm 和 1.05 * fm 范围内的这些频率fi 同样被假设为- 12 -激励频率(激励频率 fm的补充)。7.3 振幅的限值振幅的限值在轴承位置上由于不平衡载荷产生的振幅最大值应当小于2.5 m (0 峰值)。8 其他要求其他要求8.1 计算方法计算方法对于使用的计算，使用的结构模态应当充分反映“STG”基础

24、支座的“真实”情况。通常，计算应当通过使用多任务有限元程序完成。作为最低要求，应当采用每个节点显现6个自由度的带横梁部分的结构空间框架。8.2 结构材料结构材料使用的结构材料取决于当地的可利用性。必须由客户做出详细说明。然而，根据4.3段的最低要求必须无条件地遵守。下列数据需要由客户提供：. 混凝土: - 等级 / 28天圆柱抗压强度- 特定的重量- 用于静态计算和动态计算的弹性模数 - 泊松比- 特殊要求 (例如抗硫酸盐水泥的使用等). 钢筋：- 等级 / 屈服强度- 采用的钢筋的直径- 采用的钢筋的长度- 特殊要求 (弯曲半径, 拼接长度等). 桩 (如果有): - 类型- 直径 / 截面

25、- 长度- 容许载荷 / 试验载荷- 13 - 地基反应模数 (垂直和水平方向上的载荷/偏移曲线)- 加强件 / 桩头详细情况8.3 由客户提供的计算数据由客户提供的计算数据客户应当向ALSTOM提供计算输入和计算结果。应当提供作为最低要求的下列数据：a) 使用的结构模式的说明和图示。 b) 假设的剖面部分的特性的说明。c) 在计算中，使用的材料数据的说明。 (剖面部分的草图和数值)d) 假设的载荷数值的说明(对单独的负载情况)e) 用于强度设计的联合载荷的说明f) 所有的相关节点的位移偏移的说明 (立柱, STG 轴承位置, STG外壳位置.)g) 用于变形标准验证的联合载荷的说明 h) 偏移标准验证的说明i) 所有动态计算的输入的说明- 用于动态计算的材料的性能- 总质量和质量分部- 激励载荷 (用于强迫振幅的评估)j) 对所有的固有频率的说明k) 对所有的振动模态的说明l) 由于强迫振动产生的振幅的说明m) 振幅标准验证的说明n) 用于强度设计的最大/最小静态和动态作用力的说明o) 具有代表性的横截面部分的加强物数目的说明- 立柱的- 14 - 框架横梁的- 顶部平台的p) 最大/最小桩承载的说明（如果有）尤其是泥土压力 q) 联合载荷沉降计算的说明和结果9 附录附录附录 1: 转子轴线的垂直和水平偏移附录 2: 在横向方向上的曲率附录 3: 计算坐标中心点和半径的程序