带双大出烟口脱硫塔的结构有限元分析

发布时间：2017-05-04 13:01

  本文关键词：带双大出烟口脱硫塔的结构有限元分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：脱硫塔是烟气脱硫工作的核心设备,主要由筒体、烟箱、支架、支承环梁等部分组成,多为大型薄壁壳体结构。因工艺和设计要求,脱硫塔内部设各种管道、支撑梁,塔体开孔率较高,使得结构形式复杂。对于此类结构,目前尚无完全适用的规范可供使用,一般参考相近结构的规范,并且结构的设计在很大程度上依赖于以往的工程经验,缺乏相应的理论分析和指导,有必要对此类结构进行深入研究。本文以内蒙古中煤蒙大新能源化工有限公司脱硫塔为实际工程背景,根据结构特点,借助分析软件Midas/Gen对结构进行有限元静力分析,建立脱硫塔整体结构及其重要部分(支承环梁、文丘里顶梁)的有限元模型,在相应工况下进行静力计算,分析结构响应极值及分布规律,并在各工况下将各局部分析与整体分析结果进行对比,总结不同的建模分析方法对结构力学特性产生的影响。对支架与出口烟箱的共同作用进行了分析,建立烟箱单独分析及支架、烟箱共同分析的模型,在相同工况下进行计算,并将两种模型的计算结果进行对比,分析支架与烟箱的协同工作对烟箱受力特性的影响。本文的主要研究工作及得到的结论如下:(1)对脱硫塔进行整体分析,发现在自重和积灰荷载作用下,内筒壁底端与文丘里顶梁连接处有严重的应力集中现象,因为文丘里顶梁承受由底部构件重量及灰斗积灰产生的荷载很大,将其传递到内筒壁底端边缘处,形成了等效的集中荷载,使内筒壁在局部产生了很大的应力和变形。同时,环梁的应力、变形分布表现出“偏心”现象,即结构的前、后两部分结果极不对称。造成这种现象的原因是脱硫塔的烟箱根据设计要求安装在结构的前侧,且为斜向布置,所以使结构的刚度和受力产生了很大的偏心,使得计算结果的在结构前、后部分的差距较大。此外,文丘里顶梁只在外环梁上受到约束,径向梁与内环梁没有任何形式的约束与支承结构,所以在靠近中点的环向梁上发生很大的变形,在径向梁与外环梁连接处产生较大应力。(2)对脱硫塔的重要部分(支承环梁、文丘里顶梁)进行局部分析,并将分析结果与整体分析结果进行对比,结果表明,整体分析时环梁的应力、变形分布不均匀,在与支架连接的一侧结果较大,而局部分析时应力、变形的分布规律不明显,与整体分析的应力、位移和内力的差别较大。自重下文丘里顶梁在整体分析与局部分析时应力、位移的分布较一致,但两种模型分析得到的应力、位移极值大小不一。积灰荷载作用下,文丘里顶梁局部分析和整体分析时得到的应力分布规律完全不同。可见,局部分析难以准确地反应脱硫塔重要部分的实际受力特性,不能为结构的初步设计提供参考依据。(3)分析支架与烟箱的共同作用对烟箱的影响,建立单独分析烟箱与支架、烟箱共同分析的有限元模型,在相同工况下计算,并将两种模型分析得到的结果进行对比。结果显示,各工况下两种模型分析得到的应力差别较大,在考虑支架与烟箱的共同作用时分析得到的烟箱应力比单独分析时分布更均匀。单独分析烟箱时得到的结构内力与真实值的误差很大,且位移比支架、烟箱共同分析时的大。可见,底部支架不仅能减小烟箱位移,对其变形有很好的协调作用,而且有利于优化烟箱的受力,使其的承载能力大幅提升,所以在分析烟箱的力学特性时支架与烟箱的共同作用不应被忽略。
【关键词】：脱硫塔 有限元分析 出口烟箱 支架 共同作用
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU398.9
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-14
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 烟气脱硫体系的工作原理11-12
• 1.3 脱硫塔体系的结构特点12
• 1.4 脱硫塔结构的研究现状12-13
• 1.5 本文研究内容13-14
• 2 脱硫塔结构三维有限元模型及静力分析14-30
• 2.1 带双大出烟口脱硫塔的基本描述14-18
• 2.2 有限元方法18-22
• 2.2.1 有限元方法介绍18-20
• 2.2.2 单元类型及坐标系20-22
• 2.3 有限元分析软件Midas/Gen简介22
• 2.4 带双大出烟口脱硫塔三维有限元模型22-29
• 2.4.1 材料及截面特性22-23
• 2.4.2 单元的选择及模型建立23-24
• 2.4.3 约束条件24-25
• 2.4.4 脱硫塔的荷载形式及取值25-29
• 2.5 本章小结29-30
• 3 脱硫塔结构静力分析30-49
• 3.1 应力分析30-40
• 3.2 位移分析40-46
• 3.3 内力分析46-48
• 3.3.1 支撑杆内力分析47
• 3.3.2 加劲肋内力分析47-48
• 3.4 本章小结48-49
• 4 脱硫塔重要部分局部有限元静力模型研究49-63
• 4.1 局部有限元模型49-53
• 4.1.1 支承环梁局部有限元模型49-51
• 4.1.2 文丘里顶梁局部有限元模型51-53
• 4.2 支承环梁分析53-56
• 4.2.1 自重下环梁静力分析53-54
• 4.2.2 负压作用下环梁静力分析54-55
• 4.2.3 积灰荷载作用下环梁静力分析55-56
• 4.3 文丘里顶梁分析56-62
• 4.3.1 自重下文丘里顶梁静力分析56-59
• 4.3.2 积灰荷载作用下文丘里顶梁静力分析59-62
• 4.4 本章小结62-63
• 5 支架与出口烟箱共同作用的有限元分析63-82
• 5.1 出口烟箱的结构特点63-64
• 5.2 出口烟箱三维有限元模型64-67
• 5.2.1 不考虑支架与烟箱共同作用的出口烟箱有限元模型65-66
• 5.2.2 考虑支架共同作用的出口烟箱有限元模型66-67
• 5.3 两种模型加载及分析结果对比67-80
• 5.3.1 自重作用下烟箱的计算结果67-70
• 5.3.2 负压作用下烟箱的计算结果70-74
• 5.3.3 不同积灰高度下积灰荷载对烟箱的作用规律研究74-80
• 5.4 带双大出烟口的烟箱结构补强措施80
• 5.5 本章小结80-82
• 6 结论与展望82-84
• 6.1 结论82-83
• 6.2 展望83-84
• 致谢84-85
• 参考文献85-87
• 攻读学位期间的研究成果87

【参考文献】

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本文编号：345092