专利名称：密柱型空冷设备支架的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种空冷设备支架，尤其涉及一种用于大型火力发电厂的空冷设备机组的支架结构。
背景技术：
火力发电是我国目前以及今后一定时期内的主要发电形式，其中，电厂的结构设施是重要的生命线工程组成部分。在过去，传统的火力发电厂一般采用冷却塔湿冷工艺来冷却来自汽轮发电机的乏气，但是由于湿式冷却塔循环水以“淋雨”方式与乏气进行热交换，在冷却过程中，一部分水蒸发到空气中，另一部分水被损耗，造成了水资源的大量浪费。而我国火力发电厂大部分集中在北方富煤缺水地区，每年都要消耗大量的水资源，因此，现有大型火力发电厂普遍采用一种新型的冷却水工艺——空冷凝汽器冷却水工艺，其是将汽轮机的乏气直接用空气冷却，整个冷却过程在封闭系统内进行，比传统的冷却塔湿冷工艺节约水资源70～80％。
作为空冷凝汽器等空冷设备主要支撑的支架，其上部支撑着近万吨的设备荷重，承受着各种复杂的动力荷载，平台的安全性直接关系到发、供电整个系统的安全运行。目前，我国火力发电厂空冷机组的研究和应用尚处于初步阶段，没有国家和行业设计规程、规范，在空冷技术各方面总体上沿用了国外传统的形式，传统的空冷设备支架的主要特点如下(1)大跨度、长悬臂、重荷载；(2)质量和刚度分布极不均匀，是下柔上刚的高脚鸡腿式结构；(3)结构连接复杂，下部为小壁径比大尺寸的钢筋混凝土管柱，上部为大跨、长悬臂的交叉钢桁架，连接复杂，属于钢--混凝土混合结构；(4)动力设备风机长期低频运转，容易和结构产生共振；(5)结构施工难度很大，主要表现在钢筋混凝土管柱的施工和空间钢桁架节点的施工上。
一直以来，空冷电厂的设计市场由国外的GEA公司、SPX公司占据，过去国内建设单位为了节约初投资，通常采用外国公司少供货、多设计的方式进行采购，而国外公司只负责设计而不供货，这使得他们的设计多偏于安全考虑，造成了巨大的浪费。为此，有必要提出一种新型的空冷凝汽器支架结构优化体系，使其更符合我国的国情，并彻底摆脱对外方的技术依赖，实现空冷凝汽器支架结构全面国产化设计。
发明内容
本发明的目的是提供一种密柱型空冷设备支架，其主要用于支撑大型火力发电厂的空冷设备。
为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案 密柱型空冷设备支架，包括型钢支柱、设于型钢支柱上的钢桁架、设于钢桁架上的A型架以及设于钢桁架四周的挡风墙；还包括钢支撑件以及水平连接件；该钢支撑件为∧形，钢支撑件在纵向上等间距设置且沿铅垂方向均匀设于纵向相邻的型钢支柱间；钢支撑件在横向上居中设置且沿铅垂方向均匀设于横向相邻的型钢支柱间；该水平连接件沿铅垂方向均匀布置于每相邻的两根型钢支柱之间。
进一步的，钢支撑件两端与型钢支柱之间的连接为铰接连接。
进一步的，钢支撑件的长细比≤180。
由以上可见，将传统空冷设备支架结构布置改为小柱距的型钢支柱，在不影响工艺的情况下布置一定数量的柱间支撑以形成密集的支撑，该密柱型空冷设备支架形成的小柱距型钢支柱+钢桁架+钢支撑件的支架结构优化体系，减小竖向设备荷重荷载作用下钢桁架平台端部挠度、降低钢桁架平台高度，提高了结构的抗震性能，符合我国的国情，符合国家节约资源，可持续发展的战略。
图1是本发明的纵向视图； 图2是本发明的横向视图； 图3是本发明在恒载作用下结构的变形示意图； 图4是本发明在X向风荷载作用下结构的变形示意图； 图5是本发明在Y向风荷载作用下结构的变形示意图； 图6是本发明一阶振型示意图； 图7是本发明二阶振型示意图； 图8是本发明三阶振型示意图； 图9是本发明在X向地震作用下结构的变形示意图； 图10是本发明在Y向地震作用下结构的变形示意图； 图11是AA轴线部分节点位置对照图； 图12是AA轴线上弦节点UX曲线图(mm)； 图13是AA轴线上弦节点UY曲线图(mm)； 图14是AA轴线上弦节点UZ曲线图(mm)； 图15是AA轴线下弦节点UX曲线图(mm)； 图16是AA轴线下弦节点UY曲线图(mm)； 图17是AA轴线下弦节点UZ曲线图(mm)； 图18是A1轴线部分节点位置对照图； 图19是A1轴线上弦节点UX曲线图(mm)； 图20是A1轴线上弦节点UY曲线图(mm)； 图21是A1轴线上弦节点UZ曲线图(mm)； 图22是A1轴线下弦节点UX曲线图(mm)； 图23是A1轴线下弦节点UY曲线图(mm)； 图24是A1轴线下弦节点UZ曲线图(mm)。
以下结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细地说明。
具体实施例方式 如图1及图2所示，本发明的密柱型空冷设备支架包括型钢支柱1、钢桁架2、A型架3、挡风墙(未图示)、钢支撑件4以及连接件5。钢支撑件4为∧形，每相邻的两根型钢支柱1之间均设有沿铅垂方向均匀布置的水平连接件5。放置空冷设备的钢桁架2设于型钢支柱1的上方，挡风墙(未图示)设于钢桁架2的四周。为了便于描述，以下将支架的长度方向定义为纵向，支架的宽度方向定义为横向。
型钢支柱1在加工厂加工制作，通过锚栓与基础连接。本实施例由11×9根型钢支柱1组成用于支撑钢桁架2的支撑结构。水平连接件5的两端分别连接在相邻的型钢支柱1上。在支架的纵向上，等间距设有沿铅垂方向均匀设于纵向相邻的型钢支柱1间的钢支撑件4；在支架的横向上，居中设有沿铅垂方向均匀设于横向相邻的型钢支柱1间的钢支撑件4。本实施例中，纵向上每间隔三列型钢支柱1设置两列钢支撑件4；横向上居中设置四排钢支撑件4，两侧的型钢支柱1间不设置钢支撑件4。钢桁架2平台现场拼装和安装，结构中所有的节点均由专业加工厂制作完成。钢桁架2中的下弦H型钢通过连接板和型钢支柱1以及钢支撑件4间采用螺栓连接，A型架3与钢桁架2也通过螺栓连接。
本发明的有益效果是，设置柱间支撑后，空冷设备支架结构刚度有明显增大，柱子线刚度提高。钢桁架平台高度降低，竖向荷载作用下，钢桁架平台的挠度减小。结构在风荷载及地震作用下的位移要比同管径钢筋混凝土管柱-钢桁架空冷设备支架结构的位移响应要小，结构整体扭转问题也得到一定程度的缓解。本发明通过在钢平台为空间桁架结构，为使A型架的荷载作用在桁架节点上，并保持腹杆有适宜的角度和便于节点构造处理，顺A型架方向的桁架采用再分式腹杆。
以下通过试验及计算进一步说明本发明 本实施例的空冷设备平台由两台机组对称布置组成，每台机组风机数量为80台，平台柱的数量为99个，为9×11结构，平台四边悬挑。本发明的密柱型空冷设备支架为空间桁架结构。平台四周悬挑1.5m宽的走道，走道四周为挡风墙。在空冷平台和汽机房间设桁架支承排气管的重量。地震作用下，结构的顶点位移可控制为结构高度的1/800。抗震设计时，型钢支柱承担的基震剪力不应小于总剪力的1/25。型钢支柱间的钢支撑件按受压构件进行设计，计算长度取支撑的几何长度，容许长细比可取180。支撑按铰接计算，中间无支撑点的杆件在其支撑平面内和支撑平面外取节点的中心距离，计算长度取几何长度的1.0倍，当作斜平面计算时的0.9倍。
钢平台为空间桁架结构。桁架设计时，为使A型架的荷载作用在桁架节点上，并保持腹杆有适宜的角度和便于节点构造处理，顺A型架方向的桁架采用再分式腹杆。考虑桁架受力及节点构造的合理性，顺A型架方向的桁架，柱支座处腹杆采用拉杆，而另一方向的桁架，在柱支座处腹杆采用压杆。
(1)柱子截面尺寸柱子为方钢管管柱，总高度为50.5m，截面尺寸为方钢管500mm×16mm。
(2)空间钢桁架平台空间钢桁架中的构件尺寸参考600MW陕西国华锦界空冷凝汽器平台中的构件尺寸。X向轴间距11.31m，Y向轴间距11.6m，Z向上下平台间距4.5m。
(3)材料属性钢材采用线弹性模型，弹性模量E＝2.00×105N/mm2，泊松比v＝0.30，材料密度ρ＝7849kg/m3。
(4)钢支撑截面尺寸的确定 设置钢支撑件的目的是为了减小压杆的计算长度，为了达到这一目的，钢支撑件应有足够的强度及刚度。我国《钢结构设计规范》(GB50017-2003)规定，为了减小压杆的计算长度，支撑应能承受压杆内力的1/60，这里取2.5％压杆内力。考虑到钢支撑件要对不止一根杆件起作用，参考多柱体系撑杆内力系数，取为放大系数为2.618。
估计每根支柱的的轴压比控制为0.4，N＝2450kN。经计算钢支撑件至少应承受160.4kN的力。钢支撑件撑杆的长细比取为120，则受压稳定系数为0.494，A＝N/(0.494×20.5)＝16cm2。钢支撑件可优选为TUBE325×7，面积为69.9cm2，长细比为103。
(5)构件截面参数如表1。
表1构件截面特性表 以下对本发明的密柱型空冷设备支架计算分析作说明 ①、恒载作用下密柱型空冷设备支架计算分析 全部支架构件自重由程序按杆件截面面积和长度自行计算，考虑到施工细节将钢材密度乘以1.05的系数。支架上部恒载主要包括挡风墙自重、走道板自重、隔墙自重、风扇及防护网自重、风机桥架自重、主输送管自重、A型架荷载等。根据实际工程要求，集中荷载施加于模型空间桁架的节点上，均布荷载作用于构件上。计算表明，支架的最大竖向变形值为16.14mm(走道外边缘)，为跨度的1/700。
基底的反力主要为竖向(Z向)的反力，X向和Y向的反力较小。经计算，在恒载作用下，55.0米高平台风机单元交点处竖向位移UZ最大变形值为11.15mm。
②、活荷载作用下密柱型空冷设备支架计算分析 全部支架构件所受的活荷载主要为检修荷载，包括常规维护及走道板、散热器、风机维护等。根据实际工程要求，集中荷载施加于模型空间桁架的节点上，均布荷载作用于构件上；另有部分荷载作用于型钢支柱上。
计算表明，支架的最大竖向变形发生在悬臂边缘处，最大变形值为5.6mm，为构件跨度的1/2019。在活载作用下，55.0米高平台风机单元交点处竖向位移UZ最大竖向变形发生平台的四个角部，最大变形值为3.743mm。
③、雪荷载作用下密柱型空冷设备支架计算分析 雪荷载包括走道板雪荷载及A型架部分雪荷载。计算表明，最大变形值为0.65mm。在雪荷载作用下，55.0米高平台风机单元交点处竖向最大变形值为0.42mm。
④、风荷载作用下密柱型空冷设备支架计算分析 1、X向风荷载作用 风荷载包括挡风板，钢桁架平台及型钢支柱柱间风荷载。计算表明，最大形值为24.05mm。结构变形如图4所示。
密柱型空冷设备支架中空间钢桁架的刚度较大，支架在X向风荷载作用下，其水平位移主要由两部分组成钢管柱、A型架部分。
2、Y向风荷载作用 风荷载包括挡风板，钢桁架平台及柱间风荷载。计算表明，最大变形值为16.51mm。结构变形如图5所示。
密柱型空冷设备支架中空间钢桁架的刚度较大，结构在Y向风荷载作用下，其水平位移主要由两部分组成钢管柱、A型架部分。
⑤模态分析 本次计算模型采用柱脚刚接的情况，模型计算提取了12阶模态，参数如表2。
表2各阶模态参数(柱脚刚接) 一阶振型为X向的平动、第二阶为Y向的平动，三阶振型为扭转，如图6-图8所示。
表3各阶模态参数(柱脚铰接) 模态计算结果 1、型钢支柱--钢桁架--钢支撑密柱型空冷设备支架的基本周期在1.3s左右，扭转效应明显，支架的前几阶振型耦合作用明显； 2、一、二阶振型分别是两个主轴方向的振动，三阶振型为扭转。从四阶振型开始，频率、周期发生突变，说明两个主轴方向的振动为其主要的振动形式； 3、密柱型空冷设备支架的结构刚度和质量沿竖向分布严重不均匀，结构前几阶振型频率接近，因此底部剪力法不适用于该类结构的地震作用计算。地震作用计算时采用振型分解反应谱法； 4、柱间支撑刚度大，密柱型空冷设备支架的柱脚的连接形式对结构振型的影响不明显； 5、结构振动模态较复杂，应注意避免让其与风机等动力设备发生共振。
⑥、密柱型空冷设备支架反应谱分析(Response Spectrum Analysis) 主要参数 地震分组设计地震第一组 地震烈度八度(0.20g) 场地类型III类，Tg＝0.45s 阻尼系数0.02 多遇地震αmax＝0.16 1.单向地震作用 (1)X向地震作用 将地震地面加速度作用在X向，振型组合采用CQC法。分析结果是最大变形值为35.71mm，参照图9。
表3X向地震作用下基底反力表 表4X向地震作用下柱间支撑承担的基底反力表(底层支撑) 表5X向地震作用下顶层层间剪力表 表6X向地震作用下顶层柱间支撑承担的剪力表(顶层支撑) 密柱型空冷设备支架的柱间支撑刚度较大，支架在X向地震作用下，柱间支撑所承担的地震力为总基底反力的95％以上。地震作用下钢桁架平台及上部荷载产生的地震力为总基底反力的93％左右。密柱型空冷设备支架的空间钢桁架的刚度较大，支架在X向地震作用下，其水平位移主要由钢管柱的弯曲变形组成，空间钢桁架平台近似平动。
(2)Y向地震作用 将地震地面加速度作用在Y向，振型组合采用CQC法。分析结果是最大变形值为24.41mm，参照图10。
表7Y向地震作用下基底反力表 表8Y向地震作用下柱间支撑承担的基底反力表 表9Y向地震作用下顶层层间剪力表 表10Y向地震作用下顶层柱间支撑承担的剪力表(顶层支撑) 密柱型空冷设备支架的柱间支撑刚度较大，支架在Y向地震作用下，柱间支撑所承担的地震力为总基底反力的95％以上。地震作用下钢桁架平台及上部荷载产生的地震力为总基底反力的93％左右。同x向地震作用相似，密柱型空冷设备支架在Y向地震作用下水平位移主要由钢管柱的弯曲变形组成，这是由于空间钢桁架的刚度较大造成的。
(3)单向地震振型组合方法 《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001)对刚度和质量分布不均的结构及扭转效应明显，各阶振型耦合作用明显的结构，采用振型分解反应谱理论。
表11按CQC法与SRSS法地震作用下基底反力表 2.双向地震作用 密柱型空冷设备支架前几阶振型频率接近，扭转作用明显。应考虑双向水平地震作用下的地震效应组合。根据强震观测记录的统计分析，两个方向地震加速度的最大值不相等，二者之比约为1∶0.85；而且两个方向的最大值不一定同时发生。为此将地震地面加速度作用在X、Y向，振型组合采用CQC法，方向组合采用修正的SRSS法。Ux向最大变形值为35.84mm、Uy向最大变形值为24.45mm。
表12地震作用下基底反力比较表 ⑦、反应谱分析计算结果 1、密柱型空冷设备支架的扭转效应明显，支架的前几阶振型的耦合作用明显。X向地震作用按CQC法与SRSS法计算的基底反力差别很小(0.25％左右)，Y向地震作用按CQC法与SRSS法计算的基底反力差别较大(26％左右)，说明Y向振型的耦合作用很明显； 2、双向水平地震作用的扭转小应按下列公式中的较大值确定 经过对比分析可见X向地震作用下与双向地震作用时，密柱型空冷设备支架各柱底剪力最大相差1.3％，Y向地震作用下与双向地震作用时密柱型空冷设备支架各柱底剪力最大相差2.0％； 3、密柱型空冷设备支架地震作用时，按单向和双向地震作用水平地震作用扭转效应时，各柱的基底剪力差别不大。(这主要是由于密柱型空冷设备支架的质量中心与刚度中心在平面上的偏心矩ex、ey较小，同时与地震作用的方向组合采用计算有关。)该密柱型空冷设备支架地震作用时可采用单向水平地震作用扭转效应分析； 4、地震作用下钢桁架平台及上部荷载产生的地震力为总基底反力的93％左右； 5、密柱型空冷设备支架在地震作用下钢支撑所承担的基底剪力占基底总剪力95％以上，为此地震作用下钢支撑成为第一道抗震设防线。
⑧、风机扰力引起的结构反应分析 1.风机挠力的确定 由于轮毂及叶片的制造不可能完全平衡，总有一定的偏心存在，因此根据叶轮的平衡品质等级(G6.3)，可以计算出叶轮允许的最大偏心矩e。
偏心矩 所以，额定转速下的风机径向不平衡挠力幅值P为 实际风机扰力是一个简谐力，计算时将其简化为静力，即将扰力加在钢桁架到顶面。
2.风机开始运转到额定转速下稳态分析 本工况模拟风机全开正常运行情况下的最不利情形，各方向扰力均相同达到最大值。节点在各个方向上的位移响应均达到最大值.本次就以平台上A1、A6、AA、AE轴线上钢桁架的上下弦点为分析对象。
稳态计算结果 综合以上分析的结果可知当激振力沿X、Y和Z向共同作用时，在各个方向节点均发生共振，主要结论如下 1、当风机扰力沿某一方向作用时，在该方向激振频率接近结构自振频率时，结构位移反应显著增大，产生共振现象，各轴上下弦各节点同一方向响应一致； 2、空气冷凝器支架上的风机在变频振动(0～5.0Hz)时有可能和结构产生共振，结构设计时应予以考虑。共振时位移幅值不超过0.18mm，应该注意构件的疲劳破坏。钢桁架连接应尽量采用高强螺栓连接； 3、在各种工况下，各节点在X向响应图形一致，上下弦反应也相同；反应峰值在低阶(0.7Hz)有较大响应。X向最大响应幅值为0.16mm； 4、在各种工况下，各节点在Y向响应图形一致，上下弦反应也相同；反应峰值在低阶(0.8Hz)有较大响应。Y向最大响应幅值为0.17mm； 5、在平面内，上下弦节点各个方向的位移反应均相同，说明结构整体刚度合理； 6、各轴节点Z向反应峰值由于竖向约束的不同，各节点反应有较大差别，而且发生共振的频率段较宽。
由以上计算分析过程中，由于本发明密柱型空冷设备支架结构中空间钢桁架的刚度大，在水平作用下，结构主要由柱的变形组成，空间钢桁架平台近似整体平动。普通的钢筋混凝土管柱--钢桁架空冷设备支架结构体系中由于混凝土管柱高度高、质量大，X向地震作用下地震作用下由混凝土管柱所承担的地震力为总地震力的20％左右；在小跨度型钢支柱+钢桁架+钢支撑件的密柱型空冷设备支架结构中柱间支撑刚度较大，结构在地震作用下，柱间支撑所承担的地震力为总基底反力的95％以上。
密柱型空冷设备支架结构在风机全部开启时位移最大，但最大位移小于0.20mm。该位移值作为动力位移不容忽视。这在结构的弹性范围内，从受力角度来讲对结构影响不大。但该动力位移在结构正常工作时频繁出现，结构内力的变化也是频繁出现的。
从风机正常运转下结构的稳态分析可知当扰力荷载沿某一方向作用时，在该方向激振频率接近结构自振频率时，密柱型空冷设备支架结构位移反应显著增大，产生共振现象。风机低频运转对结构的影响要大于高频运转对结构的影响。实际工程中，风机运转时在结构前三阶频率处应尽快避开；为避免结构疲劳破坏，结构用钢材不得选用沸腾钢，钢材应具有常温冲击韧性和冷弯试验等合格保证，尽量采用摩擦型高强螺栓连接。
进行结构计算时，建模时应考虑A型架及其上部荷重，原因在于结构的刚度及质量的分布直接影响结构的动力特性。同时也有研究表明在地震作用下结构上部A型架部分的整体弯矩不容忽视。
抗震规范规定对于大跨度、长悬挑结构应进行竖向地震作用的验算。本试验模态分析表明振动中可见钢桁架自身平面外振动。在设计中，宜考虑竖向地震的影响，竖向地震的影响按抗震规范有关规定执行。
现有柱顶连接节点形式常用的连接形式有不可动连接和可动连接两种，在抗震设防区采用不可动连接，在结构分析设计时考虑到钢桁架平台与钢筋混凝土管柱连接节点的接触面小，无法达到刚接时的传力效果，支撑件的连接可采用铰接连接； 在密柱型空冷设备支架结构设计中应严格控制支撑构件的长细比和构件截面应力； 小柱距型钢支柱+钢桁架+钢支撑件的密柱型空冷设备支架结构设计中，由于刚架的组成及荷载条件相同时，有侧移刚架的屈曲荷载远小于无侧移刚架，将其设计为无侧移结构体系。有支撑的密柱型空冷设备支架结构为无侧移结构应满足一定的刚度要求； Sb≥3(1.2∑Nbi-∑Noi) 式中∑Nbi、∑Noi-第i层所有框架柱用无侧移和有侧移框架柱计算长度系数计算的轴压杆稳定承载力之和； 小柱距型钢支柱+钢桁架+钢支撑件的密柱型空冷设备支架结构中绝大部分的水平力由钢支撑件承担，钢柱仅起支撑上部竖向荷载的作用。为了满足多道抗震设防的要求钢柱的抗侧移刚度不宜太小。在密柱型空冷设备支架结构设计中应严格控制柱间支撑构件的长细比和构件截面应力。
权利要求
1、一种密柱型空冷设备支架，包括型钢支柱(1)、设于所述型钢支柱(1)上的钢桁架(2)、设于所述钢桁架(2)上的A型架(3)以及设于所述钢桁架(2)四周的挡风墙；
其特征在于还包括钢支撑件(4)以及水平连接件(5)；
所述钢支撑件(4)为∧形，所述钢支撑件(4)在纵向上等间距设置且沿铅垂方向均匀设于纵向相邻的型钢支柱(1)间；所述钢支撑件(4)在横向上居中设置且沿铅垂方向均匀设于横向相邻的型钢支柱(1)间；
所述水平连接件(5)沿铅垂方向均匀布置于每相邻的两根型钢支柱(1)之间。
2、根据权利要求1所述的密柱型空冷设备支架，其特征在于所述钢支撑件(4)两端与所述型钢支柱(1)之间的连接为铰接连接。
3、根据权利要求1所述的密柱型空冷设备支架，其特征在于所述钢支撑件(4)的长细比≤180。
全文摘要
一种密柱型空冷设备支架，包括型钢支柱、设于型钢支柱上的钢桁架、设于钢桁架上的A型架以及设于钢桁架四周的挡风墙；还包括钢支撑件以及水平连接件；该钢支撑件为∧形，钢支撑件在纵向上等间距设置且沿铅垂方向均匀设于纵向相邻的型钢支柱间；钢支撑件在横向上居中设置且沿铅垂方向均匀设于横向相邻的型钢支柱间；该水平连接件沿铅垂方向均匀布置于每相邻的两根型钢支柱之间。将传统空冷设备支架结构布置改为小柱距的型钢柱，在不影响工艺的情况下布置一定数量的柱间支撑，减小竖向设备荷重荷载作用下钢桁架平台端部挠度、降低钢桁架平台高度，提高了结构的抗震性能。
文档编号F28B9/00GK101571358SQ200910022800
公开日2009年11月4日 申请日期2009年6月3日 优先权日2009年6月3日
发明者白国良, 李晓文, 林 刘, 朱丽华, 朱佳宁, 徐亚洲 申请人:西安建筑科技大学