近些年除塵器安全事故時(shí)有發(fā)生，通常都是灰斗脫落或變形引起，本文通過介紹大型除塵器灰斗的有限元計(jì)算方法，用該方法求解了灰斗工作條件下的應(yīng)力應(yīng)變分布，為鑒定校核分析提供了必需的數(shù)據(jù)。

灰斗是用于收集粉塵的環(huán)保設(shè)備，廣泛用于火電廠、水泥廠、鋼鐵廠等處。近年來出現(xiàn)一些灰斗被積灰壓垮的事故，因此灰斗的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核就顯得非常重要。以前的灰斗設(shè)計(jì)，較多采用簡化了的計(jì)算模型，如將較為復(fù)雜的空間載荷簡化成一維的拉力和彎矩。類似的簡化會(huì)造成一定的計(jì)算誤差，即使能保證設(shè)備安全，卻難以獲得最優(yōu)化的結(jié)果。為了找到一種能夠更接近真實(shí)工況的計(jì)算方法，本文采用Midas Gen有限元分析軟件，考慮在運(yùn)行負(fù)壓、結(jié)構(gòu)自重和積灰載荷下，對(duì)某工程中電除塵器灰斗的應(yīng)力和應(yīng)變進(jìn)行了分析。

1?灰斗結(jié)構(gòu)形式及受力狀態(tài)

典型的灰斗都是板殼帶肋的結(jié)構(gòu)（圖?1.1）。灰斗中無積灰或積灰很少時(shí)，灰斗主要受負(fù)壓作用，負(fù)壓作用為灰斗壁板的法向荷載(F3,圖?1.3)。此時(shí)除灰斗自重和灰斗下部懸掛設(shè)備外灰斗壁板不受其他面切向荷載。

在卸灰前或者卸灰系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，積灰達(dá)到一定數(shù)量積灰荷載為主要荷載。此時(shí)灰斗壁板除法向受積灰荷載外(F1,圖?1.3)，切向也受積灰荷載(F2,圖?1.3)而使灰斗壁板受拉（切向荷載F2計(jì)算時(shí)可忽略^[1]）。

灰斗壁板的水平加勁肋承擔(dān)相鄰壁板傳遞的水平拉力和壁板法向受壓時(shí)傳遞的彎矩豎向加勁肋主要承受壁板法向受壓時(shí)傳遞的彎矩。壁板面內(nèi)拉力主要由壁板承擔(dān)。當(dāng)負(fù)壓為主要荷載時(shí)，灰斗內(nèi)部水平撐管（圖?1.2）受壓，當(dāng)積灰為主要荷載時(shí)灰斗內(nèi)水平撐管受拉。水平撐管有效減小了灰斗壁板及水平加勁肋的跨度。

2?灰斗的幾何尺寸及構(gòu)件材質(zhì)

灰斗整體形狀為長方形漏斗，上斗口尺寸：7.95m×5.80m，下斗口尺寸0.41m×0.41m,斗高7.70m，斗體積：V=119m3，灰斗材質(zhì)均為Q235A，壁板厚5.00mm，上灰斗橫肋采用槽鋼C20a，豎肋采用角鋼L90×56×8，內(nèi)支撐桿P89×4.5。下灰斗橫肋采用角鋼L100×63×8，豎肋為40×6鋼板，壁板厚5.0mm。

3?灰斗有限元計(jì)算

3.1?計(jì)算依據(jù)

1)儲(chǔ)灰容重取8KN/m3。

2)根據(jù)《電除塵器鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》JBT 12127-2015，在150℃工作溫度下，鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的高溫折減系數(shù)時(shí)取0.85，折減強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為182.75N/mm2；鋼材的彈性模量折減系數(shù)為0.94。

3)根據(jù)大唐電力集團(tuán)和華電集團(tuán)的技術(shù)文件要求灰斗及其連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按除塵器滿灰斗儲(chǔ)量的1.5倍考慮。（按1.5倍滿灰斗儲(chǔ)量進(jìn)行驗(yàn)算時(shí)，是否還要乘以1.5倍的活荷載分項(xiàng)系數(shù)，目前行業(yè)對(duì)此處的標(biāo)準(zhǔn)并未統(tǒng)一，本文按照1.5（活荷載分項(xiàng)系數(shù)）×1.5倍儲(chǔ)灰的設(shè)計(jì)值進(jìn)行驗(yàn)算）

3.2?灰斗模型建立

根據(jù)加工圖中的相關(guān)數(shù)據(jù)在Midas Gen中進(jìn)行建模，壁板采用殼單元，橫豎肋和撐桿采用梁單元。設(shè)定上灰斗主肋之間的連接均為鉸接，下灰斗主肋之間的連接均為固接，考慮橫豎肋對(duì)灰斗壁板的加強(qiáng)作用（具體力學(xué)模型簡化方式根據(jù)不同的灰斗加工方式有所不同），建模結(jié)果如下圖所示。

3.3?荷載組合及儲(chǔ)灰荷載導(dǎo)算

3.3.1?荷載組合

靜電除塵器灰斗在運(yùn)行條件下共承受如下荷載：

(1)?自身重量（負(fù)?Z?向?9.81m/s²）；

(2)運(yùn)行負(fù)壓（－2kPa），因該項(xiàng)目負(fù)壓很小，不是控制工況，本次驗(yàn)算忽略灰斗中無積灰或少量積灰時(shí)主要承受負(fù)壓的工況；

(3)?本次按積灰滿灰斗的1.5倍儲(chǔ)灰進(jìn)行積灰校核；

荷載控制組合工況為上述(1)和(3)兩種荷載組合，即基本組合：

1.3自重+1.5×1.5倍滿灰斗儲(chǔ)灰

3.3.2?儲(chǔ)灰荷載導(dǎo)算

灰斗滿灰容積為119m³,按1.5倍滿灰計(jì)算，儲(chǔ)灰量自灰斗上口增高1290mm。

儲(chǔ)灰重度取γ=8KN/m3，內(nèi)摩擦角φ=28°。根據(jù)《電除塵器鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》JBT 12127-2015附錄B，側(cè)壓力系數(shù)K=tan²(45-φ/2)=0.361。法向壓力系數(shù)：§=cos²α+ksin²α=0.109+0.361×0.891=0.431(α=70.7°，為漏斗壁與水平面的夾角，另一側(cè)夾角壁導(dǎo)算過程類似，此處略過）?；叶沸北谏蟽?chǔ)灰法向壓力為：
P_n=γ*h_x*§，則灰斗上口斜壁儲(chǔ)灰法向壓力為：P_n1=8*1.29*0.431=4.45KN/m²，灰斗下口斜壁儲(chǔ)灰法向壓力為：P_n2=8*8.99*0.431=31KN/m²。斜壁儲(chǔ)灰法向壓力分布詳見下圖。

圖?3.3.2-1斜壁儲(chǔ)灰法向壓力分布圖

3.4?計(jì)算結(jié)果

3.4.1?上灰斗橫肋

上灰斗主肋在進(jìn)行建模時(shí)，考慮了壁板對(duì)主肋強(qiáng)度的貢獻(xiàn)，因而在模型中采用不等邊工字形鋼進(jìn)行模擬。上翼緣寬度取值依據(jù)《鋼筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50884-2013。

圖?3.4.1-1上灰斗橫肋組合截面示意

1)強(qiáng)度應(yīng)力?

圖?3.4.1-2上灰斗橫肋應(yīng)力云圖

圖?3.4.1-3上灰斗橫肋強(qiáng)度應(yīng)力比條形圖

根據(jù)上灰斗橫肋強(qiáng)度應(yīng)力比條形圖比值，上灰斗橫肋強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。

2)穩(wěn)定應(yīng)力

圖?3.4.1-4上灰斗橫肋穩(wěn)定應(yīng)力比條形圖

根據(jù)上灰斗橫肋強(qiáng)度應(yīng)力比條形圖比值，上灰斗橫肋穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

3)變形?

圖?3.4.1-5上灰斗橫肋變形圖

根據(jù)《電除塵器鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》JBT 12127-2015中規(guī)定，加勁肋撓度不應(yīng)超過L/250（L為加勁肋跨度），本工程上灰斗橫肋最大撓度為3.49mm＜L/250=16.6mm。變形滿足規(guī)范要求。

3.4.2?上灰斗豎肋

1)強(qiáng)度應(yīng)力

圖?3.4.2-1上灰斗豎肋應(yīng)力云圖

根據(jù)上灰斗豎肋強(qiáng)度應(yīng)力云圖，上灰斗豎肋強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。

2)變形

圖?3.4.2-2上灰斗豎肋變形圖

根據(jù)《電除塵器鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》JBT 12127-2015中規(guī)定，加勁肋撓度不應(yīng)超過L/250（L為加勁肋跨度），本工程上灰斗豎肋最大撓度為3.49mm＜L/250=16.6mm。變形滿足規(guī)范要求。

3.4.3?灰斗內(nèi)撐桿

1)強(qiáng)度應(yīng)力

圖?3.4.3-1內(nèi)撐桿應(yīng)力云圖

根據(jù)強(qiáng)度應(yīng)力云圖，內(nèi)撐桿強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。

3.4.4?下灰斗橫肋

1)強(qiáng)度應(yīng)力

圖?3.4.4-1下灰斗橫肋應(yīng)力云圖

根據(jù)下灰斗橫肋強(qiáng)度應(yīng)力云圖，剔除局部應(yīng)力集中現(xiàn)象，下灰斗橫肋強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。

2)變形

圖?3.4.4-2下灰斗橫肋變形圖

根據(jù)《電除塵器鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》JBT 12127-2015中規(guī)定，加勁肋撓度不應(yīng)超過L/250（L為加勁肋跨度），本工程上灰斗豎肋最大撓度為3.17mm＜L/250=9.6mm。變形滿足規(guī)范要求。

3.4.5?壁板

1)強(qiáng)度應(yīng)力

圖?3.4.5-1壁板強(qiáng)度應(yīng)力云圖

根據(jù)壁板強(qiáng)度應(yīng)力云圖，剔除局部應(yīng)力集中現(xiàn)象，壁板標(biāo)高1/3位置處強(qiáng)度不滿足規(guī)范要求。

2)變形

圖?3.4.5-2壁板變形圖

根據(jù)《電除塵器鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》JBT 12127-2015中規(guī)定，壁板撓度不應(yīng)超過L/50（L為兩加勁肋間距離），本工程壁板最大撓度為20mm＜L/50=18mm。壁板標(biāo)高1/3位置處變形不滿足規(guī)范要求。

3.4.6?計(jì)算總結(jié)

灰斗在150%滿灰斗載荷工況下僅壁板強(qiáng)度和變形不滿足規(guī)范要求，其余均滿足要求。

參考文獻(xiàn)

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