天然气净化厂尾气焚烧炉有限元分析

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1、天然气净化厂尾气焚烧炉有限元分析撰文/西安长庆科技工程有限责任公司杨建东董艳国摘要：运用通用有限元软件ANSYS，对高120m的塔架式钢烟囱结构进行了横载、活载和风载荷分析，然后根据规范要求对各工况荷载作用下Vonmises应力组合，得出关键部位最大应力和最大变形，验算塔架式烟囱强度和刚度。其验算结果均满足现行规范要求，也为同类结构的研究提供参考。.jyqk，钢架113m，分为13层，共设有7个平台。立柱、腹杆及水平支撑为圆形钢管，平台框架为槽钢。基于计算精度、计算时间和经济性方面的综合要求，在不影响计算精度的前提下，需要对模型进行适当的简化和修改，避免在网格划分时由于不必要的小特

2、征而产生大量单元，简化之后的结构就是我们在分析中所要用到的理想化的计算模型。该计算模型与实际结构存在着一定的差异，但仍然保持了原结构的主要力学特征，这样就使得计算所得的结果与实际情况并不会存在过大差异。为了便于建模以及划分有限元网格，在建模之前对原始模型进行了合理的简化。（1）塔架各杆的交汇点，均为理想的铰接点。（2）平台只保留框架部分，平台面部分忽略。（3）烟囱裙座简化成固定支撑，同样塔架支座也当做固定端。（4）平台和烟囱接触部分绑定。本项目中，烟囱为薄壁结构，采用壳单元；塔架为空间桁架结构，采用梁单元。设置单元属性时，需要各部分的截面和材料，如表1所示。建立的有限元网格模型如图

3、2所示，该模型共有节点143万，单元92万。三、塔架式烟囱的有限元分析1.塔架式烟囱的静力分析各载荷介绍塔架式烟囱所承受的载荷包括：部件的重量、平台载荷、风载和温度载荷等。各类载荷的具体描述如下。（1）平台载荷：恒载、活载。平台载荷主要包括恒载和活载，恒载为平台自重，可根据实际模型计算出来；活载为人员检修操作带来的载荷，本项目中活载为恒载的二倍，计算出的载荷如表2所示。（2）风载。风荷载是各种工程结构的重要设计荷载,对高耸结构常起控制作用，因此风荷载的计算非常关键。本工程结构计算时考虑45°方向的风荷载,风荷载按节点从属面积简化为集中力施加在节点上。因风荷载标准值的计算与结构构件尺

4、寸及结构自振周期有关，根据高耸结构设计规范施加在结构单位面积上的风荷载标准值按以下公式计算式：式中，βz为风振系数；ξ为脉动增大系数；v为脉动影响系数；φz为Z高度处的振型系数；μz为高度系数。风荷Pa，出现在烟囱背风面。②在Z风载作用时，最大变形同样出现在烟囱顶部，最大变形为905mm；最大应力不超过167MPa，同样出现在烟囱背风面。③在-Z风载作用时，最大变形出现在烟囱顶部，最大变形为696mm；最大应力不超过57MPa，出现在烟囱背风面。从3种工况结果可知，最大变形为905mm，变形小于规范要求的变形量1,200mm（高度的1%）；应力最大为167MPa，小于其许用应力要求

5、。三、结语通过运用ANSYS软件对塔架式烟囱进行分析，将组合载荷加载在整个塔架式烟囱上进行静力分析，可以验证设计的正确性，具有实际意义，经仿真得到的结果为结构合理性验证提供了有力条件，同时为塔架式烟囱的优化做了一定的基础。..