RU2134744C1

RU2134744C1 - Foundation for turbo-generator set

Info

Publication number: RU2134744C1
Application number: RU97107514/03A
Authority: RU
Inventors: Н.А. Абросимов
Original assignee: ОАО "Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники им.Б.Е.Веденеева"
Priority date: 1997-05-06
Filing date: 1997-05-06
Publication date: 1999-08-20

Abstract

FIELD: construction engineering. SUBSTANCE: foundation for turbo-generator set has lower slab and upper structure which is made up of lateral span-pieces, longitudinal girders and posts. Components of foundation upper structure are made with continuous lateral through-openings and are provided with wedging-out loading devices which allows for changing stressed condition of components. Wedging-out loading devices are located inside lateral through-openings in upper structure and they are actuated by means of hydraulic power cylinder. Application of aforesaid embodiment of foundation allows for efficient regulation of resonance frequency of foundation components in process of its operation. Also amount of material needed for constructions reduced. EFFECT: higher efficiency. 4 dwg

Description

Изобретение относится к строительству, а именно к конструкциям фундаментов под турбоагрегаты и другие машины с динамическими нагрузками, и предназначено для обеспечения вибрационной надежности этих фундаментов. The invention relates to construction, namely to the construction of foundations for turbine units and other machines with dynamic loads, and is intended to provide vibrational reliability of these foundations.

Известен фундамент под турбоагрегат, состоящий из поперечных ригелей, продольных балок и стоек, которые опираются на нижнюю плиту фундамента (Савинов О.А., Современные конструкции фундаментов под машины и их расчет. - Л.: Стройиздат, 1979, с. 152-156, рис. 7.9). A well-known foundation for a turbine unit, consisting of transverse crossbars, longitudinal beams and struts that rest on the lower foundation plate (Savinov O.A., Modern construction of foundations for machines and their calculation. - L .: Stroyizdat, 1979, p. 152-156 , Fig. 7.9).

Недостатком известной конструкции фундамента является то, что собственную частоту элементов фундамента невозможно изменять без демонтажа турбоагрегата и реконструкции фундамента. A disadvantage of the known construction of the foundation is that the natural frequency of the elements of the foundation cannot be changed without dismantling the turbine unit and reconstruction of the foundation.

Известна также конструкция фундамента под турбоагрегат, включающая в себя нижнюю плиту, стойки и ригели, выполненные с полостями, заполняемыми бетоном. При этом полости ригелей выполнены в виде углублений, размещенных на их верхней или нижней поверхности. Для изменения резонансной частоты такого фундамента расчетным путем находят высоту бетонного слоя заполнения одного или нескольких углублений ригелей (авт. свид N 855131, E 21 D 27/44, 15.08.81)
Недостатком такого фундамента является его материалоемкость и низкая возможность регулирования резонансной частоты, поскольку с увеличением высоты бетонного слоя заполнения углублений ригелей растет и масса конструкции. Кроме того, практически невозможно изменять собственную частоту стоек. С другой стороны, ребра и углубления препятствуют установке закладных деталей и оборудования турбоустановки, а бетонирование углублений требует остановки работы турбоагрегата.Also known is the construction of the foundation for the turbine unit, which includes the lower plate, racks and crossbars made with cavities filled with concrete. The cavity of the crossbars are made in the form of recesses placed on their upper or lower surface. To change the resonant frequency of such a foundation, the height of the concrete layer for filling one or more recesses of the crossbars is calculated (auth. Certificate N 855131, E 21 D 27/44, 08/15/81)
The disadvantage of such a foundation is its material consumption and low ability to control the resonant frequency, since with increasing height of the concrete layer of filling the recesses of the crossbars, the mass of the structure also increases. In addition, it is almost impossible to change the natural frequency of the racks. On the other hand, ribs and recesses impede the installation of embedded parts and equipment of the turbine unit, and concreting the recesses requires stopping the operation of the turbine unit.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является фундамент под турбоагрегат, выбранный в качестве прототипа, включающий нижнюю плиту, стойки и ригели. При этом стойки выполнены с отдельными проемами, заполняемыми бетоном на расширяющемся цементе, а опорные элементы устанавливают на уступы стоек для возможности изменения пролета ригелей (см. авт.свид. N 1016431, МПК E 02 D 27/44, 07.05.83)
Недостатком данного типа фундамента является низкая эффективность отстройки резонансных частот железобетонных элементов (стоек) от частот возбуждения колебаний, поскольку весьма затруднено нахождение оптимальных параметров жесткости, распора и массы в зависимости от вибрационного состояния системы турбоагрегат-фундамент-основание (ТФО), которое не остается во времени стабильным, а зависит от нагрузки турбоагрегата, его технического состояния, уровня грунтовых вод в основании фундамента, уплотнения при работе агрегата под подошвой фундамента и грунта, примыкающегося к боковым граням, появления трещин в элементах фундамента и многих других факторов.Closest to the proposed technical solution is the foundation for the turbine unit, selected as a prototype, including the bottom plate, racks and crossbars. The racks are made with separate openings filled with concrete on expanding cement, and the supporting elements are installed on the ledges of the racks for the possibility of changing the span of the crossbars (see autoswitch N 1016431, IPC E 02 D 27/44, 07.05.83)
The disadvantage of this type of foundation is the low efficiency of detuning the resonant frequencies of reinforced concrete elements (racks) from the frequencies of excitation of oscillations, since it is very difficult to find the optimal parameters of stiffness, span and mass depending on the vibrational state of the turbine unit-foundation-base (TFO) system, which does not remain during time is stable, and depends on the load of the turbine unit, its technical condition, the level of groundwater in the base of the foundation, compaction during operation of the unit under the sole foundation and soil adjacent to the side faces, the appearance of cracks in the foundation elements and many other factors.

При этом в условиях действующего производства работы по бетонированию ("мокрые" процессы) проемов расширяющимся цементом требуют обработки последних (выполнение насечек, очистки от пыли и цементной пленки и т.п.), изготовления и закрепления опалубки, последующего ухода за бетоном на период расширения (7-12 суток) и тем более остановки работы турбоагрегата на период бетонирования и набора прочности бетоном. Все эти работы материалоемки, требуют больших затрат и не дают однозначного ответа по отстройке собственных частот стоек от гармоник, возбуждаемых турбоагрегатом. At the same time, in the conditions of the current production, concreting works (“wet” processes) of openings with expanding cement require processing of the latter (notching, cleaning from dust and cement film, etc.), manufacturing and fixing of formwork, subsequent maintenance of concrete for the period of expansion (7-12 days) and especially the shutdown of the turbine unit for the period of concreting and concrete strength gain. All these works are material-intensive, expensive and do not give an unambiguous answer on the detuning of the natural frequencies of the racks from harmonics excited by the turbine unit.

Другим недостатком фундамента по авт. свид. N 1016431 является увеличенные габариты поперечных сечений стоек и уступов, которые обусловлены необходимостью устройства в теле стоек проемов и установки на стойки опорных элементов. Another drawback of the foundation for ed. testimonial. N 1016431 is the increased dimensions of the cross-sections of the uprights and ledges, which are due to the need for a device in the body of the uprights of the openings and installation of support elements on the uprights.

В то же время известно, если в фундаменте под турбоагрегат сочетаются жесткие балки и ригели с относительно гибкими стойками, то резонансные пики в системе турбоагрегат-фундамент-основание смещаются в сторону низких частот, удаленную от рабочей частоты вращения агрегата. При этом значительно уменьшаются амплитуды колебаний балок и ригелей на рабочей частоте турбоагрегата и улучшается виброизоляцию нижней плиты и грунтов основания от динамических воздействий, что не наблюдается в конструкции, принятой по авт. свид. N 1016431. At the same time, it is known that if the foundation for a turbine unit combines rigid beams and crossbars with relatively flexible uprights, then the resonance peaks in the turbine unit-foundation-base system are shifted towards low frequencies, remote from the operating speed of the unit. At the same time, the oscillation amplitudes of the beams and crossbars at the operating frequency of the turbine unit are significantly reduced and the vibration isolation of the bottom plate and base soils from dynamic influences is improved, which is not observed in the design adopted by ed. testimonial. N 1016431.

Цель изобретения - повышение эффективности регулирования резонансной частоты элементов фундамента в процессе эксплуатации и уменьшение его материалоемкости. The purpose of the invention is to increase the efficiency of regulation of the resonant frequency of the foundation elements during operation and to reduce its material consumption.

Поставленная цель достигается тем, что в фундаменте под турбоаграгат, включающем нижнюю плиту и верхнее строение, состоящее из поперечных ригелей, продольных балок и стоек, элементы верхнего строения выполнены со сквозными поперечными отверстиями и снабжены расклинивающими нагрузочными устройствами, позволяющими изменять напряженное состояние элементов, причем расклинивающие нагрузочные устройства установлены внутри сквозных отверстий и приводятся в действие с помощью силового гидроцилиндра. This goal is achieved by the fact that in the foundation under the turbine unit, including the lower plate and the upper structure, consisting of transverse crossbars, longitudinal beams and racks, the elements of the upper structure are made with through transverse holes and equipped with proppant load devices that allow changing the stress state of the elements, and wedging load devices are installed inside the through holes and are driven by a power hydraulic cylinder.

Клинья находят применение в различных отраслях промышленности в качестве инструмента и как детали при монтаже и ремонте различного оборудования (Энгель-Крон И.В., Устройство и ремонт оборудования турбинных цехов тепловых электростанций.- М.: Высшая школа, 1985, с. 49, рис. 10). Wedges are used in various industries as tools and as parts for the installation and repair of various equipment (Engel-Kron I.V., Device and repair of equipment of turbine shops of thermal power plants.- M .: Higher school, 1985, p. 49, fig. 10).

В данном случае отличительным признаком расклинивающих нагрузочных устройство является введение в их состав новых деталей - дополнительных клиновых элементов, образованных с помощью тел качения различного диаметра и расположенных на наклонных плоскостях основного клинового элемента призматической формы. За счет введения дополнительных клиновых элементов в виде тел качения уменьшаются силы трения при поступательном перемещении основного клинового элемента и повышается надежность, а также эффективность работы в целом расклинивающих нагрузочных устройств, осуществляющих распор (натяжение) поперечного сечения ригеля, балки или стойки фундамента, изменяя который можно создавать различное напряжение состояние этих конструкций и тем самым регулировать их собственные частоты колебаний. In this case, the distinguishing feature of proppant loading devices is the introduction of new parts into their composition - additional wedge elements formed by rolling elements of various diameters and located on the inclined planes of the main wedge element of a prismatic shape. Due to the introduction of additional wedge elements in the form of rolling bodies, the friction forces decrease during the translational movement of the main wedge element and the reliability increases, as well as the overall efficiency of the proppant loading devices that carry out the tension (tension) of the cross section of the crossbar, beam or foundation rack, which can be changed create a different voltage state of these structures and thereby regulate their own vibration frequencies.

Предлагаемое изобретение схематически изображено на чертежах, где на фиг. 1 показан общий вид фундамента в размере, на фиг. 2 - узел "А" фиг. 1, на фиг. 3. сеч. 1-1 фиг. 2, на фиг. 4 - сеч. 2-2 фиг. 2. The present invention is shown schematically in the drawings, where in FIG. 1 shows a general view of the foundation in size, FIG. 2 - node "A" of FIG. 1, in FIG. 3. sec. 1-1 of FIG. 2, in FIG. 4 - section. 2-2 of FIG. 2.

Фундамент включает в себя нижнюю плиту 1 и верхнее строение, состоящее из поперечных ригелей 2, продольных балок 3 и стоек 4. При этом элементы верхнего строения выполнены со сплошными сквозными поперечными отверстиями 5, в габариты которых установлены расклинивающие нагрузочные устройства. The foundation includes the lower plate 1 and the upper structure, consisting of transverse crossbars 2, longitudinal beams 3 and racks 4. Moreover, the elements of the upper structure are made with continuous through transverse holes 5, the dimensions of which are installed proppant load devices.

Расклинивающее нагрузочное устройство состоит из основного клинового элемента с двусторонним уклоном призматической формы 6, рабочие грани 7 которого выполнены в виде наклонных плоскостей, расположенных симметрично относительно его продольной оси, и двух дополнительных клиновых элементов, образованных с помощью набора тел качения различного диаметра 8, размещающихся в сферических гнездах 9 фасонного элемента 10, обеспечивающего симметрично-равномерное расположение тел качения 8. The proppant loading device consists of a main wedge element with a bilateral slope of a prismatic shape 6, the working faces 7 of which are made in the form of inclined planes symmetrically relative to its longitudinal axis, and two additional wedge elements formed using a set of rolling elements of different diameters 8, located in spherical nests 9 of the shaped element 10, providing a symmetrically uniform arrangement of the rolling elements 8.

В расклинивающем нагрузочном устройстве внешние касательные, проведенные к телам качения 8 дополнительных клиновых элементов, должны быть параллельны продольной оси 11 основного клинового элемента 6, а угол, образованный ими с рабочими гранями 7 основного клинового элемента 6, составляет половину угла последнего. В качестве тел качения 8 используют стальные шары или катки. In the proppant loading device, the external tangents drawn to the rolling bodies 8 of the additional wedge elements must be parallel to the longitudinal axis 11 of the main wedge element 6, and the angle formed by them with the working faces 7 of the main wedge element 6 is half the angle of the latter. As rolling bodies 8, steel balls or rollers are used.

Фасонный элемент 10 монтируется между направляющими 12, которые крепятся к стойкам 13. Стойки 13 свободно насаживаются на пальцы 14, привариваемыми к закладным деталям 15 поперечных отверстий 5 железобетонных элементов. Фасонный элемент 10 может свободно перемещаться в поступательном направлении и удерживается в заданном положении с помощью упругих элементов 16, которые с одной стороны упираются в вертикальные стенки 17 поперечных отверстий 5, а с другой - в упоры 18, которые крепятся к стойкам 13. Симметрично относительно расклинивающих нагрузочных устройств расположен силовой гидроцилиндр 19 с выводами для подключения к насосной станции (на чертеже не показано). Гидроцилиндр 19 удерживается в средней части поперечных отверстий 5 с помощью подпружиненных стальных конструкций 20, которые крепят к стальным закладным деталям 15. Поршни силового гидроцилиндра 19 соединяют с помощью связей 21 с основными клиновыми элементами 6 нагрузочных устройств. The shaped element 10 is mounted between the rails 12, which are attached to the posts 13. The posts 13 are freely mounted on the fingers 14, which are welded to the embedded parts 15 of the transverse holes 5 of the reinforced concrete elements. The shaped element 10 can move freely in the translational direction and is held in position by means of elastic elements 16, which, on the one hand, abut against the vertical walls 17 of the transverse holes 5, and on the other, on the stops 18, which are attached to the posts 13. Symmetrically relative to the wedges load devices is a power hydraulic cylinder 19 with leads for connection to a pumping station (not shown). The hydraulic cylinder 19 is held in the middle of the transverse holes 5 by means of spring-loaded steel structures 20, which are attached to the steel embedded parts 15. The pistons of the power hydraulic cylinder 19 are connected via links 21 to the main wedge elements 6 of the load devices.

Силовой гидроцилиндр 19 обеспечивает синхронную работу расклинивающих нагрузочных устройств. Power hydraulic cylinder 19 provides synchronous operation of proppant loading devices.

Для совместной работы поперечного сечения элемента фундамента как единого целого служат стяжки 22. For the joint work of the cross section of the foundation element as a whole, the couplers 22 are used.

Работа фундамента под турбоагрегат осуществляется следующим образом. The work of the foundation for the turbine unit is as follows.

В период пуско-наладочных работ или в процессе эксплуатации системы ТФО измеряют вибрации элементов фундамента, находят их резонансные частоты и, если некоторые из них нужно изменить по условиям эксплуатации фундамента или турбоагрегата, то с помощью гидроцилиндров 19 приводятся в действие расклинивающие нагрузочные устройства соответствующих элементов фундамента. Для этого гидроцилиндр 19 подключается к насосной станции. During the commissioning period or during the operation of the TFO system, the vibrations of the foundation elements are measured, their resonant frequencies are found, and if some of them need to be changed according to the operating conditions of the foundation or turbine unit, the proppant load devices of the corresponding foundation elements are activated using hydraulic cylinders 19 . For this, the hydraulic cylinder 19 is connected to the pumping station.

Перед включением гидроцилиндра 19 на выбранных элемент фундамента устанавливают вибродатчик 23, который соединяют, например, с балансировочно-измерительным приором типа БИП-6 (на чертеже не показан) и включает этот прибор. Затем плавно нагружают элемент фундамента, собственную частоту которого нужно изменить, различными силами (распором) в поперечном направлении с помощью расклинивающего нагрузочного устройства. Основной клиновой элемент 6 под действием заранее выбранного усилия, развиваемого поршнем гидроцилиндра, двигается в поступательном направлении между дополнительными клиновыми элементами, образованными телами качения различного диаметра 8, и воздействует последними на верхнюю и нижнюю стенки сквозного поперечного отверстия 5 элемента фундамента, осуществляя его распор (натяжение) и создавая тем самым различное напряженное состояние этого элемента в зависимости от величины распора. Это приводит к изменению собственной частоты колебаний выбранного элемента фундамента, что фиксируется на экране и по стрелочному указателю БИП-6, где прослеживается изменение (уменьшение) амплитуды указанного элемента. Так как частота собственных колебаний с помощью расклинивающих нагрузочных устройств была отстроена от частоты, при которой наблюдалась повышенная вибрация, то амплитуда колебаний этого элемента существенно снижается. Таким образом, в процессе эксплуатации системы ТФО производится отстройка резонансных частот элементов фундамента от частот, возбуждаемых работой турбоагрегата, и снижение повышенных вибраций отдельных элементов с доведением их до нормативных требований без остановки работы турбоагрегата. Before turning on the hydraulic cylinder 19, a vibration sensor 23 is installed on the selected foundation element, which is connected, for example, to a balancing and measuring prior type BIP-6 (not shown in the drawing) and turns on this device. Then, the foundation element is smoothly loaded, the natural frequency of which needs to be changed, by various forces (thrust) in the transverse direction with the help of a wedging load device. The main wedge element 6 under the action of a pre-selected force developed by the piston of the hydraulic cylinder moves in the forward direction between the additional wedge elements formed by rolling elements of different diameters 8 and acts on the upper and lower walls of the through transverse hole 5 of the foundation element to effect its tension (tension ) and thereby creating a different stress state of this element depending on the magnitude of the spread. This leads to a change in the natural frequency of oscillations of the selected foundation element, which is recorded on the screen and on the pointer BIP-6, where the change (decrease) in the amplitude of the specified element is traced. Since the frequency of natural vibrations with the help of proppant loading devices was tuned from the frequency at which increased vibration was observed, the amplitude of oscillations of this element is significantly reduced. Thus, during the operation of the TFO system, the resonance frequencies of the foundation elements are tuned out from the frequencies excited by the operation of the turbine unit, and the increased vibrations of individual elements are reduced to bring them to regulatory requirements without stopping the operation of the turbine unit.

Выполнение фундамента под турбоагрегат предлагаемым способом позволит уменьшить его материалоемкость, повысить вибрационную надежность и сократить простои турбоагрегата. Сравнение предлагаемой конструкции фундамента под турбоагрегат с известной, а также с конструкцией фундамента, принятой в качестве прототипа, показывает следующее. The foundation for the turbine unit of the proposed method will reduce its material consumption, increase vibration reliability and reduce downtime of the turbine unit. A comparison of the proposed foundation design for the turbine unit with the known, as well as with the foundation structure, adopted as a prototype, shows the following.

Предлагаемая конструкция фундамента позволяет в случае появления повышенных вибраций отдельных элементов во время пуско-наладочных работ или в процессе эксплуатации системы ТФО с помощью расклинивающих нагрузочных устройств осуществлять широкое регулирование его динамических характеристик и эффективно отстраивать собственные частоты отдельных элементов от частот возмущающих сил, при которых наблюдаются резонансные колебания без остановки работы турбоагрегата. The proposed foundation design allows for the occurrence of increased vibrations of individual elements during commissioning or during the operation of the TFE system using proppant load devices to widely regulate its dynamic characteristics and effectively tune the natural frequencies of individual elements from the frequencies of disturbing forces at which resonant oscillations without stopping the operation of the turbine unit.

Claims

The foundation for the turbine unit, including the lower plate and the upper structure, consisting of transverse crossbars, longitudinal beams and racks, characterized in that the elements of the upper foundation structure are made with continuous through transverse holes and are equipped with proppant load devices with the ability to change the stress state of the elements, and wedge load the devices are located inside the through transverse holes and are driven by a power hydraulic cylinder.