1、高烈度地震区汽轮发电机高烈度地震区汽轮发电机基础结构选型基础结构选型李炳益1 孙波1 刘丽华1 房俊喜2 沙曾炘2（1 东北电力设计院，2 隔而固（青岛）振动控制有限公司）1引言引言 单一水准的设防目标单一水准的设防目标 ：地震基本烈度的水平上保障人身安全为主地震基本烈度的水平上保障人身安全为主 。三水准、两阶段三水准、两阶段的设防原则的设防原则 ： 三水准设防目标三水准设防目标 设计水准水准地震作用地震作用50年超越年超越概率概率（%）重重现期期（年）（年）设 防防 目目 标第一水准多遇地震63.250一般不受损坏或不需修理可继续使用，能保障人的生活、生产、经济和社会活动的正常运行。第二水准
2、设防烈度地震10475 可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用，保障人身安全和减少经济损失。第三水准罕遇地震2316412475 不致倒塌或发生危及生命的严重破坏，以保障人身安全。两阶段设计步骤：两阶段设计步骤：第一阶段，进行多遇地震作用下的结构和构件承载力和弹性变形验算；第一阶段，进行多遇地震作用下的结构和构件承载力和弹性变形验算；第二阶段，进行罕遇地震作用下的弹塑性变形验算。第二阶段，进行罕遇地震作用下的弹塑性变形验算。结构性能抗震设计结构性能抗震设计 ： 性能设计要综合考虑许多因素，如场地特征、结构功能与重要性、投性能设计要综合考虑许多因素，如场地特征、结构功能与重要性、投资与效益、
3、震后损失与重建、潜在的历史文化价值、社会效益及业主的承资与效益、震后损失与重建、潜在的历史文化价值、社会效益及业主的承受能力等受能力等 。汽轮发电机基础的抗震设计：汽轮发电机基础的抗震设计： 与建筑物不同，汽轮发电机基础的抗震设计原则并不仅仅是在地震作与建筑物不同，汽轮发电机基础的抗震设计原则并不仅仅是在地震作用下保障结构本身和人的生命安全，而主要是是要保障设备的安全运行或用下保障结构本身和人的生命安全，而主要是是要保障设备的安全运行或设备不受较大损伤，也就是应纳入性能设计的思想。设备不受较大损伤，也就是应纳入性能设计的思想。2 工程概况工程概况厂址：新疆南疆厂址：新疆南疆装机容量：装机容量：
4、 2350MW地震烈度：地震烈度： 8度度地震加速度：地震加速度： 0.3g场地类别：场地类别：类类地震分组：第三组地震分组：第三组 由于由于属于高烈度地震区，汽轮发电机基础采用弹簧隔振基础。属于高烈度地震区，汽轮发电机基础采用弹簧隔振基础。弹簧隔振基础有关参数弹簧隔振基础有关参数基础顶板：长度：基础顶板：长度：L=32.23m，宽度：，宽度：B=12.0m，顶板重约：，顶板重约：Gf=20170KN；基础底板：埋深基础底板：埋深-8.000m，板厚，板厚2.0m；中间层：标高为中间层：标高为6.270m，板厚为，板厚为150mm；柱子截面为柱子截面为2.1m1.7m和和1.8m1.4m两种两
5、种3 3 汽轮发电机基础弹塑性时程分析汽轮发电机基础弹塑性时程分析地震加速度的放大倍率：常规基础在地震加速度的放大倍率：常规基础在2.52.53.53.5倍之间，倍之间， 弹簧基础在弹簧基础在1.21.2以下，有时还小于以下，有时还小于1.01.0。3.1 3.1 本工程本工程汽轮发电机基础时程分析汽轮发电机基础时程分析3.1.1 3.1.1 本次分析中的所用相关数据如下：本次分析中的所用相关数据如下： 输入的地面加速度输入的地面加速度0.3g0.3g， 场地类别场地类别类，类， 设计地震分组为第三组，设计地震分组为第三组， 特征周期为特征周期为 Tg = 0.45sTg = 0.45s， 阻
6、尼比为阻尼比为 D = 0.05 D = 0.05， 分析中载荷作用时间为分析中载荷作用时间为30s30s。3.1.2 地震加速度响地震加速度响应计算分析算分析 在多与地震、设防烈度地震、罕遇地震作用下，对基础结构进行地震加速度响应计算分析。 多遇地震多遇地震作用下，输入的地面加速度值为0.11g时，基础顶板与设备各轴承座连接处的加速度值如下表：多遇地震时基础顶板与设备轴承座连接处加速度值 （g）多遇地震多遇地震弹簧基础弹簧基础常规基础常规基础NodeX向加速度向加速度Y向加速度向加速度NodeX向加速度向加速度Y向加速度向加速度3510.1340.1293510.2760.2673520.1
7、30.1283520.2580.2683530.130.1283530.2580.2673540.1090.1213540.2530.2533550.1090.1213550.2530.2513560.1270.1343560.2520.241注：X向为纵向，Y向为横向。 对于弹簧基础，在设备轴承座连接处的响应加速度最大值对于弹簧基础，在设备轴承座连接处的响应加速度最大值X向和向和Y向均为向均为0.134g，其放大倍率为，其放大倍率为1.207倍。倍。 对于常规基础，加速度最大值对于常规基础，加速度最大值X向为向为0.276g，Y向为向为0.268g，其放大倍率为，其放大倍率为2.486倍和倍
8、和2.414倍。倍。 设防烈度防烈度地震作用下，输入的地面加速度值为0.3g时，基础顶板与设备各轴承座连接处的加速度值如下表：设防烈度地震时基础顶板与设备轴承座连接处加速度值 （g）设防烈度设防烈度弹簧基础弹簧基础常规基础常规基础NodeX向加速度向加速度Y向加速度向加速度NodeX向加速度向加速度Y向加速度向加速度3510.3270.3723510.7670.7413520.3450.3233520.7150.7453530.3480.3233530.7150.743540.3950.3143540.7020.7043550.3950.3163550.7020.6963560.4030.33
9、53560.700 0.669 对于于弹簧基簧基础，在，在设备轴承座承座连接接处的响的响应加速度最大加速度最大值X向向为0.403g， Y向向为0.372g，其放大倍率为其放大倍率为1.308倍和倍和1.208倍。倍。 对于常于常规基基础，加速度最大，加速度最大值X向向为0.767g，Y向向为0.745g，其放大倍率为其放大倍率为2.48倍和倍和2.419倍。倍。 罕遇地震罕遇地震作用下，输入的地面加速度值为0.51g时，基础顶板与设备各轴承座连接处的加速度值如下表：设防烈度地震时基础顶板与设备轴承座连接处加速度值 （g）罕遇地震罕遇地震弹簧基础弹簧基础常规基础常规基础NodeX向加速度向加速
10、度Y向加速度向加速度NodeX向加速度向加速度Y向加速度向加速度3510.6050.6233511.381.333520.570.5633521.291.343530.570.5643531.291.333540.5610.5623541.271.273550.5610.5613551.271.253560.6030.583561.261.2 对于于弹簧基簧基础，加速度最大，加速度最大值X向向为0.605g， Y向向为0.623g，其放大倍率其放大倍率为为1.092倍和倍和1.125倍。倍。 对于常于常规基基础，加速度最大，加速度最大值X向向为1.38g，Y向向为1.34g，其放大倍率为其放大
11、倍率为2.491倍和倍和2.419倍。倍。 从以上从以上结果可看出，三个水准地震工况下，果可看出，三个水准地震工况下，弹簧基簧基础和常和常规基基础的的顶板上的地震加速度放大倍率基本相同，板上的地震加速度放大倍率基本相同，弹簧基簧基础放大倍率最大放大倍率最大为1.308，常，常规基基础放大倍率放大倍率为2.491。3.2 其他工程的地震加速度响其他工程的地震加速度响应计算分析算分析结果果3.2.1 华北院对北疆电厂1000MW机组汽轮发电机基础，按建筑抗震设计规范三水准设计原则，进行了地震响应时程分析。 厂址抗震设防烈度为8度（0.2g），场地类别为类。三水准设防三水准设防地面加速度峰值地面加速
12、度峰值（cm/s2）基础台面地震基础台面地震加速度（加速度（cm/s2）地震加速度放大地震加速度放大倍数倍数多遇地震多遇地震702203.14设防烈度地震设防烈度地震2006503.25罕遇地震罕遇地震40013003.25三水准地震作用下地震加速度时程分析结果3.2.2 对北疆电厂1000MW机组汽轮发电机基础建立常规的构架式基础和弹簧隔振基础两种模型，进行了在罕遇地震作用下地震响应时程分析。 常常规基基础台面上的加速度是地面地震加速度峰台面上的加速度是地面地震加速度峰值的的2.83倍倍； 弹簧隔振基簧隔振基础台面上的加速度台面上的加速度值是地面地震加速度峰是地面地震加速度峰值的的1.21倍
13、倍。3.2.3 以咸宁核电站（AP1000)采用的三菱机型汽轮发电机组为例，建立常规框架式基础和弹簧隔振基础两种模型，分别进行地震加速度时程分析。 抗震设防烈度为6度（计算提高到7度），地面加速度峰值为0.1g，场地特征周期为0.25s。两种基础顶板和轴承座处最大加速度值基础型式基础型式顶板最大加速度顶板最大加速度轴承座最大加速度轴承座最大加速度ax(g)ax(g)ay(g)ay(g)ax(g)ax(g)ay(g)ay(g)弹簧基础弹簧基础0.0600.0880.0610.089框架基础框架基础0.2560.3610.2710.355各各轴承座承座处最大加速度最大加速度值与地面与地面输入入值的
14、倍率：的倍率：常常规基基础水平横向的水平横向的3.553.55倍倍，水平，水平纵向向为2.712.71倍。倍。 弹簧隔振基簧隔振基础水平横向水平横向为0.890.89倍倍，水平，水平纵向向为0.610.61倍。倍。3.3 地震加速度地震加速度对汽汽轮发电机的影响机的影响 从前面介绍的计算分析结果可知，建在地震区发电厂的常规的钢筋混凝土构架式基础，其顶板上的地震加速度都大于基础底面的加速度，也就是地面加速度通过结构后是放大的。其放大倍数约在2.53.5之间。而弹簧隔振基础其放大倍数一般小于1.3，有时还小于1.0，也就是说可以不放大。 下表中列了常规基础在不同地震作用下地面与轴承座处地震加速度对
15、比值范围。常规基础在不同地震作用下地面与轴承座处地震加速度对比值 （cm/s2）设防水准设防水准加速度加速度部位部位地地 震震 烈烈 度度 (度度)677 (1.5g)88 (0.3g)9多遇地震多遇地震地面地面18355570110140轴承座处轴承座处456387122137192175245275385350490设防烈度设防烈度地震地震地面地面50100150200300400轴承座处轴承座处125175250350375525500700750105010001400罕遇地震罕遇地震地面地面125220310400510620轴承座处轴承座处312437550770775108510
16、0014001275178515502170设备厂家厂家对地震加速度地震加速度值的限的限值 ：国内国内：设备正常运行时，汽轮机零件强度能够承受的加速度为0.12g； 事故发生时，承受的加速度不能超过0.4g。国外：国外：基础与设备连接点处地震加速度，水平向不要超过0.3g； 竖向不要超过0.2g。 常规基础常规基础在多遇地震作用下7度（1.5g）及以上时，轴承座连接处的地震加速度超过设备正常运行时能承受的限度0.12g； 设防烈度地震作用下7度（1.5g）及以上时，轴承座连接处的地震加速度超过事故发生时能承受的限度0.4g； 更超出国外厂家要求的水平向加速度限度0.3g。 弹簧隔振基础，弹簧隔振基础，8度（0.3g）及以下多遇地震和7度及以下设防烈度地震作用下都能保证设备正常运行； 8度（0.3g）及以下设防烈度地震作用下能做到设备处于可修的状态。4汽汽轮发电机基机基础结构构选型型 汽轮发电机基础的抗震设计不能以基础结构本身满足“小震不坏，中震可修、大震不倒”作为目标，而是以设备正常运行或不出现大的故障作为目标。 设备制造厂认为，喀什电厂汽轮发电机采用常规基础，由于地震作用较大，供方将
