РД 34.21.306-96. Методические указания по обследованию динамического состояния строительных конструкций
РД 34.21.306-96
УДК 621.311
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОБСЛЕДОВАНИЮ
ДИНАМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ
КОНСТРУКЦИЙ СООРУЖЕНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ
ОБОРУДОВАНИЯ ЭНЕРГОПРЕДПРИЯТИЙ
Разработано Открытым акционерным обществом "Фирма по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электростанций и сетей ОРГРЭС"
Исполнители В.П. ОСОЛОВСКИЙ, Л.В. ТЕН
Утверждено Департаментом науки и техники РАО "ЕЭС России" 24.06.96
Начальник А.П.БЕРСЕНЕВ
Введено впервые
Срок действия установлен с 01.06.98
Настоящие Методические указания устанавливают порядок организации обследования динамического состояния строительных конструкций сооружений и фундаментов оборудования, оценки их пригодности к дальнейшей эксплуатации и предназначены для инженерно-технических работников специализированных и проектных организаций, персонала энергопредприятий и энергоуправлений, занимающихся эксплуатацией, ремонтом и техническим обслуживанием.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
В настоящих Методических указаниях представлена информация о характере и интенсивности колебаний основных элементов строительных конструкций (диапазоне собственных и вынужденных частот колебаний, значениях колебаний), причинах повышенной вибрации (резонансных явлениях и пр.) и мероприятиях по уменьшению колебаний строительных конструкций и фундаментов зданий и оборудования.
Обследование динамического состояния строительных конструкций должно проводиться квалифицированным персоналом, обладающим навыками проведения испытаний и наблюдений.
В Методических указаниях даны сведения по подбору необходимой аппаратуры для измерений вибрации строительных конструкций и оборудования в зависимости от особенностей обследования динамического состояния строительных конструкций и рекомендации по обработке материалов обследования.
Перечень терминов и определений приведен в приложении.
2. ПРИЧИНЫ ПОВЫШЕННОЙ ВИБРАЦИИ
СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
2.1. Основной причиной вибраций фундаментов и общего вибрационного фона в главном корпусе и других зданиях и сооружениях ТЭС является работа основного и вспомогательного оборудования (машин с динамическими нагрузками — турбоагрегатов, котлов, вентиляторов, дымососов, мельниц и т.д.).
К объектам обследования относятся:
фундаменты турбоагрегатов, от вибрационного состояния которых зависит надежность работы энергоблоков;
фундаменты агрегатов, участвующих в основном производственном процессе, отключение или замена которых нежелательны;
металлические каркасы водогрейных и энергетических котлов;
элементы опорных конструкций, на которых размещено оборудование, чувствительное к вибрации;
постоянные рабочие места обслуживающего персонала;
несущие и ограждающие элементы строительных конструкций, которые при резонансных явлениях могут стать генератором интенсивности шума, причиной снижения их прочности и устойчивости, а в некоторых случаях даже их обрушения.
2.2. Фундаменты машин при динамическом нагружении являются источником волн, которые вызывают вибрации других фундаментов и строительных конструкций зданий и сооружений.
При определенных условиях фундаменты машин и оборудования могут испытывать значительные колебания, что способствует развитию деформаций фундаментов и конструкций, увеличению осадок основания, нарушению работы машин и технологического процесса, а также оказывать вредное воздействие на людей.
Система основание — фундамент — агрегат при динамических воздействиях должна выполнять следующие условия [9]:
среднее статическое давление под подошвой фундамента на естественное основание р для всех типов машин должно удовлетворять условию
р jco jc1 R, (1)
где р — среднее статическое давление под подошвой фундамента, кгс/см2;
jco — коэффициент условий работы, учитывающий характер
динамических нагрузок;
jc1 — коэффициент условий работы грунтов основания;
R — расчетное сопротивление грунта основания, кгс/см2;
наибольшая расчетная амплитуда А колебаний фундамента не должна превышать предельно допустимую амплитуду Аи , т.е.
А Аи; (2)
колебания фундаментов не должны оказывать вредного воздействия на обслуживающий персонал, технологические процессы, оборудование, расположенное на фундаменте или вне его, а также на строительные конструкции.
2.3. Повышенная вибрация фундаментов машин с динамическими нагрузками и прилегающих строительных конструкций обусловлена:
отсутствием на стадии проектирования в ряде случаев достаточно надежных данных о фактических динамических нагрузках, передаваемых машинами на фундамент, особенно машинами новых типов;
некорректным определением расчетных значений параметров колебаний фундаментов из-за несовершенства расчетных схем системы основание — фундамент — машина или неточности исходных данных о свойствах основания, в том числе его динамических характеристик;
отсутствием для машин некоторых видов методов динамического расчета их фундаментов, учитывающих с необходимой достоверностью специфику совместной работы таких машин с фундаментом и основанием;
неудачным (в отношении уменьшения динамических воздействий на конструкции и обеспечения нормальной работы машины) размещением фундамента в плане и расположением самой машины на фундаменте;
несоблюдением в полном объеме требований норм проектирования и применением нерациональных конструктивных решений отдельных частей и элементов фундамента, приводящим к занижению их массы и жесткости, усложнению формы верхней части фундамента, опиранию фундаментов машин на фундаменты несущего каркаса здания без должной виброизоляции;
недостаточным учетом при проектировании фундаментов под машины таких специфических факторов, как повышенные и неравномерные температурные воздействия от машины, увеличение амплитуд колебаний фундаментов при групповой работе неуравновешенных или ударных машин;
неудовлетворительным качеством работ по возведению фундамента и монтажу оборудования (в частности, изменением марки бетона, появлением не предусмотренных проектом швов бетонирования, недостаточной или неравномерной жесткостью узлов крепления машин к фундаменту и др.);
изменением условий эксплуатации системы машина — фундамент — основание вследствие износа машины и появления эксплуатационных расцентровок; ослаблением связи машины с фундаментом и появлением смещения между компонентами системы; статическим и динамическим деформированием фундамента, нарушением его контакта с основанием вследствие возникновения щелей между боковой поверхностью и грунтом засыпки, снижением прочности грунта при характерном для всех промышленных площадок подъеме уровня грунтовых вод и одновременном действии вибраций, а также изменением конструктивной схемы строительных конструкций в процессе эксплуатации (добавлением или утратой отдельных связей, элементов, изменением эксплуатационных нагрузок, заменой оборудования и т.д.).
3. ОСОБЕННОСТИ ОБСЛЕДОВАНИЯ
ДИНАМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ФУНДАМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ
3.1. Обследование динамического состояния фундаментов оборудования включают:
определение состояния машины, целостности связи ее с фундаментом, а также характера и степени деформирования фундамента;
измерение основных частот собственных и форм вынужденных колебаний, фактических амплитуд колебаний фундамента для
установки допустимости [6] их влияния на работу машины и технологический процесс;
изучение распространения колебаний от обследуемых фундаментов и их воздействия на соседние сооружения.
3.2. Оборудование ТЭС в зависимости от чувствительности к колебаниям основания можно распределить, как показано в табл. 1.
Таблица 1
Классы оборудования ТЭС по чувствительности к вибрации
Класс Степень чувствительности оборудования к вибрации Предельная виброскорость основания, мм/с Вид оборудования
I Высокочувствительное 0,1 Механические контрольно-измерительные приборы, электрические управляющие приборы, вычислительные и управляющие машины, точные оптические приборы и т.п.
II Среднечувствительное 1,0 Точные станки в мастерских и лабораториях
III Низкочувствительное 4,0 Станки обычного класса точности
IV Нечувствительное Св. 4,0 Турбины, котлы, насосы, вентиляторы, дымососы, мельницы и т.п.
Большинство машин и неподвижного оборудования, применяемого на ТЭС, относится к IV классу по чувствительности к колебаниям основания.
К высокочувствительному оборудованию относятся сборки в распределительных устройствах собственных нужд, в блочных и главных щитах управления, управляющие и вычислительные машины, пульты управления и др.
3.3. Эксплуатационный персонал должен следить затем, чтобы вибрация машин находилась в пределах, регламентируемых ПТЭ[12].
3.3.1. При эксплуатации турбоагрегатов среднеквадратические значения виброскорости опор подшипников должны быть не выше 4,5 мм/с. При виброскорости свыше 7,1 мм/с эксплуатировать турбоагрегаты более 7 сут запрещается.
При наличии системы защиты по предельному уровню вибрации уставка срабатывания должна быть настроена на отключение турбоагрегата при виброскорости 11,2 мм/с.
Временно (до оснащения необходимой аппаратурой) разрешается контроль вибрации по размаху виброперемещения. Сопоставление измеренных размахов колебаний с нормативными среднеквадратическими значениями виброскорости осуществляется исходя из следующих соотношений:
Среднеквадратические значения виброскорости, мм/с ..................... 4,5 7,1 11,2
Эквивалентное значение размаха виброперемещений,
мкм, при частоте вращения турбины, об/мин:
1500 ....................... 50 130 200
3000 ....................... 30 65 100
3.3.2. Вертикальная (удвоенная амплитуда колебаний) и поперечная составляющая вибрации, измеренные на подшипниках электродвигателей, сочлененных с углеразмольными механизмами, дымососами и другими механизмами, вращающиеся рабочие части которых быстро изнашиваются, должны быть не выше следующих значений:
Синхронная частота вращения, об/мин ................... 3000 1500 1000 750 и менее
Допустимая вибрация подшипников, мкм................... 50 100 130 160
3.3.3. Для электродвигателей остальных механизмов нормы вибрации должны быть не выше следующих значений:
Синхронная частота вращения, об/мин ................... 3000 1500 1000 750 и менее
Допустимая вибрация подшипников, мкм................... 30 60 80 95
Допустимая вибрация подшипников рабочих органов вышеназванного оборудования приводится в паспортах и инструкциях по эксплуатации, прилагаемых заводами-изготовителями.
3.4. Методика проведения обследования динамического состояния фундаментов турбоагрегатов предусматривает несколько этапов.
3.4.1. Непосредственно перед проведением измерений вибрации необходимо произвести сбор и анализ основных сведений по конструкции, монтажу, ремонту и эксплуатации турбоагрегата и его фундамента, а также данных контроля за вибрацией во время эксплуатации.
3.4.2. На первом этапе необходимо определить общее вибрационное состояние фундамента и выявить зоны с повышенными амплитудами. Для этого при работе агрегата в рабочем режиме необходимо измерить амплитуды вибрации подшипников турбоагрегата и фундамента. Точки измерения на фундаменте выбираются в непосредственной близости к опорным лампам подшипников, в местах сопряжения конструктивных элементов, на колоннах, в середине пролетов продольных и поперечных балок, на нижней опорной плите или ростверке. Точки и направления фиксации колебаний следует выбирать исходя из конструкции и размеров фундамента, типа машины и характера ее крепления к фундаменту.
На рис. 1 в качестве примера приведена типовая форма (карта) для снятия параметров вибрации фундамента под турбину К-300-240 ХТГЗ.
Значение амплитуды вибрации определяется в вертикальном, поперечном (перпендикулярно оси агрегата) и продольном направлениях.
3.4.3. На втором этапе необходимо выявить причины неблагоприятной динамической работы фундамента. Для определения степени влияния возмущающих сил, возникающих при работе турбоагрегата, на значение амплитуды вибрации фундамента следует выполнить цикл измерений при работе агрегата в различных рабочих режимах.
Эти измерения необходимо выполнять при нулевой нагрузке с номинальным возбуждением на генераторе и при нагрузках 25; 50; 75 и 100% для определения влияния изменения нагрузки на вибрацию фундамента и оценки качества работы агрегата.
3.4.4. Для определения резонансных зон фундамента измерения вибрации должны производиться при работе турбоагрегата на холостом ходу при различной частоте вращения (от 900 до 3000 об/мин) через каждые 200-300 об/мин.
На основании полученных материалов строятся графики амплитудно-частотных характеристик различных точек фундамента и определяются частоты собственных колебаний его элементов. Частота собственных колебаний уточняется путем ее измерения при остановленном агрегате. Свободные колебания элемента фундамента возбуждаются ударной нагрузкой и записываются на пленку осциллографа.
Двойные амплитуды вибрации (размах колебаний)
..... ГРЭС турбоагрегат №.....
Дата Мощность 1 2 3 4 5 6 7 8 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56
В
П
О
Рис. 1. Типовая форма для виброисследования фундаментов турбоагрегатов мощностью 300 МВт:
1 -7 - соответствующие подшипники турбины; 8-12 - фундамент вблизи подшипников; 13-56 - фундамент турбоагрегата;
В - вертикальная, П - поперечная, 0 - осевая вибрация
На рис. 2 приведена в качестве примера амплитудно-частотная характеристика одной из рам фундамента под турбину мощностью 200 МВт. Подъемы ("пики") графика показывают прохождение агрегата через резонанс с соответствующими собственными частотами.
Рис.2. Амплитудно-частотная характеристика ригеля фундамента
3.4.5. Выявление отрыва фундаментной плиты, ослабления крепления анкерных болтов, появления трещин в фундаменте и зазоров по опорной поверхности корпусов подшипников осуществляется с помощью контурных характеристик, представляющих собой зависимость вибрации от расположения точек измерения на поверхности опоры, цилиндра (корпуса генератора, фундамента и т.п.).
Контурная характеристика позволяет определить пространственную форму колебания опорной системы агрегата, что используется при разработке мероприятий по устранению резонансных явлений.
Контурная характеристика снимается при одном либо нескольких установившихся режимах агрегатов, обычно под нагрузкой. Предварительно составляется схема расположения точек измерения. В каждой точке производятся измерения амплитуд и фазы ориентированных в пространстве компонентов вибрации. На рис. 3. представлены простейшая схема расположения точек измерения и контурная характеристика вибрации опоры, а на рис. 4 — некоторые случаи снижения жесткости опор, выявленные с помощью контурных характеристик.
3.4.6. Для установления дефекта конструкции или индивидуальных особенностей исследуемого агрегата и его фундамента сопоставляется работа нескольких однотипных агрегатов и их фундаментов.
Рис. 3. Контурная характеристика вибрации опоры:
1 -3 - корпус подшипника; 4 - фундаментная рама; 5 - фундамент;
2А - двойная амплитуда; ° - фаза колебаний
Рис. 4. Снижение жесткости опор:
а - при "опрокидывании" корпуса подшипника; б - вследствие отрыва опорной поверхности под действием реактивного момента статора; в - при деформации опорной поверхности;
- зазор; F- сила; - направление вращения
3.5. Для оценки влияния фундамента на уровень колебаний элементов статора турбоагрегата рекомендуется пользоваться соотношениями между колебаниями опоры агрегата (Ап ) и несущего ее элемента фундамента (Аф ).
В табл. 2 приведены результаты анализа этих соотношений по 12 турбоагрегатам К-300-240 + ТВВ-320-2 и 12 турбоагрегатам К-300-240 + ТГВ-300. Коэффициенты К (К = Ап/Аф) имеют разные значения для разных опор, что характеризует разную динамическую податливость последних. Существенная разница этих коэффициентов для одних и тех же опор однотипных турбоагрегатов объясняется равным качеством изготовления фундаментов и монтажа опорных конструкций.
Предельным для некоторых турбоагрегатов является значение К < 1, что не наблюдается у большинства турбоагрегатов, поскольку средние значения К = 110. Сопоставление коэффициентов К с отношением динамических податливостей опор ап и фундаментов аф показывает, что отношение динамических податливостей в большинстве случаев находятся внутри интервала значений коэффициентов К для данной опоры.
Коэффициенты К применимы для оценки динамического состояния конкретной опоры типового турбоагрегата и несущего ее элемента фундамента.
Неудовлетворительное состояние конкретного несущего элемента фундамента может быть констатировано в случае существенного (например, более чем 50%) снижения К по отношению к среднему уровню.
Таблица 2
Соотношение между колебаниями опор подшипников и элементов
фундамента турбоагрегатов 300 МВт (К = Ад / А )
Завод Соотношение амплитуд колебаний и динамических податливостей
Номер подшипника
элементов 1 2 3 4 5 6 7
турбоагрегатов В П В П В П В П В П В П В П
ЛМЗ Ап/Аф(макс) 1,15 3,75 1,27 2,60 7,25 3,50 4,30 5,50 3,20 5,00 7,20 5,75 2,85 3,50
Ап/Аф(мин) 0,85 0,91 0,74 0,78 1,68 0,83 1,62 1,25 1,55 1,62 2,65 3,10 1,77 0,83
Ап/Аф(ср) 1,00 2,30 1,20 1,43 3,80 2,33 2,50 2,40 2,20 3,60 4,65 4,45 2,30 1,65
aп/aф 1,25 4,25 1,77 1,67 — — 2,88 3,53 2,97 3,16 3,60 7,44 3,44 5.45
ХТГЗ Aп/Аф (макс) 3,75 4,00 2,25 3,00 3,20 2,36 6,30 3,00 17,5 5,00 17,5 4,00 5,60 3,70
Ап/Аф(мин) 0,69 1,00 1,10 1,00 0,29 0,50 2,50 0,55 2,90 2,00 2,00 0,85 0,80 1,30
Ап/Аф(ср) 1,47 3,00 1,47 1,80 2,00 1,60 4,00 1,75 10,0 4,16 5,70 2,80 2,85 3,00
aп/aф 2,66 4,45 4,54 3,22 8,20 5,20 3,80 3,70 17,3 10,0 3,70 2,00 3,10 6,23
Примечание. Ап, Аф и aп, aф— соответственно амплитуды колебаний и абсолютные динамические податливости опор подшипников и несущих элементов фундамента; В и П — соответственно вертикальные и поперечные колебания.
В табл. 3 приведены осредненные значения коэффициентов вибраций для фундаментов современных мощных турбоагрегатов, полученные на основе испытаний фундаментов турбин ЛМЗ и ХТГЗ мощностью 200 и 300 МВт.
Таблица 3
Осредненные значения коэффициентов вибраций для фундаментов современных мощных турбоагрегатов, полученные на основе испытаний фундаментов турбин ЛМЗ и ХТГЗ мощностью 200 и 300 МВт
Коэффициент вибраций сборных фундаментов турбоагрегатов мощностью 200-300 МВт (К)
Элемент рамы Узел элементов рамы Середина высоты колонны Ригель Продольная
балка
В П Пр В П ПР В П Пр В П Пр
Поперечные
П-образные рамы 1,7 2,5 2,5 2,0 0,8* 0,8* 1,7 1,8 — 2,0 1,5 2,0
Поперечные
П-образные рамы со сдвоенными стоиками 2,5 3,0 3,0 3,5 3,5 1,5 3,0 3,5 — 2,0 2,0 3,5
Незамкнутые рамы (без стоек) 2,0 1,5 3,5 3,5 1,5 2,0 — — — 2,5 1,5 5,0
* Значение К = 0,8 в середине стоек получено в удалении от подшипника, объясняется гибкостью стоек и на оценку динамической надежности фундамента не влияет.
Примечания: 1. Предварительные значения коэффициентов подлежат уточнению по мере накопления данных для более мощных турбоагрегатов. — 2. В, П, Пр — соответственно вертикальное, поперечное и продольное направления.
Коэффициенты вибрации дифференцированы по конструктивным элементам фундамента.
Для обеспечения нормальных условий эксплуатации достаточно, чтобы амплитуды горизонтальных и вертикальных вибраций балок и плит верхнего строения фундамента для агрегатов с частотой вращения 3000 об/мин не превышали 15 мкм в зонах опирания подшипников и 25 мкм вне зон опирания подшипников. Для подагрегатных конструкций с агрегатами на 1500 об/мин эти значения удваиваются.
3.6. Конструкция фундаментов должна удовлетворять требованиям [6] исходя из возможности пребывания персонала на верхнем строении фундамента менее 1 ч в течение рабочего дня.
В табл. 4 приведены допустимые значения параметров вибрации на постоянных рабочих местах в производственных помещениях при непрерывном воздействии в течение рабочего дня (8 ч), установленные [6]. При продолжительности воздействия вибрации менее 1 ч допустимые значения параметров вибрации следует увеличивать в 3 раза.
УДК 621.311
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОБСЛЕДОВАНИЮ
ДИНАМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ
КОНСТРУКЦИЙ СООРУЖЕНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ
ОБОРУДОВАНИЯ ЭНЕРГОПРЕДПРИЯТИЙ
Разработано Открытым акционерным обществом "Фирма по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электростанций и сетей ОРГРЭС"
Исполнители В.П. ОСОЛОВСКИЙ, Л.В. ТЕН
Утверждено Департаментом науки и техники РАО "ЕЭС России" 24.06.96
Начальник А.П.БЕРСЕНЕВ
Введено впервые
Срок действия установлен с 01.06.98
Настоящие Методические указания устанавливают порядок организации обследования динамического состояния строительных конструкций сооружений и фундаментов оборудования, оценки их пригодности к дальнейшей эксплуатации и предназначены для инженерно-технических работников специализированных и проектных организаций, персонала энергопредприятий и энергоуправлений, занимающихся эксплуатацией, ремонтом и техническим обслуживанием.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
В настоящих Методических указаниях представлена информация о характере и интенсивности колебаний основных элементов строительных конструкций (диапазоне собственных и вынужденных частот колебаний, значениях колебаний), причинах повышенной вибрации (резонансных явлениях и пр.) и мероприятиях по уменьшению колебаний строительных конструкций и фундаментов зданий и оборудования.
Обследование динамического состояния строительных конструкций должно проводиться квалифицированным персоналом, обладающим навыками проведения испытаний и наблюдений.
В Методических указаниях даны сведения по подбору необходимой аппаратуры для измерений вибрации строительных конструкций и оборудования в зависимости от особенностей обследования динамического состояния строительных конструкций и рекомендации по обработке материалов обследования.
Перечень терминов и определений приведен в приложении.
2. ПРИЧИНЫ ПОВЫШЕННОЙ ВИБРАЦИИ
СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
2.1. Основной причиной вибраций фундаментов и общего вибрационного фона в главном корпусе и других зданиях и сооружениях ТЭС является работа основного и вспомогательного оборудования (машин с динамическими нагрузками — турбоагрегатов, котлов, вентиляторов, дымососов, мельниц и т.д.).
К объектам обследования относятся:
фундаменты турбоагрегатов, от вибрационного состояния которых зависит надежность работы энергоблоков;
фундаменты агрегатов, участвующих в основном производственном процессе, отключение или замена которых нежелательны;
металлические каркасы водогрейных и энергетических котлов;
элементы опорных конструкций, на которых размещено оборудование, чувствительное к вибрации;
постоянные рабочие места обслуживающего персонала;
несущие и ограждающие элементы строительных конструкций, которые при резонансных явлениях могут стать генератором интенсивности шума, причиной снижения их прочности и устойчивости, а в некоторых случаях даже их обрушения.
2.2. Фундаменты машин при динамическом нагружении являются источником волн, которые вызывают вибрации других фундаментов и строительных конструкций зданий и сооружений.
При определенных условиях фундаменты машин и оборудования могут испытывать значительные колебания, что способствует развитию деформаций фундаментов и конструкций, увеличению осадок основания, нарушению работы машин и технологического процесса, а также оказывать вредное воздействие на людей.
Система основание — фундамент — агрегат при динамических воздействиях должна выполнять следующие условия [9]:
среднее статическое давление под подошвой фундамента на естественное основание р для всех типов машин должно удовлетворять условию
р jco jc1 R, (1)
где р — среднее статическое давление под подошвой фундамента, кгс/см2;
jco — коэффициент условий работы, учитывающий характер
динамических нагрузок;
jc1 — коэффициент условий работы грунтов основания;
R — расчетное сопротивление грунта основания, кгс/см2;
наибольшая расчетная амплитуда А колебаний фундамента не должна превышать предельно допустимую амплитуду Аи , т.е.
А Аи; (2)
колебания фундаментов не должны оказывать вредного воздействия на обслуживающий персонал, технологические процессы, оборудование, расположенное на фундаменте или вне его, а также на строительные конструкции.
2.3. Повышенная вибрация фундаментов машин с динамическими нагрузками и прилегающих строительных конструкций обусловлена:
отсутствием на стадии проектирования в ряде случаев достаточно надежных данных о фактических динамических нагрузках, передаваемых машинами на фундамент, особенно машинами новых типов;
некорректным определением расчетных значений параметров колебаний фундаментов из-за несовершенства расчетных схем системы основание — фундамент — машина или неточности исходных данных о свойствах основания, в том числе его динамических характеристик;
отсутствием для машин некоторых видов методов динамического расчета их фундаментов, учитывающих с необходимой достоверностью специфику совместной работы таких машин с фундаментом и основанием;
неудачным (в отношении уменьшения динамических воздействий на конструкции и обеспечения нормальной работы машины) размещением фундамента в плане и расположением самой машины на фундаменте;
несоблюдением в полном объеме требований норм проектирования и применением нерациональных конструктивных решений отдельных частей и элементов фундамента, приводящим к занижению их массы и жесткости, усложнению формы верхней части фундамента, опиранию фундаментов машин на фундаменты несущего каркаса здания без должной виброизоляции;
недостаточным учетом при проектировании фундаментов под машины таких специфических факторов, как повышенные и неравномерные температурные воздействия от машины, увеличение амплитуд колебаний фундаментов при групповой работе неуравновешенных или ударных машин;
неудовлетворительным качеством работ по возведению фундамента и монтажу оборудования (в частности, изменением марки бетона, появлением не предусмотренных проектом швов бетонирования, недостаточной или неравномерной жесткостью узлов крепления машин к фундаменту и др.);
изменением условий эксплуатации системы машина — фундамент — основание вследствие износа машины и появления эксплуатационных расцентровок; ослаблением связи машины с фундаментом и появлением смещения между компонентами системы; статическим и динамическим деформированием фундамента, нарушением его контакта с основанием вследствие возникновения щелей между боковой поверхностью и грунтом засыпки, снижением прочности грунта при характерном для всех промышленных площадок подъеме уровня грунтовых вод и одновременном действии вибраций, а также изменением конструктивной схемы строительных конструкций в процессе эксплуатации (добавлением или утратой отдельных связей, элементов, изменением эксплуатационных нагрузок, заменой оборудования и т.д.).
3. ОСОБЕННОСТИ ОБСЛЕДОВАНИЯ
ДИНАМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ФУНДАМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ
3.1. Обследование динамического состояния фундаментов оборудования включают:
определение состояния машины, целостности связи ее с фундаментом, а также характера и степени деформирования фундамента;
измерение основных частот собственных и форм вынужденных колебаний, фактических амплитуд колебаний фундамента для
установки допустимости [6] их влияния на работу машины и технологический процесс;
изучение распространения колебаний от обследуемых фундаментов и их воздействия на соседние сооружения.
3.2. Оборудование ТЭС в зависимости от чувствительности к колебаниям основания можно распределить, как показано в табл. 1.
Таблица 1
Классы оборудования ТЭС по чувствительности к вибрации
Класс Степень чувствительности оборудования к вибрации Предельная виброскорость основания, мм/с Вид оборудования
I Высокочувствительное 0,1 Механические контрольно-измерительные приборы, электрические управляющие приборы, вычислительные и управляющие машины, точные оптические приборы и т.п.
II Среднечувствительное 1,0 Точные станки в мастерских и лабораториях
III Низкочувствительное 4,0 Станки обычного класса точности
IV Нечувствительное Св. 4,0 Турбины, котлы, насосы, вентиляторы, дымососы, мельницы и т.п.
Большинство машин и неподвижного оборудования, применяемого на ТЭС, относится к IV классу по чувствительности к колебаниям основания.
К высокочувствительному оборудованию относятся сборки в распределительных устройствах собственных нужд, в блочных и главных щитах управления, управляющие и вычислительные машины, пульты управления и др.
3.3. Эксплуатационный персонал должен следить затем, чтобы вибрация машин находилась в пределах, регламентируемых ПТЭ[12].
3.3.1. При эксплуатации турбоагрегатов среднеквадратические значения виброскорости опор подшипников должны быть не выше 4,5 мм/с. При виброскорости свыше 7,1 мм/с эксплуатировать турбоагрегаты более 7 сут запрещается.
При наличии системы защиты по предельному уровню вибрации уставка срабатывания должна быть настроена на отключение турбоагрегата при виброскорости 11,2 мм/с.
Временно (до оснащения необходимой аппаратурой) разрешается контроль вибрации по размаху виброперемещения. Сопоставление измеренных размахов колебаний с нормативными среднеквадратическими значениями виброскорости осуществляется исходя из следующих соотношений:
Среднеквадратические значения виброскорости, мм/с ..................... 4,5 7,1 11,2
Эквивалентное значение размаха виброперемещений,
мкм, при частоте вращения турбины, об/мин:
1500 ....................... 50 130 200
3000 ....................... 30 65 100
3.3.2. Вертикальная (удвоенная амплитуда колебаний) и поперечная составляющая вибрации, измеренные на подшипниках электродвигателей, сочлененных с углеразмольными механизмами, дымососами и другими механизмами, вращающиеся рабочие части которых быстро изнашиваются, должны быть не выше следующих значений:
Синхронная частота вращения, об/мин ................... 3000 1500 1000 750 и менее
Допустимая вибрация подшипников, мкм................... 50 100 130 160
3.3.3. Для электродвигателей остальных механизмов нормы вибрации должны быть не выше следующих значений:
Синхронная частота вращения, об/мин ................... 3000 1500 1000 750 и менее
Допустимая вибрация подшипников, мкм................... 30 60 80 95
Допустимая вибрация подшипников рабочих органов вышеназванного оборудования приводится в паспортах и инструкциях по эксплуатации, прилагаемых заводами-изготовителями.
3.4. Методика проведения обследования динамического состояния фундаментов турбоагрегатов предусматривает несколько этапов.
3.4.1. Непосредственно перед проведением измерений вибрации необходимо произвести сбор и анализ основных сведений по конструкции, монтажу, ремонту и эксплуатации турбоагрегата и его фундамента, а также данных контроля за вибрацией во время эксплуатации.
3.4.2. На первом этапе необходимо определить общее вибрационное состояние фундамента и выявить зоны с повышенными амплитудами. Для этого при работе агрегата в рабочем режиме необходимо измерить амплитуды вибрации подшипников турбоагрегата и фундамента. Точки измерения на фундаменте выбираются в непосредственной близости к опорным лампам подшипников, в местах сопряжения конструктивных элементов, на колоннах, в середине пролетов продольных и поперечных балок, на нижней опорной плите или ростверке. Точки и направления фиксации колебаний следует выбирать исходя из конструкции и размеров фундамента, типа машины и характера ее крепления к фундаменту.
На рис. 1 в качестве примера приведена типовая форма (карта) для снятия параметров вибрации фундамента под турбину К-300-240 ХТГЗ.
Значение амплитуды вибрации определяется в вертикальном, поперечном (перпендикулярно оси агрегата) и продольном направлениях.
3.4.3. На втором этапе необходимо выявить причины неблагоприятной динамической работы фундамента. Для определения степени влияния возмущающих сил, возникающих при работе турбоагрегата, на значение амплитуды вибрации фундамента следует выполнить цикл измерений при работе агрегата в различных рабочих режимах.
Эти измерения необходимо выполнять при нулевой нагрузке с номинальным возбуждением на генераторе и при нагрузках 25; 50; 75 и 100% для определения влияния изменения нагрузки на вибрацию фундамента и оценки качества работы агрегата.
3.4.4. Для определения резонансных зон фундамента измерения вибрации должны производиться при работе турбоагрегата на холостом ходу при различной частоте вращения (от 900 до 3000 об/мин) через каждые 200-300 об/мин.
На основании полученных материалов строятся графики амплитудно-частотных характеристик различных точек фундамента и определяются частоты собственных колебаний его элементов. Частота собственных колебаний уточняется путем ее измерения при остановленном агрегате. Свободные колебания элемента фундамента возбуждаются ударной нагрузкой и записываются на пленку осциллографа.
Двойные амплитуды вибрации (размах колебаний)
..... ГРЭС турбоагрегат №.....
Дата Мощность 1 2 3 4 5 6 7 8 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56
В
П
О
Рис. 1. Типовая форма для виброисследования фундаментов турбоагрегатов мощностью 300 МВт:
1 -7 - соответствующие подшипники турбины; 8-12 - фундамент вблизи подшипников; 13-56 - фундамент турбоагрегата;
В - вертикальная, П - поперечная, 0 - осевая вибрация
На рис. 2 приведена в качестве примера амплитудно-частотная характеристика одной из рам фундамента под турбину мощностью 200 МВт. Подъемы ("пики") графика показывают прохождение агрегата через резонанс с соответствующими собственными частотами.
Рис.2. Амплитудно-частотная характеристика ригеля фундамента
3.4.5. Выявление отрыва фундаментной плиты, ослабления крепления анкерных болтов, появления трещин в фундаменте и зазоров по опорной поверхности корпусов подшипников осуществляется с помощью контурных характеристик, представляющих собой зависимость вибрации от расположения точек измерения на поверхности опоры, цилиндра (корпуса генератора, фундамента и т.п.).
Контурная характеристика позволяет определить пространственную форму колебания опорной системы агрегата, что используется при разработке мероприятий по устранению резонансных явлений.
Контурная характеристика снимается при одном либо нескольких установившихся режимах агрегатов, обычно под нагрузкой. Предварительно составляется схема расположения точек измерения. В каждой точке производятся измерения амплитуд и фазы ориентированных в пространстве компонентов вибрации. На рис. 3. представлены простейшая схема расположения точек измерения и контурная характеристика вибрации опоры, а на рис. 4 — некоторые случаи снижения жесткости опор, выявленные с помощью контурных характеристик.
3.4.6. Для установления дефекта конструкции или индивидуальных особенностей исследуемого агрегата и его фундамента сопоставляется работа нескольких однотипных агрегатов и их фундаментов.
Рис. 3. Контурная характеристика вибрации опоры:
1 -3 - корпус подшипника; 4 - фундаментная рама; 5 - фундамент;
2А - двойная амплитуда; ° - фаза колебаний
Рис. 4. Снижение жесткости опор:
а - при "опрокидывании" корпуса подшипника; б - вследствие отрыва опорной поверхности под действием реактивного момента статора; в - при деформации опорной поверхности;
- зазор; F- сила; - направление вращения
3.5. Для оценки влияния фундамента на уровень колебаний элементов статора турбоагрегата рекомендуется пользоваться соотношениями между колебаниями опоры агрегата (Ап ) и несущего ее элемента фундамента (Аф ).
В табл. 2 приведены результаты анализа этих соотношений по 12 турбоагрегатам К-300-240 + ТВВ-320-2 и 12 турбоагрегатам К-300-240 + ТГВ-300. Коэффициенты К (К = Ап/Аф) имеют разные значения для разных опор, что характеризует разную динамическую податливость последних. Существенная разница этих коэффициентов для одних и тех же опор однотипных турбоагрегатов объясняется равным качеством изготовления фундаментов и монтажа опорных конструкций.
Предельным для некоторых турбоагрегатов является значение К < 1, что не наблюдается у большинства турбоагрегатов, поскольку средние значения К = 110. Сопоставление коэффициентов К с отношением динамических податливостей опор ап и фундаментов аф показывает, что отношение динамических податливостей в большинстве случаев находятся внутри интервала значений коэффициентов К для данной опоры.
Коэффициенты К применимы для оценки динамического состояния конкретной опоры типового турбоагрегата и несущего ее элемента фундамента.
Неудовлетворительное состояние конкретного несущего элемента фундамента может быть констатировано в случае существенного (например, более чем 50%) снижения К по отношению к среднему уровню.
Таблица 2
Соотношение между колебаниями опор подшипников и элементов
фундамента турбоагрегатов 300 МВт (К = Ад / А )
Завод Соотношение амплитуд колебаний и динамических податливостей
Номер подшипника
элементов 1 2 3 4 5 6 7
турбоагрегатов В П В П В П В П В П В П В П
ЛМЗ Ап/Аф(макс) 1,15 3,75 1,27 2,60 7,25 3,50 4,30 5,50 3,20 5,00 7,20 5,75 2,85 3,50
Ап/Аф(мин) 0,85 0,91 0,74 0,78 1,68 0,83 1,62 1,25 1,55 1,62 2,65 3,10 1,77 0,83
Ап/Аф(ср) 1,00 2,30 1,20 1,43 3,80 2,33 2,50 2,40 2,20 3,60 4,65 4,45 2,30 1,65
aп/aф 1,25 4,25 1,77 1,67 — — 2,88 3,53 2,97 3,16 3,60 7,44 3,44 5.45
ХТГЗ Aп/Аф (макс) 3,75 4,00 2,25 3,00 3,20 2,36 6,30 3,00 17,5 5,00 17,5 4,00 5,60 3,70
Ап/Аф(мин) 0,69 1,00 1,10 1,00 0,29 0,50 2,50 0,55 2,90 2,00 2,00 0,85 0,80 1,30
Ап/Аф(ср) 1,47 3,00 1,47 1,80 2,00 1,60 4,00 1,75 10,0 4,16 5,70 2,80 2,85 3,00
aп/aф 2,66 4,45 4,54 3,22 8,20 5,20 3,80 3,70 17,3 10,0 3,70 2,00 3,10 6,23
Примечание. Ап, Аф и aп, aф— соответственно амплитуды колебаний и абсолютные динамические податливости опор подшипников и несущих элементов фундамента; В и П — соответственно вертикальные и поперечные колебания.
В табл. 3 приведены осредненные значения коэффициентов вибраций для фундаментов современных мощных турбоагрегатов, полученные на основе испытаний фундаментов турбин ЛМЗ и ХТГЗ мощностью 200 и 300 МВт.
Таблица 3
Осредненные значения коэффициентов вибраций для фундаментов современных мощных турбоагрегатов, полученные на основе испытаний фундаментов турбин ЛМЗ и ХТГЗ мощностью 200 и 300 МВт
Коэффициент вибраций сборных фундаментов турбоагрегатов мощностью 200-300 МВт (К)
Элемент рамы Узел элементов рамы Середина высоты колонны Ригель Продольная
балка
В П Пр В П ПР В П Пр В П Пр
Поперечные
П-образные рамы 1,7 2,5 2,5 2,0 0,8* 0,8* 1,7 1,8 — 2,0 1,5 2,0
Поперечные
П-образные рамы со сдвоенными стоиками 2,5 3,0 3,0 3,5 3,5 1,5 3,0 3,5 — 2,0 2,0 3,5
Незамкнутые рамы (без стоек) 2,0 1,5 3,5 3,5 1,5 2,0 — — — 2,5 1,5 5,0
* Значение К = 0,8 в середине стоек получено в удалении от подшипника, объясняется гибкостью стоек и на оценку динамической надежности фундамента не влияет.
Примечания: 1. Предварительные значения коэффициентов подлежат уточнению по мере накопления данных для более мощных турбоагрегатов. — 2. В, П, Пр — соответственно вертикальное, поперечное и продольное направления.
Коэффициенты вибрации дифференцированы по конструктивным элементам фундамента.
Для обеспечения нормальных условий эксплуатации достаточно, чтобы амплитуды горизонтальных и вертикальных вибраций балок и плит верхнего строения фундамента для агрегатов с частотой вращения 3000 об/мин не превышали 15 мкм в зонах опирания подшипников и 25 мкм вне зон опирания подшипников. Для подагрегатных конструкций с агрегатами на 1500 об/мин эти значения удваиваются.
3.6. Конструкция фундаментов должна удовлетворять требованиям [6] исходя из возможности пребывания персонала на верхнем строении фундамента менее 1 ч в течение рабочего дня.
В табл. 4 приведены допустимые значения параметров вибрации на постоянных рабочих местах в производственных помещениях при непрерывном воздействии в течение рабочего дня (8 ч), установленные [6]. При продолжительности воздействия вибрации менее 1 ч допустимые значения параметров вибрации следует увеличивать в 3 раза.
Прикреплённые файлы:
- rd 34.21.306-96.zip (
448 Кбайт )
Категория: Руководящие документы РД /
Версия для печати
