浅谈烧结余热发电汽机基础设计

【摘　要】汽机基础是近几年来烧结余热发电土建工程中的重要项目，受力特殊且要求较高，在设计中应特别重视。本文浅谈了我对汽机基础设计的一些认识和思考，依次对汽机基础的结构计算过程、施工质量控制提出了自己的看法。

【关键词】烧结余热发电；汽机基础结构；施工质量

0.前言

近年来，钢铁行业发展面临严峻挑战和新的发展机遇，迫切要求行业企业节能减排，积极转变发展方式，而在钢铁企业中，烧结工序能耗仅次于炼铁工序，占总能耗的9%～12%，节能潜力很大。烧结余热发电是一项将烧结废气余热资源转变为电力的节能技术。该技术不产生额外的废气、废渣、粉尘和其它有害气体，能够有效提高烧结工序的能源利用效率，平均每吨烧结矿产生的烟气余热回收可发电20kWh，折合吨钢综合能耗可降低约8千克标准煤，从而促进钢铁企业实现节能降耗目标 。但是由于烧结余热热源整体品质低，废气温度波动大和稳定性差，烧结余热发电汽机机组容量相对于火力发电而言不是很大，6MW,8MW,15MW是常见机组容量。对此，综合我在汽轮发电机基础施工图设计过程中的体会，浅谈我对汽轮发电机基础设计内容的一些认识。

1.设计所需资料

(1)机器的型号、转速、功率、规格及轮廓尺寸图等。

(2)机器自重的分布、转子自重。

(3)机器底座外廓图、辅助设备、管道位置和坑、沟、孔洞尺寸以及灌浆层厚度、地脚螺栓和预埋件的位置等。

(4)机器旋转时产生的扰力分布、额定转矩。

(5)冷却器、油箱等辅助设备及管道荷载。

(6)短路力矩、凝汽器真空吸力、汽缸温度膨胀力和安装荷载等。

(7)机器轴系的临界转速。

(8)热力管道位置及其隔热层外表面的温度值。

(9)基础的位置及其邻近建筑物的基础图。

(10)建筑场地的地质勘察资料及地基动力试验资料。

２．设计方案分析

汽轮机组的框架式基础宜按多自由度空间力学模型进行多方案分析，合理地确定框架的型式和尺寸。结构选型可按下列原则确定：

(1)顶板应有足够的质量和刚度。顶板各横梁的静挠度宜接近，顶板的外形和受力应简单，并宜避免偏心荷载。

(2)在满足强度和稳定性要求的前提下宜适当减小柱的刚度，但其长细比不宜大于14。

(3)底板应有一定的刚度，并应结合地基的刚度综合分析确定。平板式基础底板的厚度或井式、梁板式基础的梁高，可根据地基条件取基础底板长度的，并不应小于柱截面的边长。

3.框架式基础的动力计算

框架式基础的动力计算，应按振动线位移控制。计算振动线位移时，应采用机器制造厂提供的扰力值，当缺乏扰力资料时，基础的允许振动线位移可按下表采用

表3.1

注：①表中数值为机器正常运转时的扰力和振动线位移。

②Wgi为作用在基础第i 点的机器转子重力(kN)，一般为集中到梁中或柱顶的转子重力

4.框架式基础的承载力计算

结合近几年来项目设计经验，在汽轮发电机对汽机基础的动力荷载作用下，对此基础结构起控制作用的不是强度而是振幅(即振动的线位移)，而振幅值的大小主要是取决于两点：一是结构质量的大小与分布；二是结构的刚度(包括整体刚度和单元刚度)，而刚度EI的大小主要与结构和构件的尺寸大小、形状以及材料有关。

考虑到汽轮机组的框架式基础要求按多自由度空间力学模型进行计算，手动计算较为繁琐，我从05年采用汽轮发电机组基础空间结构计算程序(4.5 版)（2003年版），后改版为《机器基础结构分析程序》3.5版，结合近几年来我参与的电动鼓风机基础，燃气-蒸汽联合发电汽机基础，BPRT联合机组基础，烧结余热发电汽机基础等动力设备基础设计项目，经设计检验，在扰力下各质点在每一共振频率时的振动线位移和每根杆件的动内力计算方面，该程序计算结果有参考价值，在杆件内力及配筋计算方面该程序计算结构仅为借鉴，在莱钢型钢400m2烧结余热发电汽机基础、永锋钢铁5#265m2烧结余热发电汽机基础设计过程中，计算中得出的结果一般全都是构造配筋(约为0．4％)，而工程中的实际配筋率却远大于0．4％，安全度是相当大的。

5.对施工质量的几点要求

(1)螺栓孔中心线对基础中心线偏差应不大于0.1d(d为预埋钢套管内径)且小于10mm，螺栓孔壁的铅垂度偏差不大于L/200且小于10mm，(L为预埋钢套管或地脚螺栓的长度)，孔内应畅通，无横筋和杂物；螺栓孔与地脚螺栓垫板接触的混凝土平面应平整，放置垫板的孔洞应有足够的空间装入垫板。

(2)基础混凝土表面应平整，无裂纹、孔洞、蜂窝、麻面和露筋等缺陷。设计要求抹面和粉饰的部分，尤其是发电机风室和风道，抹面应平整、光滑、牢固，无脱皮、掉粉现象，必要时应涂耐温油漆；内部的金属平台、爬梯等应作好防腐。

(3)对基础应进行沉陷观测，观测工作至少应配合下列工序进行: 基础养护期满后(此次测定值作为原始数据)；汽轮机全部汽缸就位和发电机定子就位前、后；)汽轮机和发电机二次浇灌混凝土前；整套试运行后。

6.结语

汽轮发电机是保证烧结余热发电项目正常运行的重要保证之一，基础的设计非常重要，设计前一定要针对设备资料进行细致的分析，选择合理的结构方案，制定合理的、经济的、安全的设备基础。

【参考文献】

［１］电力建设施工及验收技术规范 汽轮机机组篇.水利电力出版社.

［２］动力机器基础设计规范 GB50040－96.中国计划出版社.

［３］罗国澍.建筑振动工程手册(第四稿).

［４］机器动荷载作用下建筑物结构承重的振动计算机隔振设计规程.冶金工业出版社.