CN112380697A - 基于火力发电厂烟风道加固肋设计选型计算方法 - Google Patents

基于火力发电厂烟风道加固肋设计选型计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于火力发电厂烟风道加固肋设计选型计算方法，先通过设计温度判定烟风道道体材质，并根据道体材质选择计算出其弹性模量和许用应力，分析道体顶面、底面和侧面的分项载荷，计算组合设计载荷和当量载荷，然后计算出加固肋的最小净间距，通过最小净间距判断选定横向加固肋间距，然后根据选定的横向加固肋间距计算出所需横向加固肋的各参数，并根据参数大小来选择合适的横向加固肋，同时进行内撑杆的选型判断计算，进行纵向加固肋的选型，完成加固肋的设计选型计算。通过本发明的计算可以有效的计算出烟风道横向加固肋的选型参数、纵向加固肋的需求以及内撑杆的数量需求，完成了加固肋的选型计算，提升了加固肋选型的准确性和效率性。

Description

基于火力发电厂烟风道加固肋设计选型计算方法
技术领域
本发明涉及火力发电厂烟风道技术领域，具体涉及一种烟风道加固肋设计选型计算方法。
背景技术
锅炉烟风道是火力发电厂的必要组成部分，现随着国内新建工程装机容量的不断提高，烟风管道的尺寸也相应的增大，因而对道体的可靠性也有较高的要求，为了保证道体的可靠性，常规做法是在道体外侧一周设置加固肋，内部设置內撑杆，以保证道体满足刚度要求、强度要求以及频率要求。目前，在烟风道设计过程中主要依据《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》以及其配套的设计计算方法，其涉及到的计算内容较多，过程较为复杂，为设计工作带来很大的工作量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种火力发电厂烟风道加固肋的选型方法，用以解决在设计工作中对烟风道加固肋型号的计算和判断；本发明根据相关规范规程的要求进行整合，克服选型过程中反复查表、查图等繁琐过程以及存在差错和效率低下的状况。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
包括以下步骤：
S1：根据设计温度选择烟风道道体的材质；
S2：根据所选择的烟风道道体材质，采用内插法计算出道体的弹性模量E和许用应力σ；
S3：分析烟风道道体分项载荷，计算出烟风道道体的组合设计载荷∑q和当量载荷∑qdl；
S4：根据道体设计等级分别计算加固肋中心间距Smax；在计算时分别按强度条件、刚度条件和振动条件进行计算，并取三种计算结果最小者作为加固肋净间距S0；其中，道体设计等级包括常规设计和振动设计，其具体计算公式如下：
A：常规设计
强度条件：
Figure BDA0002776833760000021
刚度条件：
Figure BDA0002776833760000022
振动条件：
Figure BDA0002776833760000023
B：振动设计
强度条件：
Figure BDA0002776833760000024
刚度条件：
Figure BDA0002776833760000025
振动条件：
Figure BDA0002776833760000026
其中，δ为道体面板的厚度；
S5：根据计算选择出来的最小加固肋中心间距S0，判断用户选择的横向加固肋间距S是否合理；若S＜S0，则选择符合要求，若S≥S0，则选择不符合要求，重新进行选择，直至选择符合要求的横向加固肋间距S；
S6：根据选定的横向加固肋间距S，按照道体设计等级对加固肋进行选型计算；计算出横向加固肋的断面系数Z，断面惯性矩I，单位长度理论质量G，并根据计算出的结果来选择所需的横向加固肋型号；其中，进行横向加固肋选型计算时，也分别按照强度条件、刚度条件和振动条件进行计算，并分为铰接和刚接两种情况；其具体计算公式如下：
A：常规设计
强度条件：
Figure BDA0002776833760000031
Figure BDA0002776833760000032
刚度条件：
Figure BDA0002776833760000033
Figure BDA0002776833760000034
振动条件：
Figure BDA0002776833760000035
Figure BDA0002776833760000036
B：振动设计
强度条件：
Figure BDA0002776833760000037
Figure BDA0002776833760000038
刚度条件：
Figure BDA0002776833760000039
Figure BDA00027768337600000310
振动条件：
Figure BDA00027768337600000311
Figure BDA00027768337600000312
式中，Lmax为道体加固肋所在面的跨度，即道体的长度或高度；β为道体邻边加固肋对计算面板加固肋刚度影响系数，β＝(1+α3)/(1+α)，α为道体邻边面板与计算面板的乘积之比，q0为道体内压；
S7：采用折减系数法，选择合适的内撑杆，其具体的计算选择公式如下：
Figure BDA00027768337600000313
式中，σ为烟风道道体的许用应力，[σst]为内撑杆所能承受的实际应力，[σ]为内撑杆的最大许用应力；
Figure BDA0002776833760000041
为折减系数，取决于内撑杆的材料和压杆柔度λ；
其中，压杆柔度：
Figure BDA0002776833760000042
i为惯性半径，I为内撑杆端面惯性矩，A为压杆截面面积，l为内撑杆长度，压杆柔度λ与折减系数
Figure BDA0002776833760000043
对应值可根据两者的对应表进行选择，当压杆柔度λ位于表中数值之间时，采用内插值法计算出折减系数
Figure BDA0002776833760000044
S8：纵向加固肋选型，根据《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》中提供的横向肋不失效最大跨度Ls的数值，和计算出来的横向加固肋实际跨度值L进行对比，若L≤Ls，则不需要设置纵向加固肋，若L≥Ls，则需要纵向加固肋；其具体的计算公式如下：
Figure BDA0002776833760000045
式中：L为横向加固肋实际跨度值，W为道体宽度，n为内撑杆根数。
进一步地，所述步骤S1中，烟风道道体材质选择时，温度不大于200℃时，道体材质为Q235-A.F；设计温度大于200℃小于等于350℃，道体材质为Q235-A/B；设计温度大于350℃小于等于450℃，道体材质为Q345。
进一步地，所述步骤S2中，计算弹性模量E和许用应力σ时，通过材质与温度和许用应力对应表进行选择计算，当对应表中无对应温度时，则采用内插法进行计算。
进一步地，所述步骤S3中，道体分项载荷包括内压q0、自重q1、保温q2、积灰q3、雪载q4和风载q5，同时，在进行计算时，将道体分成顶面、侧面、和底面进行分别计算。
进一步地，所述道体为正压道体或负压道体。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过首先通过设计温度判定烟风道道体材质，并根据道体材质选择计算出其弹性模量和许用应力，并分析道体顶面、底面和侧面的分项载荷，计算组合设计载荷和当量载荷，然后计算出加固肋的最小净间距，并通过最小净间距判断选定加固肋间距，然后根据选定的横向加固肋间距计算出所需横向加固肋的各参数，并根据计算出来的参数大小来选择合适的横向加固肋，同时进行内撑杆的选型判断计算，进行纵向加固肋的选型，完成加固肋的设计选型计算。通过本发明的计算可以有效的计算出烟风道横向加固肋的选型参数、纵向加固肋的需求以及内撑杆的数量需求，完成了加固肋的选型计算，提升了加固肋选型的准确性和效率性。
附图说明
图1为本发明计算方法框图。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
如图1所示：
本发明通过合理有效的整合，简化了烟风道道体加固肋的选型计算，提高了其选型计算的便捷性，同时也提升了其选型计算的效率，保证了烟风道道体加固安装的效率。烟风道道体的材料均是跟其所需承受的温度来进行设计选型的，通过烟风道的设计温度就能自然判断出烟风道道体的材料，其判断的具体方法为：设计温度不大于200℃，道体材质为Q235-A.F；设计温度大于200℃小于等于350℃，道体材质为Q235-A/B；设计温度大于350℃小于等于450℃，道体材质为Q345；烟风道道体的温度一般情况下均是小于450℃，其不考虑450℃以上的设计温度情况。
1、弹性模量和许用应力的计算：不用的材料在不同的温度下其所对应的弹性模量和许用应力值是不同的，不同材质，温度与钢材弹性模量之间的对应关系如下表：
表1：Q235钢材的弹性模量(E值)kN/mm2
温度(℃) 200 250 260 280 300 350 400
弹性模量 192 188 187 186 184 170 [160]
表2：Q345钢材的弹性模量(E值)kN/mm2
Figure BDA0002776833760000061
注：[]内数值仅供参考使用。若道体的设计温度小于200℃，则选用200℃对应的弹性模量值，若设计温度大于且小于该材质的最大使用温度，则采用内插法计算该温度所对应的弹性模量值。
例如：某道体的设计温度为230℃，对应的材质为Q235-A，则设计温度下的弹性模量为：
Figure BDA0002776833760000062
不同材质，温度与钢材许用应力之间的对应关系如下表：
表3：Q235钢材的许用应力MPa(N/mm2)
温度(℃) 100 200 250 300 350 400
许用应力 125 116 104 95 86 79
表4：Q345钢材的许用应力MPa(N/mm2)
温度(℃) 100 200 125 300 350 400 425 450 475
许用应力 189 185 184 183 181 179 177 176 175
注：[]内数值仅供参考使用。若道体的设计温度小于200℃，则选用200℃对应的弹性模量值，若设计温度大于且小于该材质的最大使用温度，则采用内插法计算该温度所对应的弹性模量值。例如：某道体的设计温度为230℃，对应的材质为Q235-A，则设计温度下的弹性模量为：
Figure BDA0002776833760000063
2、道体的分项载荷分析：
烟风道道体在安装后，将会在多个方向上承受其它额外的载荷，在进行加固肋设计选型时，需要考虑道体多个方向上的载荷，同时，道体又分为正压道体和负压道体，不同类型道体，在道体各个面上的载荷分析如下：
表5：面板分项载荷kPa
Figure BDA0002776833760000071
根据上述分项载荷的分析，计算道体组合设计载荷和当量载荷。其具体的计算方式如下表：
表6：设计荷载组合表kPa
Figure BDA0002776833760000072
表7板设计荷载组合表kPa
Figure BDA0002776833760000073
3、加固肋中心距Smax计算：
根据道体设计等级来进行加固肋中心距Smax的计算，道体设计等级分为常规设计和振动设计，同时，每一种设计等级下均按照三种不同条件的工况进行计算，分别是强度条件、刚度条件和振动条件。在进行加固肋中心距选择的时候，选择三种条件下计算的最小值来作为加固肋净间距S0；其计算公式如下：
A：常规设计
强度条件：
Figure BDA0002776833760000081
刚度条件：
Figure BDA0002776833760000082
振动条件：
Figure BDA0002776833760000083
B：振动设计
强度条件：
Figure BDA0002776833760000084
刚度条件：
Figure BDA0002776833760000085
振动条件：
Figure BDA0002776833760000086
其中，δ为道体面板的厚度，σ为许用应力，E为弹性模量，∑q为组合设计载荷，∑qdl为当量载荷；
4、横向加固肋的间距判断：
根据计算选择出来的最小加固肋中心间距S0，在确定加固肋间距的时候，横向加固肋间距S必须要小于计算出来的最小加固肋中心间距S0。即：若S＜S0，则选择符合要求，若S≥S0，则选择不符合要求，重新进行选择，直至选择符合要求的横向加固肋间距S；
5、横向加固肋的型号选型：
根据选定的横向加固肋间距S，按照道体设计等级对加固肋进行选型计算；计算出加固肋的断面系数Z，断面惯性矩I，单位长度理论质量G，并根据计算出的结果来选择所需的加固肋型号；其中，进行加固肋选型计算时，也分别按照强度条件、刚度条件和振动条件进行计算，并分为铰接和刚接两种情况；其具体计算公式如下：
A：常规设计
强度条件：
Figure BDA0002776833760000091
Figure BDA0002776833760000092
刚度条件：
Figure BDA0002776833760000093
Figure BDA0002776833760000094
振动条件：
Figure BDA0002776833760000095
Figure BDA0002776833760000096
B：振动设计
强度条件：
Figure BDA0002776833760000097
Figure BDA0002776833760000098
刚度条件：
Figure BDA0002776833760000099
Figure BDA00027768337600000910
振动条件：
Figure BDA00027768337600000911
Figure BDA00027768337600000912
式中，Lmax为道体加固肋所在面的跨度，即道体的长度或高度；β为道体邻边加固肋对计算面板加固肋刚度影响系数，β＝(1+α3)/(1+α)，α为道体邻边面板与计算面板的乘积之比，一般情况下其值可近似等于1，q0为道体内压；
6、内撑杆选型：
采用折减系数法，选择合适的内撑杆，其具体的计算选择公式如下：
Figure BDA0002776833760000101
式中，σ为烟风道道体的许用应力，[σst]为内撑杆所能承受的实际应力，[σ]为内撑杆的最大许用应力；
Figure BDA0002776833760000102
为折减系数，取决于内撑杆的材料和压杆柔度λ；
其中，压杆柔度：
Figure BDA0002776833760000103
i为惯性半径，I为内撑杆端面惯性矩，A为压杆截面面积，l为内撑杆长度，压杆柔度λ与折减系数
Figure BDA0002776833760000104
对应值可根据两者的对应表进行选择，当压杆柔度λ位于表中数值之间时，采用内插值法计算出折减系数
Figure BDA0002776833760000105
压杆柔度与折减系数之间的对应关系表：
表7：压杆柔度与折减系数对应值
Figure BDA0002776833760000106
当压杆柔度位于表中数值之间的，可采用内插法计算折减系数。
7、纵向加固肋的需求判断
通过《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》中提供的横向肋不失效最大跨度Ls的数值，和计算出来的横向加固肋实际跨度值L进行对比，若L≤Ls，则不需要设置纵向加固肋，若L≥Ls，则需要纵向加固肋；其具体的计算公式如下：
Figure BDA0002776833760000111
式中：L为横向加固肋实际跨度值，W为道体宽度，n为内撑杆根数，其由人为进行选择，通过对不同数量的内撑杆进行验算，使其满足横向肋不失效的最大跨度要求，从而确定内撑杆的最小根数。
本发明首先通过设计温度判定烟风道道体材质，并根据道体材质选择计算出其弹性模量和许用应力，并分析道体顶面、底面和侧面的分项载荷，计算组合设计载荷和当量载荷，然后计算出加固肋的最小净间距，并通过最小净间距判断选定横向加固肋间距，然后根据选定的横向加固肋计算所需横向加固肋的各参数，并根据计算出来的参数大小来选择合适的横向加固肋，同时进行内撑杆的选型判断计算，进行纵向加固肋的需求判断，完成加固肋的设计选型计算。通过本发明的计算可以有效的计算出烟风道横向加固肋的选型参数、纵向加固肋的需求以及内撑杆的数量需求，完成了加固肋的选型计算，提升了加固肋选型的准确性和效率性。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于火力发电厂烟风道加固肋设计选型计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：根据设计温度选择烟风道道体的材质；
S2：根据所选择的烟风道道体材质，采用内插法计算出道体的弹性模量E和许用应力σ；
S3：分析烟风道道体分项载荷，计算出烟风道道体的组合设计载荷∑q和当量载荷∑qdl；
S4：根据道体设计等级分别计算加固肋中心间距Smax；在计算时分别按强度条件、刚度条件和振动条件进行计算，并取三种计算结果最小者作为加固肋净间距S0；其中，道体设计等级包括常规设计和振动设计，其具体计算公式如下：
A：常规设计
强度条件：
Figure FDA0002776833750000011
刚度条件：
Figure FDA0002776833750000012
振动条件：
Figure FDA0002776833750000013
B：振动设计
强度条件：
Figure FDA0002776833750000014
刚度条件：
Figure FDA0002776833750000015
振动条件：
Figure FDA0002776833750000016
其中，δ为道体面板的厚度；
S5：根据计算选择出来的最小加固肋中心间距S0，判断用户选择的横向加固肋间距S是否合理；若S＜S0，则选择符合要求，若S≥S0，则选择不符合要求，重新进行选择，直至选择符合要求的横向加固肋间距S；
S6：根据选定的横向加固肋间距S，按照道体设计等级对横向加固肋进行选型计算；计算出横向加固肋的断面系数Z，断面惯性矩I，单位长度理论质量G，并根据计算出的结果来选择所需的加固肋型号；其中，进行加固肋选型计算时，也分别按照强度条件、刚度条件和振动条件进行计算，并分为铰接和刚接两种情况；其具体计算公式如下：
A：常规设计
强度条件：
铰接
Figure FDA0002776833750000021
刚接
Figure FDA0002776833750000022
刚度条件：
铰接
Figure FDA0002776833750000023
刚接
Figure FDA0002776833750000024
振动条件：
铰接
Figure FDA0002776833750000025
刚接
Figure FDA0002776833750000026
B：振动设计
强度条件：
铰接
Figure FDA0002776833750000027
刚接
Figure FDA0002776833750000028
刚度条件：
铰接
Figure FDA0002776833750000029
刚接
Figure FDA00027768337500000210
振动条件：
铰接
Figure FDA0002776833750000031
刚接
Figure FDA0002776833750000032
式中，Lmax为道体加固肋所在面的跨度，即道体的长度或高度；β为道体邻边加固肋对计算面板加固肋刚度影响系数，β＝(1+α3)/(1+α)，α为道体邻边面板与计算面板的乘积之比，q0为道体内压；
S7：采用折减系数法，选择合适的内撑杆，其具体的计算选择公式如下：
Figure FDA0002776833750000033
式中，σ为烟风道道体的许用应力，[σst]为内撑杆所能承受的实际应力，[σ]为内撑杆的最大许用应力；
Figure FDA0002776833750000034
为折减系数，取决于内撑杆的材料和压杆柔度λ；
其中，压杆柔度：
Figure FDA0002776833750000035
i为惯性半径，I为内撑杆端面惯性矩，A为压杆截面面积，l为内撑杆长度，压杆柔度λ与折减系数
Figure FDA0002776833750000036
对应值可根据两者的对应表进行选择，当压杆柔度λ位于表中数值之间时，采用内插值法计算出折减系数
Figure FDA0002776833750000037
S8：纵向加固肋需求判断，根据《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》中提供的横向肋不失效最大跨度Ls的数值，和计算出来的横向加固肋实际跨度值L进行对比，若L≤Ls，则不需要设置纵向加固肋，若L≥Ls，则需要纵向加固肋；其具体的计算公式如下：
Figure FDA0002776833750000038
式中：L为横向加固肋实际跨度值，W为道体宽度，n为内撑杆根数。
2.根据权利要求1所述的基于火力发电厂烟风道加固肋设计选型计算方法，其特征在于：所述步骤S1中，烟风道道体材质选择时，温度不大于200℃时，道体材质为Q235-A.F；设计温度大于200℃小于等于350℃，道体材质为Q235-A/B；设计温度大于350℃小于等于450℃，道体材质为Q345。
3.根据权利要求2所述的基于火力发电厂烟风道加固肋设计选型计算方法，其特征在于：所述步骤S2中，计算弹性模量E和许用应力σ时，通过材质与温度和许用应力对应表进行选择计算，当对应表中无对应温度时，则采用内插法进行计算。
4.根据权利要求3所述的基于火力发电厂烟风道加固肋设计选型计算方法，其特征在于：所述步骤S3中，道体分项载荷包括内压q0、自重q1、保温q2、积灰q3、雪载q4和风载q5，同时，在进行计算时，将道体分成顶面、侧面、和底面进行分别计算。
5.根据权利要求1～4任一项所述的基于火力发电厂烟风道加固肋设计选型计算方法，其特征在于：所述道体为正压道体或负压道体。
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