Фундаменты турбоагрегатов главного корпуса электростанции
Монолитные фундаменты
Монолитные фундаменты под турбоагрегаты выполняют в виде рамной конструкции с верхней плитой, на которую устанавливают турбоагрегат. Колонны рам заделывают в мощную нижнюю железобетонную плиту. При наличии сборной плиты под подвалом машинного отделения фундамент сооружается на ней. Наземная часть фундамента армируется несущими арматурными каркасами, которые предварительно оснащаются опалубкой, а затем монтируются в виде арматурно-опалубочных блоков. Нижняя плита фундамента армируется сварными сетками и пространственными каркасами. Наземная часть фундамента под турбоагрегат мощностью 200 МВт, например, собирается из 42 несущих арматурных блоков от 550 до 5130 кг и длиной до 10 м.
Фундамент несет динамические нагрузки, и в связи с этим существует опасность расслоения бетона, бетонирование фундамента необходимо производить непрерывно горизонтальными слоями. Перерыв в бетонировании может быть допущен только при выполнении работ на уровне верха фундаментной плиты и под верхним ростверком. Фундаментная плита и наземная часть выполняются из бетона марки 150—200. Применение несущих арматурных каркасов вместо штучной арматуры позволило отказаться от несущих лесов, механизировать арматурные и опалубочные работы, резко сократить трудоемкость и сроки сооружения монолитных фундаментов турбоагрегатов.
Сборные фундаменты
Дальнейшим этапом в совершенствовании конструкций фундаментов явился переход на сборные фундаменты. Впервые сборные фундаменты сооружены на Али-Байрамлинской и Березовской ГРЭС. В настоящее время сборные фундаменты распространены повсеместно. При разработке и внедрении сборных конструкций фундаментов проведена большая работа по облегчению фундаментов, упрощению их конфигурации, а также унификации элементов. Исследования показали возможность уменьшения сечений ряда элементов, размеры которых назначались ранее не по расчету, а по конструктивным соображениям.
Применение сборных фундаментов с уменьшенными габаритами и массой способствовало принципиально новому подходу к выбору конструктивной схемы фундамента (рис. 4.7). Вместо массивных монолитных фундаментов предложены более прогрессивные гибкие фундаменты, частоты собственных колебаний которых находятся значительно ниже рабочих частот колебании ротора турбины. Для всех сборных элементов приняты унифицированные сечения, которые обеспечили возможность бетонирования конструкций в универсальных формах, рассчитанных на изготовление изделий с одинаковыми сечениями, но разной длины и с различными вылетами полок.
Для фундаментов турбоагрегатов мощностью 50—300 МВт приняты унифицированные сечения сборных железобетонных элементов: колонн — 700×700 и 1000X1000 мм, ригелей и балок — 700X700, 700X1500, 1000X1000. 1000X1500, 1000X1800 и 1000X2100 мм (при тавровом сечении ширина полки — до 2000 мм при разном вылете полок или их исключении с одной или обеих сторон). Для фундаментов турбоагрегатов 500 МВт и более принимается дополнительное сечение балок 1000X2400 мм, а также увеличивается ширина отдельных ригелей с 1000 до 1500 мм.
Предельная масса железобетонных элементов принимается 55 т при изготовлении на полигонах или в закрытых цехах, оборудованных двумя кранами грузоподъемностью по 30 т. Этой массе соответствуют сборные элементы сечением до 1000×2400 мм, при больших сечениях балок и ригелей они выполняются составного сечения из сборного ребра и монолитного пояса. Для увеличения жесткости ригелей поперечных рам и уменьшения их сечения и массы в ряде случаев в пределах более широкой части фундамента (зона ЦНД) вводятся средние стойки и таким образо’м образуются двухпролетные рамы.
В проектах сборных фундаментов, выполненных до 1970 г., нижняя конструкция разработана в виде сборного балочного ростверка. Однако это решение оказалось приемлемым для турбоагрегатов мощностью не более 200 МВт. При большей мощности резко возросли возмущающие силы, которые при неблагоприятных грунтовых условиях, в частности при водонасыщенных мелкозернистых песках, приводили к их виброуплотнению и деформациям балочного ростверка. В дальнейшем сборные ростверки всех фундаментов заменены монолитными железобетонными плитами.
Сборные элементы верхней части фундамента выполняются из бетона марок 300—400, а в отдельных случаях — марки 500 и армируются объемными вязаными блоками. Нижняя плита выполняется из бетона марки 200—400, армирование производится сварными сетками и пространственными блоками.
Большое внимание уделяется конструкции и выполнению стыков сборных элементов фундамента. Необходима полная монолитность стыков, которая обеспечивает динамическую жесткость всего фундамента. Для обеспечения трещиностойкости стыки выполняют с последующим обжатием, которое после приобретения бетоном прочности в узлах не ниже 70 % проектной производят натяжением арматуры, пропущенной через трубки из кровельного железа и установленной при бетонировании узлов. В узле сопряжения ригеля, балки и колонны напрягаемые стержни располагают как горизонтально, так и вертикально. Для лучшего сцепления сборных элементов с монолитным бетоном в узлах торцы примыкающих элементов выполняют с рифленой поверхностью. Перед бетонированием узлов элементы необходимо увлажнять.
Стыки выполнялись с опиранием концов трех примыкающих к колонне балок непосредственно на торец колонны (рис. 4.8, а), в балках предусматривались подрезки, в которых располагалась стыкуемая арматура. В сборных балках и бетоне замоноличивания предусматривались каналы, через которые пропускались напрягаемые стержни, привариваемые к закладным деталям и выпускам арматуры. Натяжение выполнялось гидродомкратами с усилием 18—24 тс. После натяжения каналы инъецировались цементным раствором.
В последующем для упрощения стыков фундамента применялись колонны с консолями (рис. 4.8,6). В дальнейшем, с учетом увеличения массы сборных элементов, принимались двухпролетные продольные балки с упрощенным стыком (рис. 4.8, а). Такое решение позволило уменьшить количество узлов с примыканием трех элементов.
Технико-экономическое сравнение различных типов стыков фундаментов турбоагрегатов показывает преимущество упрощенного стыка.
| Тип стыка | Объем бетона для замоноличивания, м 3 | Трудоемкость, чел-ч |
| Рис. 4.8, а | 1,1 | 111 |
| Рис. 4.8, б | 1,7 | 89 |
| Рис. 4.8, в | 0,6 | 61 |
Основными недостатками стыков фундаментов турбоагрегатов продолжают оставаться натяжение арматуры и связанная с этим длительность выполнения стыка из-за необходимости выдержки бетона замоноличивания и поэтапного проведения работ по обжатию стыка.
Существенного упрощения стыков можно достигнуть применением самонапряженной конструкции с объемным предварительным напряжением. В соответствии с ТУ 21-20-18-74 освоено изготовление напрягающего цемента (НЦ); в зависимости от энергии самонапряжения НЦ выпускается двух марок: НЦ-20 и НЦ-40 со сроком схватывания 30—40 мин.
На ТЭЦ-25 Мосэнерго на фундаменте турбоагрегата мощностью 250 МВт применен узел сопряжения с напрягающим цементом НЦ-40 (рис. 4.9). Усилия, возникающие в горизонтальном направлении при расширении цемента, воспринимались вертикальной сплошной стальной опалубкой из листов толщиной 12 мм, стянутых горизонтальными арматурными стержнями. После стабилизации процессов расширения, усадки и ползучести напряжение составило 1—1,4 МПа, что превышает обжатие, создаваемое натягиваемыми стержнями. Проектная прочность достигнута на третьи сутки.
Технико-экономическое сопоставление фундаментов турбоагрегатов мощностью 50, 100, 200 и 300 МВт в сборном и монолитном исполнении приведено в табл. 4.3, из которой следует, что сборные фундаменты турбоагрегатов по сравнению с монолитными позволяют снизить расход железобетона на 37—59%, стали — на 25—44% и уменьшить трудовые затраты на 50—70%.
Виброизолированные фундаменты
Виброизолированные фундаменты под турбоагрегаты мощностью 50 МВт с применением низкочастотной пружинной виброизоляции обеспечивают: значительное уменьшение вибрации элементов фундамента, расположенных ниже виброизоляторов; исключение передачи вибрации на нижнюю фундаментную плиту и основание; возможность регулировки с помощью домкратов высотного положения верхней плиты.
Конструкция фундаментов отличается от обычной типовой наличием виброизолирующих опор между нижней частью балок верхнего ростверка и верхней частью укороченных колонн (рис. 4.10).
Виброизолирующая опора (рис. 4.11) состоит из опорного столика, пружинной сборки, домкрата, ограничителя горизонтальных перемещений, упора столика и других элементов. Упоры столика предназначены для восприятия нагрузок при возведении верхнего строения фундамента, массы турбоагрегата при монтаже, а также аварийной нагрузки. Общая высота упоров принята больше высоты полностью сжатых пружин, для того чтобы исключить работу пружин при аварии. В зависимости от нагрузок на опору каждая из сборок виброизоляторов состоит из двух или трех комплектов спаренных пружин. Максимальная несущая способность комплекта пружин достигает 18—21 тс. В качестве монтажного механизма и механизма регулирования деформации используются гидравлические домкраты грузоподъемностью 50—200 т.
Сборно-монолитный фундамент под турбоагрегат мощностью 1200 МВт, установленный на Костромской ГРЭС, имеет увеличенные габаритные размеры и массу оборудования по сравнению с турбоагрегатом 800 МВт, а также продольное расположение конденсаторов. В турбоагрегате 800 МВт общая масса оборудования составляет 3400 т, в том числе роторов 214 т; в турбоагрегате мощностью 1200 МВт — соответственно 5300 и 436 т.
Основание под фундамент Костромской ГРЭС состоит из тугопластнчных и полутвердых моренных глин, подстилаемых тонким слоем моренных суглинков. Относительный прогиб фундамента 1/6000, стрела прогиба нижней плиты 12 мм. Для уменьшения деформативности нижней плиты принято принципиально новое техническое решение — устройство в плите среднего без-опорного участка. Конструктивно безопорный участок длиной 6 м выполнен в виде корыта с армированным гибким днищем толщиной 150 мм, перекрытого сборными железобетонными балками (рис. 4.12). Для уменьшения влияния близко расположенных фундаментов главного корпуса на фундамент турбоагрегата нижняя плита запроектирована с консолями вылетом 5,25 м. Во избежание передачи давления через консоль и бетонный пригруз на основание между поверхностью пригруза и нижней гранью консолей оставляется зазор, обеспечивающий независимость прогиба консолей. При среднем безопорном участке эпюра реактивных давлений разбивается на две, благодаря чему уменьшаются прогибы плиты и возникающие в ней усилия. В результате указанных мероприятий толщина нижней плиты уменьшена до 4,5 м. На верхней грани плиты имеется большое число закладных деталей, выпуски арматуры для колонн и фундаментов под оборудование, реперы и элементы системы контроля за температурой бетона. Через тело плиты проходят трубы для установки глубинных реперов. В месте контакта грунта с бетонной подготовкой расположены приборы контроля напряженных состояний основания фундамента. На нижних частях колонн фундамента предусмотрена установка системы гидронивелирования, предназначенной для регулярной регистрации прогибов фундамента в плоскости верха плиты.
Верхнее строение фундамента выполнено в виде пространственной рамы с жесткими железобетонными балками, опирающимися на 24 относительно гибкие стойки сечением 1,2X1,2 м (рис. 4.13). Колонны изготовляются с консолями вылетом 600 мм в плоскости поперечных рам и вылетом 200 мм в другой плоскости. Сечения сборных элементов балок 2000X1200 мм и 2400Х1200 мм. Для связи сборных балок с монолитными предусмотрены выпуски арматуры. Исходя из условий изготовления и транспортировки максимальная масса сборных элементов принята 63 т. Благодаря опиранию балок на консоли малой опорной площади и открытым узлам сопряжения, зазор между нижней гранью балок и капителью колонн уменьшен до 120 мм. Наличие мощных монолитных поясов по полкам сборных балок позволило отказаться от обжатия стыков в рамных узлах напрягаемыми стержнями.
Расход материалов на фундамент под турбоагрегат мощностью 1200 МВт составляет:
| Нижняя плита: | |
| объем железобетона, м 3 | 6450 |
| масса стали, т | 516 |
| Верхнее строение: | |
| объем железобетона, м 3 | 1784 |
| масса стали, т | 172 |
Стальные фундаменты
В послевоенные годы сооружено несколько стальных фундаментов под турбоагрегаты мощностью менее 25 МВт. В 1969—1973 гг. запроектирован и сооружен опытный стальной фундамент под турбоагрегат мощностью 60 МВт на Бобруйской ТЭЦ-2.
Технико-экономическое сопоставление стального и сборного железобетонного фундамента турбоагрегата Бобруйской ТЭЦ-2 приведено в табл. 4.4.
Как следует из приведенных данных, расход стали при стальных фундаментах возрастает почти в 3 раза при примерно равных трудозатратах. Опыт эксплуатации стального фундамента на Бобруйской ТЭЦ-2 показал довлетворительный уровень вибрации основных балок, но повышенные вибрации стоек и площадок.
Разработаны рабочие чертежи стального фундамента под турбоагрегат мощностью 100 МВт (рис. 4.14). В этом проекте в отличие от предыдущего приняты следующие технические решения: стойки — трубчатого сечения и в меньшем количестве (пять поперечных рам вместо семи); сопряжение верхней плиты со стойками выполнено на болтах, а не на сварке, площадки из рифленой стали на отметке обслуживания отделены от фундамента.
Неблагоприятные для стальных фундаментов результаты сравнения с железобетонными по стоимости и расходу стали могут быть улучшены при накоплении опыта проектирования и строительства.
Источник
Подготовка фундамента к монтажу паровой турбины на электростанции
Фундаменты сооружаются под основное и вспомогательное оборудование, а также под технологические металлические конструкции. В зависимости от конструкции крепления паровой турбины и генератора фундаменты турбоагрегата сооружаются в двух исполнениях: приспособленными для установки фундаментных рам с помощью парных клиньев непосредственно на бетон, с залитыми в фундамент закладными плитами , на которые ставятся постоянные подкладки фундаментных рам. Фундамент первого вида сооружается под монтаж турбин, выпускаемых ПОТ ХТЗ, ПО «Невский завод» и КТЗ; второго — под турбины ПОТ ЛМЗ и ПО «Турбомоторный завод» и под монтаж некоторых конструкций генераторов.
Подготовка фундамента для установки турбоагрегата на парные клинья заключается в следующем. По шаблону размечаются участки фундамента, на которых будут при монтаже размещены парные клинья. Каждая сторона периметра, размеченного под обработку участка, должна отстоять от контура основания парного клина на 25—30 мм. Зубилом пневматического инструмента на отмеченной поверхности устраняются неровности, после чего поверхность притирается стальными плитками до плотного прилегания основания клина. Отступление от горизонтальности поверхностей должно находиться в пределах 3—5 делений при контроле уровнем «Геологоразведка».
Процесс подготовки площадок под парные клинья при сооружении фундамента упрощается, если до начала схватывания бетона на его поверхность в заданных участках накладываются стальные плитки с плоскопараллельными поверхностями. Положение наружных поверхностей плиток проверяется по нивелиру и уровню. После удаления плиток с затвердевающего бетона под ними окажется гладкая поверхность.
По условиям, определяемым процессом монтажа паровой турбины, опорные поверхности закладных плит в конструкциях фундамента с закладными плитами должны иметь уклон, определяемый 40—50 делениями шкалы уровня «Геологоразведка» в сторону, откуда будут помещены постоянные подкладки. В перпендикулярном обозначенному положении поверхность закладных плит не должна иметь уклоны, и отклонение от этого условия допускается в пределах 3—5 делений шкалы упомянутого уровня.
Закладные плиты, помещаемые под фундаментные рамы среднего и переднего подшипников, а также под фундаментные рамы цилиндра высокого давления (ЦВД), цилиндра среднего давления (ЦСД) и цилиндра низкого давления (ЦНД) турбин, устанавливаются группой с помощью приспособления, которое представляет собой вспомогательную раму.
Перед установкой закладных плит вспомогательная рама должна быть повернута вверх базами и прижимами. В соответствии с чертежом установки плит каждая из закладных плит укладывается на прокладку рамы так, что часть, которая впоследствии будет помещена в бетон, при установке была бы обращена вверх. Затем закладные плиты закрепляются прижимами на вспомогательной раме, и рама поворачивается в положение, соответствующее установке закладных плит на фундаменте (рис. 19.1). Положение вспомогательной рамы выверяется по осям и уклону. Положение уровня при установке показано на рисунке.
Рис. 19.1. Установка закладных плит с помощью вспомогательной рамы: 1 — закладная плита; 2 — планка; 3 — вспомогательная рама; 4 — уровень; 5 — планка.
В установленном положении вспомогательная рама прихватывается электросваркой к каркасу и арматуре фундамента. После закрепления вспомогательной рамы окончательно проверяют уклоны закладных плит. Закладные плиты также привариваются через вставки-куски обычного проката из арматурной стали — к арматуре и каркасу фундамента. В таком зафиксированном положении закладные плиты заливаются цементным раствором. Через установленный период выдержки, обычно составляющий 7—10 дней, места прихватки вспомогательной рамы срезаются ацетилено-кислородным пламенем и рама снимается.
Последующим контролем определяется качество заливки закладных плит. Нормальное схватывание залитого бетона определяется обстукиванием плиты молотком. При некачественном результате заливки плита в процессе обстукивания будет издавать характерный дребезжащий звук. В этом случае плита вырубается, и после повторной выверки положения только этой плиты относительно других она заливается вновь. По краям плиты проверяется качество заливки, и во избежание возможных пустот производится контрольная подрубка.
Следующий этап контроля заключается в проверке уклонов опорных поверхностей закладных плит. Они должны находиться в пределах установленных и приведенных выше значений.
Фундамент с закладными плитами в целом должен соответствовать техническим требованиям по прочности, монолитности бетона; по соответствию элементов и всего фундамента размерам и допускам чертежей на фундамент и на его расположение в машинном зале.
Прочность бетона определяется лабораторными испытаниями образцов, залитых во время бетонирования фундамента. Бетон фундамента после выстаивания представлять должен плотную монолитную массу. В нем не должно быть пустот, трещин, выкрашиваний, отслоений и обнаженной арматуры.
Отклонение осей фундамента, а также опорных конструкций от осей колонн зала машинного не должно быть больше 50 мм. Допускаются отклонения в пределах до 10 мм от номинальных размеров чертежей габаритных размеров колонн и ригелей фундамента, а также расположения опор под конденсатор и масляный бак. Положение мест под фундаментные рамы или положение закладных плит относительно осей установки турбоагрегата и по высоте должно соответствовать чертежу с отступлением от номинальных размеров в пределах до 5 мм. Расположение колодцев под фундаментные шпильки относительно осей фундамента не должно иметь отступлений, превышающих 5 мм. При этом отклонения по форме, глубине и по вертикальности стенок не должны нарушать условие, что расстояние от образующей стержня вертикально установленной фундаментной шпильки до любого участка стенок колодца будет не менее диаметра шпильки.
Нанесение основных осей фундамента показано ниже на примере монтажа турбоагрегата с двумя конденсаторами (рис. 19.2).
Рис. 19.2. Разметка осей фундамента с помощью струны.
За основные на фундаменте принимаются продольная ось А—А турбоагрегата (рис. 19.2, а) и поперечная ось В—В — ось конденсаторной группы (поперечная ось ЦНД). Через Б—Б и Д—Д обозначают соответственно оси переднего и заднего конденсаторов, а Г—Г — поперечную ось генератора.
Определение положения продольной оси и ее нанесение при помощи струны осуществляется в следующем чередовании переходов. Стойки 1 и 4 приспособления для натяжения струны устанавливаются одна со стороны генератора, а другая со стороны переднего подшипника турбины так, как это показано на рис. 19.2, б. Действительная продольная ось фундамента определяется после установки на приспособлении струны 5, натянутой грузом 2, помещенным на свободный перекинутый через блок ее конец. При этом на поверхности фундамента отмечаются краской или мелом середины межцентровых расстояний парных колодцев. При помощи отвесов, спущенных со стороны, положение оси уточняется по этим меткам. Определенное таким образом положение оси оформляется нанесением керном меток на металлических элементах фундамента.
Размеченная продольная ось используется не только для контроля элементов фундамента, но и при выверке положения оптической оси при центровке цилиндров и корпусов подшипников с помощью зрительной трубы. Натянутая струна используется и непосредственно при центровке паровых турбин в тех случаях, когда центровка производится по струне.
Поперечная струна 3 в данном случае используется только для проверки фундамента и для предварительной выверки положения конденсатора. Струна с соответствующим натяжением крепится за скобы 6, приваренные к обнаженной арматуре или обрамляющему уголку конструкции ригеля.
Продольные и поперечные струны должны быть взаимно перпендикулярны.
Линейные размеры фундамента проверяются рулеткой и линейкой, горизонтальность или уклон закладных плит — уровнем, а высотное относительное расположение опорных поверхностей закладных плит — нивелиром. Проверку вертикальности расположения стенок колодцев осуществляют отвесом.
Взаимное высотное расположение поверхностей фундамента паровой турбины К-200-130 приведено на рис. 19.3.
Если уровень пола принять за отметку 0,000, то опорные поверхности закладных плит и уровень пола колодца под конденсатор обозначатся, как это показано на рисунке, отрицательными значениями проектных отметок.
Рис. 19.3. Взаимное расположение поверхностей фундамента паровой турбины К-200-130: О—О — ось турбины; А — уровень пола машинного зала; Б — уровень пола конденсационного помещения; 1 — закладные плиты под фундаментную раму переднего подшипника; 2 — то же среднего подшипника; 3, 6 — закладные плиты под фундаментные рамы выхлопных частей цилиндра низкого давления; 4, 5 — то же средней части цилиндра низкого давления.
Заливка фундамента должна быть на 30—40 мм ниже проектной при установке фундаментных рам непосредственно на бетон и находиться вровень с опорной поверхностью при установке агрегата на закладные плиты.
По полученным с помощью нивелира значениям фактических отметок положения опорных поверхностей закладных плит определяются предварительно высоты подкладок под фундаментные рамы.
Источник