STAAD在285MW燃气汽机基座中的应用.pptx

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1、STAAD软件软件(run jin)在某燃气汽机基座中的应用在某燃气汽机基座中的应用肖 鹏 华东(Hudng)电力设计院邵晓岩 青岛科尔泰环境控制技术有限公司周建章 华东(Hudng)电力设计院第一页，共47页。工程概况介绍：工程概况介绍：某发电厂某发电厂285MW的燃气机组为燃的燃气机组为燃气气/蒸汽联合蒸汽联合(linh)循环机，其主要循环机，其主要设备分别为：燃气轮机（额定工作转设备分别为：燃气轮机（额定工作转速：速：5051rpm）、发电机（额定工作）、发电机（额定工作转速：转速：3000rpm）、压缩机（额定工）、压缩机（额定工作转速：作转速：6461rpm）等。）等。基础属于大块式

2、基础，混凝土大基础属于大块式基础，混凝土大底板厚底板厚2.9m，基础具体尺寸详见图，基础具体尺寸详见图1图图2。第二页，共47页。图1 基础(jch)平面图第三页，共47页。图2 基础(jch)纵剖面图第四页，共47页。由于基础长30m以上，底面积近260m2，地基采用天然地基，为此，地基的刚度将直接影响到基础的动力特性，进行基础动力计算时必须(bx)考虑地基对上部结构的影响。根据基础的特点及机组的特性，我们决定采用STAAD/PRO通用计算软件进行基础的动力计算。第五页，共47页。正确选择模型的结构类型能够(nnggu)有效减少求解数量，从而加快运算速度，节省时间和空间，最重要的是能够(nn

3、ggu)准确地解决工程的实际问题，直接关系到基础数值模型的合理性和分析结果的准确性。对于汽机机组，其运行过程实际上是基础与上部设备（汽轮机、发电机等）耦合运动，但由于设备自身刚度的不可预估性和设备与基础之间连接作用的复杂性，使得在（续）第六页，共47页。诸多方面都存在不确定因素。基于以往工程的分析经验，我们认为可以忽略设备的形体、刚度、转动惯量等，但质量仍需按照设备荷载的布置作用在基础上。同时根据本基础的特点，可采用(ciyng)块体、板壳、杆件、弹簧单元对基础进行联合模拟，以力求更真实、准确和直观地反映基础自身的力学行为。第七页，共47页。图4 基础模型(mxng)外形图第八页，共47页。图

4、5 设备(shbi)作用在基础之上的静荷载第九页，共47页。扰力荷载通过刚性杆传给基础，这样做可以(ky)避免加载点偏心所引起的一系列问题。我们采用STAAD软件中提供的“Master/Slave”功能来实现此目标。该功能可以(ky)模拟结构中特殊的连接（如位移绑定、刚性连接），适用于线性静力和动力反应分析。但块体单元不能直接连接到从节点上，因此从节点尚需要通过刚性板过渡实现。第十页，共47页。图6 刚性杆和主从(zhcng)节点STAAD软件中命令：SLAVE MX MY MZ MASTER 1856 JOINT 10932SLAVE MX MY MZ MASTER 1859 JOINT 1

5、0931SLAVE MX MY MZ MASTER 1928 JOINT 10934第十一页，共47页。刚性杆承担(chngdn)传递扰力荷载的作用，刚度无穷大，密度无穷小，截面面积和惯性矩无穷大，在软件中以下命令实现：ISOTROPIC RIGIDE 3e+008ALPHA 1e-005PRIS AX 1000 AY 833 AZ 833 IX 1000 IY 1000 IZ 1000第十二页，共47页。刚性(n xn)杆通过刚性(n xn)板与实体单元进行过渡连接。图7 刚性(n xn)杆与刚性(n xn)板连接第十三页，共47页。刚性板将杆传来的扰力荷载传递到实体单元上，刚度无穷大，密度

6、无穷小，板厚为一小值，在软件中以下命令(mng lng)实现：ISOTROPIC RIGIDPLATEE 3e+010ALPHA 1e-005ELEMENT PROPERTY第十四页，共47页。同样，设备荷载的施加也是通过板单元再过度到实体单元上。这部分板单元的特性同样也是刚度无穷大，质量无穷小。通过这样的方法，最终(zu zhn)所有的荷载都可以顺利地传递到实体单元上，而且从受力角度来说，消除了应力突变，保证计算的合理和有效性。第十五页，共47页。整个动力计算是以制造厂的设计要求为基础的，并结合了我国动力机器基础设计规范进行(jnxng)的。本基础设备的不平衡等级在动力计算中定义为5.0，即

7、：则作用于基础振动的扰力值为：WL：机器转子重量(KN)；Nm：机器转速(Hz)。第十六页，共47页。图8 扰力大小(dxio)及位置分布图第十七页，共47页。将设备质量(zhling)转换为三个方向的荷载施加在相应的单元上。本工程采用单工况多编号对荷载进行分类。LOAD 1 LOADTYPE Dead TITLE DLSELFWEIGHT X 1JOINT LOAD第十八页，共47页。ELEMENT LOAD.第十九页，共47页。图9 三个方向(fngxing)质量分布图及荷载列表第二十页，共47页。在扰力作用点施加强迫(qing p)振动的激励荷载。在STAAD软件中可以采用“Time L

8、oad”命令实现。此激励荷载的幅值即为扰力的大小：TIME LOAD第二十一页，共47页。对于该基础，由于板厚与基础的长度之比约1/10，并且地基是天然地基，因此地基的刚度将直接影响到基础的振动，所以在计算中必须要考虑(kol)这点，不能把地基视为固结的刚体，而应该作为弹性地基来对待。第二十二页，共47页。STAAD软件有一大优点，就是可以将标准地基和基础底板转换成弹簧支座的模拟。我们(w men)在此以地质勘测资料为基础，按照动力机器基础设计规范中有关地基刚度的计算公式进行计算，使之转换为弹簧支座的刚度输入到数据文件中，实现地基基础的联合计算。第二十三页，共47页。根据地基勘测(knc)资料

9、，基础下面是不同性质的粉质粘土，地基承载力标准值(地基地耐力特征值)为110KPa，利用数值差分得到地基的抗压刚度系数Czi，按照动力机器基础设计规范中的分层抗压刚度系数计算公式：第二十四页，共47页。式中:Czi：第i层土的抗压刚度(n d)系数(KN/m3)hi：从基础底至i层土底面的深度(m)hi-1：从基础底至i-1层土底面的深度(m)hd：影响深度(m)第二十五页，共47页。通过计算得到：抗压刚度系数Cz=48362 KN/m3，抗剪刚度系数：Cxz=33854KN/m3。另外由于基础埋置深度达到(d do)2.6m，所以计算中还考虑了土的侧压力刚度约为80KN。通过试算可知基础的振

10、动响应与地基刚度紧密相连，地基刚度越小振动响应越大。第二十六页，共47页。图10 地基弹簧(tnhung)支座模拟示意图(弹簧(tnhung)支座-基础下部的黑色单元)第二十七页，共47页。软件(run jin)命令：SUPPORTS101 TO 1710 PLATE MAT DIRECT ALL SUBGRADE 33854 48362 33854_SIDEFX ELASTIC MAT DIRECT XONLY SUBGRADE 80第二十八页，共47页。自振特性（自振频率）的计算结果:阶数 频率(Hz)阶数频率(Hz)3 4.905 4 4.913 5 7.554 6 9.064 从表中看

11、到，由于属于大块式基础，整体刚度明显(mngxin)比框架式基础高许多，第1阶的自振频率为4.845 Hz。第二十九页，共47页。图11第1阶 水平振动(zhndng)和沿纵向(Y轴)回转耦合 第三十页，共47页。图12第2阶 扭转(nizhun)第三十一页，共47页。图13 第3阶 水平振动和沿横向(hn xin)(X轴)回转耦合 第三十二页，共47页。图14第7阶 竖向平动(pngdng)第三十三页，共47页。从振型图上看，前几阶主要是水平向移动和绕水平X或Y轴回转的耦合振型、以及扭转等振型，到第7阶是竖向的第1阶振型。由于是大块式基础，所以没有类似框架式基础那样的局部(jb)振动现象。第

12、三十四页，共47页。动力动力(dngl)响应的计算结果响应的计算结果:图15 轴承座所对应(duyng)的基础顶面上的计算节点第三十五页，共47页。图16 基础顶面的主要计算(j sun)节点输出编号 第三十六页，共47页。按照动力机器基础设计规范5.1.4中规定当电机基础采用大块(d kui)式基础时，动力计算按第4章块式基础进行计算，结合制造厂的标准，扰力作用方向有水平X向、垂直Z向，所以计算结果有X、Z向分别作用下的2种结果。第三十七页，共47页。第三十八页，共47页。第三十九页，共47页。第四十页，共47页。第四十一页，共47页。第四十二页，共47页。制造厂对基础设计的动力响应标准是以

13、速度均方值(r.m.s)来衡量的，其标准见下表：用设计标准衡量，全部测点均落在“良好(lingho)”范围内。第四十三页，共47页。通过对该燃气轮发电机基础的动力计算，得到以下结论：1）该燃气轮发电机基础属于大块式基础，所以在计算中必须采用块式单元，并且需要与地基刚度进行联合(linh)计算，才能真正实际地反映出基础的振动状况。2）自振特性的计算结果表明第1阶自振频率为4.845Hz，振型主要为水平向与摇摆或扭转耦合。第四十四页，共47页。3）动力响应计算结果表明在基础顶面的最大振动速度均方根值为：X向0.47mm/s；Y向0.26mm/s；Z向0.51mm/s，满足制造厂对基础设计的动力响应要求。4）地基(dj)刚度对基础动力响应有很大的影响，加强地基(dj)刚度、对地基(dj)进行相应处理尤为重要。第四十五页，共47页。5）选取合适的软件以及计算模型、参数、连接对于正确反应(fnyng)基础的实际动力响应同样相当重要。另外我们通过其他的有限元计算软件进行比较，可以看到本次的计算是合理并且是成功的。第四十六页，共47页。谢谢 谢！谢！第四十七页，共47页。