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例析25MW汽轮发电机基础设计

0、引言

工业项目结构设计中，根据工艺要求，为动力机器设备设计基础的工作经常

遇到。动力机器种类繁多，运动特性主要呈旋转式、往复式、脉冲式等，基础主

要有大块式、墙式、构架式等形式。不同的运动特征、不同的基础形式决定了基

础设计方法各异，造成动力机器基础设计成为结构设计的难点。较以承受静力荷

载为主的设备基础不同，动力机器基础除应满足静力荷载或静力当量荷载作用下

的强度、刚度及稳定性要求外，还应满足动力荷载作用下基础的振幅或振动速度

满足规范限值要求。针对框架式汽轮机发电基础，若采用空间多自由度体系进行

动力分析计算，需借助计算机辅助设计程序完成；若采用简化的平面二自由度体

系进行计算，往往计算结果与实际存在一定偏差。

本文以某25MW汽轮发电机框架式基础设计为例，简要介绍框架式动力机

器基础的设计过程，指出常用的动力机器基础动力分析计算方法的心得体会，提

出设计过程中应该注意的问题及建议。

1、工程概况

某25MW汽轮发电机设备平面布置如图1所示，汽轮机和发电机构成动力

设备，设备平台以下布置其他辅助设备。根据设备厂家所提资料可知：机组功率

25000KW；工作转速3000r/min；临界转速1370/4020r/min；设备总重量127t，

其中：汽轮机静子重52t，转子重14t，发电机静子重45t，转子重16t；设备运

行面高度8m。

本工程所处场地地震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g，设计

地震分组为第三组，场地土类别为Ⅱ类。建设场地较为平整、均匀，基础持力层

为：泥质粉砂岩层，地基土承载力特征值fak=450kpa，场地地下水位埋深4.60m～

4.80m。基础混凝土C30，钢筋HRB335级。

2、基础设计选型原则及主要控制指标

2.1基础设计选型原则

一般情况下，汽轮机发电机组的汽轮机、发电机要求布置在厂房二层平台上，

辅助设备部分则多布置在底层，要求基础顶板下面有足够的空间布置工艺设备、

管线。因此，汽轮机发电机基础主要采用框架式基础，以满足工艺布置及生产操

作需要。

汽轮机发电机框架式基础应合理布置、构造简单、受力明确。基础的顶板、

支柱、底板应尽可能对称于机器的主轴（纵轴）布置，荷载应尽量布置在受力构

件的中轴线上，避免或减少初始偏心造成的结构扭转效应。其中：顶板应有足够

的质量和刚度，顶板各横梁的静绕度宜接近，顶板的外形和受力应简单，尽量避

免偏心荷载；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；底板应有一定的刚度，并应结合地基的刚度综合分析确定。

2.2主要控制指标

1）静力计算控制指标

（1）地基承载力验算满足地基承载力要求；

（2）基组偏心值验算满足e/l≤3%的要求；

（3）框架式基础的顶板、支柱、底板满足在“主要荷载组合”及特殊“荷载组

合”作用下的承载能力极限状态和正常使用极限状态的验算要求；

（4）对于需要进行抗震验算的基础，还应满足抗震设计要求。

2）动力计算控制指標

不同于静力计算的控制要求，针对1000

3、结构设计与分析

3.1结构受力分析及布置要点

根据设备厂家提供资料，在充分考虑汽轮发电机基础与发电厂房平面关系的

同时，对基础顶板、支柱和底板进行结构布置，如图2、图3所示。由荷载作用

位置可知，汽轮机和发电机的静子、转子荷载均作用于轴承中心或设备支座中心

位置。基础振动主要由机器运行中的不平衡力，即扰力的作用引起，而扰力的产

生主要来源于转子质量中心不可能和它的旋转中心完全重合造成。本例中，转子

围绕主轴（纵轴）旋转，由扰力产生的振动主要引起基础的竖向振动。

由图2可知，结构平面沿主轴（纵轴）方向对称布置，由于工艺需要在后端

顶板下布置“出线小室”，结构平面沿横向不对称，故在基础底板布置时应适当减

小后端底板长度，确保底板布置均匀，减少底板偏心影响。上部框架梁柱布置应

结合荷载作用位置及机器外形综合确定。本例纵、横向跨度基本均匀，荷载基本

作用于轴线上或附近位置，横梁截面1200x1500，两侧悬挑部分截面

1200x1500/600，纵梁截面1200x