CN211597897U - 一种抗强台风的自适应钢结构冷却塔 - Google Patents

一种抗强台风的自适应钢结构冷却塔 Download PDF

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吴鸿鑫
杨杰
王晓海
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Abstract

本发明涉及本发明公开了一种抗强台风的自适应钢结构冷却塔，包括桁架系统、双曲线围护板系统和伺服开合系统。桁架系统的环向桁架与子午向桁架纵横交错连接，做为整体钢结构冷却塔的传力结构，具有刚性环和子午肋的作用，可提高冷却塔塔筒整体稳定性及减小塔筒表面风压；双曲线围护板系统的围护板通过围护板支架组件挂载在环向桁架上，伺服开合系统铺设于环向桁架上，风雨感应器安装于冷却塔塔筒顶部环向桁架上，当台风雨超过限值时，双曲线围护板开合姿态调整，使钢结构冷却塔在强台风来临的停机状态时能够打开围护板，减少冷却塔迎风面积，而使作用在塔筒表面的风荷载大大降低，提高钢结构冷却塔的抗强台风性能。

Description

一种抗强台风的自适应钢结构冷却塔
技术领域
本发明属于冷却塔技术领域，具体而言，涉及一种抗强台风的自适应钢结构冷却塔。
背景技术
冷却塔是一种为了释放火电厂废热的高效率设备，近些年逐渐朝着大功率化发展，呈现超高大化趋势，柔性塔筒的安全储备也逐渐下降。中国海岸线绵长，台风频发，随着沿岸经济的飞速发展，用电量的增多也促使沿岸增建冷却塔，坐落于台风影响范围内的冷却塔遭受超限风荷载的概率也急剧增大；为了提高冷却塔的结构稳定性，申请号为201620659993.8的中国专利公开了一种交叉桁架型式的钢结构冷却塔，该塔通过塔形采用双曲线型或直筒圆锥型，可以保证塔体受力均匀，调高结构稳定性高和抗台风抗震性能，而且塔型曲率的适应性好，但是冷却塔超高大化趋势带来的硕大迎风面积使冷却塔在极端强台风环境下遭受的风荷载过大，其进一步引发的冷却塔结构设计难度增加的问题，这是上述交叉桁架型式的钢结构冷却塔所无法解决的。
作用在冷却塔塔筒表面的风荷载大小由风压乘以迎风面积决定，当主动控制开合系统在电动窗户等领域已有相关应用，但其主要用于解决人力问题与智能家居，在钢结构冷却塔尚未有效应用，钢结构冷却塔的围护板智能开合技术具有详尽的前备技术储备与广阔的应用前景。
因此，将围护板智能开合技术应用于钢结构冷却塔上，使冷却塔在强台风环境下能够进行主动控制调整迎风面积时，能有效降低作用于塔筒表面的风荷载，进而直接减小冷却塔结构设计荷载。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种抗强台风的自适应钢结构冷却塔。该自适应钢结构冷却塔通过桁架系统承担结构荷载，通过将双曲线围护板系统挂载在桁架系统上，覆盖作为冷却塔塔筒，提供冷却塔的双曲线气动外形，通过伺服开合系统控制双曲线围护板开合姿态转换，可使冷却塔在强台风环境下打开围护板，能有效降低作用于冷却塔的风荷载。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种抗强台风的自适应钢结构冷却塔，其中，包括桁架系统、双曲线围护板系统和伺服开合系统，桁架系统包括若干个环向桁架和若干个子午向桁架，所述环向桁架与子午向桁架相互纵横交错连接，组成冷却塔承载骨架，每个相邻环向桁架与子午向桁架围成的空间中，均安装一个双曲线围护板系统，环向桁架和子午向桁架外侧外凸至双曲线围护板系统外侧，双曲线围护板系统包括双曲线围护板、双曲线围护板环向支架、双曲线围护板子午向支架、双曲线围护板旋转挂件以及旋转电机，双曲线围护板固定安装在双曲线围护板环向支架和双曲线围护板子午向支架组成的围护骨架上，双曲线围护板旋转挂件与围护骨架固定连接，双曲线围护板旋转挂件与双曲线围护板子午向支架平行，且双曲线围护板旋转挂件位于围护骨架中部，双曲线围护板旋转挂件的上端和下端与相应的环向桁架定位连接，且双曲线围护板旋转挂件能绕自身轴心转动，旋转电机安装在双曲线围护板旋转挂件上，旋转电机用于驱动双曲线围护板旋转挂件转动，从而使得双曲线围护板能绕双曲线围护板旋转挂件轴心转动至少90°，伺服开合系统包括风雨感应器和控制器，风雨感应器安装在冷却塔顶部环向桁架上，用于测量冷却塔塔顶风压与雨强，风雨感应器与控制器连接，控制器与各旋转电机连接，当台风雨超过限值时，风雨感应器将信号发送至控制器，控制器控制各旋转电机转动，使双曲线围护板与来风方向平行。
上述的双曲线围护板系统包括若干个双曲线围护板、双曲线围护板环向支架、双曲线围护板子午向支架和双曲线围护板旋转挂件，每个双曲线围护板均固定在相应的双曲线围护板环向支架和双曲线围护板子午向支架做成的围护骨架上，每个围护骨架均安装有双曲线围护板旋转挂件，双曲线围护板系统只有一个旋转电机，该旋转电机与其中一个双曲线围护板旋转挂件连接，各围护骨架之间通过一连接杆连接，连接杆与各围护骨架铰接配合，旋转电机带动与其连接的一个双曲线围护板旋转挂件旋转时，该双曲线围护板旋转挂件能带动连接杆位移，连接杆带动其余各围护骨架随动，使得一个双曲线围护板系统中的各双曲线围护板统一动作。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的桁架系统为型钢结构或网架格构结构。
上述的风雨感应器采用BALUK363无线传感器，可检测风压及雨强信号并以无线电信号传递到控制器，控制器采用台达伺服B2系列电机驱动器，当其接受的风压及雨强电磁信号超限时，产生并传递电机控制信号至旋转电机，旋转电机采用K8178R直流遥控电机。
上述的环向桁架包括环向桁架内弦杆、环向桁架外弦杆和环向桁架腹杆,环向桁架外弦杆通过环向桁架腹杆水平焊接在环向桁架内弦杆外侧，左右相邻环向桁架腹杆首尾相连。
上述的子午向桁架包括子午向桁架内弦杆、子午向桁架外弦杆和子午向桁架腹杆，子午向桁架外弦杆通过子午向桁架腹杆纵向焊接在子午向桁架内弦杆外侧，上下相邻子午向桁架腹杆首尾相连。
上述的纵横交错处的环向桁架腹杆与子午向桁架腹杆通过焊接相连，纵横交错处的子午向桁架外弦杆与环向桁架外弦杆焊接相连。
本发明具有以下有益效果：
1)桁架系统的环向桁架沿冷却塔塔筒高度均匀分布，可约束住冷却塔薄壳的水平变形，而贯穿子午向的子午向桁架约束住冷却塔塔筒的整体倾覆变形，因而对于冷却塔具有刚性环和子午肋的作用，可显著提高冷却塔塔筒整体稳定性。
2)桁架系统外凸在双曲线围护板系统表面，可有效提高冷却塔塔筒表面粗糙度，从而使得流经冷却塔塔筒与边界分离漩涡的流速有所减小，进而有效减小冷却塔塔筒表面风压。
3)相较于传统冷却塔，本发明通过将双曲线围护板系统铺设在冷却塔塔筒表面，在强台风的停机环境时，伺服开合系统根据检测的塔顶风压及雨强，控制旋转电机驱动双曲线围护板系统调整开合姿态。闭合姿态时，能包覆形成冷却塔的双曲线形塔筒，提供冷却塔自然通风循环的气动外形；开启姿态时，有效减小冷却塔塔筒迎风面积，进而直接减小冷却塔结构设计风荷载，提高结构设计安全储备。
附图说明
图1是本发明的结构开启姿态结构示意图；
图2是本发明的结构闭合姿态结构示意图；
图3是图1的桁架系统与双曲线围护板系统示意图；
图4是图1的风雨感应器与环向桁架连接示意图；
图5是图1的双曲线围护板结构示意图。
其中，附图标记为：桁架系统1、环向桁架11、环向桁架内弦杆11a、环向桁架外弦杆11b、环向桁架腹杆11c、子午向桁架12、子午向桁架内弦杆12a、子午向桁架外弦杆12b、子午向桁架腹杆12c、伺服开合系统2、风雨感应器21、双曲线围护板系统3、双曲线围护板31、双曲线围护板环向支架32、双曲线围护板子午向支架33、双曲线围护板旋转挂件34、旋转电机35、连接杆36。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
本实施例的一种抗强台风的自适应钢结构冷却塔，如图1和图2所述的抗强台风的自适应钢结构冷却塔是110m高的钢桁架自然通台风冷却塔，底部支柱高20m，包括桁架系统1、双曲线围护板系统3和伺服开合系统2，桁架系统1包括若干个环向桁架11和若干个子午向桁架12，所述环向桁架11与子午向桁架12相互纵横交错连接，组成冷却塔承载骨架，冷却塔塔筒高度均匀分布的环向桁架11，约束住冷却塔薄壳的水平变形，而贯穿子午向的子午向桁架12约束住冷却塔塔筒的整体倾覆变形，因而对于冷却塔具有刚性环和子午肋的作用，可显著提高冷却塔塔筒整体稳定性，而桁架系统可有效提高冷却塔塔筒表面粗糙度，从而使得流经冷却塔塔筒与边界分离漩涡的流速有所减小，进而有效减小冷却塔塔筒表面风压。每个相邻环向桁架11与子午向桁架12围成的空间中，均安装一个双曲线围护板系统3，环向桁架11和子午向桁架12外侧外凸至双曲线围护板系统3外侧，双曲线围护板系统3包括双曲线围护板31、双曲线围护板环向支架32、双曲线围护板子午向支架33、双曲线围护板旋转挂件34以及旋转电机35，双曲线围护板31固定安装在双曲线围护板环向支架32和双曲线围护板子午向支架33组成的围护骨架上，双曲线围护板旋转挂件34与围护骨架固定连接，双曲线围护板旋转挂件34与双曲线围护板子午向支架33平行，且双曲线围护板旋转挂件34位于围护骨架中部，双曲线围护板旋转挂件34的上端和下端与相应的环向桁架11定位连接，且双曲线围护板旋转挂件34能绕自身轴心转动，旋转电机35安装在双曲线围护板旋转挂件34上，旋转电机35用于驱动双曲线围护板旋转挂件34转动，从而使得双曲线围护板31能绕双曲线围护板旋转挂件34轴心转动至少90°，伺服开合系统2包括风雨感应器21和控制器，风雨感应器21安装在冷却塔顶部环向桁架11上，用于测量冷却塔塔顶风压与雨强，风雨感应器21与控制器连接，控制器与各旋转电机35连接，当台风雨超过限值时，风雨感应器21将信号发送至控制器，控制器控制各旋转电机35转动，使双曲线围护板31与来风方向平行，使冷却塔塔筒迎风面积急剧减小，进而直接减小冷却塔结构设计风荷载。
实施例中，双曲线围护板系统3包括10个双曲线围护板31、双曲线围护板环向支架32、双曲线围护板子午向支架33和双曲线围护板旋转挂件34，每个双曲线围护板31均固定在相应的双曲线围护板环向支架32和双曲线围护板子午向支架33做成的围护骨架上，每个围护骨架均安装有双曲线围护板旋转挂件34，双曲线围护板系统3只有一个旋转电机35，该旋转电机35与其中一个双曲线围护板旋转挂件34连接，各围护骨架之间通过一连接杆36连接，连接杆36与各围护骨架铰接配合，旋转电机35带动与其连接的一个双曲线围护板旋转挂件34旋转时，该双曲线围护板旋转挂件34能带动连接杆36位移，连接杆36带动其余各围护骨架随动，使得一个双曲线围护板系统3中的各双曲线围护板31统一动作。
实施例中，桁架系统1为型钢结构或网架格构结构。
实施例中，风雨感应器21采用BALUK363无线传感器，可检测风压及雨强信号并以无线电信号传递到控制器，控制器采用台达伺服B2系列电机驱动器，当其接受的风压及雨强电磁信号超限时，产生并传递电机控制信号至旋转电机35，旋转电机35采用K8178R直流遥控电机。
实施例中，环向桁架11包括环向桁架内弦杆11a、环向桁架外弦杆11b和环向桁架腹杆11c,环向桁架外弦杆11b通过环向桁架腹杆11c水平焊接在环向桁架内弦杆11a外侧，左右相邻环向桁架腹杆11c首尾相连。
实施例中，子午向桁架12包括子午向桁架内弦杆12a、子午向桁架外弦杆12b和子午向桁架腹杆12c，子午向桁架外弦杆12b通过子午向桁架腹杆12c纵向焊接在子午向桁架内弦杆12a外侧，上下相邻子午向桁架腹杆12c首尾相连。
实施例中，纵横交错处的环向桁架腹杆11c与子午向桁架腹杆12c通过焊接相连，纵横交错处的子午向桁架外弦杆12b与环向桁架外弦杆11b焊接相连。
本发明双曲线围护板环向支架32、双曲线围护板子午向支架33采用型钢制成，本发明双曲线围护板31由模数制的商业围护板拼装而成，本发明双曲线围护板31、双曲线围护板环向支架32和双曲线围护板子午向支架33的弧度与冷却塔塔筒相吻合。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种抗强台风的自适应钢结构冷却塔，其特征在于，包括桁架系统(1)、双曲线围护板系统(3)和伺服开合系统(2)，所述的桁架系统(1)包括若干个环向桁架(11)和若干个子午向桁架(12)，所述环向桁架(11)与子午向桁架(12)相互纵横交错连接，组成冷却塔承载骨架，每个相邻环向桁架(11)与子午向桁架(12)围成的空间中，均安装一个双曲线围护板系统(3)，环向桁架(11)和子午向桁架(12)外侧外凸至双曲线围护板系统(3)外侧，所述的双曲线围护板系统(3)包括双曲线围护板(31)、双曲线围护板环向支架(32)、双曲线围护板子午向支架(33)、双曲线围护板旋转挂件(34)以及旋转电机(35)，所述的双曲线围护板(31)固定安装在双曲线围护板环向支架(32)和双曲线围护板子午向支架(33)组成的围护骨架上，所述的双曲线围护板旋转挂件(34)与围护骨架固定连接，双曲线围护板旋转挂件(34)与双曲线围护板子午向支架(33)平行，且双曲线围护板旋转挂件(34)位于围护骨架中部，双曲线围护板旋转挂件(34)的上端和下端与相应的环向桁架(11)定位连接，且双曲线围护板旋转挂件(34)能绕自身轴心转动，所述的旋转电机(35)安装在双曲线围护板旋转挂件(34)上，旋转电机(35)用于驱动双曲线围护板旋转挂件(34)转动，从而使得双曲线围护板(31)能绕双曲线围护板旋转挂件(34)轴心转动至少90°，所述的伺服开合系统(2)包括风雨感应器(21)和控制器，所述的风雨感应器(21)安装在冷却塔顶部环向桁架(11)上，用于测量冷却塔塔顶风压与雨强，风雨感应器(21)与控制器连接，控制器与各旋转电机(35)连接，当台风雨超过限值时，风雨感应器(21)将信号发送至控制器，控制器控制各旋转电机(35)转动，使双曲线围护板(31)与来风方向平行。
2.根据权利要求1所述的一种抗强台风的自适应钢结构冷却塔，其特征在于，所述的双曲线围护板系统(3)包括若干个双曲线围护板(31)、双曲线围护板环向支架(32)、双曲线围护板子午向支架(33)和双曲线围护板旋转挂件(34)，每个双曲线围护板(31)均固定在相应的双曲线围护板环向支架(32)和双曲线围护板子午向支架(33)做成的围护骨架上，每个围护骨架均安装有双曲线围护板旋转挂件(34)，双曲线围护板系统(3)只有一个旋转电机(35)，该旋转电机(35)与其中一个双曲线围护板旋转挂件(34)连接，各围护骨架之间通过一连接杆(36)连接，连接杆(36)与各围护骨架铰接配合，旋转电机(35)带动与其连接的一个双曲线围护板旋转挂件(34)旋转时，该双曲线围护板旋转挂件(34)能带动连接杆(36)位移，连接杆(36)带动其余各围护骨架随动，使得一个双曲线围护板系统(3)中的各双曲线围护板(31)统一动作。
3.根据权利要求2所述的一种抗强台风的自适应钢结构冷却塔，其特征在于，所述的桁架系统(1)为型钢结构或网架格构结构。
4.根据权利要求3所述的一种抗强台风的自适应钢结构冷却塔，其特征在于，所述的风雨感应器(21)采用BALUK363无线传感器，可检测风压及雨强信号并以无线电信号传递到控制器，控制器采用台达伺服B2系列电机驱动器，当其接受的风压及雨强电磁信号超限时，产生并传递电机控制信号至旋转电机(35)，所述的旋转电机(35)采用K8178R直流遥控电机。
5.根据权利要求4所述的一种抗强台风的自适应钢结构冷却塔，其特征在于，所述的环向桁架(11)包括环向桁架内弦杆(11a)、环向桁架外弦杆(11b)和环向桁架腹杆(11c),环向桁架外弦杆(11b)通过环向桁架腹杆(11c)水平焊接在环向桁架内弦杆(11a)外侧，左右相邻环向桁架腹杆(11c)首尾相连。
6.根据权利要求5所述的一种抗强台风的自适应钢结构冷却塔，其特征在于，子午向桁架(12)包括子午向桁架内弦杆(12a)、子午向桁架外弦杆(12b)和子午向桁架腹杆(12c)，子午向桁架外弦杆(12b)通过子午向桁架腹杆(12c)纵向焊接在子午向桁架内弦杆(12a)外侧，上下相邻子午向桁架腹杆(12c)首尾相连。
7.根据权利要求6所述的一种抗强台风的自适应钢结构冷却塔，其特征在于，纵横交错处的环向桁架腹杆(11c)与子午向桁架腹杆(12c)通过焊接相连，纵横交错处的子午向桁架外弦杆(12b)与环向桁架外弦杆(11b)焊接相连。
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