“三塔合一”超大型空冷塔结构优化设计

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1、三塔合一”超大型空冷塔结构优化设计来源：1.中南电力设计院2.中南电力设计院2013年10月25日点击••【文摘】本文简单介绍了超大型冷却塔结构设计现状，针对某工程空冷系统中“三塔合一”超大型空冷塔，通过结构选型，局部稳定性分析和整体稳定性分析对空冷塔结构进行优化没计，在保证结构安全川'靠的前提下，减少空冷塔混凝上工程量，节省投资。【关键词】超大型空冷塔;局部稳定性分析;整体稳定性分析;塔型优化1、我院超大型冷却塔结构设计简介双曲线型自然通风冷却塔的建造历史国内已有几十年的经验，在已建和在建的大型自然通风冷却塔项目方面，国内淋水面积最大的宁海电厂13000m2冷却塔已投运。我院设计的汉川电厂

2、三期工程、华润贺州电厂工程淋水面积13000m2超大型冷却塔设计工作己全部完成，冷却塔正在建设中。淋水面积13000m2冷却塔主要几何尺寸如下：塔总高度175m进风口高度12.10m塔顶部中面直径81.252m塔筒底部中面直径129.358m塔零米人字柱中心直径138.80ra“人”字型柱对数48对图1华润贺州电厂淋水面积13000m2冷却塔施工到顶2、本工程超大型空冷塔结构优化设计通用有限元分析1空冷塔布置情况，混合式间接空冷系统采用一台机配置一座自然通风空冷塔，冷却单元布置在空冷塔的外侧，全塔共176个冷却单元。空冷塔参数为：底部直径（散热器外沿）：161mX柱处的底部直径~149m喉部

3、直径98m塔筒出口直径100m塔筒底部直径137m进风口髙度26m空冷塔高度175m2.1有限元建模该空冷塔采用钢筋混凝土结构，塔筒、斜支柱混凝土为C35,环基混凝土为C30;基本参数为：塔总髙度为175ra,喉部半径为49m。进风口高度26m,进风口半径为68.5m。支柱为“X”支柱，40对，尺寸①BXH=1.2X1.6m;②BXH=1.1X1.7m。地基尺寸：BXH=13.0X2.0m。支柱：使用ANSYS中的BEAM188梁单元；在支柱形式为“X形支柱”时，支柱为矩形截面，需要输入截面的宽度和高度，其中高度为空冷塔半径方向；支墩••使用ANSYS中的BEAM188梁单元；等效为圆形截面

4、，截面半径为“X形支柱”宽度的3倍；塔顶刚性环：使用ANSYS中的BEAM189梁单元；是截面形状如L字形的梁，需要输入四个参数；壳体：使用ANSYS中的SHELL93壳单元；由于壳体是旋转壳，需要输入壳体母线的形式（包括壁厚）；地基与环梁：基础环梁在本计算中被简化为梁单元，使用ANSYS中的BEAM188梁单元；图2典型的有限元模型图2.2结构选型空冷塔坐标系取为：喉部水平为横轴r轴，铅锤线为竖轴z轴。考虑两种曲线组合型式，曲线组合1:喉部以上和喉部以下分别用两条双曲线的塔型；曲线组合2:喉部以上双曲线，进风口以上一段圆锥曲线，圆锥和喉部之间双曲线。喉部髙度分别取150m、155m和160

5、m进行分析，支柱截面尺寸的变化只对壳体进风口附近部分的局部稳定性有较大的影响，但这一部分的壳体局部稳定性Kb本身就比较大，而对壳体局部稳定性的薄弱环节部分的影响是很小的。对于壳体以上和壳体以下两段双曲线的塔型，喉部髙度150m、155m、160m三种情况下，喉部髙度增加会提高壳体的局部稳定性，但整体稳定性略有下降。喉部高度155m时壳体总体积比较小，综合对比之下，喉部髙度155m的塔型更有优势。调整了壳体厚度变化的指数后，壳体体积有了4~5%左右的下降，当然,局部稳定性的Kb最小值也有明显的下降，但最小厚度0.3ra以上的情况下最小Kb值仍大于5,实际设计的过程中，可以根据壳体Kb值的余量调

6、整壳体厚度的变化。2.3局部稳定性分析由于空冷塔是很薄的壳体结构，其稳定性是设计必须考虑的因素，按《工业循环水冷却设计规范》［1］，自然通风空冷塔的局部稳定性按下式验算：其中OSAS.々为子午向1降界压力对于最终选中的塔型和壁厚参数，根据ANSYS计算得到的内力结果，并根据规范可得各壳体点的局部稳定性系数KB,见表一：表1局部稳定性系数KB（75m"90m区域）髙度厚度角度环向压力子午向压力KB75.170.327565.3416-133693-14051215.48778.150.321765.3289-128116-13708285.427581.130.317165.3168-1228

7、46-13358345.415584.110.313565.3055-117745-13000305.444987.090.3107-65.2948-112721-12632735.511590.070.3084-65.285-107657-12256235.61332.4整体稳定性分析考虑空冷塔的整体稳定性，应用自熏载荷、风载荷和内吸力载荷，并在保持自秉载荷不变的情况K增人风载份和内吸力载份的倍数，得到临界