CN106869573B - 排烟筒支承装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种排烟筒支承装置，其特征在于，按受力性质划分为以受压为主支承装置和以受拉为主支承装置，以受压为主支承装置包括正截锥壳、下环板和上环板，正截锥壳的两端分别与下环板和上环板连接；以受拉为主支承装置包括倒截锥壳和下部环形角钢牛腿，下部环形角钢牛腿设于倒截锥壳的下部，正截锥壳或倒截锥壳的小口径端与排烟内筒连接，正截锥壳或倒截锥壳的大口径端与支承平台连接。与传统支承装置相比，本发明在提高排烟筒的安全性、可靠性、耐久性与经济性等方面，具有绝对优势。
Description
技术领域
本发明涉及一种排烟筒支承装置，属于烟囱技术领域。
背景技术
为了提高设计水准，实现直接承受风等外部荷载与直接承受烟气作用的这两种不同性质的荷载或作用分别由不同结构来承担，并满足不同使用期限的检修与维护要求，国内外通常采用钢筋混凝土外筒承受风荷载、地震以及内筒自重与水平位移等作用，并采用一个或多个内筒专门用于排放具有高温与腐蚀作用的烟气，实现了内、外筒的功能分离，从而产生了套筒式或多管式排烟排烟筒(当排烟内筒为1个时，称为“套筒烟囱”；当排烟内筒为2个或以上时，称为“多管烟囱”)。
排烟内筒属于筒壳结构，其特点是主要承受各种作用产生的中面内力，或者说沿“壳体薄膜”方向均匀受压或受拉时，才能够充分发挥材料的力学性能。在自重作用下，只有内筒水平截面与基础表面或支承平台表面直接垂直接触时，内筒水平截面内的竖向应力才能达到“均匀”、中面受力，才能最大限度发挥“薄壳结构”的沿薄膜方向受力特点，从而实现大幅度节约内筒材料用量。
排烟内筒通常采用自立式、悬挂式或下部自立与上部悬挂相组合等方式。自立式排烟筒是排烟筒较为常见的一种结构形式，即内筒直接安装在烟囱基础或某一底部平台上，承受自身的重量，内筒在自重作用下处于受压状态，因此，在外力和自重作用下，自立式内筒处于弯压状态，其结构壁厚往往是稳定控制。悬挂式内筒则将内筒支承在烟囱上部平台，内筒在自重作用下处于受拉状态，其结构壁厚在不考虑烟气负压的情况下是由材料的受拉强度控制的，因此，自立式内筒的筒壁厚度要大于悬挂式内筒的筒壁厚度。
由于排烟筒的工作特点，只有排烟筒的竖向支承平台标高低于烟道入口底标高时，内筒水平截面才能够均匀的作用在用于支承内筒的基础或平台之上，从而达到在自重作用下“中面受力”，这就是通常的自立式排烟筒。按照目前国内外内筒支承的做法，除了通常自立式排烟筒外，其余竖向支承平台标高高于烟道入口顶标高的内筒均不能在自重作用下“中面受力”，都要不同程度地承担不均匀的局部弯矩作用，造成内筒局部范围厚度增加较多，且需采取附加加强措施。
除了通常的自立式排烟筒外，目前国内外排烟筒均采用多支点悬挑方案，即在支承平台上设置4～8个悬挑短梁来承担整个排烟筒重量(如图1所示)，这种支承方式会使得排烟筒产生较大的局部弯矩，造成内筒支承标高上下一定高度范围的内筒水平截面形状由圆形变为非圆形截面(如图5所示)，内筒筒壁产生较大内应力，需要对支承区域的排烟筒进行大规模加固(如图2所示)。理论上，这种方案的要求是排烟筒有极大的环向刚度，以便抵抗排烟筒局部变形，而排烟筒是一个薄壁壳体，特别是做成整体悬挂式排烟筒时，其出发点就是进一步降低排烟筒壁厚，上述方案显然是违背了设计初衷。这种支承技术方案造成内筒设计不经济，更为重要的是排烟筒在其使用寿命内一直处于不合理受力状态，一旦遇到极限设计工况或局部损坏，将导致整个筒体因局部失稳而垮塌。
目前，实际工程中的悬挂钢排烟筒就是通过多道环向加劲钢梁来抵抗因局部弯矩所产生的较大内应力。但对于玻璃钢排烟筒，采用这种加固方法基本上是无法实现的。因为玻璃钢的环向抗弯弹性模量仅为钢材的1/10左右，如果通过局部加厚和设置多道环梁是行不通的。针对这种情况，目前玻璃钢内筒支承做法较上述钢内筒支承方式有了一定改进(如图3所示)，即利用悬挑短梁做支承，设置一个环形内筒支承钢梁(如图3所示)，由环梁实现对玻璃钢内筒的“均匀支承”(如图4所示)。然而，因图4所示环形支承钢梁竖向刚度较小，在内筒作用下，钢梁表面沿圆周方向竖向变形在短梁支承位置与非短梁支承位置是不一致的，环梁在内筒作用下水平表面变形呈“波浪形”，“波浪”的多少及波高大小与支承短梁的数量和内筒自重有关，从而造成被支承内筒产生局部弯矩和较大内的应力，使得内筒水平截面形状由圆形变为非圆形截面(如图5所示)，但相较直接短梁支承内筒做法，这种做法使内筒受力性能有了一定改善，但仍然存在很大缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供了一种节约筒壁材料、提高排烟筒可靠性的排烟筒支承装置，解决了排烟内筒因竖向支承不均匀受力而产生较大内应力和局部失稳的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种排烟筒支承装置，其特征在于，按受力性质划分为以受压为主支承装置和以受拉为主支承装置，以受压为主支承装置包括正截锥壳、下环板和上环板，正截锥壳的两端分别与下环板和上环板连接；以受拉为主支承装置包括倒截锥壳和下部环形角钢牛腿，下部环形角钢牛腿设于倒截锥壳的下部，正截锥壳或倒截锥壳的小口径端与排烟内筒连接，正截锥壳或倒截锥壳的大口径端与支承平台连接。
优选地，所述的正截锥壳或倒截锥壳与排烟内筒、支承平台同心设置。
优选地，所述的支承平台的内半径小于正截锥壳或倒截锥壳的大口径端半径，且大于正截锥壳或倒截锥壳的小口径端半径。
优选地，所述的支承平台为钢平台或钢筋混凝土平台或钢与钢筋混凝土组合平台，也可为钢环梁或钢筋混凝土环梁。
优选地，所述的排烟内筒为钢排烟筒或玻璃钢排烟筒。
优选地，所述的下部环形角钢牛腿上设有水平角钢，水平角钢可与倒锥壳连接，也可不连接。
优选地，所述的以受压为主支承装置通过钢内筒支承环与排烟内筒连接，钢内筒支承环为角钢、槽钢、倒牛腿或环形钢梁；以受拉为主支承装置通过玻璃钢支承牛腿与排烟内筒连接。
本发明利用上、下口径不同的“截锥壳体”，将较小直径的排烟筒的内力均匀地传递给较大直径的支承平台，实现了内力传递的“连续”性，排烟筒与截锥壳支承装置均“中面受力”，是将排烟筒之圆柱壳内力“无缝”转换为截锥壳内力，截锥壳支承装置均匀受压或受拉。其中，当采用正截锥壳支承装置时，截锥壳在自重作用下主要受力特征为受压；当采用倒截锥壳支承装置时，截锥壳在自重作用下主要受力特征为受拉。两种支承方式均充分发挥了“薄壳结构”的沿薄膜方向受力特点，进而最大限度地为排烟筒提供了“中面受力”基础。与传统支承装置相比，本发明在提高排烟筒的安全性、可靠性、耐久性与经济性等方面，具有绝对优势。
附图说明
图1为传统钢内筒支承方式示意图；
图2为图1的A-A剖视图(排烟筒为钢排烟筒)；
图3为传统内筒支承方式的改进形式示意图，与图1相比增加了钢内筒支承环；
图4为图3的B-B剖视图(排烟筒为玻璃钢排烟筒)；
图5为采用传统内筒支承方式或传统内筒支承改进形支承时，圆形排烟内筒水平截面变形示意图；
图6为图5的C-C剖视图，是钢排烟内筒垂直截面变形示意图；
图7为图5的C-C剖视图，是玻璃钢排烟内筒垂直截面变形示意图；
图8为本发明“排烟筒支承装置”示意图(截锥壳为正锥壳)；
图9为本发明“排烟筒支承装置”示意图(截锥壳为倒锥壳)；
图10为图8和图9的D-D剖视图。
图中，1-支承短梁；2-支承钢梁；3-钢筋混凝土外筒；4-钢内筒；5-支承环梁；6-玻璃钢内筒；7-正截锥壳；8-下水平环板；9-上水平环板；10-钢内筒支承环；11-支承平台；12-倒截锥壳；13-下部环形角钢牛腿；14-玻璃钢支承牛腿；r0支承平台内半径；r1-截锥壳的小口径端半径；r2-截锥壳的大口径端半径。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
本发明为一种排烟筒支承装置，如图8-图10所示，该排烟筒支承装置包括两类连接方式：一类为正截锥壳连接方式，一类为倒截锥壳连接方式。当采用正截锥壳连接时(如图8所示)，支承装置包括正截锥壳7、下水平环板8和上水平环板9，正截锥壳7的两端分别连接下水平环板8和上水平环板9，下水平环板8与支承平台11连接，上水平环板9与排烟内筒连接，正截锥壳7内力以受压为主；当采用倒截锥壳连接时(如图9所示)，支承装置包括倒截锥壳12、下部环形角钢牛腿13，倒截锥壳12上部大口径端与支承平台11连接，下部环形角钢牛腿13与排烟内筒连接，倒截锥壳12内力以受拉为主。
正截锥壳连接方式的排烟筒支承装置通过钢内筒支承环10与排烟内筒连接，钢内筒支承环10可以为角钢、槽钢、倒牛腿或环形钢梁等；倒截锥壳连接方式的排烟筒支承装置通过玻璃钢支承牛腿14与排烟内筒连接，玻璃钢支承牛腿14主要以用于玻璃钢内筒6为主。
无论采用正截锥壳7还是倒截锥壳12的支承装置，两种支承装置均是将直径较小的排烟内筒重量“直接且均匀”地传递给直径较大的支承平台11，其中截锥壳的小口径端半径r1、支承平台11内半径r0和截锥壳的大口径端半径r2之间关系为：r1＜r0＜r2。
当采用如图8所示的正截锥壳7的支承装置时，支承装置以受压为主；当采用如图9所示的倒截锥壳12的支承装置时，支承装置以受拉为主。从受力方面讲，倒截锥壳12的支承装置受力性能更优，但从安装、检修方面讲，正截锥壳7的支承装置更方便。
图8和图9的两种支承装置，因截锥壳均匀传力，使得排烟内筒在自重作用下沿周圈均匀受力，克服了传统“多点分布”支承方式的不均匀受力问题，避免了内筒因局部受力较大所产生的局部失稳，改善了内筒受力性能，在内筒支承段基本无需加固的前提下，大幅度地提高了内筒的安全性与可靠性。与传统支承方式相比，传统支承方式下的内筒虽然进行了大量加固，但其安全性与可靠性仍无法与本发明相比。
本发明既适用于一般钢内筒4支承，更适用于玻璃钢内筒6支承。
本发明环形的支承平台11可采用钢筋混凝土平台、钢平台、钢与混凝土组合平台，也可采用钢筋混凝土环梁或钢环梁。
本发明适用于新建烟囱，在既有烟囱改造时更具优势。
本发明既适用于套筒烟囱，也适用于多管烟囱。
以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种排烟筒支承装置，其特征在于，按受力性质划分为以受压为主支承装置和以受拉为主支承装置，以受压为主支承装置包括正截锥壳(7)、下环板(8)和上环板(9)，正截锥壳(7)的两端分别与下环板(8)和上环板(9)连接；以受拉为主支承装置包括倒截锥壳(12)和下部环形角钢牛腿(13)，下部环形角钢牛腿(13)设于倒截锥壳(12)的下部，正截锥壳(7)或倒截锥壳(12)的小口径端与排烟内筒连接，正截锥壳(7)或倒截锥壳(12)的大口径端与支承平台(11)连接；所述的正截锥壳(7)或倒截锥壳(12)与排烟内筒、支承平台(11)同心设置；所述的以受压为主支承装置通过钢内筒支承环(10)与排烟内筒连接；以受拉为主支承装置通过玻璃钢支承牛腿(14)与排烟内筒连接。
2.如权利要求1所述的一种排烟筒支承装置，其特征在于，所述的支承平台(11)的内半径小于正截锥壳(7)或倒截锥壳(12)的大口径端半径，且大于正截锥壳(7)或倒截锥壳(12)的小口径端半径。
3.如权利要求1所述的一种排烟筒支承装置，其特征在于，所述的支承平台(11)为钢平台或钢筋混凝土平台或钢与钢筋混凝土组合平台，也可为钢环梁或钢筋混凝土环梁。
4.如权利要求1所述的一种排烟筒支承装置，其特征在于，所述的排烟内筒为钢排烟筒(4)或玻璃钢排烟筒(6)。
5.如权利要求1所述的一种排烟筒支承装置，其特征在于，所述的下部环形角钢牛腿(13)上设有水平角钢，水平角钢可与倒锥壳(12)连接，也可不连接。
6.如权利要求1所述的一种排烟筒支承装置，其特征在于，所述的钢内筒支承环(10)为角钢、槽钢、倒牛腿或环形钢梁。
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