基于某型燃气轮机机组的振动等级评定设计研究

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摘要：由于热电联供、西气东输、压裂石化等大型工程的需求，燃气轮机机组相关技术在我国迅速发展起来。其中，机组振动问题，是机组技术重点之一。我国自1987年起加入国际化组织以来，虽已通过了一些振动方面的标准，但现有标准主要是检测、评定设备动力部分的轴和轴承部分的规范，还缺乏在机组整体振动方面的设计参考标准。本文为整车振动和主要动力部件的振动设计提供了一种有效的设计方法。

关键词：某型燃气轮机 机组 振动

中图分类号： TU113 文献标识码：A 文章编号1672-3791（2015）04（a）-0000-00

1现有振动标准的规定

在振动判断标准中，国际标准和我国国家标准均采用振动速度标准。国际标准中还选用振动速度作为衡量振动激烈程度的参量，即振动烈度。

速度标准中大多采用速度有效值 作为诊断参数，速度有效值 即振动速度的均方值。计算公式如下：

（1）、当设备的振动速度为 的简谐振动

式中 简谐振动的周期。

（2）、若设备的振动系由几个不同频率的简谐振动复合而成，则

式中： ， ，…， 分别为第1，2，…，n个简谐分量的有效值；

， ，…， 分别为第1，2，…，n个简谐分量的峰值。

通过大量的实验对比，国际标准ISO2372规定了转速为10～200 r/s的机器在10～1000 Hz的频率范围内机械振动烈度的范围，如表1所示。

表1 ISO2372标准

振动强度的分级范围机械设备的类别

Vrms（mm/s）dBⅠ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类

0.071——0.11277——81AAAA

0.112——0.1881——85

0.18——0.2885——89

0.28——0.4589——93

0.45——0.7193——97

0.71——1.1297——101B

1.12——1.8101——105 B

1.8——2.8105——109C B

2.8——4.5109——113 C B

4.5——7.1113——117D C

7.1——11.2117——121 D C

11.2——18121——125 D

18——28125——129 D

28——45129——133

45——71133——137

注：A：良好 B：允许 C：较差 D：不允许

表中所示：Ⅰ类为小型机器， 15 kW以下的发电机等；Ⅱ类为中等尺寸的机器， 15-75 kW的发电机，300 kW以下刚性安装的发动机和机器；Ⅲ类为刚性安装的大型机器等；Ⅳ类为柔性安装的大型机器等。

2机组情况分析

该燃气轮机机组额定输出功率大于3000kW，额定输出转速大于12000r/min，安装在柔性支撑之上。根据振动评判标准，该燃气轮机属于Ⅳ类大型旋转机械，故机组运行及运输过程中振动可容许的级别为7.1级。根据标准要求，机组整机设计时，在燃气轮机与支撑系统之间，整个撬与运输车之间均需减振装置。

表3 不同振动等级下的相关参数

振动等级4.5级7.1级11级18级

位移um≤71≤113≤178≤283

速度mm/s≤4.46≤7.07≤11.2≤17.8

加速度m/s2≤7.01≤11.1≤17.6≤27.9

通过表3，可查询到7.1级对应的加速度应≤11.1m/s2，根据30%～50%的安全余量要求，取机组附加动载荷设计值为静载的2倍。

这种设计思路可概括为如下流程。首先，分析机组的实际工况，确定振动标准下的机组类型。然后确定相应部件的允许振动等级，获得振动参考值。再次，根据设计要求，确定其他相关振动参数。最后，修正设计输入值。

3模型抽象计算及实际应用

在由不同刚度元件支撑的平台上建立模型，可抽象为并联的单自由度无阻尼弹性振动模型。根据并联弹性元件的刚度关系，并联后弹性刚度计算如下：

式中： 为支撑的总刚度； ， ， ， 分别为并联的第1，2，，n个弹性元件的刚度值。考虑到减振器受力、寿命状况及成本因素，减振元件以选用同型号为宜，即

计算刚度要求。根据胡克定律公式，

式中： 为施加在弹性部件的作用力； 为部件在受力方向的形变量。

在确定机组的附加动载荷后，可估算出机组振动时，施加在支撑平台的作用力。根据机组自身工况，可查询到振动部件最大允许的偏移量，即。

某型燃气轮机与支撑系统之间的减振状况计算。

机组满油状态工作时，燃机静态重量≯800kg，附加动载荷为静载2倍。故在铅垂方向上的附加载荷为：

≯2×800×9.8=15680N

根据燃气轮机安装要求，支撑点处最大允许偏移量≯2mm，故

=15680÷2=7840N/mm

当选用2个相同减振元件时，即n=2， = ，有

7840÷2=3920N/mm

通过计算可知，该机组设计时，当选用的减振弹性刚度不小于3920N/mm时即可满足设计要求。

4 结束语

（1）不同设备，因工况和环境等因素的不同，其振动情况也会有很大差异。因此，在实际运行中，工程师对设备进行必要的检测，建立适用于此设备的相对标准是必要的。同时， 也应该将设备实际工况参数与设计值进行比对，修正设计偏差，完善设计方法。

（2）燃气轮机机组试验时，应注意收集机组相关的振动数据，建立起机组的振动稳态基线值，并相应地修订报警值。

参考文献

[1] 贡文伟，徐桂芳. 旋转机械振动诊断标准研究. 机械研究与应用，2001（9）：2-5.

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