弹簧隔振在大型火力发电厂磨煤机基础中的应用.pdf

?收稿日期:2004-02-10作者简介:彭翠芳(1966-),女,湖南湘乡人,长沙理工大学汽车与机械工程学院讲师,硕士,主要从事火力发电厂隔振技术研究.第 19 卷第 3 期2 0 0 4 年 8 月长沙电力学院学报(自然科学版)JOURNALOFCHANGSHA UNIVERSITYOFELECTRICPOWER(NATURAL SCIENCE)Vol.19No.3Aug.2 0 0 4弹簧隔振在大型火力发电厂磨煤机基础中的应用彭翠芳1,何志刚2(1.长沙理工大学 汽车机械工程学院,湖南 长沙?410076;2.湖南省电力勘测设计院,湖南 长沙?410007)摘?要:将白噪声型的宽频带随机扰力概念应用于钢球磨煤机弹簧隔振基础的设计中,结合大型火力发电厂钢球磨煤机弹簧隔振基础的设计,介绍了该基础的设计方法、钢球磨煤机弹簧隔振效率的计算以及通过弹簧隔振基础传递到基础下部动荷载的计算.关?键?词:白噪声扰力;弹簧隔振基础;振动计算中图分类号:TU 112.4+1?文献标识码:B?文章编号:1006-7140(2004)03-0072-04Apllication of Spring Vibration Isolation for Ball MillFoundation to Large-Scale Thermal Power PlantPENG Cu-i fang1,HE Zh-i gang2(1.College of Automobile&Mechanical Engineering,Changsha Univ of Science&Technology,Changsha 410076,China;2.Hunan Electric Power Design Institute,Changsha 410007,China)Abstract:A random wide frequency disturbing force withwhite noise type is used in the design of the ball millfoundation with spring vibration isolation.Based on the design of the ball mill foundation with spring vibrationisolation for large-scale thermal power plants,a design method is described for this foundation,efficiencycalculation of spring vibration isolation of the ball mill as well as calculation of dynamic load under the founda-tion which is transferred by the spring vibration isolation foundation.Key words:white noise disturbing force;spring vibration isolation foundation;vibration calculation?钢球磨煤机是火电厂中的主要辅机,其基础振动较大,以至成为周围其他建筑的不利振源;同时磨煤机的振动过大还会引起相关设备损坏造成火力发电厂的运行事故;再者由于其基础尺寸庞大,很难避免与主厂房基础相碰,因此磨煤机基础的振动计算非常 重要.在我 国?动力 机器 基 础设 计 规范?(GB50040?96)和?火力电厂土建结构设计技术规定?(DL5022?93)中,只给出了基础周期性振动的计算公式,而磨煤机基础的振动是一种随机振动.因此按照上述规范设计的磨煤机,无法解决这些问题.笔者在参与设计某大型火电厂(2?600 MW)中,采用了弹簧隔振系统作为钢球磨煤机基础,将磨煤机基础的随机扰力视为白噪声型宽频载荷5,利用随机振动理论解决了基础动力计算,并得到了较好的设计效果.1?钢球磨煤机基础的振动计算钢球磨煤机滚筒的转速一般很低,每分钟十几转,滚筒、电机及传动装置所产生的旋转不平衡扰力不足以引起基础产生过大的振动,而钢球磨煤机中钢球和煤在滚筒中不断运动造成它们互相碰撞和质心的随机移动,这就形成了磨煤机基础的动载荷.我们将此动载荷所产生的相互作用视为随机的瞬时脉冲,因而其动力荷载可以视为具有白噪声谱密度的扰力函数.这就构成了钢球磨煤机基础的动力计算特点,其扰力可视为白噪声型宽频荷载,基础的动力计算需要用随机振动理论来解决.以下把理论分析结果应用于钢球磨煤机基础的动力计算,再应用于钢球磨煤机弹簧隔振基础设计中.具有水平转动轴磨煤机的白噪声谱密度由下式确定:1S0=(?m?d)2?3?1-?2d2g,(1)式中?为取决于磨煤机类型的系数,钢球磨煤机为0.001;m?为滚筒装载质量,即钢球和煤的质量(kg);d 为滚筒直径(m);g 为重力加速度,g=9.81 m/s2;?为滚筒转角速度(s-1).钢球磨煤机基础的结构型式常采用大块式,磨煤机基础的扰力函数fx(t)=fz(t)=f(t),即磨煤机的水平向与竖向有相同的谱密度,基础的动力计算可归纳如下:1.1?竖向振幅计算4基础竖向振幅是基础振动和水平摇摆振动的组合:Azmax=Ax+Az?,其中AZ=?ZS0(2k2Z?Z),?Z=KZm,AZ?=h3+ex+?1Iy+m?21Ix?S02?x?31,?21=0.5(?2x+?2?)-(?2x-?2?)2+4?2xh22r2,?1=?2x?2Z-?21h2,?=K?+Kxh22I,?X=Kxm,r=Im,式中?kz为基础的垂直刚度;?z、?x?为基础的垂直阻尼比、水平摇摆阻尼比;?z为基础垂直自振圆频率;Ix为摇摆轴到基础边缘 x 向的水平最远距离;ex为垂直扰力作用点至基础质心的水平方向的距离;h3为基础质心距机器主轴的高度;Iy为基础对摇摆轴的质量惯性距;?1为基础摇摆的第 1阶自振圆频率;?x为基础的水平自振圆频率;h2为基础质心距基础底面的高度;r 为回转半径;Kx为基础的水平刚度;K?为基础的摇摆刚度.1.2?水平振幅 4基础水平振幅是基础扭转和水平摇摆振动的组合:Axmax=A?Ix+Ax?,(3)式中?A?=?S0(2k2?)ef;Ax?=h3+ex+?1I+m?21(h1+?1)?S02?x?31,其中?Iz为距离质量中心至?向最远边缘的距离;K?为基础的抗扭刚度;?为基础的扭转阻尼比;?为基础的扭转自振圆频率;ef为扰心至质心的水平向距离.2?弹簧隔振基础的设计 2根据上面基础振动计算公式,以某大型火力发电厂(2?600 MW)磨煤机弹簧隔振基础为例,对弹簧隔振基础进行了动力计算.该厂每台锅炉配置 6台 BBD4060 双进双出钢球磨煤机,其基础的基本数据及设计要求如下:a)磨煤机的参数.重量 255 000 kg;转速 16.6 r/min;最大装球量73第 19 卷第 3 期彭翠芳等:弹簧隔振在大型火力发电厂磨煤机基础中的应用77 000 kg;滚筒直径 3.95 m.b)电动机的参数.重量 12 500 kg;转速993 r/min;弹簧隔振基础的设计原则:(1)弹簧隔振器上部台座的质量控制不小于 2倍的机器旋转质量,台座的质量与机器质量比控制在2 2.5左右,弹簧隔振的压缩量控制在 24 mm 左右,以此来控制其垂直刚度,选用了 39 台弹簧隔振器,阻尼比应不小于天然地基的阻尼比.(2)弹簧隔振器的布置,要满足其刚度中心与上部台座及机器的总质心的差值和下部基础相应边长之比小于3%.(3)弹簧隔振基础允许振动线位移 100?m,根据以上要求最后确定弹簧隔振器的刚度:kz=445 614 kN/m;kx=415 841 kN/m.阻尼器的阻尼系数为?z=210 kN/m.磨煤机隔振元件布置如图 1.A-A 剖面图图1?磨煤机隔振元件布置图依据上述参数及要求,计算得到垂直 z 向振动引起:Az=16.66?m,扰力 Px或 Py绕 z 轴扭转振动引起:Ax?=0.095?m,Px在y 向偏心导致水平摇摆耦合引起:Ax?=31.231?m,Az?=18.08?m.则最大振动位移为:Azmax=Az+Az?=34.74?m,Axmax=Ax?+Ax?=31.326?m.由上计算的弹簧隔振基础垂直方向及水平方向最大振动位移均没有超过允许振动线位移 100?m.说明磨煤机弹簧隔振基础设计是合理的.3?基础的隔振效率隔振系数?是隔振后传递给刚性支撑结构的动荷载与不隔振时传递给刚性支撑结构的动荷载之比.?=隔振后支撑结构的振动不隔振后支撑结构的振动=隔振后传递给支撑结构的动荷载不隔振后传递给支撑结构的动荷载隔振效率?T=(1-?)%.由于弹簧隔振基础把钢球磨煤机所产生的振动用隔振元件与其厂房结构隔离,减少了弹簧隔振基础的振动对土建结构的不利影响,它的隔振系数为?=0.09,隔振效率 T=91%.通过弹簧隔振器传递的动荷载为(忽略阻尼影响):FZ=KZAZmax=15.48 kN,Fx=KxAxmax=13.03 kN.因此通过弹簧隔振器向下部基础传递的动荷载对于磨煤机基础所承受的总荷载而言是微不足道的,所以基础下部的结构按静力设计,与常规基础相比,钢球磨煤机的弹簧隔振基础的下部结构可以减少其断面.若按常规基础设计,其厚度为 2.03.0 m,采用弹簧隔振基础其厚度为 1.5m,经济效益是显而易见的.4?磨煤机弹簧隔振基础的优点磨煤机基础弹簧隔振系统是由弹簧隔振器和粘滞阻尼器组成,弹簧隔振器中装有优质耐用的圆柱螺旋压缩弹簧,粘滞阻尼器具有与速度成正比的阻尼作用,且与弹簧振器并联使用.磨煤机基础弹簧隔振系统的主要优点有:?采用弹簧隔振基础后,解决了?火力电厂土建结构设计技术规定?中关于?钢球磨煤机压在主厂房框架基础上时,宜采取隔振措施?的问题,磨煤机基础可直接置于主厂房基础上.?采用弹簧隔振系统后,磨煤机基础台座的体积或重量大约只有常规基础的一半,因而节约了基74长 沙 电 力 学 院 学 报(自 然 科 学 版)?2004年 8 月础混凝土用量.?由于磨煤机基础台座与锅炉房厂房结构分离,磨煤机基础的施工相对独立,并有很多的灵活性.磨煤机基础的施工可以交叉进行,以缩短电厂主厂房的施工周期.?采用弹簧隔振系统后,不再会有明显的振动传到锅炉及建筑物上.由振动引起的锅炉及锅炉内衬的损坏以及由于维修而造成的火力发电厂的运行事故也可以避免.?采用弹簧隔振系统后,磨煤机本身所受的动载很小,降低了磨煤机的磨损,磨煤机的运行可靠性提高,同时还可以延长磨煤机的使用寿命,延长磨煤机的大修周期,节约大修费用.?简化磨煤机的调平,其基础沉降可以通过弹簧隔振器得到调整,而且调整过程简单易行.?提高了磨煤机的抗震能力,从而避免磨煤机受到地震损坏.?采用弹簧隔振基础后,传到基础下面的动荷载较小,因而可以减少地基基础的处理费.5?结论本文在理论上运用了白噪声激励下动力机器基础的动力响应原理,并以此应用于钢球磨煤机弹簧隔振基础的设计中,通过采用弹簧隔振系统,将磨煤机的动荷载转化为静荷载,有效解决了当振动基础压主厂房基础时对主厂房产生的振动影响,改善了火力发电厂的运行条件,同时采用弹簧隔振基础还可降低磨煤机噪声、简化地基处理、延长了磨煤机的使用寿命.参考文献:1 DL5022-93,火力发电厂土建结构设计技术规定 S.2 GB50040-96,动力机器基础设计规范S.3 JBJ22-91,隔振设计规范S.4 中国船舶工业总公司第九设计院.隔振基础设计手册 M.北京:中国建筑工业出版社,1986.5 邵晓岩,赵锦,高象波.钢球磨煤机基础的动力计算A.首届全国建筑振动学术交流会论文集 C,江苏,1995.6 萨维诺夫.机器基础的现代结构及其计算 M.北京:机械工业出版社,1983.(上接第 68页)名称符号单位例题结果软件计算结果高温省煤器进口烟气温度TYgsm1?601.3?603高温省煤器出口烟气温度TYgsm2?478.2480高温省煤器传热量QgsmkJ?kg-111901203低温省煤器进口工质温度Tdsm1?180.6180低温省煤器出口工质温度Tdsm2?214.4215低温省煤器进口烟气温度TYdsm1?369.2373低温省煤器出口烟气温度TYdsm2?265.2268低温省煤器传热量QdsmkJ?kg-110101000高温空气预热器进口工质温度Tgky1?190.4187高温空气预热器出口工质温度Tgky2?340340高温空气预热器进口烟气温度TYgky1?478.2480高温空气预热器出口烟气温度TYgky2?369.2373高温空气预热器传热量QgkykJ?kg-110681050低温空气预热器进口工质温度Tdky1?3030低温空气预热器出口工质温度Tdky2?190.4187低温空气预热器进口烟气温度TYdky1?265.2268低温空气预热器出口烟气温度TYdky2?147.8150低温空气预热器传热量QdkykJ?kg-111371140?计算结果表明,该软件实现了设计所预期的各项性能,软件计算结果与标准数据比较,相差不超过3%,在热力计算标准所允许的范围内,因此,该软件的热力计算结果是可靠的.4?结论1)?应用 Visual C+与 Fortran 语言混合编程技术研制锅炉热力计算软件,是一种新的尝试.2)?本文所开发的软件具有良好的用户界面,既可用于对新设计的煤粉锅炉进行热力计算,也可为煤粉锅炉的技术改造进行预期的运行评价.参考文献:1 赵翔,任有中.锅炉课程设计M.北京:水利电力出版社,1991.2 杨晓辉.Fortran PowerStation4.0程序员指南M.长沙:湖南科学技术出版社,1999.3 冯俊凯,沈幼庭.锅炉原理及计算(第 2 版)M.北京:科学出版社,1998.75第 19 卷第 3 期彭翠芳等:弹簧隔振在大型火力发电厂磨煤机基础中的应用