CN102619361B - 高位布置汽轮发电机组的建筑结构系统 - Google Patents

高位布置汽轮发电机组的建筑结构系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高位布置汽轮发电机组的建筑结构系统,使高位布置汽轮发电机组在实际工程中的运用成为可能,解决了由于汽轮发电机组高位布置带来的一系列结构问题。其技术方案为:系统包括支承平台系统和锅炉炉架,其中支承平台系统包括用于放置高位布置汽轮发电机组的台板、安装在台板下方的隔振系统、以及安装在地面上且用于搁置隔振系统的平台主体架构,其中平台主体架构和电厂主厂房结构融为一体。

Description

高位布置汽轮发电机组的建筑结构系统
技术领域
本发明涉及一种建筑结构系统,尤其涉及一整套高位布置汽轮机发电机组的建筑结构整体解决方案。
背景技术
高位布置汽轮发电机组的具体实现请参见中国发明申请一种新型汽轮发电机组(专利号:CN200710040128.0)。该项发明将高、低轴系错落布置,显著减小了蒸汽管道系统中昂贵的高温高压蒸汽管道的长度和管道系统的压降和散热损失,提高了机组的做功能力,还降低了再热系统的储气量和机组的调节惯性,并能使两次再热机组的经济性得以充分的体现。该项发明利用了现有的发电设备,通过双轴的布置和两次再热来提高发电效率。而其中双轴布置最重要的是将其中一轴包括汽轮机和发电机放置于高位,从而达到减少高温高压管道,提高发电效率的目的。该项发电技术是以现有的发电设备和材料为前提,利用双轴布置和两次再热等方法提高发电效率的一项技术。同时,如果世界上对于耐700℃材料趋于成熟,使用该项工程的技术可以大大降低耐700℃管道的长度,从而降低工程的总投资。
全新的汽轮发电机的工艺布置必定带来全新的土建结构布置,特别是汽轮发电机支承平台系统的布置,其与常规电厂区别在于:常规电厂汽轮发电机支承平台系统布置在低位,一般高度在12m~17m,一般汽轮发电机基础布置和主厂房相互脱开,并设置防震缝,通过这样的结构布置来隔断汽机基础的振动对主厂房结构的影响,同时由于低位布置,对于支承平台的刚度要求较低,汽机基座的刚度通过传统的计算方法完全可以满足汽轮发电机的安全稳定的运行要求。而本发明前提是汽轮发电机高位布置,一般布置于大于30m的高度,高位布置汽轮发电机组基础的布置对于结构的支承平台系统的布置和设计也提出了全新的要求。
土建结构是实现该项发电技术的关键环节之一。由于汽轮发电机基础高位布置,巨大荷载上移,对结构抗震提出了更高的要求;高位的布置动力基础,也为结构的设计提出了新的要求。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题,提供了一种高位布置汽轮发电机组的建筑结构系统,通过一整套建筑结构的技术解决方案,使得高位布置汽轮发电机组在实际工程中的运用成为可能,解决了由于汽轮发电机组高位布置带来的一系列结构问题。
本发明的技术方案为:本发明揭示了一种高位布置汽轮发电机组的建筑结构系统,包括支承平台系统和锅炉炉架,其中支承平台系统包括用于放置高位布置汽轮发电机组的台板、安装在台板下方的隔振系统、以及安装在地面上且用于搁置隔振系统的平台主体架构,其中平台主体架构和电厂主厂房结构融为一体。
根据本发明的高位布置汽轮发电机组的建筑结构系统的一实施例,在平台主体架构和电厂的锅炉炉架之间通过水平桁架相连。
根据本发明的高位布置汽轮发电机组的建筑结构系统的一实施例,平台主体架构的部分立柱和锅炉炉架的立柱对齐,平台主体架构的部分楼层和锅炉炉架的部分框架梁对齐,平台主体架构与锅炉炉架之间在对齐的立柱和楼层位置及其附近采用紧密连接件连接。
根据本发明的高位布置汽轮发电机组的建筑结构系统的一实施例,在平台主体架构和锅炉炉架之间通过弹性件连接。
根据本发明的高位布置汽轮发电机组的建筑结构系统的一实施例,平台主体架构和锅炉炉架是独立安装的,相互之间不做结构性连接。
根据本发明的高位布置汽轮发电机组的建筑结构系统的一实施例,隔振系统具有用于调整地震反应情况的参数,地震反应情况通过楼面反应谱的计算来确定。
根据本发明的高位布置汽轮发电机组的建筑结构系统的一实施例,通过调整整个支承平台系统的刚度来应对风荷载的静力作用,通过调整整个支承平台系统的刚度和局部结构构件的属性来应对风荷载的动力作用。
根据本发明的高位布置汽轮发电机组的建筑结构系统的一实施例,通过高位布置汽轮发电机组和其支承平台系统的耦合计算来估算传递到支承平台系统所承受的位移,通过调整隔振系统的隔振频率以使最终估算的振动满足结构安全和耐久性的要求。
根据本发明的高位布置汽轮发电机组的建筑结构系统的一实施例,通过风洞试验或数值风洞计算风载荷的振动和位移,通过高位布置汽轮发电机组和其支承平台系统的耦合计算来估算传递到支承平台系统所承受的位移和振动,通过调整支承平台系统的刚度以及隔振系统的隔振效率以满足人体舒适度的要求。
根据本发明的高位布置汽轮发电机组的建筑结构系统的一实施例,通过沉降计算方法计算建筑物的沉降,采用桩基础的地基处理方式使得建筑物的沉降满足高位汽轮发电机组支承平台对建筑物的沉降要求。
本发明对比现有技术有如下的有益效果:本发明在研究高位布置汽轮发电机组对其建筑物结构的要求的基础上,研究出一系列的解决方案的综合(称之为高位布置汽轮发电机组的建筑物结构整体解决方案),满足高位布置汽轮发电机组在实际运用中对于建筑物结构的要求。
附图说明
图1示例性的示出了本发明的高位布置汽轮发电机组的建筑结构系统的实施例的结构图。
图2示例性的示出了本发明的高位布置汽轮发电机组支承平台系统和锅炉炉架的桁架连接方式的结构示意图。
图3示例性的示出了本发明的高位布置汽轮发电机组支承平台系统和锅炉炉架的整体连接方式的结构示意图。
图4示例性的示出了本发明的高位布置汽轮发电机组支承平台系统和锅炉炉架的采用可限定最大相对位移的连接方式的平面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
高位布置汽轮发电机组是一发电设备,其特点是重量大、运行时会由于内部旋转设备的微小偏心而产生振动。图1示出了本发明的高位布置汽轮发电机组的建筑物结构系统,本实施例的系统包括锅炉炉架和支承平台系统。支承平台系统用以解决运行时由于内部旋转设备的微小偏心而产生的振动问题。
高位布置汽轮发电机组支承平台系统包括放置高位布置汽轮发电机组10的台板12、搁置台板12的隔振系统14、以及搁置隔振系统14的平台主体架构16。其中台板12是钢筋混凝土台板,隔振系统14包括弹簧器、阻尼器、橡胶垫或这三者的任意组合,平台主体架构16包括梁、柱及其相连的支撑件和平台。台板12、隔振系统14以及平台主体架构16之间可以是直接搁置的关系,也可以是直接焊接的关系。
钢筋混凝土台板12是一块直接搁置高位布置汽轮发电机组10的钢筋混凝土厚板,并通过地脚螺栓与汽轮发电机组10紧密相连,这一厚板的作用是固定汽轮发电机组10、增加汽轮发电机组10的质量,保证汽轮发电机组10的安全稳定运行,其厚度需通过计算确定,保证下部隔振系统14的效率和作用的发挥。台板12距离地面高度大于30米。
隔振系统14是用于隔离机械振动的系统装置,包括弹簧器、阻尼器、橡胶垫等各种装置或其组合。其组数、型号和布置由计算确定。通过隔振系统14的作用,一方面可以减少和基本消除由于高位布置汽轮发电机组10的转动引起的主厂房结构的振动,另一方面也可以降低由于地震作用产生的汽轮发电机组10及其钢筋混凝土台板12的位移及加速度。
搁置隔振系统14的梁、柱及其相连的支撑和平台(即平台主体架构16)在本发明中实际是电厂主厂房结构的一部分,搁置弹簧隔振系统14的平台主体架构16完全和主厂房结构融为一体,高位汽机搁置平台位于电厂主厂房框架内,该框架中还放置了加热器、除氧器、煤斗、输煤皮带、管道等其它工艺设备。这种融为一体的设计既支撑了高位布置汽轮发电机组台板、隔振系统,也支撑了电厂其他设备和管道。这些梁、柱及其相连的支撑和平台可以采用钢结构、钢筋混凝土结构、组合结构以及其他各种结构型式,其支撑、梁、柱布置也不仅限于附图中的布置,只要满足高位布置汽轮发电机组安全稳定运行的要求以及工艺管道布置的要求。因此正是这一设备和工艺布置方式形成了高位布置汽轮发电机组支承平台系统的布置,从而发展出相应的设计计算方法。
由于是高位布置汽轮发电机组,其目的是缩短主要管道在高位布置汽轮发电机组端和锅炉连箱端之间的距离,以节省造价,但是在缩短管道的同时,对于管道两端的位移差就提出了更高的要求,较大的位移差会使锅炉和高位布置汽轮发电机组之间的连接管道会承受更大的相对位移产生的管道应力,一旦应力超过一定的限制会引起管道破坏,严重影响火电厂的正常运行,甚至造成人员伤亡。因此,减少和消除管道两端的相对位移对于其安全稳定的运行,同时节省工程造价尤为重要。
本发明针对这一要求是四种实现方式。第一种是如图2所示的采用桁架的连接方式,在锅炉炉架20和高位布置汽轮发电机组支承平台18之间通过水平桁架30相连,水平桁架30在高度方向上可根据计算需要设置若干道,从而保证锅炉炉架20和高位布置汽轮发电机组支承平台18的位移是同步的。
第二种是如图3所示的采用整体结构的连接方式,即对柱网布置做出调整,将高位布置汽轮发电机组支承平台18在锅炉立柱范围内的柱子间距与锅炉炉架主柱距相匹配,对于楼层布置,调整了锅炉炉架20和高位布置汽轮发电机组支承平台18的楼层标高,使得主厂房主要结构层与锅炉炉架的刚性层形成整体的刚性平面。在炉前平台位置增加梁、支撑、平台等结构构件,使得主厂房结构和锅炉炉架结构之间紧密连接,协调两个结构之间的变形,使得两个结构融为一体。在图3中,平台主体架构16的部分立柱和锅炉炉架20的立柱对齐,平台主体架构16的部分楼层和锅炉炉架20的部分框架梁对齐,平台主体架构16与锅炉炉架20之间在对齐的立柱和楼层位置及其附近采用紧密连接件连接。
第三种是采用可限定最大相对位移的连接方式,即,采用弹簧、阻尼、活塞等可限定相对位移的弹性件40连接平台主体架构16和锅炉炉架20。在锅炉炉架20和平台主体架构16之间通过弹簧、阻尼、活塞等可限定相对位移的弹性件40相连,这些弹性件在高度方向上可以根据计算需要设置若干道,从而保证锅炉炉架16和高位布置汽轮发电机组支承平台的位移是在一定限制范围内的。
第四种是平台主体架构和锅炉炉架进行独立安装的方式。锅炉炉架和高位布置汽轮发电机组支承平台系统不做结构性连接,通过计算求出管道在高位布置汽轮发电机组端和锅炉连箱端之间的位移差,如不满足要求,可以通过增加支撑、增加梁柱截面的方式增加两个或一个结构的刚度,确保管道在高位布置汽轮发电机组端和锅炉连箱端之间的位移差在管道应力的允许范围内。
对于高位布置汽轮发电机组基础的地震反应的限制要求和解决方案如下。
由于采用了高位布置,汽轮发电机组基础的地震反应将远远高于原先的低位布置的汽轮发电机组。而一般制造厂会对汽轮发电机组的地震反应设置报警和停机的限制要求。
因此,对于高位布置的汽轮发电机组,必须通过楼面反应谱的计算来首先确定汽轮发电机组基础的地震反应情况,如大于制造厂的限制,则需要通过调整高位布置汽轮发电机组支承平台中的隔振系统的参数来调整相应的地震反应。参数调整的方法可以是调整隔振系统的刚度或增加阻尼等方式。
对于高位布置汽轮发电机组基础的风荷载响应的限制要求及其解决方案如下。
由于采用了高位布置,汽轮发电机组的风荷载响应的要求会比原先的低位布置的汽轮发电机组的要求更加复杂。由于高位布置汽轮发电机组的支承平台和原先的电厂主厂房融为一体,其发电机组的支承平台将直接承受风荷载的作用。同时风荷载的作用包括两个部分,静力作用和动力作用。
对于静力作用,可以采用中国建筑结构规范的要求进行计算,通过调整整个支承平台系统的刚度来满足高位布置汽轮发电机组对静力风荷载的限制要求。
对于动力作用,可以采用风洞试验或者数值风洞的计算方法来确定,通过调整整个支承平台系统的刚度和局部结构构件的属性来满足高位布置汽轮发电机组对动力风荷载的要求。
对于高位布置汽轮发电机组运行时对于建筑物结构安全和耐久性的影响及其解决方案如下。
由于高位布置汽轮发电机组是旋转振动设备,虽然通过隔振系统,将大部分的振动影响消除,但是毕竟有部分振动传递至其支承的建筑物结构上。而建筑物承受长期超过限值的振动荷载,会对建筑结构的安全和耐久性产生影响。
因此,本实施例通过高位布置汽轮发电机组和其支承平台系统的耦合计算来估算传递到支承结构所承受的振动,通过调整隔振系统的隔振效率来使得最终估算的振动满足结构安全和耐久性的要求。
高位布置汽轮发电机组支承平台系统的人体舒适度的要求及其解决方案如下。
高位布置汽轮发电机组支承平台系统既要支承高位的汽轮发电机组及其相关设备,又要满足人员检修、监测等要求。因此高位支承平台在风荷载和汽轮发电机运行的条件下会产生振动和位移,如超过一定的限制将对人体的舒适度产生影响。
本实施例通过风洞试验或数值风洞等方法计算出风荷载的振动和位移,采用高位布置汽轮发电机组和其支承平台系统的耦合计算来估算传递到支承结构所承受的位移和振动,从而对其人体舒适度进行研究。通过调整高位布置汽轮发电机组支承平台系统的刚度、隔振系统的隔振效率等方法使得整个结构最终满足人体舒适度的要求。
高位布置汽轮发电机组支承平台系统对于建筑物沉降的要求及其解决方案如下。
根据高位布置汽轮发电机制造商以及管道布置工程师的要求确定建筑物的沉降要求,根据当地地质条件和国家规范的沉降计算方法计算建筑物的沉降,如不满足要求,可采用桩基础等地基处理方式使得建筑物的沉降最终满足高位布置汽轮发电机组支承平台系统对建筑物的沉降要求。
上述实施例的提供给本领域普通技术人员来实现和使用本发明的,本领域技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下,对上述实施例做出种种修改和变化,因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限,而应该是符合权利要求书提到的全新性特征的最大范围。

Claims (10)

1.一种高位布置汽轮发电机组的建筑结构系统,其特征在于,包括支承平台系统和锅炉炉架,其中支承平台系统包括用于放置高位布置汽轮发电机组的台板、安装在台板下方的隔振系统、以及安装在地面上且用于搁置隔振系统的平台主体架构,缩短主要管道在高位布置汽轮发电机组端和锅炉连箱端之间的距离,其中平台主体架构和电厂主厂房结构融为一体。 
2.根据权利要求1所述的高位布置汽轮发电机组的建筑结构系统,其特征在于,在平台主体架构和电厂的锅炉炉架之间通过水平桁架相连。 
3.根据权利要求1所述的高位布置汽轮发电机组的建筑结构系统,其特征在于,平台主体架构的部分立柱和锅炉炉架的立柱对齐,平台主体架构的部分楼层和锅炉炉架的部分框架梁对齐,平台主体架构与锅炉炉架之间在对齐的立柱和楼层位置及其附近采用紧密连接件连接。 
4.根据权利要求1所述的高位布置汽轮发电机组的建筑结构系统,其特征在于,在平台主体架构和锅炉炉架之间通过弹性件连接。 
5.根据权利要求1所述的高位布置汽轮发电机组的建筑结构系统,其特征在于,平台主体架构和锅炉炉架是独立安装的,相互之间不做结构性连接。 
6.根据权利要求1所述的高位布置汽轮发电机组的建筑结构系统,其特征在于,隔振系统具有用于调整地震反应情况的参数,地震反应情况通过楼面反应谱的计算来确定。 
7.根据权利要求1所述的高位布置汽轮发电机组的建筑结构系统,其特征在于,通过调整整个支承平台系统的刚度来应对风荷载的静力作用,通 过调整整个支承平台系统的刚度和局部结构构件的属性来应对风荷载的动力作用。 
8.根据权利要求1所述的高位布置汽轮发电机组的建筑结构系统,其特征在于,通过高位布置汽轮发电机组和其支承平台系统的耦合计算来估算传递到支承平台系统所承受的位移,通过调整隔振系统的隔振频率以使最终估算的振动满足结构安全和耐久性的要求。 
9.根据权利要求1所述的高位布置汽轮发电机组的建筑结构系统,其特征在于,通过风洞试验或数值风洞计算风载荷的振动和位移,通过高位布置汽轮发电机组和其支承平台系统的耦合计算来估算传递到支承平台系统所承受的位移和振动,通过调整支承平台系统的刚度以及隔振系统的隔振效率以满足人体舒适度的要求。 
10.根据权利要求1所述的高位布置汽轮发电机组的建筑结构系统,其特征在于,通过沉降计算方法计算建筑物的沉降,采用桩基础的地基处理方式使得建筑物的沉降满足高位汽轮发电机组支承平台对建筑物的沉降要求。 
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