CN115659552B - 除尘塔的防共振方法和除尘塔 - Google Patents

Abstract

本发明属于除尘技术领域，提供了一种除尘塔的防共振方法和除尘塔；其中，除尘塔的防共振方法包括：根据除尘塔的设计参数，对除尘塔中沿轴向的任一微段进行受力分析，确定任一微段的受力情况；设计参数包括除尘塔的高度、壁厚、直径、弹性模量、密度和截面惯性矩；根据除尘塔沿轴向的连续性，确定除尘塔沿径向的位移与除尘塔的固有频率之间的第一对应关系；根据第一对应关系和任一微段的受力情况，确定除尘塔固有频率与设计参数之间的第二对应关系；基于第二对应关系，调整除尘塔的设计参数，以调整除尘塔的固有频率。根据本发明提供的除尘塔的防共振方法和除尘塔，能够避免除尘塔在外激励作用下发生共振的风险，提升了除尘塔使用的安全性。

Description

除尘塔的防共振方法和除尘塔

技术领域

本发明涉及除尘技术领域，尤其涉及除尘塔的防共振方法和除尘塔。

背景技术

炼钢钢渣是转炉冶炼过程中所产生的一种固体废弃物，通常约占钢产量的10%。这些钢渣在生产过程中需要进行处理，以便对环境造成污染。目前对钢渣的处理工艺常用的有热泼法、滚筒法、池闷法和闷罐法等。这些工艺方法产生的水汽及排放的渣粉会给车间以及周围环境造成危害。

为避免这些渣粉和水汽对环境造成污染，相关技术中，通过在车间外布置塔式除尘器，塔式除尘器的底部通过固定法兰与地面连接；通过管道将对钢渣进行处理产生的水汽和渣粉导入到塔式除尘器内进行处理，能够有效降低对环境的污染。

但是，相关技术中，将塔式除尘器布置在车间外，容易发生共振而出现危险情况。

发明内容

本发明提供一种除尘塔的防共振方法和除尘塔，用以解决相关技术中，塔式除尘器布置在车间外，容易发生共振的缺陷，实现了除尘塔的设计参数和固有频率之间的关系确定，便于通过对除尘塔的设计参数进行调整，从而改变除尘塔的固有频率，从而能够降低或者避免除尘塔在外激励作用下发生共振的风险，提升了除尘塔使用的安全性。

本发明提供一种除尘塔的防共振方法，包括：

根据所述除尘塔的设计参数，对所述除尘塔中沿轴向的任一微段进行受力分析，确定任一所述微段的受力情况；所述设计参数包括所述除尘塔的高度、壁厚、直径、弹性模量、密度和截面惯性矩；

根据所述除尘塔沿轴向的连续性，确定所述除尘塔沿径向的位移与除尘塔的固有频率之间的第一对应关系；

根据所述第一对应关系和任一所述微段的受力情况，确定所述除尘塔固有频率与所述设计参数之间的第二对应关系；

基于所述第二对应关系，调整所述除尘塔的设计参数，以调整所述除尘塔的固有频率。

根据本发明提供的一种除尘塔的防共振方法，所述根据所述除尘塔的设计参数，对所述除尘塔中沿轴向的任一微段进行受力分析，确定任一所述微段的受力情况的步骤，具体包括：

根据牛顿力学平衡公式（1）对任一所述微段进行受力分析，确定任一所述微段的受力情况；所述力学平衡公式（1）包括：

（1）

式中：F为作用于任一所述微段上的剪切力；ρ为所述除尘塔的密度；A为所述除尘塔的塔体截面面积；ü为沿所述除尘塔径向上的加速度；M为作用于任一所述微段上的力矩。

根据本发明提供的一种除尘塔的防共振方法，所述根据所述除尘塔的设计参数，对所述除尘塔中沿轴向的任一微段进行受力分析，确定任一所述微段的受力情况的步骤，具体还包括：

根据材料力学公式（2）对任一所述微段进行受力分析，确定任一所述微段的受力情况；所述材料力学公式（2）包括：

（2）；

式中：E为所述除尘塔的弹性模量；I为所述除尘塔的截面惯性矩；u为沿所述除尘塔的径向位移。

根据本发明提供的一种除尘塔的防共振方法，所述根据所述除尘塔的设计参数，对所述除尘塔中沿轴向的任一微段进行受力分析，确定任一所述微段的受力情况的步骤，具体还包括：

根据所述力学平衡公式（1）和所述材料力学公式（2）确定所述除尘塔的所述设计参数与受力情况的关系式（3），所述设计参数与受力情况的关系式（3）包括：

（3）

式中：t为时间。

根据本发明提供的一种除尘塔的防共振方法，所述根据所述除尘塔沿轴向的连续性，确定所述除尘塔沿径向的位移与除尘塔的固有频率之间的第一对应关系的步骤，具体包括：

根据所述除尘塔沿轴向的连续性，确定所述除尘塔沿径向的位移与除尘塔的固有频率之间的第一对应关系（4），所述第一对应关系（4）包括：

（4）

式中：

为模态对应，i为复数的虚部表示，ω为除尘塔的固有频率；

所述根据所述第一对应关系和任一所述微段的受力情况，确定所述除尘塔固有频率与所述设计参数之间的第二对应关系的步骤，具体包括：

根据所述第一对应关系（4）和所述受力情况关系式（3）确定第二对应关系，所述第二对应关系包括以下动力学微分方程（5）：

（5）。

根据本发明提供的一种除尘塔的防共振方法，所述根据所述第一对应关系（4）和所述受力情况关系式（3）确定第二对应关系的步骤之后，所述方法还包括：

对所述动力学微分方程（5）求解；

根据悬臂梁的边界条件，求解得到所述除尘塔的固有频率与所述设计参数之间的关系。

根据本发明提供的一种除尘塔的防共振方法，所述基于所述第二对应关系，调整所述除尘塔的设计参数，以调整所述除尘塔的固有频率的步骤之前，所述方法还包括：

根据当前所述除尘塔的所述设计参数和所述固有频率，判断在预设外激励条件下，所述除尘塔是否发生共振；

在所述判断结果为发生共振的情况下，调整所述除尘塔的设计参数。

根据本发明提供的一种除尘塔的防共振方法，所述固有频率包括至少一阶固有频率。

根据本发明提供的一种除尘塔的防共振方法，所述基于所述第二对应关系，调整所述除尘塔的设计参数，以调整所述除尘塔的固有频率的步骤，具体包括：

基于所述第二对应关系，调整所述除尘塔的高度、壁厚、直径、弹性模量、密度和截面惯性矩中的至少一种设计参数。

本发明还提供一种除尘塔，所述除尘塔根据本发明前述实施例任一项提供的除尘塔的防共振方法设计。

本发明提供的一种除尘塔的防共振方法和除尘塔；通过根据除尘塔的设计参数（例如在设计除尘塔时的预设计参数），对除尘塔沿轴向上（也就是除尘塔的高度方向）的任一微段进行受力分析，从而确定出除尘塔任一微段的受力情况；另外，根据除尘塔沿轴向的连续性的特性，确定除尘塔沿径向的位移（即除尘塔振动是的沿径向的位移量）与除尘塔的固有频率之间的第一对应关系；这样，能够根据除尘塔沿轴向任一微段的受力情况和第一对应关系确定出除尘塔的固有频率和除尘塔的设计参数之间的对应关系。从而，可以方便的通过对除尘塔的设计参数（即设计参数）进行调整，从而改变除尘塔的固有频率，能够降低或避免除尘塔在外激励作用下发生共振的风险，提升了除尘塔使用的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的除尘塔的防共振方法的实现流程图；

图2是本发明实施例提供的除尘塔的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的除尘塔的简化结构示意图；

图4是本发明实施例提供的除尘塔中任一微段的受力分析示意图。

附图标记：

10-除尘塔；

110-法兰；120-人孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

炼钢钢渣是转炉冶炼过程中产生的一种固体废弃物，炼钢钢渣通常约占钢产量的10%。这些钢渣可能会对环境造成污染，因此，在炼钢生产过程中需要对这些钢渣进行处理。

目前对钢渣的处理工艺常用的有热泼法、滚筒法、池闷法和闷罐法等，这些工艺方法在对钢渣进行处理的过程中又会产生大量的水汽和排放渣粉，水汽和渣粉会对车间内以及周围的环境造成一定危害。

目前，结合对钢渣处理工艺产生的烟气特点，通常设计一种塔式除尘器对钢渣处理工艺产生的烟气和粉尘进行处理。通常塔式除尘器的塔身较高，将塔式除尘器布置在车间外，通过固定法兰与地面连接，布置空间灵活，安装简单；能够对钢渣处理过程中产生的水汽和渣粉进行有效处理，能够降低对环境的危害。

但是，由于塔式除尘器布置在露天场所，高度较高，在外部环境的激励下，例如外部风载荷激励，可能导致塔式除尘器发生共振，造成塔体摇摆。若塔式除尘器长期在共振区域内工作，甚至可能导致塔体弯曲、倾斜，严重时甚至可能导致塔体断裂、倒塌造成安全事故。

为此，本发明实施例提供一种除尘塔的防共振方法，主要构思是根据除尘塔的设计参数，取除尘塔中沿轴向的任一微段进行受力分析，从而确定任一微段的受力情况；然后，根据除尘塔沿轴向的连续性，确定除尘塔在可能发生共振的情况下的径向位移与除尘塔的设计参数对应的固有频率之间的第一对应关系；这样，就可以根据任一微段的受力情况和第一对应关系，建立出除尘塔的固有频率与设计参数之间的第二对应关系，这样就可以根据第二对应关系确定按照当前的设计参数设计除尘塔在外激励作用下是否会发生共振，并对设计参数作出适当的调整，从而有效避免除尘塔在外激励作用下的共振情况，提升除尘塔的安全性和延长除尘塔的使用寿命。

图1是本发明实施例提供的除尘塔的防共振方法的实现流程图。

参照图1所示，本发明实施例提供了一种除尘塔的防共振方法，该除尘塔的防共振方法包括以下步骤：

步骤101，根据除尘塔10的设计参数，对除尘塔10中沿轴向的任一微段进行受力分析，确定任一微段的受力情况。

图2是本发明实施例提供的除尘塔的结构示意图，图3是本发明实施例提供的除尘塔的简化结构示意图，图4是本发明实施例提供的除尘塔中任一微段的受力分析示意图。

具体地，参照图2所示，本发明实施例中，除尘塔10的整体可以为塔式的柱状结构或者筒体结构，除尘塔10的筒体通常安装有喷嘴、人孔120以及泄爆阀等零件。筒体的底部连接有法兰110，除尘塔10通过法兰110与地面连接。在具体设置时，可以在地面通过混凝土和钢筋等构建形成安装台或者固定底座，除尘塔10通过法兰110与安装台或者固定底座进行固定连接。

可以理解，本发明实施例中，在对除尘塔10进行受力分析时，除尘塔10为静置设备，除尘塔10上安装的零部件可以忽略不计，即可以将除尘塔10的塔体简化为等截面的均匀薄壁圆筒（参照图3所示），下端与地面固定连接，上端为自由端。

在具体分析时，参照图3所示，可以将除尘塔10的简化结构放置在直角坐标系xoy内进行分析，其中，原点o定在塔体底部截面中心，x方向沿塔体的轴线方向，y方向与x方向垂直（即y方向可以沿塔体的径向方向）。

通常，在对除尘塔10进行设计时，除尘塔10具有一定的设计参数，例如除尘塔10的设计高度为20m、30m或者40m等；再如，除尘塔10的壁厚为5mm、10mm或者15mm等；或者除尘塔10的直径为1m、2m或者4m等。需要说明的是，本发明实施例中，对除尘塔10的设计参数的具体数值仅作为具体示例举例说明，并非对除尘塔10设计参数的限定。可以理解，在一些示例中，除尘塔10的设计参数也可以是其他数值。

这里需要说明的是，本发明实施例涉及的数值和数值范围为近似值，受制造工艺的影响，可能会存在一定范围的误差，这部分误差本领域技术人员可以认为忽略不计。

也就是说，本发明实施例中，除尘塔10的设计参数至少包括除尘塔10的高度、壁厚和直径等参数。可以理解，本发明实施例中，除尘塔10的设计参数还可以包括弹性模量、密度或者截面惯性矩等。

可以理解的是，除尘塔10整体安装在厂房车间外，也就是说，除尘塔10沿轴向上受到的外部激励相同；因此，本发明实施例中，在对除尘塔10进行具体受力分析时，参照图3和图4所示，可以取除尘塔10中沿轴向的任一微段进行受力分析。例如，参照图3所示，可以去除尘塔10中沿x方向上的任一微段dx进行受力分析，从而确定出任一微段的受力情况。

步骤102，根据除尘塔10沿轴向的连续性，确定除尘塔10沿径向的位移与除尘塔10的固有频率之间的第一对应关系。

可以理解，除尘塔10在外激励（例如风吹）的作用下发生共振的情况，除尘塔10主要是沿径向方向的摆动，即除尘塔10的塔体在径向上具有一定的位移；参照图3所示，也即除尘塔10的塔体在y方向上会发生一定的位移；由于除尘塔10的共振是有除尘塔10的固有频率和外激励决定的，也即除尘塔10在共振情况下沿y方向的位移与除尘塔10的固有频率之间具有对应关系。

另外，除尘塔10的沿轴向上的连续性对除尘塔10的固有频率也具有一定的影响；因此，本发明实施例中，根据除尘塔10沿轴向上的连续性，对除尘塔10沿径向的位移与固有频率之间的对应关系建立第一对应关系。这样，能够保证第一对应关系的准确性。

步骤103，根据第一对应关系和任一微段的受力情况，确定除尘塔10固有频率与设计参数之间的第二对应关系。

可以理解的是，本发明实施例中，除尘塔10的塔体在共振时，沿图3中y方向摆动，也即沿图3中y方向（塔体的径向）具有一定的位移，而该位移是由于塔体受到外激励（例如风吹）的作用引起的；也即除尘塔10上任一微段沿径向的位移与该微段的受力情况之间具有对应关系。

因此，本发明实施例中，可以通过除尘塔10上任一微段沿径向的位移与该微段的受力情况确定出除尘塔10的固有频率与设计参数之间的第二对应关系。这样，就能够确定出除尘塔10的设计参数是否满足除尘塔10的固有频率的需求。

步骤104，基于第二对应关系，调整除尘塔10的设计参数，以调整除尘塔10的固有频率。

具体地，本发明实施例中，在确定出除尘塔10的固有频率和设计参数之间的第二对应关系后；可以从除尘塔10的当前设计参数计算出除尘塔10当前的设计参数所对应的固有频率；而通常外部激励（例如风吹）的条件是一定的，例如12级风的风速、11级风的风速等条件一定。因此，可以判断出除尘塔10的当前所及参数所对应的固有频率在外部激励的条件下是否会发生共振，从而可能方便的对除尘塔10的设计参数进行调整，将除尘塔10的固有频率调整至在外部激励作用下不会发生共振的固有频率即可；这样，就能够有效避免除尘塔10在外部激励下发生共振的现象，能够提升除尘塔10使用的安全性和延长除尘塔10的使用寿命。

本发明提供的一种除尘塔的防共振方法；通过根据除尘塔10的设计参数（例如在设计除尘塔10时的预设计参数），对除尘塔10沿轴向上（也就是除尘塔10的高度方向）的任一微段进行受力分析，从而确定出除尘塔10任一微段的受力情况；另外，根据除尘塔10沿轴向的连续性的特性，确定除尘塔10沿径向的位移（即除尘塔10振动是的沿径向的位移量）与除尘塔10的固有频率之间的第一对应关系；这样，能够根据除尘塔10沿轴向任一微段的受力情况和第一对应关系确定出除尘塔10的固有频率和除尘塔10的设计参数之间的对应关系。从而，可以方便的通过对除尘塔10的设计参数（即设计参数）进行调整，从而改变除尘塔10的固有频率，能够降低或避免除尘塔10在外激励作用下发生共振的风险，提升了除尘塔10使用的安全性。

在本发明实施例的一种可选示例中，步骤101，根据除尘塔10的设计参数，对除尘塔10中沿轴向的任一微段进行受力分析，确定任一微段的受力情况，具体包括：

根据牛顿力学平衡公式（1）对任一微段进行受力分析，确定任一微段的受力情况；力学平衡公式（1）包括：

（1）

式中：F为作用于任一微段上的剪切力；ρ为除尘塔10的密度；A为除尘塔10的塔体截面面积；ü为沿除尘塔10径向上的加速度；M为作用于任一微段上的力矩。

具体地，本发明实施例中，除尘塔10塔体的截面面积A可以根据除尘塔10的直径和壁厚确定。

可以理解，参照图4所示，除尘塔10沿轴向上的任一微段所收到的力主要包括径向上的剪切力；可以理解，径向上的剪切力与除尘塔10共振的位移或者加速度有关，即牛顿力学平衡公式中物体受到的力等于质量与加速度的乘积。

此外，可以理解，在除尘塔10发生共振时，塔体发生摆动，也就是说，除尘塔10塔体上的任一微段还会发生一定的偏转；因此，本发明实施例中，还对除尘塔10塔体上任一微段的力矩进行分析。

本发明实施例中，通过对除尘塔10塔体上任一微段按照牛顿力学平衡公式（1）进行受力分析，能够确保塔体上任一微段受力分析的准确性，提升了建立塔体固有频率与设计参数之间的第二对应关系的准确性；也即提升了除尘塔10防共振的准确性，能够有效保证除尘塔10使用的安全性。

在本发明实施例的一种可选示例中，步骤101，根据除尘塔10的设计参数，对除尘塔10中沿轴向的任一微段进行受力分析，确定任一微段的受力情况，具体还包括：

根据材料力学公式（2）对任一微段进行受力分析，确定任一微段的受力情况；材料力学公式（2）包括：

（2）；

式中：E为除尘塔10的弹性模量；I为除尘塔10的截面惯性矩；u为沿除尘塔10的径向位移。

可以理解，对于采用不同材料所制成的除尘塔10塔体，除尘塔10的固有频率也必然存在不同；另外，对于不同材料制成的除尘塔10，塔体在受到外激励的情况下，除尘塔10塔体沿图3中y方向的位移量也存在不同，也即除尘塔10任一微段所受到的力矩也存在不同。

因此，本发明实施例中，根据材料力学公式（2）对除尘塔10沿轴向上的任一微段进行受力分析。这里可以理解的是，在通过材料力学公式（2）分析除尘塔10的任一微段时与本发明前述实施例中通过牛顿力学平衡公式（1）进行受力分析的可以是同一微段。

作为本发明实施例的一种具体示例，除尘塔10塔体的材料可以采用Q235B钢材。可以理解，本发明实施例中除尘塔10塔体的材料仅作为一种具体示例示出，并非对本发明实施例中除尘塔10塔体的材料的具体限定。在一些示例中，也可以选用其他材料。

本发明实施例中，通过材料力学公式（2）对除尘塔10塔体沿轴向的任一微段进行受力分析，这样，能够确保在不同材料对除尘塔10的固有频率的影响，能够确保塔体上任一微段受力分析的准确性，提升了建立塔体固有频率与设计参数之间的第二对应关系的准确性；也即提升了除尘塔10防共振的准确性，能够有效保证除尘塔10使用的安全性。

在本发明实施例的一种可选示例中，步骤101，根据除尘塔10的设计参数，对除尘塔10中沿轴向的任一微段进行受力分析，确定任一微段的受力情况，具体还包括：

根据力学平衡公式（1）和材料力学公式（2）确定除尘塔10的设计参数与受力情况的关系式（3），设计参数与受力情况的关系式（3）包括：

（3）

式中：t为时间。

具体地，本发明实施例中，在对除尘塔10沿轴向的任一微段进行受力分析时，可以同时考虑除尘塔10的壁厚、直径、高度以及材料、弹性模量和截面惯性矩等设计参数。

也即，本发明实施例中，除尘塔10的设计参数包括：高度、壁厚、直径、弹性模量、密度和截面惯性矩。在一些可能的示例中，除尘塔10的设计参数还可以包括泊松比。

这样，能够充分考虑和分析除尘塔10设计过程中各个参数对除尘塔10的固有频率的影响，即能够确保塔体上任一微段受力分析的准确性，提升了建立塔体固有频率与设计参数之间的第二对应关系的准确性；也即提升了除尘塔10防共振的准确性，能够有效保证除尘塔10使用的安全性。

在本发明实施例的一种可选示例中，步骤102，根据除尘塔10沿轴向的连续性，确定除尘塔10沿径向的位移与除尘塔10的固有频率之间的第一对应关系，具体包括：

根据除尘塔10沿轴向的连续性，确定除尘塔10沿径向的位移与除尘塔10的固有频率之间的第一对应关系（4），第一对应关系（4）包括：

（4）

式中：

为模态对应，i为复数的虚部表示，ω为除尘塔10的固有频率。

可以理解，通常为保证除尘塔10沿轴向上的强度，除尘塔10沿轴向均设为连续结构，即除尘塔10沿轴向可以是一个整体的管段。如本发明前述实施例中的详细描述，在除尘塔10发生共振时，除尘塔10的塔体沿图3中y方向的位移与除尘塔10的固有频率有关，即可以确定位移与固有频率之间的第一对应关系（4）。

本发明实施例中，步骤103，根据第一对应关系和任一微段的受力情况，确定除尘塔10固有频率与设计参数之间的第二对应关系，具体包括：

根据第一对应关系（4）和受力情况关系式（3）确定第二对应关系，第二对应关系包括以下动力学微分方程（5）：

（5）。

具体地，本发明实施例中，可以将第一对应关系（4）带入至除尘塔10任一微段的受力情况关系式（3）中，整理得到第二对应关系，即动力学微分方程（5）。

这样，即可建立除尘塔10的固有频率与除尘塔10的设计参数之间的第二对应关系，能够方便的确定除尘塔10的设计参数对除尘塔10的固有频率的影响。

在本发明实施例的一些可选示例中，步骤103，根据第一对应关系（4）和受力情况关系式（3）确定第二对应关系的步之后，本发明实施例提供的除尘塔10的防共振方法还包括：

对动力学微分方程（5）求解。

具体地，本发明实施例中，可以令：

对动力学微分方程（5）求解，得到动力学微分方程（5）的解为：

（6）

根据悬臂梁的边界条件，求解得到除尘塔10的固有频率与设计参数之间的关系。

具体地，本发明实施例中，除尘塔10的底部通过法兰110与地面固定连接。也就是说，在除尘塔10的底部固定，顶部为自由状态，即除尘塔10的顶部未固定。并且，在除尘塔10发生共振时，除尘塔10的底部不会存在位移和转角，除尘塔10上端不存在力和转矩。因此，在除尘塔10的底部边界处存在以下条件：

（7）

本发明实施例中，将公式（7）带入至公式（6）中，求解得到：

整理为矩阵形式为：

从而可以得到：

式中，L为除尘塔10轴向的高度。

求解可以得到：kL=1.8751，4.6941，7.8548，10.9955。具体地，本发明实施例中，可以选用科学计算软件Matlab进行计算求解。

由本发明前述实施例中

可以确定：

（8）

由公式可以得到除尘塔10的前四介固有频率与除尘塔10的设计参数之间的关系为：

这样，就可以直观的看出除尘塔10的固有频率与除尘塔10设计参数之间的关系，便于对除尘塔10的设计参数进行调整。

在本发明实施例的一些具体示例中，在步骤104，基于第二对应关系，调整除尘塔10的设计参数，以调整除尘塔10的固有频率之前，本发明实施例提供的除尘塔10的防共振方法还包括：

根据当前除尘塔10的设计参数和固有频率，判断在预设外激励条件下，除尘塔10是否发生共振。

也就是说，本发明实施例中，在确定需要设计的除尘塔10的设计参数后，可以先对除尘塔10的设计参数是否会发生共振进行校验或核验。

由于除尘塔10布设在露天的室外环境中，主要受到风载荷的作用；通常，当塔设备的高径比≥20，或塔设备的高度大于30m时，需要进行塔设备风诱导共振。由于塔式除尘器的振动阻尼小，故除尘塔10共振发生在固有频率附近。

本发明实施例中，以一种具体示例举例说明。

具体地，除尘塔10的设计参数中，高度选择为32m（或者32000mm，为表述中单位的统一，本发明实施例后续描述中均以“mm”作为单位进行说明）、壁厚选择为10mm、直径选择为4000mm、材料采用Q235B；弹性模量为210Gpa、泊松比为0.3、密度为7850㎏/m³、截面惯性矩为0.249m⁴。

将除尘塔10的设计参数带入本发明前述实施例中除尘塔10固有频率与设计参数的对应关系式中，得到除尘塔10的前四阶固有频率分别为：

除尘塔10发生诱导共振时，塔设备产生诱导振动的频率与卡曼涡街的逸散频率相同，卡曼涡街的逸散频率f与风速V及塔设备外径D的关系如下：

（9）

式中：

为特斯鲁法尔准数，本发明实施例中，对圆筒形结构取

=0.2；f除尘塔 10的固有频率；D为除尘塔10的外径；V为任意高度处的风速。

由公式（9）可以得到：

。

校验得到，对应于一阶固有频率的临界风速V1=50m/s；对应于二阶固有频率的临界风速V2=312m/s。

由风速与风等级的关系可知，12级风的风速通常大于32.6m/s；因此，除尘塔10在正常状态下，不会达到临界风速，即不会发生诱导共振。可以理解，本发明实施例中，以较大直径的除尘塔10作为示例进行距离说明；在一些可能的示例中，除尘塔10的直径更小或者除尘塔10的高度更高等情况均可能达到临界风速，发生诱导共振。

可以理解的是，当环境风速大于第一阶临界风速，小于第二阶临界风速时，除尘塔10会发生一阶诱导共振。

当环境风速大于第二阶临界风速时，除尘塔10会发生二阶诱导共振。通常，除尘塔10均采用刚度较大的材料制成，一般不会产生三阶及三阶以上的诱导共振。

可以理解的是，本发明实施例中，在在判断结果为发生共振的情况下，调整除尘塔10的设计参数。

也就是说，本发明实施例中，在对除尘塔10进行设计的过程中，根据对除尘塔10设计是的设计参数计算出除尘塔10对应的固有频率；然后可以根据临界风速确定设计的除尘塔10是否会发生诱导共振，在会发生诱导共振的情况下，对除尘塔10的设计参数进行调整，然后再次进行判断。

在具体调整时，可以对除尘塔10的高度进行调整，例如降低除尘塔10的高度；对除尘塔10的壁厚进行调整，例如增加除尘塔10的壁厚；或者还可以增大除尘塔10的直径，以及采用强度更高的材料制作除尘塔10等。

在一些示例中，也可以是通过在除尘塔10外部设置绕流装置，将作用于除尘塔10的塔体的风载荷改变为轴向、环向作用于除尘塔10的塔体，从而减小外界环境对除尘塔10的激励，减小或者避免除尘塔10的振动。

本发明实施例还提供了一种除尘塔10，除尘塔10根据本发明前述实施例任一项提供的除尘塔10防共振方法设计。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种除尘塔的防共振方法，其特征在于，包括：

根据所述除尘塔的设计参数和牛顿力学平衡公式（1）对所述除尘塔沿轴向的任一微段进行受力分析，确定任一所述微段的受力情况；所述力学平衡公式（1）包括：

（1）；

式中：F为作用于任一所述微段上的剪切力；ρ为所述除尘塔的密度；A为所述除尘塔的塔体截面面积；ü为沿所述除尘塔径向上的加速度；M为作用于任一所述微段上的力矩，x为所述除尘塔沿轴向的长度；所述设计参数包括所述除尘塔的高度、壁厚、直径、弹性模量、密度和截面惯性矩；

根据材料力学公式（2）对任一所述微段进行受力分析，确定任一所述微段的受力情况；所述材料力学公式（2）包括：

（2）；

式中：E为所述除尘塔的弹性模量；I为所述除尘塔的截面惯性矩；u为沿所述除尘塔的径向位移；

根据所述力学平衡公式（1）和所述材料力学公式（2）确定所述除尘塔的所述设计参数与受力情况的关系式（3），所述设计参数与受力情况的关系式（3）包括：

（3）；

式中：t为时间；

根据所述除尘塔沿轴向的连续性，确定所述除尘塔沿径向的位移与除尘塔的固有频率之间的第一对应关系（4），所述第一对应关系（4）包括：

（4）；

式中：

为模态对应，i为复数的虚部表示，

为除尘塔的固有频率；

根据所述第一对应关系（4）和所述受力情况关系式（3）确定第二对应关系，所述第二对应关系包括以下动力学微分方程（5）：

（5）；

对所述动力学微分方程（5）求解；

根据悬臂梁的边界条件，求解得到所述除尘塔的固有频率与所述设计参数之间的关系；

基于所述固有频率与所述设计参数之间的关系，调整所述除尘塔的设计参数，以调整所述除尘塔的固有频率。

2.根据权利要求1所述的除尘塔的防共振方法，其特征在于，所述基于所述第二对应关系，调整所述除尘塔的设计参数，以调整所述除尘塔的固有频率的步骤之前，所述方法还包括：

根据当前所述除尘塔的所述设计参数和所述固有频率，判断在预设外激励条件下，所述除尘塔是否发生共振；

在判断结果为发生共振的情况下，调整所述除尘塔的设计参数。

3.根据权利要求2所述的除尘塔的防共振方法，其特征在于，所述固有频率包括至少一阶固有频率。

4.根据权利要求1所述的除尘塔的防共振方法，其特征在于，所述基于所述第二对应关系，调整所述除尘塔的设计参数，以调整所述除尘塔的固有频率的步骤，具体包括：

基于所述第二对应关系，调整所述除尘塔的高度、壁厚、直径、弹性模量、密度和截面惯性矩中的至少一种设计参数。

5.一种除尘塔，其特征在于，所述除尘塔根据权利要求1-4任一项所述的除尘塔的防共振方法设计。

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