江苏某电厂MW汽轮发电机新型基础科技成果申报书鲁班奖图文并茂

申报序号****建设科学技术成果奖申报书申报成果名称申报时间2009年3月12日****建设企业协会制一、申报基本情况成果名称完成成果单主要完成人员联系人部门设备管理部职务电话手机传真邮编地址二、成果基本情况申报单位评审组意见****电厂10000MW汽轮发电机机新型基础的的研究针对性性强、目标明明确、内容丰丰富、数据可可靠、分析合合理、结论正正确、效果优优良，达到了了预期目标。新型基础设计、施施工达到显示示混凝土结构构的力度和美美感的观感的的效果,与国内同类类型邹县电厂厂机组原型设设计相比，基基础节省了基基建投资，上上部结构节省省钢筋混凝土土用量27.9％，方便施施工、缩短工工期，两台机机组共节省投投资670万元。在全全国推广此类类型机组，其其经济更大，在在软土地基上上还可节省大大量地基处理理费用，其社社会经济效益益更为显著。该结果在*****发电厂成功功应用，目前前运行效果非非常好，能有有效保障机组组的正常平稳稳运行。申报单位公章章20009年3月12日任务来源国家“十一五”计计划及863计划推广发发展项目计划名称及编号*********电厂一期2XX1000MMW机组工程研制起止时间2005年6月成果用于生产时间间2007年12月月4日组织评价部门评价日期评价证书编号建议密级申报等级一级批准密级本成果曾获何部门门何种奖励，奖奖励等级及奖金本成果主题词1000MW，机机组基座，动动力特性，实实体有限元模模型；三、申报成果的详细技术内容1、成果的主要用途途、技术原理理*********发电有限公公司2X10000MW汽轮发电机机组，采用哈哈尔滨汽轮机机和日本东芝芝公司联合设设计生产的汽汽轮机及发电电机，该机型型是国内首次次采用，是国国内第一批百百万千瓦单轴轴汽轮发电机机组。机组的的设计、制造造、施工和运运行的优劣，直直接关系到机机组能否安全全、经济和高高效的运行，也也关系到1000MMW机组的推广广和应用，当当前尚无成功功经验，因此此汽轮发电机机基础的设计计、施工和测测试是机组性性能保证的关关键的工作之之一。为了更更好地掌握该该新型机组的的特点，使理理论计算和分分析更贴近机机组的实际运运行条件，**********电厂特特委托*****电力设计计院对该汽轮轮发电机基础础进行技术研研究与设计，委委托*********建建设研究院对对基础分别进进行模型试验验、原型实测测两项振动试试验研究，委委托*****建设*****公司进行基基础施工，以以确保机组的的运行安全、稳稳定、可靠。本本基础高约为为21m，沿纵纵向有六榀横横向框架，依依次支承高压压缸、中压缸缸、两个低压压缸及发电机机。与常规的的框架式汽机机基础最大的的不同在于取取消了凝汽器器之间的落地地墙板结构而而采用由梁柱柱组成的框架架结构。基础础运转层梁高高约为2.88m，中间平平台为现浇混混凝土平台，板板厚800mmm，整个基基础混凝土构构件自重约为为8000t，运转层设设备重约2400t。针对本新型机组基基础，各合作作单位积极探探索、克服困困难，就以下下内容进行了了深入研究：：1结构设计研究：****电力设计计院在汽轮发发电机基础的的设计中，按照国家动动规并参考相相关的国际标标准设计了一一款结构简洁洁、质量和刚刚度搭配合理理且方便施工的机机组基础。具具有柱断面较较小，结构轻轻巧，无低压压缸间的整体体墙板，结构构体系明确等等特点。汽机机框架结构宽宽15.000m，长为58..35m，高高度分别为中中间夹层和运运转层两部分分，标高分别别为8.6mm，17.0mm，柱最大截面面为28000×2800，梁最大截面面为50200×3000。2数值模拟计算分析析2.1实体单元元模型特点在基础的设计工作作中，由于受受到计算机技技术水平的制制约，通常采采用杆件单元元模型进行分分析计算，计计算结果基本本能满足工程程应用的要求求。伴随着近近年来计算方方法和计算机机技术的迅猛猛发展，为我我们提供了一一个更高更强强的操作平台台，使我们具具备了采用实实体模型进行行数模计算的的先决条件。实体有限元模型，可以最大限度的仿真基础的实际几何形状，不仅能够很好地反映出诸如开孔、开槽等对构件截面削弱的影响，能够自动模拟框架节点处的刚度而不必象杆件单元模型中需要人为的引入刚性域长度来考虑节点的刚性区范围，还能够方便地按照实际受力情况施加荷载，体现实际荷载可能对构件产生偏心、扭转等作用效应。另外实体单元模型节点数往往比杆件单元模型多，在动力计算时采用的是按照实际质量分布情况考虑的一致质量矩阵，这样可以保证不漏掉高阶振型和保证较高的理论计算精度。2.2建模方法法为了保证基础设计计的计算分析析安全可靠，采采用大型通用用有限元分析析软件ANSSYS建立基础实体有限元模型以进行动动力特性的分分析计算具有有实际意义。实体有限元模模型建立过程程中着重考虑虑了形状突变变、材料不连连续、荷载作作用点、边界界条件等位置置的结点处理理，保证单元元长宽比例协协调，连续过过渡，所建立立的分析模型型较真实地反反映了基础的的构造特点和和边界条件。由由于基础的分分析模型规模模较大，在模模型的修改与与调试过程中中采用图形用用户界面（GGUI）和参数设计计语言（APPDL）相结结合的建模方方法，使通用用程序专业化化，大大降低低建模的难度度和工作量，满满足了实际建建设工程中工工期紧进度快快的要求。2.3单元的选选取和划分选用SOLID665单元来模模拟混凝土。SOLID65为八个角点为节点的六面体单元，每个节点有三个自由度（分别是x、y、z方向的平动自由度），共二十四个自由度，在特殊情况下允许退化为六结点五面体单元。具体单元形状如图2.1所示。其形函数为：v,w位移场函数依此类推。图2.1SOLID65单元形状模型中对钢筋的模模拟采用分布布式，即在SSOLID665单元中通过输输入体积配筋筋率来考虑钢钢筋的强化作作用。整个模模型共由78741个节点和59182个单元组成成，见图2..2。图2.2基础实体体有限元计算算模型2.4汽机基础础振动试验研研究鉴于****百万万电厂的重要要性及其技术术的高端性，确确保汽轮发电电机组的正常常运行，拟进进行汽轮发电电机基础模型型振动试验来来预测汽轮发发电机基础结结构的实际振振动，并对该该基础结构的的动力特性作作出评价，以以指导设计最最佳方案的确确定，保证汽汽轮发电机基基础设计的质质量。因此，********电厂委托********建设研究院进行汽轮发电机基础的模型振动试验研究与基础原型实际振动测试研究。3汽机基础的模型振振动试验研究究3.1测试研究项项目的预定目目标本次测试研究项目目的预定目标标为：①通过模型试试验得到汽轮轮发电机基础础的动力特性性，运用模态态综合分析以以及与有限元元数值计算结结果的对比研研究，预测基基础结构的强强迫振动响应应，并对该汽汽轮发电机基基础设计方案案作出评价。②在模型试验验中如发现问问题，协助设设计单位进行行共同研究，并并从结构动力力学角度提出出参考修改意意见。=3\*GB3③预测出基础础强迫振动响响应的一系列列数据、曲线线等，对基础础的振动状态态进行最终评评估。3.2模型设计和和制作基础的模型制作在在电力建设研研究所岩土实实验室的试验验基坑中完成成，基础的底底板坐落在刚刚性砼块体之之上，与实际际中基础的情情况相似。在在1/10钢筋筋砼基础模型型的设计中，模模型基础的配配筋率是根据据原型基础的的配筋率确定定的。基础分分三次浇灌，即即按底板、柱柱与中间平台台、柱与顶板板的顺序施工工。另外，在模型顶板板相应的位置置埋入具有较较大刚度的钢钢柱及钢梁，对汽机机组的轴承座钢结构进行了模拟，详见照片。照片展示了制作完完成的模型。照照片中蓝色物物即为模拟的的支撑轴承座座。****电厂汽轮轮发电机基础础模型3.3试验所用用的硬件及软软件主要试验仪器和软软件如下：实测过程中所使用用的激振器模型测试过程中所所使用的主要要仪器1)激振器：JZZ-20型，北京测测振仪器厂生生产。2)力传感器：：YD-25AA型，北京测测振仪器厂生生产。3)功率放大器：GFF-300BB型，北京测测振仪器厂生生产。4)加速度计：：CA-YDD-188型加速度传传感器，江苏苏联能电子有有限公司生产产。5)信号适调放放大器：2693A型，丹麦BK公司生产。6)动态信号分分析仪：DP7300MobiilizerrSignnalCallc，美国DataPhysiicsCoorp.生产。7)计算机：DELLLLatiitudeNoteBBook，美国DELL公司生产。8)模态分析软件：MME’SCOPEEVES，美国VibrrantTTechnoology,,Inc..生产。9)基本分析软软件：SiggnalCaalc730DyynamiccSignnalAnnalyzeer，美国DataPhysiicsCoorp.出品品。10)电荷放大器：：3114型，中国航航天工业总公公司702所生产。3.4基础模型试试验的综合结结论1)****发发电厂2x10000MW汽轮发发电机机组的的基础其Z向的第1阶自振频率率为12.388Hz，说明基础础的自振频率率远小于工作作频率，属于于低频结构。2)试验结果显显示，基础扰扰力作用点的的振动比较小小，三个方向向上的振动线线位移均没有有超过15m，在《动力力机器基础设设计规范》的的允许范围内内，即：工作作转速范围内内振动线位移移小于20m，工作转速速范围外启动动过程中振动动线位移小于于30m，说明基础础的设计符合合《动力机器器基础设计规规范》要求。3)柱子及中间平平台虽存在局局部振动，但但其幅值没有有超过20m。4)试验结果表表明所有测点点的振幅值除除横墙中的底底部39号点为20..03m以外，均没没有超过200m，说明基础础的整体设计计是合理的。5)在此次的模模型试验中，3个方向的自自振频率与计计算结果的自自振频率在低低频区对应较较好；扰力点点的幅频曲线线与计算中的的幅频曲线趋趋势比较接近近。6)通过模型试试验表明*****2×1000MWW汽轮发电机机机组基础具具有良好的动动力特性，说说明基础设计计安全可靠。7)本次模型试试验做了大量量创新性的工工作。4.汽机基础的原型实实际振动试验验研究鉴于1000MWW汽轮发电机机机组基础的的重要性，以以及使百万机机组基础的设设计水平得以以提高、发展展、推广，并并与国际接轨轨，由于只限限于模型试验验及理论计算算是远远不够够的，因而又又对该基础从从2006年7月至2007年12月进行了4个阶段的原原型实际测试试，一方面可可以跟踪、校校核理论计算算和模型试验验结果，另一一方面也是为为了检验该基基础的施工、设设备安装、启启动运行等工工况的质量与与安全，积累累更直接的基基础振动资料料，为电厂提提供机组基础础更全面的实实际振动参数数，从而可以以进一步保障障机组的安全全平稳运行。通过对********发电厂2×1000MW汽轮发电机机组基础进行4阶段振动测试与分析，可以得到以下结论：4.1.基础结构构垂直向第一一阶频率为113.6Hzz，远离工作作扰频。基础础的振型主要要体现为整体体振动。4.2．基础扰力力作用点的振振动比较小，机机组启动过程程中扰力点最最大振幅振动动线位移为110.11mm(测点位位于发电机端端的纵梁上，对对应转速为11209rppm)，满负荷荷运行中扰力力点最大振幅幅振动线位移移为4.722(m（位于于中压缸与低低压缸之间的的横梁中点）。完完全满足《动动力机器基础础设计规范》的的要求，即：：工作转速范范围内振动线线位移小于220m，工作转速速范围外启动动过程中振动动线位移小于于30m。4.3．在机组满满负荷运行时时，基础轴承承座径向最大大振动速度均均方根值为33.11mmm/s，控制点点轴向最大振振动速度均方方根值为0..52mm//s，小于《Meechaniicalvvibrattion-EEvaluaationofmaachineevibrrationnbymmeasurrementtsonnon-rrotatiingpaarts----Partt2:LLargeland--baseddsteaamurbbingggeneraatorssetsiinexccessoof59Mw(在非非旋转部件上上测量和评价价机器的机械械转动第二部分分：50MWW以上陆地安安装的大型汽汽轮发电机组组)》（ISO108166-2：1996）中中对新机组的的要求（3..8mm/ss）。4.4．由电厂提提供的资料可可知，在同一一工况下，机机组轴承的最最大相对振动动值为29..31m；轴承座的的绝对振动最最大值为133.54m，振动较小小，满足相关关规范要求。4.5．从基础在在机组带满负负荷阶段的测测试结果可以以看出，所有有测点的振动动位移峰值均均在10μm以下，表明明基础运行状状况良好。4.6．柱子及中中间平台的振振动均很小，中中间平台最大大振幅振动线线位移为9..43m，柱子最大大振幅振动线线位移为3..48m，说明基础础尽管做了一一些优化，柱柱子截面有所所减小，但没没有出现柱子子振动增大的的现象，钢筋筋混凝土的中中间平台也设设计得较合理理。4.7．在水平横横向的幅频曲曲线中，各条条曲线趋势较较为接近，其其它两个方向向，实测曲线线与预测结果果曲线对应较较好。4.8．通过对*****电厂厂进行的各阶阶段的测试分分析，得到了了许多有效的的数据，可以以为电厂机组组调试、检修修、故障诊断断等提供技术术支持。通过原型实测分析析，汽轮发电电机基础的综综合动力特性性为具有优良良的动力特性性，其振动响响应分别完全全满足《动力力机器基础设设计规范》以以及国际标准准ISO100816的要要求；柱子以以及中间平台台的振动较小小；基础设计计保证了机组组的正常平稳稳运行。通过在设计、施工工、试验、管管理等过程中中采取一系列列有效措施的的强有力的保保障，在各有有关单位的通通力配合下，完完成了*****发电厂2×1000MMW汽轮发电电机机组基础础研究工作，最最终的试验结结果不仅表明明基础具有优优良的动力特特性，证明设设计是成功的的，施工是可可靠的，同时时也积累了丰丰富的而有效效的数据，可可以为电厂机机组调试、检检修、故障诊诊断等直接提提供参考依据据。因此针对*****电厂10000MW汽轮发电机机新型基础的的研究针对性性强、目标明明确、内容丰丰富、数据可可靠、分析合合理、结论正正确、效果优优良，达到了了预期目标。2、关键技术和创新新点设备制造商标准验验算按照设备制造商TTOSHIBBA、哈尔滨汽汽轮机厂有限限责任公司和和哈尔滨电机机厂有限责任任公司的设计计标准DD-KSS113466-a及DD-KSS113499-a《TurbiineGeenerattorFooundattionDDesignnCritteria》，应TOSHIIBA公司工程师师要求，采用用国际通用有有限元分析程程序STAADD/PRO完完成汽轮发电电机基础的动动力和变位计计算分析，最最终计算结果果满足设备制制造商标准要要求，获得TOSHIIBA的复核确认认。参加人员：周建章章林少波陈飞（****电力力设计院）国家标准验算根据中国的动力机机器基础设计计规范（GB500040-996），采用国国内汽轮发电电机基础专用用计算软件TGFP和国际大型型通用有限元元程序ANSYS进行基础的的数模计算分析，计计算结果满足足现行中国规规范要求，并并于2006年3月通过行业业专家评审。参加人员：周建章章林少波丁强（****电力力设计院）物理模型试验研究究根据火力发电厂设设计技术规程程（DL50000-20000）规定，进进行1:10汽轮发电机机基础模型动动力测振试验验，试验研究究结果符合现现行中国规范范动力机器基基础设计规范范（GB500040-996）要求，并并于2006年3月通过行业业专家评审。参加人员：邵晓岩岩代泽兵吉晔（****电力力建设研究所所）3、通过数据比对和检检索证明材料料，对比成果果与国内外已已有同类先进进技术的全面面情况与同等级机组的比比较****2×10000MW汽机基础与与国内正在建建造百万级邹邹县发电厂四四期2×1000MMW汽机基础础和TOSHIIBA推荐的参考考电厂HEKKINAN的的汽机基础相相比情况如下下：(1)基础的的混凝土用量量(不包括底板)：****发电有限限公司21000MWW汽轮发电机机基础为(86522.0T)。邹县发电厂四期22×1000MMW汽轮发电电机基础为(120000.0T))。HEKINAN电电厂10000MW汽轮发发电机基础为为(7923..0T)。(2)用于设设备和管道布布置的空间：：1）高压缸端至低压压缸，柱间横横向净距：****发电有限限公司为9..0m。邹县发电厂四期为为8.6m。HEKINAN电电厂为8.66m。2）发电机下，柱间间横向净距****发电有限限公司为9..6m。邹县发电厂四期为为10.0mm。HEKINAN电电厂为8.55m。(3)运转层平平台面积：****发电有限限公司为58.4773×15..0=8877.0995m2。邹县发电厂四期为为55.200×15..0=8828.000m2。HEKINAN电电厂为53.3445×114.0==746..83m22。4、已应用、推广情情况及推广前前景*********发电有限公公司2X10000MW汽轮发电机机组，采用哈哈尔滨汽轮机机和日本东芝芝公司联合设设计生产的汽汽轮机及发电电机，该机型型是国内首次次采用，是国国内第一批百百万千瓦单轴轴汽轮发电机机组。机组的的设计、制造造、施工和运运行的优劣，直直接关系到机机组能否安全全、经济和高高效的运行，也也关系到1000MMW机组的推广广和应用，机机组的设计、制制造、施工和和运行当前还还没有成功的的经验，汽轮轮发电机基础础的设计、施施工和测试又又是机组性能能保证的关键键的工作之一一。****电力设计计院在汽轮发发电机基座的的设计中，按照国家动动规并参考相相关的国际标标准设计了一一款结构简洁洁、质量和刚刚度搭配合理理且方便施工的机机组基座。具具有柱断面较较小，结构轻轻巧，无低压压缸间的整体体墙板，结构构体系明确等等特点。为了了保证基座的的设计质量，进行了1/10基座模型振动试验，同时应用大型通用有限元分析软件ANSYS建立实体有限元模型对该基座进行计算分析。试验数据与计算结果的对比分析表明，试验研究获得的基座振动特性和强迫振动响应结果均与计算分析结果吻合较好，互相验证了结果的准确性和可靠性；试验研究和计算分析预测的基座振动线位移小于0.02mm，能够保证基座满足机组正常运行的要求。*********建设研究院院在模型测试试研究项目的的预定目标为为：①通过模型试试验得到汽轮轮发电机基础础的动力特性性，运用模态态综合分析以以及与有限元元数值计算结结果的对比研研究，预测基基础结构的强强迫振动响应应，并对该汽汽轮发电机基基础设计方案案作出评价。②在模型试验验中如发现问问题，协助设设计单位进行行共同研究，并并从结构动力力学角度提出出参考修改意意见。=3\*GB3③预测出基础础强迫振动响响应的一系列列数据、曲线线等，对基础础的振动状态态进行最终评评估。*********建设研究院院通过原型实实测分析，汽汽轮发电机基基础的综合动动力特性为具具有优良的动动力特性，其其振动响应分分别完全满足足《动力机器器基础设计规规范》以及国国际标准ISSO108116的要求；；柱子以及中中间平台的振振动较小；基基础设计保证证了机组的正正常平稳运行行。由此证明明****发电电厂2×1000MMW汽轮发电电机机组基础础设计与施工工是成功而可可行的，其结结果可在同类类型机组设计计中推广应用用。5、经济及社会效益益情况****发电有限限公司21000MWW汽轮发电机机组由哈尔滨滨汽轮机厂有有限责任公司司、哈尔滨电电机厂有限责责任公司和TOSHIIBA联合设计生生产，该机型型是国内首次次采用，与TOSHIIBA推荐的参考考电厂HEKKINAN的的汽机基础相相比，新型基基础动力设计计依据我国动动力机器基础础设计规范的的设计理念并并吸收了我国国专家长期设设计经验和设设计创新。与国内同类型邹县县电厂机组原原型设计相比比，基础节省省了基建投资资，上部结构构节省钢筋混混凝土用量27.9％，方便施施工、缩短工工期，两台机机组共节省投投资670万元。在全全国推广此类类型机组，其其经济更大，在在软土地基上上还可节省大大量地基处理理费用，其社社会经济效益益更为显著。6、必要的图表及照照片（22）汽轮轮发