CN107576466A

CN107576466A - 一种抗震柴油发电机组机座的设计验证方法

Info

Publication number: CN107576466A
Application number: CN201710815901.XA
Authority: CN
Inventors: 郭海燕; 杨少慰; 庄衍平
Original assignee: Shanghai Cooltech Power Co Ltd
Current assignee: Shanghai Cooltech Power Co Ltd
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2018-01-12

Abstract

本发明公开了一种抗震柴油发电机组机座的设计验证方法，通过地震试验台的试验验证，测定机座的自振频率、振型、阻尼等振动参数和地震反应，考核机座的刚度、强度和位移，验证机座在地震载荷的作用下能否正常工作，保持其完整性和可运行性，以可靠的履行其安全功能。本发明的抗震柴油发电机组机座的设计验证方法，能够简单快速地对柴油发电机组机座进行抗震鉴定。

Description

一种抗震柴油发电机组机座的设计验证方法

技术领域

本发明涉及一种抗震柴油发电机组机座的设计验证方法，属于柴油发电机组技术领域。

背景技术

核电厂的应急电源系统400V应急柴油发电机组由柴油发动机和发电机通过飞轮盘接口刚性连接。为了保证柴油发动机和发电机的同轴度，柴油发动机和发电机的支脚通过刚性连接在机座上，形成一个整体。

因核电厂的应急电源系统为抗震类设备，机械设备抗震类别为1F类，抗震1F类是设备应能承受在厂区内可能遭受的一次最大地面运动(1/2SSE)和在厂区内可能发生的最大地震(SSE)并保证在地震发生时或(和)地震后均能履行其安全功能。机座也应能满足此抗震安全功能。

现有的柴油发电机组使用的机座只考虑其强度是否够，有足够的强度承受整个柴油发电机组的起吊要求。而如果用在核电厂，发生超基准设计时的地震时，机座是否满足此抗震安全功能，不得而知。

为验证机座的抗震1类功能，必须进行柴油发电机组机座的抗震鉴定。抗震鉴定可采用分析方法、试验方法或分析与试验相结合的方法，另外还可采用经验反馈方法进行推理论证。当分析不足以合理又可信地证实抗震1类设备的完整性和可运行性时，必须用试验法进行鉴定。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种抗震柴油发电机组机座的设计验证方法，能够简单快速地对柴油发电机组机座进行抗震鉴定。

实现上述目的的技术方案是：一种抗震柴油发电机组机座的设计验证方法，包括以下步骤：

S1，设计步骤：所述机座包括主梁，所述机座的最大弯曲力矩M_max由以下公式计算：

M_max＝P₀L₀(L-L₀)/2L (1)；

所述机座的最大弯曲应力σ_max由以下公式计算：

σ_max＝M_max/W (2)；

所述机座的最大挠度δ_max由以下公式计算：

δ_max＝P₀L³/96EI (3)；

所述机座满足以下条件：

σ_max<[σ]和δ_max<0.1％L (4)；

式(1)到式(4)中：P₀为机组总重量，即主梁总载荷；L₀为机组重心距主梁端尺寸；L为主梁总长；E为主梁材料弹性模量；W为主梁的截面系数；I为主梁的惯性矩；[σ]为主梁材料的许用应力；

S2，验证步骤，具体包括以下流程：

S21，准备工作：将机座与地震试验台采用M30螺栓连接，在机座上布置加速度测点，并在机座上布置应变测点，每个测点均含X、Y和Z三个正交轴方向；

S22，动态特性探测试验：采用频率范围为0.2～100HZ和加速度幅值为0.2g的白噪声随机波分别在X、Y和Z三个正交轴方向对机座进行振动激励，以测定机座的自振频率和阻尼比；

S23，机座抗震性能考核试验：采用人工地震波对机座依次进行5次1/2SSE抗震考核试验和1次SSE抗震考核试验后，检验机座，若机座的结构没有裂痕，且机座的螺丝和螺母没有松动或脱落、也无任何损伤及变形，则机座抗震性能合格。

上述的一种抗震柴油发电机组机座的设计验证方法，其中，所述1/2SSE抗震考核试验用的人工地震波是所述SSE抗震考核试验用的人工地震波的1/2；

所述人工地震波采用按阻尼比为2％的楼层反应谱设计的人工地震波，分X、Y和Z三个正交轴方向对所述SSE抗震考核试验的振动台台面输入波形，X、Y和Z三个正交轴方向的人工地震波互为独立。

上述的一种抗震柴油发电机组机座的设计验证方法，其中，在所述1/2SSE抗震考核试验和SSE抗震考核试验时，采用的反应谱为柴油发电机组机房标高为0.0m楼层的加速度反应谱，对X、Y和Z三个正交轴方向输入的波形放大10％，以保证试验时的人工地震波的反应谱上包括要求的反应谱。

上述的一种抗震柴油发电机组机座的设计验证方法，其中，所述人工地震波总持续时间为30秒，其中强震部分15秒，信号超过其最大值70％峰值的大于8个，X、Y和Z三个正交轴方向的人工地震波互为独立，X、Y和Z三个正交轴方向的人工地震波的相关系数小于0.3。

本发明的抗震柴油发电机组机座的设计验证方法，能够简单快速地对柴油发电机组机座进行抗震鉴定。

附图说明

图1为机座的结构示意图；

图2a为弯曲力矩示意图；

图2b为最大挠度示意图

图3a为机座的加速度测点的位置示意图；

图3b为机座的应变测点的位置示意图；

图4a为加速度测点MA1处X向的传递函数；

图4b为加速度测点MA1处Y向的传递函数；

图4c为加速度测点MA1处Z向的传递函数；

图5a为1/2SSE抗震考核试验X向台面加速度时程；

图5b为1/2SSE抗震考核试验X向台面加速度反应谱；

图5c为1/2SSE抗震考核试验Y向台面加速度时程；

图5d为1/2SSE抗震考核试验Y向台面加速度反应谱；

图5e为1/2SSE抗震考核试验Z向台面加速度时程；

图5f为1/2SSE抗震考核试验Z向台面加速度反应谱；

图6a为SSE抗震考核试验X向台面加速度时程；

图6b为SSE抗震考核试验X向台面加速度反应谱；

图6c为SSE抗震考核试验Y向台面加速度时程；

图6d为SSE抗震考核试验Y向台面加速度反应谱；

图6e为SSE抗震考核试验Z向台面加速度时程；

图6f为SSE抗震考核试验Z向台面加速度反应谱。

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细地说明：

本发明的最佳实施例，一种抗震柴油发电机组机座的设计验证方法，包括以下步骤：

S1，设计步骤：机座包括主梁，机座的最大弯曲力矩M_max由以下公式计算：

M_max＝P₀L₀(L-L₀)/2L (1)；

机座的最大弯曲应力σ_max由以下公式计算：

σ_max＝M_max/W (2)；

机座的最大挠度δ_max由以下公式计算：

δ_max＝P₀L³/96EI (3)；

机座满足以下条件：

σ_max<[σ]和δ_max<0.1％L (4)；

请参阅图1，柴油发电机组的机组总重量P₀＝8070kg，机座的主梁依据经验选用36b槽钢材料，该槽钢材料高度h为360mm，其技术数据如下:

材料弹性模量:E＝2.0×10⁴kg/mm²；

截面系数:W＝7.03×10⁵mm³；

惯性矩I＝1.27×10⁸mm⁴；

主梁总长L＝4300mm；

机组重心距主梁端尺寸L₀＝2262mm；

请参阅图2a，最大弯曲力矩M_max＝P₀L₀(L-L₀)/2L＝8070×2262(4300-2262)/(2×4300)＝4325854kgf·mm

最大弯曲应力σ_max＝M_max/W＝4325854/(7.03×10⁵⁾＝6.15kgf/mm²

请参阅图2b，最大挠度:δ_max＝P₀L³/96EI＝8070×4300³/(96×2.0×10⁴×1.27×10⁸)＝2.63mm

结论，机座满足以下条件：

1.主梁材料的许用应力[σ]＝16kgf/mm²,σ_max<[σ]；

2.侧构件的纵向挠度允许值为其全长的0.1％即4.3mm

δ_max＝2.63<4.3

所以机座的主梁强度满足要求。

S2，验证步骤，具体包括以下流程：

S21，准备工作：将机座与地震试验台采用M30螺栓连接，在机座上布置加速度测点，加速度测点上设置传感器；具体加速度测点的位置见图3a和表1所示：

传感器位置	传感器位置编号	传感器编号
			机座底部	MA1	150805；150806；150807

表1

并在机座上布置应变测点，应变测点上设置传感器，具体应变测点的位置见图3b和表2所示：

样机位置	传感器位置编号
		机座根部	MS1

表2

每个测点均含X、Y和Z三个正交轴方向，X向即横向，Y向即纵向，Z向即竖向。

1/2SSE抗震考核试验用的人工地震波是SSE抗震考核试验用的人工地震波的1/2；人工地震波采用按阻尼比为2％的楼层反应谱RRS设计的人工地震波，分X、Y和Z三个正交轴方向对所述SSE抗震考核试验的振动台台面输入波形，X、Y和Z三个正交轴方向的人工地震波互为独立。反应谱RRS见表3所示：

表3

在1/2SSE抗震考核试验和SSE抗震考核试验时，采用的反应谱为柴油发电机组机房标高为0.0m楼层的加速度反应谱，对X、Y和Z三个正交轴方向输入的波形放大10％，以保证试验时的人工地震波的反应谱上包括要求的反应谱。

人工地震波总持续时间为30秒，其中强震部分15秒，信号超过其最大值70％峰值的大于8个，X、Y和Z三个正交轴方向的人工地震波互为独立，X、Y和Z三个正交轴方向的人工地震波的相关系数小于0.3。

抗震性能考核试验由5次1/2SSE(运行基准地震)和1次SSE(安全停堆地震)地震波激振组成。

动态特性探测试验测定结果：

采用频率范围为0.2～100HZ，加速度幅值为0.2g的白噪声随机波进行动态特性探测试验，机座自振频率和阻尼比的实测结果见表4，加速测点在X、Y和Z三个正交轴方向上的传递函数见图4a至图4c。

表4

在5次1/2SSE抗震考核试验和1次SSE抗震考核试验中，振动台台面和加速度测点在X、Y、Z三个正交轴方向的实测加速度峰值(g)见表5：

表5

应变测点的应变峰值见表6(με)：

测点	1/2SSE-1	1/2SSE-2	1/2SSE-3	1/2SSE-4	1/2SSE-5	SSE
							MS1	82	80	83	81	79	156

表6

应变测点的应力峰值见表7(MPa)：

测点	1/2SSE-1	1/2SSE-2	1/2SSE-3	1/2SSE-4	1/2SSE-5	SSE
							MS1	16.892	16.480	17.098	16.686	16.274	32.136

表7

在X、Y、Z三个正交轴方向的1/2SSE抗震考核试验的台面加速度时程及反应谱参见图5a至图5f，在X、Y、Z三个正交轴方向的SSE抗震考核试验的台面加速度时程及反应谱见图6a至图6f。

对机座进行了动态特性探测试验，测得机座在X方向的自振频率为8.75Hz，Y方向的自振频率为8.00Hz，Z方向的自振频率为18.25Hz。

对机组按阻尼比为2％的楼层的反应谱设计的人工地震波，进行在5次1/2SSE和1次SSE抗震考核试验后，检验机座，结构没有裂痕，螺丝、螺母没有松动、脱落，也无任何损伤及变形。

该机座通过地震试验台的试验验证，测定机座的自振频率、振型、阻尼等振动参数和地震反应，考核机座的刚度(变形)、强度和位移，验证机座在地震载荷的作用下能否正常工作，保持其完整性和可运行性，以可靠的履行其安全功能。

综上所述，本发明的抗震柴油发电机组机座的设计验证方法，能够简单快速地对柴油发电机组机座进行抗震鉴定。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims

1.一种抗震柴油发电机组机座的设计验证方法，其特征在于，包括以下步骤：

M_max＝P₀L₀(L-L₀)/2L (1)；

所述机座的最大弯曲应力σ_max由以下公式计算：

σ_max＝M_max/W (2)；

所述机座的最大挠度δ_max由以下公式计算：

δ_max＝P₀L³/96EI (3)；

所述机座满足以下条件：

σ_max<[σ]和δ_max<0.1％L (4)；

S2，验证步骤，具体包括以下流程：

S21，准备工作：将机座与地震试验台采用M30螺栓连接，在机座上布置若干加速度测点，并在机座上布置应变测点，每个测点均含X、Y和Z三个正交轴方向；

2.根据权利要求1所述的一种抗震柴油发电机组机座的设计验证方法，其特征在于，所述1/2SSE抗震考核试验用的人工地震波是所述SSE抗震考核试验用的人工地震波的1/2；

3.根据权利要求2所述的一种抗震柴油发电机组机座的设计验证方法，其特征在于，在所述1/2SSE抗震考核试验和SSE抗震考核试验时，采用的反应谱为柴油发电机组机房标高为0.0m楼层的加速度反应谱，对X、Y和Z三个正交轴方向输入的波形放大10％，以保证试验时的人工地震波的反应谱上包括要求的反应谱。

4.根据权利要求3所述的一种抗震柴油发电机组机座的设计验证方法，其特征在于，所述人工地震波总持续时间为30秒，其中强震部分15秒，信号超过其最大值70％峰值的大于8个，X、Y和Z三个正交轴方向的人工地震波互为独立，X、Y和Z三个正交轴方向的人工地震波的相关系数小于0.3。