弹簧隔振技术在汽轮发电机组中的应用

袁连平

(东方汽轮机有限公司， 四川 德阳， 618000)

弹簧隔振技术在汽轮发电机组中的应用

袁连平

(东方汽轮机有限公司， 四川 德阳， 618000)

弹簧隔振技术在其它行业使用已较普遍，但在国内电厂汽轮发电机组中使用还很稀少。文章通过观察和学习国外使用的弹簧隔振安装技术，探讨了其使用的目的和隔振原理，分析了隔振系统的结构，重点总结了隔振系统的安装流程和过程中的工艺要点，为大家了解和熟悉这种技术提供帮助。

弹簧隔振技术;汽轮发电机组;应用

1 前言

东汽生产出口到印度 abhijeet的 MADC 电厂4×60MW （东汽编号 D60F） 汽轮发电机组， 机组支承系统由法国公司设计，在该支承系统结构中，汽轮发电机组被整体支承在一个大水泥平台上，而这个整体水泥平台又用多套弹簧组支撑在水泥支撑梁上。这种支承系统在设计上称为弹簧隔振技术。

2 汽轮发电机组中使用弹簧隔振的目的

汽轮发电机组是一个非常复杂的系统，它由汽轮机、发电机、励磁机等主机和一些配套辅机设备组成。机组运行的最大安全问题是振动。机组主机转子就工作在振动状态下，振动的大小直接影响机组的安全。振动增大时，环境噪音增大，当振动值超过某一值时，就会造成机组零部件损坏和机组跳闸等事故。从振动现象看：有动静摩擦振动、转子质量不平衡振动、轴承油膜不稳定振动和发电机汽隙变化引起的轴系扭振等，非常复杂。从振动原因看：有设计原因、制造原因、运行原因和安装原因等。所以，要减小振动，主要从设计、制造、安装和运行等方面着手。弹簧隔振技术的使用，就是从设计和安装方面考虑减小和阻尼机组振动传输的一种措施。

3 隔振原理、方法与隔振装置选择

3.1 隔振原理

要掌握和应用好隔振技术，首先得了解隔振原理和隔振方法。

隔振原理，就是将振动源与地基等的刚性连接改成为弹性连接，以隔绝或减弱振动能量的传递，从而实现减小振动和降低噪音的目的，原理简图参见图1。

图1 隔振原理图

衡量隔振效果好坏的重要指标是隔振系数η，隔振系数计算公式为：

公式中η值越小，隔振的效果越好。

由于机器的刚度比隔振装置的刚度大得多，所以一般将机器看作只有质量的刚体，将隔振装置看作只有刚度和阻尼的弹性元件。对于仅考虑单向振动的机器，简化为单自由度隔振系统。对于单自由度隔振系统，隔振系数计算公式为：

公式中 λ=ω/ωn， 为频率比； ω 为被隔离振源的激励频率， ωn为隔振系统固有频率。 ζ为阻尼比：

3.2 隔振方法和设计原则

从设计方面考虑，控制和减小振动的方法有： 隔振法、阻尼法、动平衡法、冲击法和平衡法等。图2为不同隔振方法的隔振系数曲线。

图2 隔振系数曲线

根据隔振系数曲线知道 ： 当 λ＜1 时， 没有隔振效果； 当 λ≈1时， 不但没有隔振效果， 还会通过隔振装置把振动放大； 只有当频率比时，才有隔振效果，而后随λ的增加隔振效果逐渐增加， 实际运用中取 λ=2.5～5 足够， 因为这已有 81%～96%的振动被隔除。 在图2 中， 阻尼比 ζ曲线一般选取范围为位于 ζ1与 ζ3之间的 ζ2， 所以，图2中的阴影部分为一般设计隔振系数η的取值区域。

要取得好的隔振效果，就要有好的隔振系统设计。在隔振系统设计时，应根据振源振动量的大小、方向和频率，以及被隔振机组的尺寸、重量和隔振要求等，正确决定隔振装置的参数和结构型式。

隔振系统设计原则是：

（1） 合理布置隔振装置： 机组的振动具有前后、 左右、 上下、 横摆、 俯仰和侧倾 （沿 X 、 Y、Z方向位移及绕三轴的旋转）等6个自由度，弹性支承布置应考虑6个自由度，在隔振装置布置时，应考虑干扰力的方向、设备的重心，隔振装置布置按重心对称布置，使弹性支承布置受力相等。当干扰力频率大于机组与弹性支承布置组成的隔振系统的固有频率时，机组就获得了良好的隔振效果。当机组质量分布不均匀而无法按重心对称布置时，可以采用刚度不同的隔振装置，使离重心近的隔振装置有较大的刚度，离重心远的隔振装置有较小的刚度，使整个隔振系统产生的合反力与机组的重心一致。

（2） 确保隔振装置足够的刚度和稳定性： 刚度和稳定性是隔振系统设计的一个重要因素。确保系统刚度和稳定性依据是系统振动模态的最小固有频率小于某一频率值。

（3） 确保隔振装置足够的静承载能力： 足够的额定静承载能力是机组正常运行和使用寿命的重要保证。

3.3 减振器选择

利用隔振原理制造的隔振装置，通常称为减振器。减振器一般放在机组基座下面，用以隔离激振源与地基等周围物体，使机组的振动不致传向周围的地基或设备。

常用的减振器有弹簧减振器和橡胶减振器。图3是常用弹簧减振器产品， 图4是常用橡胶减振器产品。

图3 弹簧减振器

图4 橡胶减振器

弹簧减振器技术特点是：性能稳定、承载力大、 固有频率低 （小于 5Hz）、 阻尼系数小、 水平刚度小、 可传递高频噪声、 适用温度-20℃～100℃、 寿命长， 可达 30 年。

橡胶减振器技术特点是：阻尼系数大、利于越过共振区、对三方向均有吸收、降低高频噪声较好、 承载能力低、 适用温度-40℃～70℃、 寿命 5年左右。

由于汽轮发电机组是一个由汽轮机、发电机、励磁机等大型设备组成的复杂系统，根据机组不同重量从几十吨到几百吨不等，重量很大，橡胶减振器的承载能力一般难以满足要求；又因为发电机组的工作年限一般都是 20～30 年， 橡胶减振器的寿命不能满足要求。而弹簧减振器大承载力和长使用寿命特点均满足要求，所以，汽轮发电机组的隔振系统一般都选择弹簧隔振技术。

参考《内蒙古植物志》[35]等文献，获取物种的县域分布数据。利用地理信息系统软件ArcGIS 10.2，结合科尔沁沙地数字高程模型(DEM)和行政区划数据(从中科院地理空间数据云获取)，将科尔沁沙地区域划分为1251个0.1° × 0.1°的网格，然后在科尔沁沙地DEM上覆盖网格，估算每个网格的海拔范围。最后结合物种的县域分布数据，利用海拔筛选获得每个网格的物种数，得出区域物种丰富度数据[21]。

4 汽轮发电机组弹簧隔振系统的结构

汽轮发电机组弹簧隔振系统支承平台结构如图5所示。

整个汽轮机、发电机、励磁机组座落在1块钢筋混凝土浇筑的水泥平台上，支承平台安放在8组弹簧隔振装置上，8组弹簧隔振装置安放在钢筋混凝土浇筑的水泥支撑框架柱子上，如图6和图7所示。8组弹簧隔振装置根据机组重量分布不同采用 8×6 和 8×4 两种弹簧隔振器组。 其结构设计总结有以下一些特点：

（1） 支承平台为一块整体钢筋混凝土浇筑的水泥平台，机组的汽轮机、发电机、励磁机等设备均安装在平台上。该结构也称浮筏隔振系统，一般被应用在舰艇上。

（2） 支承平台由多组弹簧隔振装置支撑， 弹簧隔振装置对称布置。

（3） 弹簧隔振装置安放在支撑框架柱子正中部，保证支撑更稳固安全。

（4） 每组弹簧组承载量可以调整和锁定， 均为螺旋弹簧。

（5） 设置了的防振沟， 机组和支承平台与周围建筑完全脱离。

图5 弹簧隔振器安装布置图

图6 弹簧隔振器组安装侧视照片

图7 弹簧隔振器组安装正视照片

（6） 弹簧隔振装置除了起减振作用， 还有消除基础不均匀沉降作用。

5 隔振弹簧系统在汽轮发电机组安装的工艺要点

由于汽轮发电机组的隔振不是单一的隔振装置，而是多个隔振装置组成的一个系统，各个隔振装置根据位置不同其要求也有差异。根据经验教训，隔振系统安装质量好坏直接影响隔振效果和机组的安全运行，所以，系统安装的工艺很重要。经过分析和总结他人的经验，得出下列弹簧隔振系统安装的工艺要点。

5.1 安装工艺流程

隔振装置检查→梁顶标高平整度检查→隔振装置放置位置标记→隔振装置位置标高和水平实测并记录→放置防滑垫片→安装找正隔振装置→安放调整垫片→隔振装置保护→覆盖钢板就位→台板结构施工→隔振装置释放→隔振装置调整到安装要求。

5.2 安装工艺要点

（1） 隔振装置检查:根据图纸及清单仔细检查隔振装置型号、数量和质量等。

（2） 梁顶标高平整度检查及处理:用水准仪检查柱顶面标高、平整度，如果超差需用砂轮打磨处理。

（3） 隔振装置放置位置标记： 清理干净梁柱顶面，按照图纸要求，用墨线标识出隔振装置的放置方框，方框内标识出隔振装置型号。

（4） 隔振装置位置标高和水平实测记录： 在隔振装置放置位置范围，标记出四个角及中心共五个测点并依次编号。用观测仪进行标高测量，依据测量结果对隔振装置放置位置标高和水平度偏差进行调整和记录。

（5） 放置防滑垫片： 若隔振装置与基础接触面之间设计有防滑垫片，则需要按要求放置，要求防滑垫片平整无折皱，厚度均匀。

（6） 安装找正隔振装置： 依次将隔振装置吊装就位，找平找正。 要求安装中心轴线偏差不大于5mm。 单个柱头上隔振装置吊装顺序为先中间后两边。

（7） 安放调整垫片： 隔振装置就位后并仔细检查结果合格后，按要求在隔振装置上依次放置自粘垫片和调整垫片。调整垫片的数量可根据标高偏差作适当调整。为便于调整，调整垫片总厚度应不小于 25mm， 薄垫片放在上面。

（8） 隔振装置保护： 前面工序验收合格后，用塑料布将调整垫片与隔振装置进行包裹保护，避免施工污染。

（9） 覆盖钢板就位： 覆盖钢板就位前应仔细检查台板底模标高及模板支撑符合要求。台板底模标高应考虑预留间隙，计算式为：

台板底模标高=柱顶设计标高+隔振装置理论高度+自粘垫片厚+调整垫片厚+沉降间隙

然后按照图纸要求安装覆盖钢板。覆盖钢板的四周应有防止移动的固定措施。覆盖钢板就位后，用水平尺或水准仪检查钢板的平整度应符合要求。

（10） 台板结构施工： 进行台板结构钢筋、模板和混凝土的施工。台板混凝土浇筑采取平面分层法，在浇筑过程中应密切注意台板的沉降是否均匀，并作好记录。

（11） 隔振装置释放： 在台板上所有设备全部就位后，解除隔振装置出厂锁定螺栓，进行隔振装置释放，使隔振装置自由受力。释放按照布置顺序依次进行，禁止随意释放，释放前在台板上设置沉降观测点并进行观测记录。

（12） 隔振装置调整： 调整过程包括： ①计算：在紧靠每个隔振装置的覆盖钢板和基底上各设一个测量基准点，上下两点在同一铅垂线上。用千分尺在此基点测量隔振装置上下接触面的距离。根据台板上沉降观测记录值和原设计压缩值，计算出每个隔振装置应调整的数值。②调整：用千斤顶将基础台板稍微顶起，拆除隔振装置包裹保护布，按计算值抽出或塞入调整垫片，以满足汽机台板整体调平要求。③复测：第一次调整完成后，用沉降观测仪再对沉降观测点进行观测，依此检查汽机台板标高及水平的变化，结合隔振装置测量值，计算下一次每个隔振装置的调整值。④再调整：按照②步骤进行重复调整，直至满足要求。调整过程应考虑台板的沉降变化，保证调整完毕后沉降均匀。如果调整完后各观测点的沉降变化相差较大，则应继续调整。

6 结束语

由于弹簧隔振技术在设备隔振中的明显作用而在各行业逐渐推广，所以有必要加大对其研究。通过对电厂发电机组弹簧隔振系统的结构和分析，总结已有成功安装经验，供大家参考借鉴。

[1] 徐颢,主编.机械设计手册 [M].北京:机械工业出版社, 1991

The Application of Spring Vibration Isolation Technology in Turbine-generator Unit

Yuan Lianping
（Dongfang Turbine Co.,Ltd.Deyang Sichuan 618000）

Spring vibration isolation technology has been widely used in other industries,but it has been very scarcely used in the turbine-generator unit of domestic power plant.By observing and studying the spring vibration isolation technology used by foreign manufacturers,this paper discusses the purpose and principle of the spring vibration isolation technology,analyses the structure of the vibration isolation system,and mainly summarizes the installation and process technology of the vibration isolation system.It provides the help for understanding and fam ilaring with this technology.

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袁连平 （1963-）， 男， 高级工程师， 主要从事汽轮机的制造与总装工艺工作。