特大型排烟冷却塔双烟道孔洞影响计算分析

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1、特大型排烟冷却塔双烟道孔洞影响计算分析彭德刚西南电力设计院摘要：本文采用宁海二期13000m2冷却塔的设计资料，进行排烟冷却塔在自重及风荷载作用下的应力分析、整体稳定性及孔洞周边的局部屈曲稳定分析，并进行开洞前后的对比分析。关键词：排烟冷却塔应力分析整体稳定性局部屈曲稳定性1引言随着国家环保要求越来越高，排烟冷却塔在国内得到发展，如高碑店及三合电厂分别采用了3000m2的、4500m2的排烟冷却塔，在国外已建成20座以上采用烟塔合一技术的排烟冷却塔，最大单塔淋水面积已达13788m2，塔高200m，并已

2、应用到百万等级的火力发电厂中。本文采用宁海二期13000m2冷却塔的设计资料，进行排烟冷却塔在自重及风荷载作用下的应力分析、整体稳定性及孔洞周边的局部屈曲稳定分析，并进行开洞前后的对比分析。2冷却塔计算使用条件及结构主要数据离地10m高，100年一遇10min平均最大风速33.0m/s。30年一遇最低气温-8.0℃。参照宁海电厂二期工程2x1000MW机组13000m2双曲线自然通风冷却塔，其主要数据如下：淋水面积：13000m2冷却塔高度：177.20m出口内半径:39.660m进风口高度：12.00

3、0m进风口内半径:66.681m喉部高度：141.146m喉部内半径:38.981m环基底标高：-4.500m环基中心线半径:72.493m环基宽度：7.500m环基厚度:2.500m人字支柱：48对人字柱：D1300圆形断面壳体最大厚度：1.400m最小厚度:0.280m壳体顶部厚度：0.400m模板：1300mm壳体内表面积：50004m2壳体外表面积:50361m2鉴于一般烟道直径小于10m，故孔洞直径按10m考虑，两孔洞中心的平面距离为18m，孔洞中心标高25m。3.有限元建模本计算采用ANSY

4、S程序计算，分别计算开孔洞前后两个模型，未开孔洞模型沿高度方向按模板尺寸结合孔洞布置，分为130份，环向分为288份，每跨下环梁在每根人字柱与塔筒交点上设节点，在两根人字柱短跨跨中设一个结点，长跨跨中设三个节点，共37152个壳单元，壳单元采用SHELL181。人字柱采用BEAM188梁单元，每根人字柱划分为6个梁单元，共576个6个梁单元.。环基采用BEAM44梁单元，共384个。开洞后的模型，塔筒采用SHELL181壳单元，共37200个壳单元，人字柱及环基单元同未开洞前，其单元划分见下图图1排烟冷

5、却塔单元划分图边界条件，由于该分析重在研究孔洞的影响，故仅在180o环基上约束X、Y及Z方向的位移。4.设计风荷载冷却塔的设计风压采用宁海二期工程研究成果：为结构重要性系数，取1.0；为塔群影响系数，取1.226；为风振系数，取1.7；为冷却塔平均风压分布函数，见《工业循环水冷却设计规范》。=1.379x(Z/10)0.24风荷载模型如下图所示：图2排烟冷却塔风荷载分布图5.位移及应力计算结果分析5.1位移对比分析位移计算结果见图3、图4，位移计算结果基本一致。图3未开孔洞前冷却塔位移图图4开孔洞后冷却

6、塔位移图5.2应力对比分析排烟冷却塔由于孔洞后，不再满足常规冷却塔旋转壳体对称条件，风荷载的作用的位置直接影响其计算结果，对于配筋及裂缝开展宽度计算，控制内力为偏拉工况，故选取两孔洞的中面为0度（风荷载作用方向），对余风荷作用为72度等时，对余0度位置不为控制配筋内力，故在此不加以详细的分析。G1、W1分别为未开洞的常规塔自重及风荷作用，G1+W1为常规塔自重及风荷标准组合；G、W分别为开洞的排烟冷却塔自重及风荷作用，G+W为排烟冷却塔自重及风荷标准组合。孔洞的中心标高为25m，孔洞底标高为20m，孔洞

7、顶标高为30m（均以地面标高为±0.00m）。轴力拉为正，弯矩外侧受拉为正。5.2.10度位置沿塔高内力分析图50度子午向轴力比较图由图5可知：在自重作用下，0度位置受开孔的影响，自重作用下，洞顶标高处的子午向压力由910.21kN/m减小至330.31kN/m，洞中心标高处子午向压力由938.66kN/m增加至1724.70kN/m，洞底标高处子午向压力由965.54kN/m增加至1657.10kN/m；风荷载作用下，洞顶标高处的子午向拉力由1692.30kN/m减小至373.72kN/m，洞中心标高

8、处子午向拉力由1708.70kN/m增加至3032.20kN/m，洞底标高处子午向拉力由1732.5kN/m增加至3101kN/m；自重及风荷标准组合时，洞顶标高处子午向拉力由782.09kN/m减小至43.41kN/m，洞中心标高处拉力由770.04kN/m增加至1370.5kN/m，洞底标高处拉力由770.04kN/m增加至1307.50kN/m；标高超过48m后，孔洞影响消除，孔洞的直径为10m，洞顶标高为30m，则洞顶以上18m就无