探求電站設備抗震的烈度范文

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1常規島彈簧基礎降低放大倍率的作用與原理

表1最后一列給出彈簧基礎的放大倍率，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，這是基礎設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，打破了國內西屋機組（三菱機組與西屋機組同源）只配固定基礎的舊歷史，開啟了配彈簧基礎的新紀元．三門與海陽核電站AP1000三菱型汽輪發電機的基礎為固定基礎．田灣3號、4號機也是三菱型汽輪發電機，由于田灣1號、2號俄羅斯汽輪發電機基礎為彈簧基礎，再加上國內絕大多數新上的核電機組均為彈簧基礎，設計院、制造廠和業主在了解田灣1、2號機以及嶺澳2期3號、4號機彈簧基礎的運行性能后，最后經專家論證會討論決定使用彈簧基礎．

進入21世紀以來，環太平洋第一島鏈多次發生地面加速度超過0．35g的地震，強震區電站設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展地區，要建設一個南疆的“深圳”，但是喀什處于強震區，例如喀什電廠設備要求抗地震設防烈度為0．358g（設計規范化為0．3g）．去年下半年東北電力設計院進行喀什電廠汽輪發電機基礎設計時，原來準備設計固定基礎，固定基礎的放大倍率取為2．58，小震烈度按0．1g計算，汽輪機連接件處響應加速度為2．58×0．1＝0．258g，大于設備設計強度0．12g；中震烈度按0．3g計算，設備響應加速度為2．58×0．3＝0．77g，大于設備設計強度0．4g，計算結果顯示無論小震或中震，固定基礎都滿足不了制造廠家對機器設備的保護要求，便考慮設計彈簧基礎．配彈簧基礎小震時設備響應加速度為1．3×0．1g＝0．13g，與廠家要求基本符合；中震時設備響應加速度1．3×0．3＝0．39g，小于0．4g，也符合廠家要求．彈簧基礎的結構如圖1所示，彈簧隔振器上面為汽輪發電機臺板，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．防滑墊片出現滑動的摩擦力遠大于汽輪機貓爪出現滑動的摩擦力，既然貓爪不會出現滑動，防滑墊片就更不會出現滑動，立柱頂部根據彈簧隔振器的尺寸擴大為牛腿．圖1彈性基礎結構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，但隔振器之下的立柱變成與廠房同類的靜力基礎．彈簧基礎可以降低放大倍率的原理主要有兩點：一是降低基礎水平向的一階基頻，二是用外加粘滯阻尼器加大系統的阻尼比．圖2AP1000剛性基礎與獨立島式彈簧基礎的頻率效應圖2［7、8］給出了AP1000三菱型汽輪發電機組固定基礎與獨立島式彈簧基礎，根據中國的抗震規范中的時域反應譜曲線使用傅立葉變化方法轉換到頻域的反應譜曲線，地面PGA為0．1g的地震波對應的反應譜曲線．

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

2基礎水平位移問題

機器工程師經常提出這樣的問題：彈簧基礎是不是以增加位移來降低振動速度、加速度與內力，這會不會增加管道的作用力？因為彈簧基礎有兩種：島式結構與聯合結構，兩種結構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，如果以常規固定基礎的位移值設為100％，則島式結構彈簧基礎的位移值約為115％，聯合結構彈簧基礎的位移值約為50％．聯合結構彈簧基礎，由于基礎立柱與廠房立柱聯合成整體結構，所以從地面到彈簧隔振器底平面標高，立柱與廠房沒有相對位移，能夠產生相對位移的只有不到700mm高的彈簧隔振器．此時可以應用水平剛度較小（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生時管道經受的變形應力．島式結構與聯合結構彈簧基礎典型的橫截面圖見圖4與圖5．我國核電站現有投運與在建廠址地震設防烈度都較低，32臺核電半速機組配置的彈簧基礎都是島式結構．隔而固公司在印度已經為單機容量660MW與1000MW的火電機組設計并建成了聯合結構彈簧基礎［11］．我國現在一些單機容量1000MW及以上的火電機組，也在進行聯合結構的設計立項．

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防區，所以核島的抗地震問題并不突出．經過日本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．聯合結構的汽輪發電機組彈簧阻尼基礎，給核島的隔振開辟了一條解決的方向．核島內各個設備可以進行隔振，整個核島也可以進行整體隔振．

4結論

1）核電站抗地震必須考慮放大倍率的影響．從地面往上，隨著標高的增加，地震水平加速度增大．放大倍率對常規島20m左右的運轉層約為3左右，到常規島與核島頂部40m左右的設備處，放大倍率可能會更大．2）核電站要能抗強震，要么設法降低放大倍率，要么提高設備抗地震加速度的能力．僅指望設備抗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）聯合結構彈簧基礎應該作為抗地震的戰略措施進行考慮．如果設備不能抗大于0．4g的地震水平加速度，如常規島的汽輪發電機組，制造廠家申明：即使在應急情況下，設備也只能抗0．4g，則必須用聯合結構彈簧基礎．對于40m標高處的設備，可根據設備的抗地震水平加速度的能力，進行單獨的抗地震設計，以至進行整個島的整體抗地震設計．

作者：尹學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