CN112879476B - 一种烟囱悬挂内筒被动调频阻尼减振止晃装置及烟囱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟囱悬挂内筒被动调频阻尼减振止晃装置及烟囱，包括阻尼止晃结构，所述阻尼止晃结构包括阻尼器；所述阻尼器包括多个转动主板、多个转动副板，多个转动主板的第一端和多个转动副板的第一端通过紧固连接件连接，多个转动主板和多个转动副板依次交错连接于紧固连接件，且转动主板和转动副板之间交叉呈设定角度。

Description

一种烟囱悬挂内筒被动调频阻尼减振止晃装置及烟囱

技术领域

本发明属于火力发电悬挂式内筒烟囱减振技术领域，具体涉及一种烟囱悬挂内筒被动调频阻尼减振止晃装置及烟囱。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

大型火力发电厂可高达200～300m，世界上最高的烟囱位于Kazakhstan，高400m。高耸烟囱风致与地震破坏普遍，通常第一、第二振型起控制作用。

目前，常采用的钢内筒套筒式或多管式烟囱，钢内筒为排烟筒，钢筋混凝土外筒为主要受力结构，内外筒间设置钢结构悬挂平台与止晃平台，保证内外筒协调变形。传统钢内筒止晃点设计思路是限制钢内筒的水平位移，不约束内筒的竖向变形。

由于高耸烟囱具有分布质量和弹性，具有特殊的圆柱形，无楼层概念，一般建筑结构的风振控制装置如速度相关型阻尼器(包括黏滞阻尼器、黏弹性阻尼器)不适于烟囱结构。黏滞阻尼构造比较复杂，而且黏滞阻尼系数在实际制作中很难满足要求。位移相关型阻尼器(包括摩擦阻尼器、金属阻尼器)会增加结构刚度，造成结构层加速度响应的增加，不利于结构风振舒适度的控制，同时，位移相关型阻尼器一般需要进入屈服(或摩擦滑移)后才能耗能，一般仅用于地震控制。

国外已有自立式钢烟囱采用调频质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)和调频液体阻尼器(Tuned liquid damper,TLD)。单个TMD的控制效果对其频率较为敏感，当频率只略微偏离设计值时，控制效果即会极大地下降。TMD的质量不小于共振振型广义质量的l％～3％，对于钢筋混凝土烟囱，满足该质量比的附加TMD会造成过大的附加二阶效应。TLD仅对小振幅的结构振动有效，而高耸烟囱通常振幅很大。外筒还需要承受附加质量块的重量，从而大大增加施工难度和外筒厚度。自立式烟囱烟道内部无法安装TMD或TLD；安装在烟囱外部的TMD或TLD装置由于外形尺寸较大，会导致该阶段位置风荷载增大。纯粹的TMD本身的阻尼很小，需要附加阻尼。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种烟囱悬挂内筒被动调频阻尼减振止晃装置及烟囱，该装置具有结构简单，附加质量小、更换方便、占用烟囱空间小、不影响烟囱使用功能的特点。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种烟囱悬挂内筒被动调频阻尼减振止晃装置，包括阻尼止晃结构，所述阻尼止晃结构包括阻尼器；所述阻尼器包括多个转动主板、多个转动副板，多个转动主板的第一端和多个转动副板的第一端通过紧固连接件连接，多个转动主板和多个转动副板依次交错连接于紧固连接件，且转动主板和转动副板之间交叉呈设定角度。

作为进一步的技术方案，多个转动主板相平行设置，多个转动副板相平行设置。

作为进一步的技术方案，所述转动主板、转动副板两端均为半圆形，转动主板和转动副板两侧均设置摩擦片。

作为进一步的技术方案，还包括止晃平台，阻尼止晃结构固定于止晃平台。

作为进一步的技术方案，所述阻尼止晃结构还包括第一连接件、第二连接件，多个转动主板的第二端通过转轴与第一连接件连接，多个转动副板的第二端通过转轴与第二连接件连接。

作为进一步的技术方案，所述第一连接件包括第一立柱，第一立柱底部固定于止晃平台；所述第一立柱与第一翼板固定连接，第一翼板与转动主板连接。

作为进一步的技术方案，所述第二连接件包括第二立柱，第二立柱底部设置于水平滑动槽体内，水平滑动槽体固定于止晃平台；所述第二立柱与第二翼板固定连接，第二翼板与转动副板连接。

作为进一步的技术方案，所述第二立柱还与用以连接内筒的钢构件连接，钢构件端部延伸至内筒滑动卡槽体内，钢构件可沿内筒滑动卡槽体竖向滑动。

第二方面，本发明实施例还提供了一种烟囱，包括外筒、内筒、如上所述的阻尼减振止晃装置；所述内筒设置为多段，止晃平台设置于外筒和内筒之间，且止晃平台与外筒固定连接，阻尼止晃结构与内筒连接。

作为进一步的技术方案，所述阻尼止晃结构设置多个，阻尼止晃结构沿内筒外壁设置，多个阻尼止晃结构在内筒外壁沿相互垂直的两条水平线设置，两条水平线均为过内筒圆心的直线。

上述本发明的实施例的有益效果如下：

本发明的阻尼减振止晃装置，阻尼器设置为多个转动主板、多个转动副板，多个转动主板、多个转动副板连接于同一紧固连接件，且转动主板和转动副板之间交叉呈设定角度，将整个减振止晃装置设置于烟囱内外筒之间时，内外筒发生位移差时，阻尼器的转动主板、转动副板可进行转动，进而产生摩擦耗能，比一般的单向黏滞或黏弹阻尼器优越。该转动型摩擦阻尼器改善内筒的减振效果，同时控制内筒的晃动振幅，保证内筒在温度作用下在竖向自由变形。

本发明的阻尼减振止晃装置，允许内、外筒产生适量相对位移。该阻尼器尺寸小，不影响烟囱内部空间的正常使用，且更容易更换。本发明可以明显减少在地震或风振作用下外筒的底部剪力和顶部加速度，防止烟囱破坏。

本发明的烟囱，与已有的钢结构烟囱TMD减振装置相比，在不增加附加质量的前提下，利用悬挂内筒调频；多段悬挂内筒相当于多个TMD，可以增加控制频率范围，避免单个TMD减振效果对频率的敏感性。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为阻尼减振止晃装置在烟囱内外筒内平面布置图；

图2为本发明的阻尼止晃结构整体示意图；

图3为本发明转动型摩擦阻尼器示意图；

图4为本发明阻尼止晃结构与止晃平台配合侧视图；

图5为本发明止晃平台与阻尼止晃结构配合俯视图；

图6为图4中A-A剖面图；

图7为本发明转动型摩擦阻尼器试验所得滞回曲线；

图8为风荷载作用下典型转动型摩擦阻尼器滞回曲线；

图9为风振作用下，本发明烟囱悬挂内筒被动调频阻尼减振止晃设计、常规止晃设计烟囱顶部加速度时程曲线；

图10为风振作用下，本发明烟囱悬挂内筒被动调频阻尼减振止晃设计、常规止晃设计烟囱顶部位移时程曲线；

图11为风振作用下，本发明烟囱悬挂内筒被动调频阻尼减振止晃设计、常规止晃设计烟囱底部剪力时程曲线对比；

图12为CPC-S16W地震作用下，本发明烟囱悬挂内筒被动调频阻尼减振止晃设计、常规止晃设计烟囱顶部加速度时程曲线对比；

图13为CPC-S16W地震作用下，本发明烟囱悬挂内筒被动调频阻尼减振止晃设计、常规止晃设计烟囱顶部位移时程曲线对比；

图14为CPC-S16W地震作用下，本发明烟囱悬挂内筒被动调频阻尼减振止晃设计、常规止晃设计烟囱底部剪力时程曲线对比；

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；

其中，100外筒，200内筒，300阻尼器，400外筒侧阻尼器连接件，500内筒侧阻尼器连接件，600水平滑动槽，700内筒滑动卡槽，1000阻尼止晃结构，2000止晃平台；

1转动主板，2波浪纹黄铜摩擦片，3波浪纹黄铜摩擦片，4预紧高强螺栓，5碟簧，6螺帽，7垫片，8转动副板，9圆形螺栓孔，10轴孔，11轴孔；

201内筒加劲肋；

401立柱，402钢制翼板，403加劲钢板，404转轴；

501立柱，502钢制翼板，503钢构件，504转轴，505加劲钢板，506加劲钢板，507加劲钢板；

503a端板，501a柱脚钢板；

701聚四氟乙烯板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分:本发明中如出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种烟囱悬挂内筒被动调频阻尼减振止晃装置及烟囱。

实施例1：

本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，提出一种烟囱悬挂内筒被动调频阻尼减振止晃装置，其包括阻尼止晃结构1000。

如图2-图6所示，根据本发明实施例的，阻尼止晃结构1000，包括阻尼器300、外筒侧阻尼器连接件400(即第一连接件)、内筒侧阻尼器连接件500(第二连接件)，阻尼器300一端与外筒侧阻尼器连接件400连接，阻尼器300另一端与内筒侧阻尼器连接件500连接。

如图3、图4所示，阻尼器包括转动主板1、波浪纹黄铜摩擦片2、波浪纹黄铜摩擦片3、预紧高强螺栓4、碟簧5、螺帽6、垫片7、转动副板8。该阻尼器为转动型摩擦止晃阻尼器。

转动主板设置多个，转动副板也设置多个，多个转动主板平行设置，多个转动副板平行设置，多个转动主板的第一端和多个转动副板的第一端通过紧固连接件连接，本实施例中，紧固连接件采用预紧高强螺栓4；多个转动主板的第二端通过转轴404与外筒侧阻尼器连接件400连接，多个转动副板的第二端通过转轴504与内筒侧阻尼器连接件500连接。

转动主板和转动副板均为平面板状结构，多个转动主板和多个转动副板依次交错连接于紧固连接件，且转动主板和转动副板之间交叉呈设定角度。

本实施例中，转动主板和转动副板均采用钢板。

转动主板、转动副板两端均为半圆形，转动主板和转动副板两侧均设置波浪纹黄铜摩擦片，摩擦片、垫片均为圆形，其直径与转动主板、转动钢板末端半圆形一致。转动主板、摩擦片、转动副板之间相对平行交错叠合设置，三者开有相同的圆形螺栓孔9并通过预紧高强螺栓4连接并压实。垫片7穿设于预紧高强螺栓4上，且预紧高强螺栓4端部由螺帽6紧固。预紧高强螺栓4还套设碟簧5。

转动主板1第二端开设轴孔10，转轴404穿过轴孔10将转动主板与外筒侧阻尼器连接件400连接；转动副板8第二端开轴孔11，转轴504穿过轴孔11将转动副板与内筒侧阻尼器连接件500连接。

转动主板、转动副板、摩擦片的数量，以及预紧螺栓的预紧力，根据控制外筒和内筒的相对位移的滑动力和减振率确定。

如图4、图5所示，外筒侧阻尼器连接件400包括1个立柱401和2个焊接固定于立柱并连接阻尼器的钢制翼板402、加劲钢板403。

立柱401竖向设置，钢制翼板402横向设置，且钢制翼板402与立柱401固定连接，钢制翼板402圆弧端开有轴孔，与转动主板1的轴孔10通过转轴404连接。钢制翼板402与加劲钢板403固定连接。

如图4、图5所示，内筒侧阻尼器连接件500包括1个立柱501、2个连接阻尼器的钢制翼板502、加劲钢板505、加劲钢板506、加劲钢板507和1个连接内筒的钢构件503。

立柱501竖向设置，立柱501为焊接箱型立柱，2个连接阻尼器的钢制翼板502焊于立柱501上，钢制翼板502横向设置；钢制翼板502圆弧端开有轴孔，与转动副板8的轴孔11通过转轴504连接。

连接内筒的钢构件503焊接固定在立柱501，钢构件503横向设置，钢构件503与内筒连接端焊接端板503a，端板503a伸入并固定于内筒滑动卡槽700内。内筒滑动卡槽700为竖向设置的滑槽形式。

立柱501底部焊接于钢制的柱脚钢板501a，柱脚钢板501a搁置在底部钢板围成的水平滑动槽600内。水平滑动槽600为水平设置的滑槽形式。

端板503a和柱脚钢板501a表面均粘贴聚四氟乙烯板；底部的水平滑动槽600和内筒滑动卡槽700内表面均粘贴聚四氟乙烯板701。

在将该减振止晃装置设置烟囱内筒和外筒之间时，将阻尼止晃结构1000设置于止晃平台2000，阻尼止晃结构1000、止晃平台2000均设置于外筒100、内筒200之间，通过止晃平台2000与外筒连接；具体的，立柱401底部固定在止晃平台2000上，水平滑动槽600底部水平固定在止晃平台2000，内筒滑动卡槽700固定在内筒200的内筒加劲肋201，从而实现整个装置与内外筒的连接。

内筒滑动卡槽只允许内筒沿竖向和垂直于阻尼器轴线方向的变形。水平滑动槽只允许沿阻尼器轴线方向的变形。

内筒侧阻尼器连接件能保证阻尼器在内、外筒产生水平位移差时转动，同时允许内筒在温度变化时可以自由变形。

当地震或风振导致内、外筒产生相对水平位移，阻尼器连接件推动转动主板、转动副板相对摩擦片产生滑动摩擦耗散能量。转动主板、转动副板、摩擦片的数量，以及预紧螺栓的预紧力，需要根据摩擦片摩擦系数、据减震(振)率及内、外筒相对水平位移控制幅度确定。

实施例2：

本实施例中提出一种烟囱，其如图1所示，包括外筒100、内筒200、如上所述的减振止晃装置。

外筒和内筒的轴线相平行设置，内筒置于外筒内部，内筒可选择性的设置一个或多个，在本实施例中，内筒设置2个，2个内筒间隔设置在外筒内。

外筒为钢筋混凝土烟囱外筒，内筒为分段悬挂频率调谐钢内筒。

内筒一般分为两段，其分段悬挂长度、悬挂平台梁的转动刚度应分别根据控制外筒的第一、第二振型调节，使两段内筒的自振频率分别与外筒的第一、第二振型频率相调谐，且每段内筒质量分别不低于第一、第二共振振型广义质量的l％～3％。

内筒视为附加在主结构(外筒)调频质量块，通过调整悬挂内筒的长度调整其频率，使内筒与外筒自振频率相当，从而控制外筒的振动。

止晃平台2000则设置于外筒和内筒之间，且止晃平台2000与外筒固定连接。阻尼止晃结构1000与止晃平台2000、内筒连接。

阻尼止晃结构1000设置多个，阻尼止晃结构1000沿内筒外壁设置，优选的方案中，多个阻尼止晃结构在内筒外壁沿相互垂直的两条水平线设置，两条水平线均为过内筒圆心的直线，也即将阻尼止晃结构在内筒外壁间隔90度圆心角设置，即多个阻尼止晃结构沿着烟囱两个主轴方向布设；本实施例中，水平方向和横向是指同一方向，水平方向是指沿内筒、外筒径向的方向。如图1中，沿着烟囱两个主轴方向在内外筒之间各布置多个阻尼止晃结构，其中沿一个主轴方向在内筒外壁设置四个，沿另一个主轴方向在内筒外壁设置两个；通过在两个主轴方向设置阻尼止晃结构，可以同时控制两个方向的振动。

阻尼止晃结构在每段内筒的竖向位置和数量根据控制内筒内力和外筒的动力响应进行优化。

如图7为本实施例阻尼器的实验所得曲线；图8为风荷载作用下，本实施例典型阻尼器滞回曲线，滞回曲线饱满，耗能效果好，内、外筒相对位移仅为120mm。

图9为风振作用下，本实施例烟囱悬挂内筒被动调频阻尼减振止晃设计、常规设计非线性时程分析得到的烟囱顶部加速度时程曲线对比，减振率为38.3％。

图10为风振作用下，本实施例烟囱悬挂内筒被动调频阻尼减振止晃设计、常规设计非线性时程分析得到的烟囱顶部位移时程曲线，减振率为28％。

图11为风振作用下，本实施例烟囱悬挂内筒被动调频阻尼减振止晃设计、常规设计非线性时程分析得到的烟囱底部剪力时程曲线，减振率为19％。

图12为CPC-S16W地震作用下，本实施例烟囱悬挂内筒被动调频阻尼减振止晃设计、常规设计非线性时程分析得到的烟囱顶部加速度时程曲线，减震率为36.2％。

图13为CPC-S16W地震作用下，本实施例烟囱悬挂内筒被动调频阻尼减振止晃设计、常规止晃设计非线性时程分析得到的烟囱顶部位移时程曲线，减震率为22.7％、

图14为CPC-S16W地震作用下，本实施例烟囱悬挂内筒被动调频阻尼减振止晃设计、常规止晃设计非线性时程分析得到的烟囱底部剪力时程曲线，减振率为37％。

本发明与现有的烟囱常用的TMD减振装置相比，在不增加附加质量的前提下，利用悬挂内筒调频。多段悬挂内筒相当于多个TMD，可以增加控制频率范围，避免单个TMD减振效果对频率的敏感性。

本发明与常规悬挂内筒烟囱止晃节点设计相比，可以允许内、外筒产生适量相对位移，使阻尼器产生摩擦耗能，改善内筒TMD的减振效果。同时控制内筒的晃动振幅，保证内筒在温度作用下在竖向自由变形。采用本发明的烟囱悬挂内筒被动调频阻尼减振止晃设计，与常规悬挂内筒烟囱止晃设计相比，本发明可以明显减少外筒在地震或风振作用下的底部剪力和顶部加速度，防止烟囱破坏。

本发明阻尼止晃结构尺寸小，内外筒的任何方向的位移差均可使阻尼器转动耗能，比一般的单向黏滞或黏弹阻尼器优越，且不影响烟囱内部空间的正常使用，可以明显减少外筒在地震或风振作用下的底部剪力和顶部加速度，防止烟囱破坏，同时控制内筒的晃动振幅。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种应用烟囱悬挂内筒被动调频阻尼减振止晃装置的烟囱，其特征是，包括外筒、内筒和一种烟囱悬挂内筒被动调频阻尼减振止晃装置，所述内筒设置为多段，止晃平台设置于外筒和内筒之间，且止晃平台与外筒固定连接，阻尼止晃结构与内筒连接；

所述外筒为钢筋混凝土烟囱外筒，所述内筒为分段悬挂频率调谐钢内筒；所述内筒相当于附加于外筒的调频质量块，可通过调整悬挂内筒的长度调整其频率，使内筒与外筒自振频率相当，从而控制外筒的振动；所述分段悬挂频率调谐钢内筒的多段悬挂内筒相当于多个调频质量阻尼器，可以增加控制频率范围，避免单个调频质量阻尼器减震效果对频率的敏感性；

所述一种烟囱悬挂内筒被动调频阻尼减振止晃装置，包括阻尼止晃结构，所述阻尼止晃结构包括阻尼器；所述阻尼器包括多个转动主板、多个转动副板，多个转动主板的第一端和多个转动副板的第一端通过紧固连接件连接，多个转动主板和多个转动副板依次交错连接于紧固连接件，且转动主板和转动副板之间交叉呈设定角度；

内外筒发生位移差时，所述阻尼器的转动主板、转动副板可进行转动，进而产生摩擦耗能，可以改善外筒的减振效果，同时控制内筒的晃动振幅，保证内筒在温度作用下在竖向自由变形。

2.如权利要求1所述的烟囱，其特征是，多个转动主板相平行设置，多个转动副板相平行设置。

3.如权利要求1所述的烟囱，其特征是，所述转动主板、转动副板两端均为半圆形，转动主板和转动副板两侧均设置摩擦片。

4.如权利要求1所述的烟囱，其特征是，还包括止晃平台，阻尼止晃结构固定于止晃平台。

5.如权利要求4所述的烟囱，其特征是，所述阻尼止晃结构还包括第一连接件、第二连接件，多个转动主板的第二端通过转轴与第一连接件连接，多个转动副板的第二端通过转轴与第二连接件连接。

6.如权利要求5所述的烟囱，其特征是，所述第一连接件包括第一立柱，第一立柱底部固定于止晃平台；所述第一立柱与第一翼板固定连接，第一翼板与转动主板连接。

7.如权利要求5所述的烟囱，其特征是，所述第二连接件包括第二立柱，第二立柱底部设置于水平滑动槽体内，水平滑动槽体固定于止晃平台；所述第二立柱与第二翼板固定连接，第二翼板与转动副板连接。

8.如权利要求7所述的烟囱，其特征是，所述第二立柱还与用以连接内筒的钢构件连接，钢构件端部延伸至内筒滑动卡槽体内，钢构件可沿内筒滑动卡槽体竖向滑动。

9.如权利要求1所述的烟囱，其特征是，所述阻尼止晃结构设置多个，阻尼止晃结构沿内筒外壁设置，多个阻尼止晃结构在内筒外壁沿相互垂直的两条水平线设置，两条水平线均为过内筒圆心的直线。

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