大型汽轮机框架式基础–地基动力相互作用分析

第２８卷第９期　２０１５年９月　广东电力　

ＧＵＡＮＧＤ０ＮＧ　ＥＬＥＣｒＲＩＣ　Ｐ０ＷＥＲ　Ｖｏｌ＿２８　ＮＯ．９　Ｓｅｐ．２０１５　

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７・２９０Ｘ．２０１５．０９．０１１　大型汽轮机框架式基础一地基动力相互作用分析　徐朝刚　，　（１．中电投珠海横琴热电有限公司，广东珠海５１９０３１；２　工业大学自动化学院，广东广州５１０００６）　汪新　，武小梅　广东工业大学土木与交通工程学院，广东广州５１０００６；３．广东　

摘要：以某实际大型汽轮机框架式基础设计为背景，通过截取基础周围的天然土体并在土体边界施加等效一致　粘弹性单元，建立汽轮机基础结构与地基土动力相互作用的有限元模型，对有限元模型进行模态分析和扰力作　用下的动力谐响应分析，得到汽轮机基础的基础动力特性以及最大振动线位移。模拟结果表明考虑相互作用可　以有效模拟大型汽轮机框架式基础实际振动情况，保证汽轮机基础的初步设计。　关键词：大型汽轮机；动力基础；相互作用分析；有限元模型　中图分类号：ＴＵ４３５　文献标志码：Ａ　文章编号：１（）０７．２９０Ｘ（２０ｌ５）０９—００５６．０４　

Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　Ｆｒａｍｅ—ｔｙｐｅ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ－ｓｕｂｇｒａｄｅ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ　Ｓｔｅａｍ　Ｔｕｒｂｉｎｅ　Ｕｎｉｔ　ＸＵ　Ｃｈａｏｇａｎｇ　，ＷＡＮＧ　Ｘｉｎ　。ＷＵ　Ｘｉａｏｍｅｉ　（１．ＣＰＩ　Ｚｈｕｈａｉ　Ｈｅｎｇｑｉｎ　Ｃｏｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｕｈａｉ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　５　１　９０３　１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　ａｎｄ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａ—　ｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　５１０００６，Ｃｈｉｎａ；３．Ｆａｃｕｌｔｙ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍａ—　ｔｉｏｎ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　５１０００６，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ　ｆｒａｍｅ—ｔｙｐｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｓｏｍｅ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ　ｓｔｅａｍ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｕｎｉｔ　ｆｏｒ　ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅ—　ｍｅｎｔ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｓｏｉｌ　ｏｆ　ｓｔｅａｍ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｗａｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ｂｙ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｏｕｔ　ｎａｔ．　ｕｒａｌ　ｓｏｉｌ　ｂｏｄｙ　ａｒｏｕｎｄ　ｔｈｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｘｅｒｔｉｎｇ　ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ａｎｄ　ｕｎｉｆｏｒｍｅｄ　ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｒｏｕｎｄ　ｔｈｅ　ｂｏｕｎｄａｒｙ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ｂｏｄｙ．Ｍｏｄａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｗａｓ　ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｗａｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｉｓｔｕｒｂｉｎｇ　ｆｏｒｃｅ，ｔｈｕｓ　ｔｏ　ｇｅｔ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ａｎｄ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｌｉｎｅ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｅａｍ　ｔｕｒｂｉｎｅ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅ　ｔｈａｔ　ｉｔ　ｉｓ　ａｂｌｅ　ｔｏ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｓｉｍｕｌａｔｅ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｒａｍｅ・－ｔｙｐｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ　ｓｔｅａｍ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｕｎｉｔ　ｂｙ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ　ｏｆ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｎｓｕｒｉｎｇ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔｅａｍ　ｔｕｒｂｉｎｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ　ｓｔｅａｍ　ｔｕｒｂｉｎｅ；ｄｙｎａｍｉｃ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ；ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ；ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｏｄｅ１　

大型汽轮机基础通常采用钢筋混凝土框架式结　构。为了保证汽轮机长期、安全、稳定地工作，在　汽轮机基础设计中需要进行振动分析，使基础振动　满足ＧＢ　５００４０－－１９９６（（动力机器基础设计规范》ｌ＿】］　所规定的线位移控制条件。　文献［１］建议框架式基础的线位移控制条件可　按空问多自由度体系振动分析获得，其振动分析模　型中地基仅对基础结构提供固定或弹性的约束作　用，而不考虑地基在振动中的质量参与影响。研究　表明¨ｌ２｜４］：由于没有考虑基础一地基的动力相互作　用，以上振动分析方法一般会导致过于保守的设　计。因此，从降低汽轮机基础的经济成本的角度考　虑，采用基础一地基的动力相互作用的振动分析方　法可以达到优化设计的目的［５１］。　本文以某发电厂１２　Ｍｗ汽轮机框架式混凝土　基础为研究对象，采用ＡＮＳＹＳ有限元分析软件对　汽轮机基础进行了地基一基础动力相互作用分析，　并对分析结果进行了讨论。　

１汽轮机基础土体相互作用有限元分析模型　收稿日期：２０１５－０４．０５　科研项目：中国电力投资集团公司科技项目（２０１４．０２８一ＮＦＤ．ＫＪ．ｘ）　汽轮机框架式混凝土基础结构形式和细部尺寸　７８　广东电力　第２８卷　ｒｎｅｎｔ　ｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｅＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ　ＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００５，２９（２３）：３４－３９．　Ｅｌ１］戴仁昶，丁明，洪梅，等．组合系统可靠性评估中有功校正　策略研究Ｉ－Ｊ］电力系统自动化，１９９７，２１（１２）：６—１０．　ＤＡＩ　Ｒｅｎｃｈａｎｇ，ＪＩＮＧ　Ｍｉｎｇ，Ｈｏｎｇ　Ｍｅｉ，ｅｔ　ａ１．Ａ　Ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　Ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｆｏｒ　Ａｃｔｉｖｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｒｅｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ　Ｕｓｅｄ　ｉｎ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｒＪ］．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，１９９７，２１（１２）：６－１０．　［１２］刘洋，周家启．大电网可靠性评估最优负荷削减模型［Ｊ］．重　庆大学学报，２００３，２６（１０）：５２—５５．　ＬＩＵ　Ｙａｎｇ，ＺＨＯＵ　Ｊｉａｑｉ　Ｏｐｔｉｍａｌ　Ｌｏａｄ　Ｃｕｒｔａｉｌｍｅｎｔ　ｉｎ　Ｂｕｌｋ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ），２００３，２６　（１Ｏ）：５２－５５．　［１３］赵渊，周家启，周念成，等．发输电组合系统可靠性评估中　的最优负荷削减模型研究［Ｊ］．电网技术，２００５，２９（２３）：　３４—３９．　ＺＨＡＯ　Ｙｕａｎ，ＺＨＯＵ　Ｊｉａｑｉ，ＺＨＯＵ　Ｎｉａｎｃｈｅｎｇ，ｅｔ　ａ１．Ａｎａｌ－　ｙｓｉｓ　ｏｎ　Ｏｐｔｉｍａｌ　Ｌｏａｄ　Ｓｈｅｄｄｉｎｇ　Ｍｏｄｅｌ　ｉｎ　Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　Ｅｖａｌｕａ—　ｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００５，２９（２３）：３４－３９．　１，１４］王超，徐政，高鹏，等．大电网可靠性评估的指标体系探讨　［Ｊ］．电力系统及其自动化学报，２００７，１９（１）：４２—４６．　ＷＡＮＧ　Ｃｈａｏ，ＸＵ　Ｚｈｅｎｇ，ＧＡＯ　Ｐｅｎｇ，ｃｔ　ａ１．Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　Ｉｎ—　ｄｅｘ　Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ　ｆｏｒ　Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｂｕｌｋ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓ—　ｔｅｍｌ，Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ　ｆｏｒ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，２００７，１９（１）：　４２－４６．　［１５］赵渊，周念成，谢开贵，等．大电力系统可靠性评估的灵敏　度分析Ｉ－Ｊ］．电网技术，２００５，２９（２４）：２５—３０．　ＺＨＡＯＹｕａｎ，ＺＨＯＵ　Ｎｉａｎｃｈｅｎｇ，ＸＩＥ　ｇａｉｇｕｉ，ｅｔ　ａ１．Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｏｆＢｕｌｋＰｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｐｏｗ—　ｅｒ　ＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００５，２９（２４）：２５－３０．　［１６］陈树柏　网络图论及应用ＥＭ３．北京：科学技术出版社，　１９８２：４８—５３．　Ｅｌ７］相晓鹏，邵玉槐．基于最小割集法的配电网可靠性评估算法　Ｉ－Ｊ］．电力学报，２００６，２１（２）：ｔ４９—１５２．　ＸＩＡＮＧ　Ｘｉａｏｐｅｎｇ，ＳＨＡＯ　Ｙｕｈｕａｉ．Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｍｉｎｉｍｕｍ　Ｃｕｔ　Ｓｅｔｓ　Ｍｅｔｈｏｄ　Ｉ－Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ，２００６，２ｌ（２）：１４９—１５２．　１，１８］徐玉琴，吴颖超．考虑风力发电影响的配电网可靠性评估　［Ｊ］．电网技术，２０１１，３５（４）：１５４—１５８．　ＸＵ　Ｙｕｑｉｎ．ＷＵ　Ｙｉｎｇｃｈａｏ．Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｄｉｓｔｒｉ－　ｂｕｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　Ｗｉｔｈ　Ｗｉｎｄ・Ｔｕｒｂｉｎｅ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ　［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１１，３５（４）：１５４—１５８．　Ｅ１９］杨文宇，余建明，同向前．基于最小割集法的配电系统可靠性　评估算法［Ｊ］．西安理工大学学报，２００１，１７（４）：３８７—３９１．　ＹＡＮＧ　Ｗｅｎｙｕ。ＹＵ　Ｊｉａｎｍｉｎｇ，ＴＯＮＧ　Ｘｉａｎｇｑｉａｎ．Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｏｆ　Ｐｏｗｅｒ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ－Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｉｌ　Ｍｉｎｉｍａｌ　Ｃｕｔ　Ｓｅｔｓｌ，Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｘｉ’ａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏ１．　ｏｇｙ，２００１，１７（４）：３８７－３９１．　［２０］卫志农，周封伟，肖ＪＩ｝凌，等．基于简化网络模型的复杂中　压配电网分析可靠性评估算法ＥＪ］．电网技术，２００６，３０（１５）：　７２—７５．　ＷＥＩ　Ｚｈｉｎｏｎｇ，ＺＨＯＵ　Ｆｅｎｇｗｅｉ，ＸＩＡＯ　Ｃｈｕａｎｌｉｎｇ，ｅｔ　ａ１．Ａ　Ｎｅｗ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｏｆ　Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｃｏｍｐｌｅｘ　Ｍｅｄｉ－　ｕｍ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　Ｎｅｔｗｏｒｋｓ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｉｍｐｌｉｆｉｅｄ　Ｎｅｔ—　ｗｏｒｋ　Ｍｏｄｅｌｌ－Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。２００６，３０（１５）：　７２—７５．　［２１］Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　Ｔｅｓｔ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｔａｓｋ　Ｆｏｒｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ　Ｍｅｔｈｏｄ　Ｓｕｂｃｏｍｍｉｔｔｅｅ．ＩＥＥＥ　Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　Ｔｅｓｔ　Ｓｙｓ—　ｔｅｍｌ，Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．ｏｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ａｐｐａｒａｔｕｓ　ａｎｄ　Ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．　１９７９，９８（６）：２０４７．２０５．