[发明专利]基于动载荷抑制的多支座大型锅炉的支撑载荷的设计方法

摘要

基于动载荷抑制的多支座大型锅炉的支撑载荷的设计方法，它涉及支撑载荷的设计方法。解决了现有双支座结构无法满足大型锅炉支撑问题及大型锅炉运行时动态载荷的抑制问题。计算锅炉的筒体重量、封头重量以及锅炉筒体内水的重量；对双支座大型锅炉的结构体系、载荷和支座简化：支座支撑静载荷计算：选定所需动载荷抑制机构中的动载荷抑制元件的最佳阻尼参数；将动载荷抑制元件与锅炉支撑并联，组成静载荷支撑与动载荷抑制机构，形成基于动载荷抑制的多支座的支撑形式。提出多支座静载荷计算方法，并设计了适用于锅炉运行时抑制动态液体流动产生的动态载荷的抑制机构，在静载荷支撑设计满足要求的基础上，保护支座免受动载荷破坏，提高锅炉运行的可靠性。

主权项

1.一种基于动载荷抑制的多支座大型锅炉的支撑载荷的设计方法，其特征在于：所述设计方法的具体过程为：步骤一、计算锅炉的筒体重量G_体、封头重量F以及锅炉筒体内水的重量G_水；步骤二、对双支座大型锅炉的结构体系、载荷和支座做出如下简化：结构体系的简化：大型锅炉的构架是通过焊接形成的，符合力学中对变形固体的连续性假设、均匀性假设和各向同性假设，且当承受垂直于其轴线的外力时，发生的是弯曲变形，因此简化为梁分析；支座的类型：按照被约束条件确定支座的类型，大型锅炉的支座点处的竖向移动被限制，大型锅炉的支座是滚动铰支座；荷载：大型锅炉主要承受的是重力载荷，包括两端封头的重力；将锅炉简化为梁分析后体现的荷载则是均布荷载和集中荷载，为求出梁的挠度值，应在梁的中点和梁的集中荷载处设置结点；步骤三、支座支撑静载荷计算：大型锅炉空载时，只有两个支撑，根据大型锅炉的相关参数、形状，建立的力学模型，两端为外伸结构，所受均布载荷q由其筒体及其附件自重产生，F为两端封头的重量，支座A和支座B之间的梁AB段的长度为L，两端外伸的长度为L₀，梁的弹性模量为E，截面对形心轴的惯性矩为I；求出梁的支座反力：以整个梁为研究对象，因为结构为完全对称，由平衡方程得出支座反力；然后，求剪力方程和弯矩方程；在距A端x处取一横截面，其左侧梁上只有均布载荷q，剪力和弯矩方程为：Q(x)＝R_A-qx    (0＜x＜L)M(x)=RAx-q2(x+L0)2=-12qx2+12qLx-12qL02,(0<x<L)]]>利用挠曲线近似微分方程通过两次积分得：EIy=-124qx4+112qLx3-14qL02x2+Cx+D]]>确定积分常数：积分结果出现了两个积分常数：一次积分常数C和零次积分常数D；需要两个已知的条件才能确定上述两个积分常数；利用支座在A、B处的两个边界条件y_a＝0和y_b＝0确定，最后得出梁AB段的挠度：其中，y_a是均布载荷在A点挠度y_b是均布载荷在B点挠度EIy=-124qx4+112qLx3-14qL02x2+(14qL02×L-124qL3)x]]>代入C点坐标，求出均布载荷在C点挠度为：λCq=118EIqL02×L2-11972EIqL4(↓)]]>其中，向下箭头代表挠度为离开中心向下；计算集中载荷F产生的挠度，可以求出封头重量F在C点产生的挠度方程：λCF=16lEIFL0×L3×[L2-(L3)2]+16LEIFL0×2L3×[L2-(2L3)2]=19EIFL0×L2(↑)]]>其中，向上箭头代表挠度为离开中心向上；利用叠加定理，可以求出C点的挠度为：λC=λCq+λCF=118EIqL02×L2-11972EIqL4+19EIFL0×L2(↓)]]>其中，向下箭头代表挠度为离开中心向下；支座约束A、B点约束反力为：RA=RB=q(L+2L0)2+F]]>大型锅炉运行工况时，其自身重量及附件产生的均布载荷记为q′，梁两端的支座A和支座B为静定基，支座A和支座B之间的支座C和支座D作为多余约束，将载荷q′、F和代替支座的多余约束反力R_C和R_d作用在静定基上，设定变形协调条件，将等效系统与原超静定梁在C处的变形进行比较，可得变形的协调条件为：λ_C＝λ′_C其中，λ_C′为载荷F和q′在C点处产生的挠度，应用物理关系，载荷q′和R_C产生的挠度为：λ′C=λCq′+λCF=118EIq′L02×L2-11972EIq′L4+19EIEL0×L2(↓)]]>λCR=4RCL3243EI+7RDL3486EI(↑)]]>其中，向上箭头代表挠度为离开中心向上，向下箭头代表挠度为离开中心向下；将上述各个力产生的挠度代入方程，可得补充方程：由平衡条件和几何条件令l＝3e，e为相邻两个支座之间的距离，最后得到支座反力：至此，支座反力R_A、支座反力R_B、支座反力R_C和支座反力R_D已求得；步骤四、根据静载荷支撑计算结果，选定所需动载荷抑制机构中的动载荷抑制元件的最佳阻尼参数，具体过程为：步骤四(一)、确定惯性元件1的质量m，m＝(G_体+G_水+G_体附件)/1000*g，g是重力加速度；步骤四(二)、通过连接夹具3将动载荷抑制元件2安装在惯性元件1与动载荷发生装置4之间，惯性元件1与传感器连接，传感器输出的信号通过变化可求出模态阻尼η，通过不断变化动载荷抑制元件2面积，测得动载荷抑制元件2的阻尼层的阻尼面积γ与模态阻尼η之间曲线关系图；步骤四(三)、通过步骤四(二)得到的阻尼面积γ与模态阻尼η之间曲线关系图，可得到模态阻尼η最大时的阻尼层的阻尼面积γ值，进而求得动载荷抑制元件2的阻尼层的阻尼面积；步骤五、将动载荷抑制元件与锅炉支撑并联，组成静载荷支撑与动载荷抑制机构，形成基于动载荷抑制的多支座的支撑形式；相关参数：ρ：大型锅炉材料密度(Kg/m³)；d：筒体内直径(m)；t：筒体壁厚(m)；e：支座间距(m)；L：大型锅炉直段长度(m)；F：封头重量(Kg)；L′：L′＝L+d/3，等效梁长度(m)；G_体附件：筒体附件重量(Kg)；G_体：G_体＝ρπt(d+t)L，筒体重量(Kg)；q：q＝(G_体+G_体附件)/L′，空载时均布载荷(Kg/m)；G_水：G_水＝ρ_水πd²L/4，加满水后筒体内水的重量(Kg)；q′：q′＝(G_体+G_水+G_体附件)/L′，加满水后梁的均布载荷(Kg/m)；V_水：V_水＝πd³(2h/d-8h³/3d³+2/3)/32，一个封头内水的容积(m³)，h是以水箱中心线为基准线的水位高度-d/2≤h≤d/2；G_封水：G_封水＝ρ_水V_水，封头内水的重量(Kg)。