探求電站設(shè)備抗震的烈度范文

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1常規(guī)島彈簧基礎(chǔ)降低放大倍率的作用與原理

表1最后一列給出彈簧基礎(chǔ)的放大倍率，對II類與III類場地，放大倍率小于1．2．將放大倍率從2．8～3．0降低到小于1．2，這是基礎(chǔ)設(shè)計為保護機器抗地震采取的最好措施．去年，我國田灣核電站3、4號AP1000機組與喀什電廠300MW供熱機組，打破了國內(nèi)西屋機組（三菱機組與西屋機組同源）只配固定基礎(chǔ)的舊歷史，開啟了配彈簧基礎(chǔ)的新紀(jì)元．三門與海陽核電站AP1000三菱型汽輪發(fā)電機的基礎(chǔ)為固定基礎(chǔ)．田灣3號、4號機也是三菱型汽輪發(fā)電機，由于田灣1號、2號俄羅斯汽輪發(fā)電機基礎(chǔ)為彈簧基礎(chǔ)，再加上國內(nèi)絕大多數(shù)新上的核電機組均為彈簧基礎(chǔ)，設(shè)計院、制造廠和業(yè)主在了解田灣1、2號機以及嶺澳2期3號、4號機彈簧基礎(chǔ)的運行性能后，最后經(jīng)專家論證會討論決定使用彈簧基礎(chǔ)．

進入21世紀(jì)以來，環(huán)太平洋第一島鏈多次發(fā)生地面加速度超過0．35g的地震，強震區(qū)電站設(shè)備抗地震的問題迫切需要解決．我國南疆喀什是目前國家重點發(fā)展地區(qū)，要建設(shè)一個南疆的“深圳”，但是喀什處于強震區(qū)，例如喀什電廠設(shè)備要求抗地震設(shè)防烈度為0．358g（設(shè)計規(guī)范化為0．3g）．去年下半年東北電力設(shè)計院進行喀什電廠汽輪發(fā)電機基礎(chǔ)設(shè)計時，原來準(zhǔn)備設(shè)計固定基礎(chǔ)，固定基礎(chǔ)的放大倍率取為2．58，小震烈度按0．1g計算，汽輪機連接件處響應(yīng)加速度為2．58×0．1＝0．258g，大于設(shè)備設(shè)計強度0．12g；中震烈度按0．3g計算，設(shè)備響應(yīng)加速度為2．58×0．3＝0．77g，大于設(shè)備設(shè)計強度0．4g，計算結(jié)果顯示無論小震或中震，固定基礎(chǔ)都滿足不了制造廠家對機器設(shè)備的保護要求，便考慮設(shè)計彈簧基礎(chǔ)．配彈簧基礎(chǔ)小震時設(shè)備響應(yīng)加速度為1．3×0．1g＝0．13g，與廠家要求基本符合；中震時設(shè)備響應(yīng)加速度1．3×0．3＝0．39g，小于0．4g，也符合廠家要求．彈簧基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，彈簧隔振器上面為汽輪發(fā)電機臺板，下面為立柱，上、下兩端用防滑墊片連接，不用焊接、也不用螺栓．防滑墊片出現(xiàn)滑動的摩擦力遠大于汽輪機貓爪出現(xiàn)滑動的摩擦力，既然貓爪不會出現(xiàn)滑動，防滑墊片就更不會出現(xiàn)滑動，立柱頂部根據(jù)彈簧隔振器的尺寸擴大為牛腿．圖1彈性基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖彈簧隔振器解開了臺板與立柱之間的剛性耦合．

由于彈簧隔振器的隔振作用，隔振器之上的臺板依然是機器動力基礎(chǔ)，但隔振器之下的立柱變成與廠房同類的靜力基礎(chǔ)．彈簧基礎(chǔ)可以降低放大倍率的原理主要有兩點：一是降低基礎(chǔ)水平向的一階基頻，二是用外加粘滯阻尼器加大系統(tǒng)的阻尼比．圖2AP1000剛性基礎(chǔ)與獨立島式彈簧基礎(chǔ)的頻率效應(yīng)圖2［7、8］給出了AP1000三菱型汽輪發(fā)電機組固定基礎(chǔ)與獨立島式彈簧基礎(chǔ)，根據(jù)中國的抗震規(guī)范中的時域反應(yīng)譜曲線使用傅立葉變化方法轉(zhuǎn)換到頻域的反應(yīng)譜曲線，地面PGA為0．1g的地震波對應(yīng)的反應(yīng)譜曲線．

當(dāng)剛性基礎(chǔ)的水平向一階基頻為3．37Hz，反應(yīng)譜曲線對應(yīng)的加速度為0．190g；獨立島式彈簧基礎(chǔ)的水平向一階基頻為0．89Hz，反應(yīng)譜曲線對應(yīng)的加速度為0．057g．從0．190g降低到0．057g，降低的幅度達到70％．其實，基礎(chǔ)基本振動周期與地震波卓越周期越接近，響應(yīng)的加速度就越大．隔而固公司的Dr．Nawrotzki［10］根據(jù)歐洲、美國、日本、IEEE（電氣與電子工程師協(xié)會）以及我國臺灣地區(qū)不同的標(biāo)準(zhǔn)，繪制了阻尼增加降低振動的效應(yīng)曲線，如圖3所示。在地震設(shè)防烈度為7度（0．1g）以下的地區(qū)，獨立島式汽輪發(fā)電機組彈簧基礎(chǔ)，一般應(yīng)設(shè)計單獨的粘滯阻尼器，使系統(tǒng)阻尼比為0．05，最大不超過0．07．但是對抗強震的基礎(chǔ)，粘滯阻尼器給出的系統(tǒng)阻尼比為0．12～0．15．從圖3可以看出，根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)系統(tǒng)阻尼比從0．05增加到0．15時，振動的修正系數(shù)將從1．0降低到0．7，降低的幅度達到30％．

2基礎(chǔ)水平位移問題

機器工程師經(jīng)常提出這樣的問題：彈簧基礎(chǔ)是不是以增加位移來降低振動速度、加速度與內(nèi)力，這會不會增加管道的作用力？因為彈簧基礎(chǔ)有兩種：島式結(jié)構(gòu)與聯(lián)合結(jié)構(gòu)，兩種結(jié)構(gòu)的機器與廠房的相對位移差別很大．討論機器與廠房的相對位移，如果以常規(guī)固定基礎(chǔ)的位移值設(shè)為100％，則島式結(jié)構(gòu)彈簧基礎(chǔ)的位移值約為115％，聯(lián)合結(jié)構(gòu)彈簧基礎(chǔ)的位移值約為50％．聯(lián)合結(jié)構(gòu)彈簧基礎(chǔ)，由于基礎(chǔ)立柱與廠房立柱聯(lián)合成整體結(jié)構(gòu)，所以從地面到彈簧隔振器底平面標(biāo)高，立柱與廠房沒有相對位移，能夠產(chǎn)生相對位移的只有不到700mm高的彈簧隔振器．此時可以應(yīng)用水平剛度較小（約為垂向剛度的1／6左右）的彈簧，既進一步降低了放大倍率，更不會大幅度增加立柱與廠房的相對位移，從而大大降低了強地震發(fā)生時管道經(jīng)受的變形應(yīng)力．島式結(jié)構(gòu)與聯(lián)合結(jié)構(gòu)彈簧基礎(chǔ)典型的橫截面圖見圖4與圖5．我國核電站現(xiàn)有投運與在建廠址地震設(shè)防烈度都較低，32臺核電半速機組配置的彈簧基礎(chǔ)都是島式結(jié)構(gòu)．隔而固公司在印度已經(jīng)為單機容量660MW與1000MW的火電機組設(shè)計并建成了聯(lián)合結(jié)構(gòu)彈簧基礎(chǔ)［11］．我國現(xiàn)在一些單機容量1000MW及以上的火電機組，也在進行聯(lián)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計立項．

3核島的隔振

我國以往核島的選址，第一必須是整體基巖，第二必須是低地震設(shè)防區(qū)，所以核島的抗地震問題并不突出．經(jīng)過日本2007年7月新瀉市刈羽核電站與2011年3月福島核電站強震破壞實例，給我們敲起警鐘．聯(lián)合結(jié)構(gòu)的汽輪發(fā)電機組彈簧阻尼基礎(chǔ)，給核島的隔振開辟了一條解決的方向．核島內(nèi)各個設(shè)備可以進行隔振，整個核島也可以進行整體隔振．

4結(jié)論

1）核電站抗地震必須考慮放大倍率的影響．從地面往上，隨著標(biāo)高的增加，地震水平加速度增大．放大倍率對常規(guī)島20m左右的運轉(zhuǎn)層約為3左右，到常規(guī)島與核島頂部40m左右的設(shè)備處，放大倍率可能會更大．2）核電站要能抗強震，要么設(shè)法降低放大倍率，要么提高設(shè)備抗地震加速度的能力．僅指望設(shè)備抗0．3g的地震水平加速度，是達不到抗地震要求的，必須將設(shè)備抗地震水平加速度的能力提高到1．0g～2．0g，甚至更大．3）聯(lián)合結(jié)構(gòu)彈簧基礎(chǔ)應(yīng)該作為抗地震的戰(zhàn)略措施進行考慮．如果設(shè)備不能抗大于0．4g的地震水平加速度，如常規(guī)島的汽輪發(fā)電機組，制造廠家申明：即使在應(yīng)急情況下，設(shè)備也只能抗0．4g，則必須用聯(lián)合結(jié)構(gòu)彈簧基礎(chǔ)．對于40m標(biāo)高處的設(shè)備，可根據(jù)設(shè)備的抗地震水平加速度的能力，進行單獨的抗地震設(shè)計，以至進行整個島的整體抗地震設(shè)計．

作者：尹學(xué)軍王偉強谷朝紅沙曾炘單位：隔而固（青島）振動控制有限公司