專(zhuān)利名稱(chēng)：基于動(dòng)載荷抑制的多支座大型鍋爐的支撐載荷的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及支撐載荷的設(shè)計(jì)方法，具體涉及一種多支座大型鍋爐的支撐載荷的設(shè) 計(jì)方法。
背景技術(shù)：
由于實(shí)際工作的要求，鍋爐的尺寸越 來(lái)越大。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法應(yīng)用雙支座對(duì)鍋爐進(jìn) 行支撐已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際需求。應(yīng)用多支座對(duì)大型鍋爐進(jìn)行支撐是解決問(wèn)題的最佳方法。 但是由于大型鍋爐屬于柔性結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)規(guī)范中并沒(méi)有給出多支座柔性大型鍋爐的支座靜載 荷計(jì)算方法，所以多支座大型鍋爐支座靜載荷的計(jì)算方法對(duì)實(shí)際鍋爐支座設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)具有非 常重要的指導(dǎo)意義。而且在鍋爐實(shí)際運(yùn)行中，隨著液體在管道中的流動(dòng)以及鍋爐內(nèi)液體晃動(dòng)也對(duì)支座 設(shè)計(jì)提出了對(duì)動(dòng)載荷抑制的要求。在大型鍋爐整體強(qiáng)度計(jì)算中，最主要的受力部件是大型鍋爐的支座。如果支座由 于強(qiáng)度發(fā)生破壞，它所帶來(lái)的失效會(huì)導(dǎo)致整個(gè)鍋爐發(fā)生非常嚴(yán)重的后果。而運(yùn)行時(shí)，液體 晃動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)載荷對(duì)支座也提出了苛刻的可靠性要求。對(duì)于傳統(tǒng)雙支座結(jié)構(gòu)，可以將鍋爐 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為剛體進(jìn)行計(jì)算，但是對(duì)于多支座鍋爐支撐結(jié)構(gòu)，則必須考慮鍋爐的柔性。此外， 在靜支撐載荷設(shè)計(jì)完成后，需要對(duì)鍋爐實(shí)際運(yùn)行中管道液體流動(dòng)以及鍋爐內(nèi)液體晃動(dòng)產(chǎn)生 的動(dòng)載荷進(jìn)行抑制。由于鍋爐參數(shù)不同，需要的阻尼力也不相同，而且在實(shí)際應(yīng)用阻尼材料 時(shí)，過(guò)大的阻尼力對(duì)動(dòng)載荷抑制會(huì)起反作用，所以需要測(cè)試動(dòng)載荷抑制元件最佳阻尼值，并 將其應(yīng)用到動(dòng)載荷抑制機(jī)構(gòu)中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于動(dòng)載荷抑制的多支座大型鍋爐的支撐載荷的設(shè)計(jì) 方法，以解決現(xiàn)有雙支座結(jié)構(gòu)無(wú)法滿(mǎn)足大型鍋爐支撐問(wèn)題及大型鍋爐運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)載荷的抑 制問(wèn)題。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明所述基于動(dòng)載荷抑制的多支座大型鍋爐的支撐載荷的設(shè)計(jì)方法的具體過(guò) 程為步驟一、計(jì)算鍋爐的筒體重量G體、封頭重量F以及鍋爐筒體內(nèi)水的重量G水；步驟二、對(duì)雙支座大型鍋爐的結(jié)構(gòu)體系、載荷和支座做出如下簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)體系的簡(jiǎn)化大型鍋爐的構(gòu)架是通過(guò)焊接形成的，符合力學(xué)中對(duì)變形固體的 連續(xù)性假設(shè)、均勻性假設(shè)和各向同性假設(shè)，且當(dāng)承受垂直于其軸線(xiàn)的外力時(shí)，發(fā)生的是彎曲 變形，因此簡(jiǎn)化為梁分析；支座的類(lèi)型按照被約束條件確定支座的類(lèi)型，大型鍋爐的支座點(diǎn)處的豎向移動(dòng) 被限制，大型鍋爐的支座是滾動(dòng)鉸支座；荷載大型鍋爐主要承受的是重力載荷，包括兩端封頭的重力；將鍋爐簡(jiǎn)化為梁分析后體現(xiàn)的荷載則是均布荷載和集中荷載，為求出梁的撓度值，應(yīng)在梁的中點(diǎn)和梁的集 中荷載處設(shè)置結(jié)點(diǎn)；步驟三、支座支撐靜載荷計(jì)算大型鍋爐空載時(shí)，只有兩個(gè)支撐，根據(jù)大型鍋爐的相關(guān)參數(shù)、形狀，建立的力學(xué)模 型(簡(jiǎn)之梁力學(xué)模型，如圖1所示)，兩端為外伸結(jié)構(gòu)，所受均布載荷q由其筒體及其附件自 重產(chǎn)生，F(xiàn)為兩端封頭的重量，支座A和支座B之間的梁AB段的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，兩端外伸的長(zhǎng)度 為k，梁的彈性模量為E，截面對(duì)形心軸的慣性矩為I ；求出梁的支座反力以整個(gè)梁為研究對(duì)象，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)為完全對(duì)稱(chēng)，由平衡方程得出 支座反力；然后，求剪力方程和彎矩方程；在距A端x處取一橫截面，其左側(cè)梁上只有均布 載荷q，剪力和彎矩方程為<formula>formula see original document page 6</formula><formula>formula see original document page 6</formula>
<formula>formula see original document page 6</formula>利用撓曲線(xiàn)近似微分方程 M(x)，通過(guò)兩次積分得<formula>formula see original document page 6</formula>確定積分常數(shù)積分結(jié)果出現(xiàn)了兩個(gè)積分常數(shù)一次積分常數(shù)C和零次積分常數(shù) D ；需要兩個(gè)已知的條件才能確定上述兩個(gè)積分常數(shù)；利用支座在A、B處的兩個(gè)邊界條件ya =0和Yb = 0確定，最后得出梁AB段的撓度其中，ya是均布載荷在A點(diǎn)撓度yb是均布載荷在B點(diǎn)撓度<formula>formula see original document page 6</formula>代入C點(diǎn)坐標(biāo)，求出均布載荷在C點(diǎn)撓度為<formula>formula see original document page 6</formula>其中，向下箭頭代表?yè)隙葹殡x開(kāi)中心向下；計(jì)算集中載荷F產(chǎn)生的撓度，可以求出封頭重量F在C點(diǎn)產(chǎn)生的撓度方程<formula>formula see original document page 6</formula>其中，向上箭頭代表?yè)隙葹殡x開(kāi)中心向上； 利用疊加定理，可以求出C點(diǎn)的撓度為 <formula>formula see original document page 6</formula>
其中，向下箭頭代表?yè)隙葹殡x開(kāi)中心向下；支座約束A、B點(diǎn)約束反力為 <formula>formula see original document page 6</formula> 大型鍋爐運(yùn)行工況時(shí)，其自身重量及附件產(chǎn)生的均布載荷記為q'，梁兩端的支座 A和支座B為靜定基，支座A和支座B之間的支座C和支座D作為多余約束，將載荷q'、F和代替支座的多余約束反力&和Rd作用在靜定基上，設(shè)定變形協(xié)調(diào)條件，將等效系統(tǒng)與原 超靜定梁在C處的變形進(jìn)行比較，可得變形的協(xié)調(diào)條件為入 c =入'c其中，Ac'為載荷F和q'在C點(diǎn)處產(chǎn)生的撓度，應(yīng)用物理關(guān)系，載荷q'和Re產(chǎn)生的撓度為仏=(知+WlFhXL2⑴知=誕+軀⑴ 243EI 486￡/v ‘其中，向上(下)箭頭代表?yè)隙葹殡x開(kāi)中心向上(下)；將上述各個(gè)力產(chǎn)生的撓度代入方程，可得補(bǔ)充方程
1 11 1―― qL\ xL2 - ~-qL4 + — FL0x L2 \MI ° 912EI 9 EI
ISEI912EI 9EIy 封水7243EI 4S6EI由平衡條件和幾何條件令1 = 3e，e為相鄰兩個(gè)支座之間的距離，最后得到支座反 力
<formula>formula see original document page 7</formula>
至此，支座反力RA、支座反力RB、支座反力Rc和支座反力Rd已求得；步驟四、根據(jù)靜載荷支撐計(jì)算結(jié)果，選定所需動(dòng)載荷抑制機(jī)構(gòu)中的動(dòng)載荷抑制元 件的最佳阻尼參數(shù)，具體過(guò)程為步驟四(一)、確定慣性元件1的質(zhì)量m，m = (G體+G水+G體附件)/1000*g，g是重力 加速度；步驟四(二)、通過(guò)連接夾具3將動(dòng)載荷抑制元件2安裝在慣性元件1與動(dòng)載荷 發(fā)生裝置4之間，慣性元件1與傳感器連接，傳感器輸出的信號(hào)通過(guò)變化可求出模態(tài)阻尼 n (模態(tài)阻尼n即為損耗因子，無(wú)量綱)，通過(guò)不斷變化動(dòng)載荷抑制元件2面積(動(dòng)載荷抑 制元件2與慣性元件1接觸面的面積)，測(cè)得動(dòng)載荷抑制元件2的阻尼層的阻尼面積、與 模態(tài)阻尼n之間曲線(xiàn)關(guān)系圖；步驟四(三)、通過(guò)步驟四(二)得到的阻尼面積、與模態(tài)阻尼n之間曲線(xiàn)關(guān)系 圖，可得到模態(tài)阻尼n最大時(shí)的阻尼層的阻尼面積、值，進(jìn)而求得動(dòng)載荷抑制元件2的阻 尼層的阻尼面積；步驟五、將動(dòng)載荷抑制元件與鍋爐支撐并聯(lián)，組成靜載荷支撐與動(dòng)載荷抑制機(jī)構(gòu)， 形成基于動(dòng)載荷抑制的多支座的支撐形式；相關(guān)參數(shù)
P 大型鍋爐材料密度(Kg/m3)；d筒體內(nèi)直徑(m)；t筒體壁厚(m)；e支座間距(m)；L大型鍋爐直段長(zhǎng)度(m)；F封頭重量(Kg)；L'= L+d/3，等效梁長(zhǎng)度(m)；G體附件筒體附件重量(Kg)；G體G體=P Jit(d+t)L，筒體重量(Kg)；q:q= (G體+G體附件)/L'，空載時(shí)均布載荷(Kg/m)；G水 G水=P水Jid2L/4，加滿(mǎn)水后筒體內(nèi)水的重量(Kg)；q':q' = (G體+G水+G體附件)/L'，加滿(mǎn)水后梁的均布載荷(Kg/m)；V 水V 水=31(13(211/(1-81173(13+2/3)/32，一個(gè)封頭內(nèi)水的容積(1113)，11是以水箱中心線(xiàn)為基準(zhǔn)線(xiàn)的水位高度_d/2 ^ h ^ d/2 ；G封水 G封水=P水V水， 封頭內(nèi)水的重量(Kg)。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明在靜支撐載荷設(shè)計(jì)完成后，并對(duì)鍋爐實(shí)際運(yùn)行中管道液體流動(dòng)以及鍋爐內(nèi)液體晃動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)載荷進(jìn)行有效抑制。如此設(shè)計(jì)，大大提高了鍋爐使用壽命和使用安全性。 解決了現(xiàn)有方法無(wú)法滿(mǎn)足多支座大型鍋爐靜載荷支撐反力的計(jì)算問(wèn)題和鍋爐運(yùn)行時(shí)支座 對(duì)動(dòng)載荷無(wú)法抑制的問(wèn)題。在現(xiàn)有雙支座剛性鍋爐設(shè)計(jì)方法無(wú)法滿(mǎn)足大型柔性鍋爐設(shè)計(jì)的 條件下，提出了大型柔性鍋爐的多支座靜載荷計(jì)算方法，并設(shè)計(jì)了適用于鍋爐運(yùn)行時(shí)抑制 動(dòng)態(tài)液體流動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)載荷的抑制機(jī)構(gòu)，在靜載荷支撐設(shè)計(jì)滿(mǎn)足要求的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步 保護(hù)支座免受動(dòng)載荷破壞，提高鍋爐運(yùn)行的可靠性。本發(fā)明適于高柔性大型鍋爐支座支撐 靜載荷的計(jì)算及動(dòng)載荷抑制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。


圖1是柔性鍋爐簡(jiǎn)化力學(xué)模型示意圖；圖2是鍋爐支座靜載荷支撐靜載荷示意圖；圖3動(dòng)載荷抑制元件測(cè)試機(jī)構(gòu)示意圖(1表示慣性元件，2表示動(dòng)載荷抑制元件，3表示連接 卡具，4表示動(dòng)載荷發(fā)生裝置)；圖4是動(dòng)載荷抑制元件測(cè)試結(jié)果曲線(xiàn)圖(通過(guò)圖4可以確 定當(dāng)阻尼飽和時(shí)，對(duì)應(yīng)粘彈性材料的幾何參數(shù)；圖4中，橫坐標(biāo)為阻尼面積，縱坐標(biāo)為模態(tài) 阻尼)；圖5是動(dòng)載荷抑制元件實(shí)物圖(通過(guò)圖4得到的參數(shù)制作出的載荷抑制元件的實(shí) 物圖)。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一(參見(jiàn)圖1 5)步驟1.針對(duì)實(shí)際情況，對(duì)大型鍋爐幾何形狀、載荷和支座做出如下簡(jiǎn)化支座的類(lèi)型按照被約束條件確定支座的類(lèi)型。如結(jié)構(gòu)容許繞某點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)和沿支承面在水平方向滑動(dòng)，該點(diǎn)的豎向移動(dòng)被限制，則該點(diǎn)就是滾動(dòng)鉸支座。結(jié)構(gòu)體系的簡(jiǎn)化大型鍋爐的構(gòu)架是通過(guò)焊接形成的，符合力學(xué)中對(duì)變形固體的連續(xù)性假設(shè)、均勻性假設(shè)和各向同性假設(shè)，且當(dāng)承受垂直于其軸線(xiàn)的外力時(shí)，發(fā)生的是彎曲 變形，因此簡(jiǎn)化為梁分析。荷載大型鍋爐主要承受的是重力載荷，包括兩端封頭的重力。在簡(jiǎn)圖上最后體現(xiàn) 的荷載則是均布荷載和集中荷載，為求出梁的撓度值，應(yīng)在梁的中點(diǎn)和梁的集中荷載處設(shè)
置結(jié)點(diǎn)。工況假設(shè)在運(yùn)行工況時(shí)大型鍋爐內(nèi)部壓力增大，導(dǎo)致大型鍋爐剛度發(fā)生變化。剛 度變化的直接導(dǎo)致支座反力會(huì)有相應(yīng)的變化。經(jīng)過(guò)初步分析，可以講大型鍋爐內(nèi)壓力變化 轉(zhuǎn)化為大型鍋爐均布載荷的變化，以修正計(jì)算的精度。

相關(guān)參數(shù)以及公式介紹 P大型鍋爐材料密度(Kg/m3)；
d筒體內(nèi)直徑(m)；
t筒體壁厚(m)；
e支座間距(m)；
L大型鍋爐直段長(zhǎng)度(m)；
F封頭重量(Kg)；
L' :L' =L+d/3，等效梁長(zhǎng)度(m)； G麵件筒體附件重量(Kg)；
G體
G水
V水
G體=P 31:q =(G體_G水=P水:q'==(G^:v水=31 d;
—G體附件)/L'，空載時(shí)均布載荷(Kg/m)； Jid2L/4，加滿(mǎn)水后筒體內(nèi)水的重量(Kg)；體+G*+G體附件)/L'，加滿(mǎn)水后梁的均布載荷(Kg/m)； j3…Vd-8h3/3d3+2/3)/32，一個(gè)封頭內(nèi)水的容積(m3)，h是以水 箱中心線(xiàn)為基準(zhǔn)線(xiàn)的水位高度_d/2 ^ h ^ d/2 ；G封水G封水=P水V水， 封頭內(nèi)水的重量(Kg)。步驟2.支座支撐靜載荷計(jì)算大型鍋爐空載時(shí)，只有兩個(gè)支撐，根據(jù)大型鍋爐的相關(guān)參數(shù)、形狀，建立的力學(xué)模 型如圖1所示，兩端為外伸結(jié)構(gòu)，所受均布載荷q由其筒體及其附件自重產(chǎn)生，F(xiàn)為兩端封 頭的重量，梁AB段的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，兩端外伸的長(zhǎng)度為k，梁的彈性模量為E，截面對(duì)形心軸的慣 性矩為I。計(jì)算均布載荷產(chǎn)生的撓度時(shí)，首先求支座反力。在求此梁橫截面上的剪力或彎矩 時(shí)，無(wú)論截取哪一邊的梁為研究對(duì)象，以上的外力都不可避免地包括一個(gè)支座反力，因此須 先求出梁的支座反力。以整個(gè)梁為研究對(duì)象，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)為完全對(duì)稱(chēng)，由平衡方程得出支座反 力。然后，求剪力方程和彎矩方程。在距A端x處取一橫截面，其左側(cè)梁上只有均布載荷q， 按“左上右下”的規(guī)則知，有它引起的剪力為負(fù)，故剪力和彎矩方程為Q (x) = RA-qx (0 < x < L)M(x) = RAx-^(x + L0)2 =-^qx2+^qLx-^qL20 (0 < x < L)利用撓曲線(xiàn)近似微分方程=M(x)，通過(guò)兩次積分得<formula>formula see original document page 10</formula>
0100] 確定積分常數(shù)。積分結(jié)果出現(xiàn)了兩個(gè)積分常數(shù)，需要兩個(gè)已知的條件才能確定。利 用支座在A，B處的兩個(gè)邊界條件ya = 0和yb = 0確定，最后得出梁AB段的撓度
<formula>formula see original document page 10</formula>
代入c點(diǎn)坐標(biāo)，求出均布載荷在C點(diǎn)撓度為
<formula>formula see original document page 10</formula>
其中，向下箭頭代表?yè)隙葹殡x開(kāi)中心向下。
計(jì)算集中載荷F產(chǎn)生的撓度，可以求出封頭重量F在C點(diǎn)產(chǎn)生的撓度方程<formula>formula see original document page 10</formula>
其中，向上箭頭代表?yè)隙葹殡x開(kāi)中心向上。 利用疊加定理，可以求出C點(diǎn)的撓度為
0109]<formula>formula see original document page 10</formula>
0110]其中，向下箭頭代表?yè)隙葹殡x開(kāi)中心向下。
0111]支座約束A，B點(diǎn)約束反力為
0112]<formula>formula see original document page 10</formula>0113]根據(jù)實(shí)際大型鍋爐安裝過(guò)程，大型鍋爐加水之前，在C點(diǎn)和D點(diǎn)處預(yù)留10mm的間 隙，通過(guò)上面公式計(jì)算出C點(diǎn)和D點(diǎn)處的撓度入。和XD，用水泥材料進(jìn)行填補(bǔ)至無(wú)間隙。
0114]大型鍋爐運(yùn)行工況時(shí)，其自身重量及附件產(chǎn)生的均布載荷記為q'，在梁的中間加 n個(gè)支座，這樣結(jié)構(gòu)就變?yōu)閚次靜不定結(jié)構(gòu)，解決這種超靜定結(jié)構(gòu)需考慮三方面一是選取 靜定基，建立相當(dāng)系統(tǒng)；二是利用變形協(xié)調(diào)條件和物理關(guān)系建立補(bǔ)充方程；三是建立平衡 方程。根據(jù)三者間關(guān)系，即可求解。首先，選取靜定基。以支座C和D作為多余約束，并去 掉多余支座，使原超靜定梁變成簡(jiǎn)支梁。建立等效系統(tǒng)。將載荷q'、F和代替支座的多余 約束反力&和Rd作用在靜定基上，便得等效系統(tǒng)，如圖2所示。設(shè)定變形協(xié)調(diào)條件，將等效 系統(tǒng)與原超靜定梁在C處的變形進(jìn)行比較，可得變形的協(xié)調(diào)條件為<formula>formula see original document page 10</formula>
在C點(diǎn)處，若載荷F和q'產(chǎn)生的撓度為，約束反力Re產(chǎn)生的撓度為，則 上式變?yōu)?lt;formula>formula see original document page 10</formula>
應(yīng)用物理關(guān)系，載荷q'和&產(chǎn)生的撓度為
<formula>formula see original document page 10</formula>
其中，向上(下)箭頭代表?yè)隙葹殡x開(kāi)中心向上(下)。將各個(gè)力產(chǎn)生的撓度代入方程，可得補(bǔ)充方程<formula>formula see original document page 11</formula>
<formula>formula see original document page 11</formula>由平衡條件和幾何條件令1 = 3e，最后得到支座反力
<formula>formula see original document page 11</formula>
<formula>formula see original document page 11</formula>步驟3.動(dòng)載荷抑制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基于靜載荷支撐反力計(jì)算方法，可以實(shí)現(xiàn)多支座大型鍋爐的靜載荷支撐反力的校 核與計(jì)算。而動(dòng)載荷抑制機(jī)構(gòu)是在靜載荷計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。采用粘彈性阻尼作為動(dòng)載 荷抑制的阻尼提供方式，根據(jù)粘彈性阻尼特性隨粘彈性阻尼面積的增大會(huì)出現(xiàn)阻尼飽和 現(xiàn)象，所以必須測(cè)得實(shí)際所需阻尼力。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，確定抑制效果最佳時(shí)粘彈性材料的幾 何參數(shù)。通過(guò)靜載荷計(jì)算結(jié)果可以確定動(dòng)載荷抑制計(jì)算中的慣性參量，并根據(jù)圖3所示結(jié) 構(gòu)進(jìn)行動(dòng)載荷抑制測(cè)試實(shí)驗(yàn)。將動(dòng)載荷抑制元件與鍋爐支撐并聯(lián)，組成靜載荷支撐與動(dòng)載荷抑制機(jī)構(gòu)，從而保 證大型鍋爐的正常運(yùn)行。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式中支座A和支座B之間的梁加n個(gè)支座，n = [L/ (9-12)]，其它與具體實(shí)施方式
一相同。
權(quán)利要求
一種基于動(dòng)載荷抑制的多支座大型鍋爐的支撐載荷的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述設(shè)計(jì)方法的具體過(guò)程為步驟一、計(jì)算鍋爐的筒體重量G體、封頭重量F以及鍋爐筒體內(nèi)水的重量G水；步驟二、對(duì)雙支座大型鍋爐的結(jié)構(gòu)體系、載荷和支座做出如下簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)體系的簡(jiǎn)化大型鍋爐的構(gòu)架是通過(guò)焊接形成的，符合力學(xué)中對(duì)變形固體的連續(xù)性假設(shè)、均勻性假設(shè)和各向同性假設(shè)，且當(dāng)承受垂直于其軸線(xiàn)的外力時(shí)，發(fā)生的是彎曲變形，因此簡(jiǎn)化為梁分析；支座的類(lèi)型按照被約束條件確定支座的類(lèi)型，大型鍋爐的支座點(diǎn)處的豎向移動(dòng)被限制，大型鍋爐的支座是滾動(dòng)鉸支座；荷載大型鍋爐主要承受的是重力載荷，包括兩端封頭的重力；將鍋爐簡(jiǎn)化為梁分析后體現(xiàn)的荷載則是均布荷載和集中荷載，為求出梁的撓度值，應(yīng)在梁的中點(diǎn)和梁的集中荷載處設(shè)置結(jié)點(diǎn)；步驟三、支座支撐靜載荷計(jì)算大型鍋爐空載時(shí)，只有兩個(gè)支撐，根據(jù)大型鍋爐的相關(guān)參數(shù)、形狀，建立的力學(xué)模型，兩端為外伸結(jié)構(gòu)，所受均布載荷q由其筒體及其附件自重產(chǎn)生，F(xiàn)為兩端封頭的重量，支座A和支座B之間的梁AB段的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，兩端外伸的長(zhǎng)度為L(zhǎng)0，梁的彈性模量為E，截面對(duì)形心軸的慣性矩為I；求出梁的支座反力以整個(gè)梁為研究對(duì)象，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)為完全對(duì)稱(chēng)，由平衡方程得出支座反力；然后，求剪力方程和彎矩方程；在距A端x處取一橫截面，其左側(cè)梁上只有均布載荷q，剪力和彎矩方程為Q(x)＝RA-qx(0＜x＜L) <mrow><mi>M</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub> <mi>R</mi> <mi>A</mi></msub><mi>x</mi><mo>-</mo><mfrac> <mi>q</mi> <mn>2</mn></mfrac><msup> <mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>+</mo><msub> <mi>L</mi> <mn>0</mn></msub><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><mo>=</mo><mo>-</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn></mfrac><msup> <mi>qx</mi> <mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn></mfrac><mi>qLx</mi><mo>-</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn></mfrac><mi>q</mi><msubsup> <mi>L</mi> <mn>0</mn> <mn>2</mn></msubsup><mo>,</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>0</mn> <mo>&lt;</mo> <mi>x</mi> <mo>&lt;</mo> <mi>L</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>利用撓曲線(xiàn)近似微分方程通過(guò)兩次積分得 <mrow><mi>EIy</mi><mo>=</mo><mo>-</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>24</mn></mfrac><msup> <mi>qx</mi> <mn>4</mn></msup><mo>+</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>12</mn></mfrac><mi>q</mi><msup> <mi>Lx</mi> <mn>3</mn></msup><mo>-</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>4</mn></mfrac><mi>q</mi><msubsup> <mi>L</mi> <mn>0</mn> <mn>2</mn></msubsup><msup> <mi>x</mi> <mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mi>Cx</mi><mo>+</mo><mi>D</mi> </mrow>確定積分常數(shù)積分結(jié)果出現(xiàn)了兩個(gè)積分常數(shù)一次積分常數(shù)C和零次積分常數(shù)D；需要兩個(gè)已知的條件才能確定上述兩個(gè)積分常數(shù)；利用支座在A、B處的兩個(gè)邊界條件ya＝0和yb＝0確定，最后得出梁AB段的撓度其中，ya是均布載荷在A點(diǎn)撓度yb是均布載荷在B點(diǎn)撓度 <mrow><mi>EIy</mi><mo>=</mo><mo>-</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>24</mn></mfrac><msup> <mi>qx</mi> <mn>4</mn></msup><mo>+</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>12</mn></mfrac><mi>q</mi><msup> <mi>Lx</mi> <mn>3</mn></msup><mo>-</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>4</mn></mfrac><msubsup> <mi>qL</mi> <mn>0</mn> <mn>2</mn></msubsup><msup> <mi>x</mi> <mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mn>1</mn><mn>4</mn> </mfrac> <mi>q</mi> <msubsup><mi>L</mi><mn>0</mn><mn>2</mn> </msubsup> <mo>&times;</mo> <mi>L</mi> <mo>-</mo> <mfrac><mn>1</mn><mn>24</mn> </mfrac> <mi>q</mi> <msup><mi>L</mi><mn>3</mn> </msup> <mo>)</mo></mrow><mi>x</mi> </mrow>代入C點(diǎn)坐標(biāo)，求出均布載荷在C點(diǎn)撓度為 <mrow><msub> <mi>&lambda;</mi> <mi>Cq</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mrow><mn>18</mn><mi>EI</mi> </mrow></mfrac><mi>q</mi><msubsup> <mi>L</mi> <mn>0</mn> <mn>2</mn></msubsup><mo>&times;</mo><msup> <mi>L</mi> <mn>2</mn></msup><mo>-</mo><mfrac> <mn>11</mn> <mrow><mn>972</mn><mi>EI</mi> </mrow></mfrac><msup> <mi>qL</mi> <mn>4</mn></msup><mrow> <mo>(</mo> <mo>&DownArrow;</mo> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中，向下箭頭代表?yè)隙葹殡x開(kāi)中心向下；計(jì)算集中載荷F產(chǎn)生的撓度，可以求出封頭重量F在C點(diǎn)產(chǎn)生的撓度方程 <mrow><msub> <mi>&lambda;</mi> <mi>CF</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mrow><mn>6</mn><mi>lEI</mi> </mrow></mfrac><msub> <mi>FL</mi> <mn>0</mn></msub><mo>&times;</mo><mfrac> <mi>L</mi> <mn>3</mn></mfrac><mo>&times;</mo><mo>[</mo><msup> <mi>L</mi> <mn>2</mn></msup><mo>-</mo><msup> <mrow><mo>(</mo><mfrac> <mi>L</mi> <mn>3</mn></mfrac><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><mo>]</mo><mo>+</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mrow><mn>6</mn><mi>LEI</mi> </mrow></mfrac><msub> <mi>FL</mi> <mn>0</mn></msub><mo>&times;</mo><mfrac> <mrow><mn>2</mn><mi>L</mi> </mrow> <mn>3</mn></mfrac><mo>&times;</mo><mo>[</mo><msup> <mi>L</mi> <mn>2</mn></msup><mo>-</mo><msup> <mrow><mo>(</mo><mfrac> <mrow><mn>2</mn><mi>L</mi> </mrow> <mn>3</mn></mfrac><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><mo>]</mo><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mrow><mn>9</mn><mi>EI</mi> </mrow></mfrac><msub> <mi>FL</mi> <mn>0</mn></msub><mo>&times;</mo><msup> <mi>L</mi> <mn>2</mn></msup><mrow> <mo>(</mo> <mo>&UpArrow;</mo> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中，向上箭頭代表?yè)隙葹殡x開(kāi)中心向上；利用疊加定理，可以求出C點(diǎn)的撓度為 <mrow><msub> <mi>&lambda;</mi> <mi>C</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>&lambda;</mi> <mi>Cq</mi></msub><mo>+</mo><msub> <mi>&lambda;</mi> <mi>CF</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mrow><mn>18</mn><mi>EI</mi> </mrow></mfrac><msubsup> <mi>qL</mi> <mn>0</mn> <mn>2</mn></msubsup><mo>&times;</mo><msup> <mi>L</mi> <mn>2</mn></msup><mo>-</mo><mfrac> <mn>11</mn> <mrow><mn>972</mn><mi>EI</mi> </mrow></mfrac><msup> <mi>qL</mi> <mn>4</mn></msup><mo>+</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mrow><mn>9</mn><mi>EI</mi> </mrow></mfrac><msub> <mi>FL</mi> <mn>0</mn></msub><mo>&times;</mo><msup> <mi>L</mi> <mn>2</mn></msup><mrow> <mo>(</mo> <mo>&DownArrow;</mo> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中，向下箭頭代表?yè)隙葹殡x開(kāi)中心向下；支座約束A、B點(diǎn)約束反力為 <mrow><msub> <mi>R</mi> <mi>A</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>R</mi> <mi>B</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>q</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>L</mi> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <msub><mi>L</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mn>2</mn></mfrac><mo>+</mo><mi>F</mi> </mrow>大型鍋爐運(yùn)行工況時(shí)，其自身重量及附件產(chǎn)生的均布載荷記為q′，梁兩端的支座A和支座B為靜定基，支座A和支座B之間的支座C和支座D作為多余約束，將載荷q′、F和代替支座的多余約束反力RC和Rd作用在靜定基上，設(shè)定變形協(xié)調(diào)條件，將等效系統(tǒng)與原超靜定梁在C處的變形進(jìn)行比較，可得變形的協(xié)調(diào)條件為λC＝λ′C其中，λC′為載荷F和q′在C點(diǎn)處產(chǎn)生的撓度，應(yīng)用物理關(guān)系，載荷q′和RC產(chǎn)生的撓度為 <mrow><msub> <msup><mi>&lambda;</mi><mo>&prime;</mo> </msup> <mi>C</mi></msub><mo>=</mo><msup> <msub><mi>&lambda;</mi><mi>Cq</mi> </msub> <mo>&prime;</mo></msup><mo>+</mo><msub> <mi>&lambda;</mi> <mi>CF</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mrow><mn>18</mn><mi>EI</mi> </mrow></mfrac><msup> <mi>q</mi> <mo>&prime;</mo></msup><msubsup> <mi>L</mi> <mn>0</mn> <mn>2</mn></msubsup><mo>&times;</mo><msup> <mi>L</mi> <mn>2</mn></msup><mo>-</mo><mfrac> <mn>11</mn> <mrow><mn>972</mn><mi>EI</mi> </mrow></mfrac><msup> <mi>q</mi> <mo>&prime;</mo></msup><msup> <mi>L</mi> <mn>4</mn></msup><mo>+</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mrow><mn>9</mn><mi>EI</mi> </mrow></mfrac><msub> <mi>EL</mi> <mn>0</mn></msub><mo>&times;</mo><msup> <mi>L</mi> <mn>2</mn></msup><mrow> <mo>(</mo> <mo>&DownArrow;</mo> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><msub> <mi>&lambda;</mi> <mi>CR</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mrow><mn>4</mn><mi>R</mi> </mrow> <mi>C</mi></msub><msup> <mi>L</mi> <mn>3</mn></msup> </mrow> <mrow><mn>243</mn><mi>EI</mi> </mrow></mfrac><mo>+</mo><mfrac> <mrow><mn>7</mn><msub> <mi>R</mi> <mi>D</mi></msub><msup> <mi>L</mi> <mn>3</mn></msup> </mrow> <mrow><mn>486</mn><mi>EI</mi> </mrow></mfrac><mrow> <mo>(</mo> <mo>&UpArrow;</mo> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中，向上箭頭代表?yè)隙葹殡x開(kāi)中心向上，向下箭頭代表?yè)隙葹殡x開(kāi)中心向下；將上述各個(gè)力產(chǎn)生的撓度代入方程，可得補(bǔ)充方程由平衡條件和幾何條件令l＝3e，e為相鄰兩個(gè)支座之間的距離，最后得到支座反力至此，支座反力RA、支座反力RB、支座反力RC和支座反力RD已求得；步驟四、根據(jù)靜載荷支撐計(jì)算結(jié)果，選定所需動(dòng)載荷抑制機(jī)構(gòu)中的動(dòng)載荷抑制元件的最佳阻尼參數(shù)，具體過(guò)程為步驟四(一)、確定慣性元件1的質(zhì)量m，m＝(G體+G水+G體附件)/1000*g，g是重力加速度；步驟四(二)、通過(guò)連接夾具3將動(dòng)載荷抑制元件2安裝在慣性元件1與動(dòng)載荷發(fā)生裝置4之間，慣性元件1與傳感器連接，傳感器輸出的信號(hào)通過(guò)變化可求出模態(tài)阻尼η，通過(guò)不斷變化動(dòng)載荷抑制元件2面積，測(cè)得動(dòng)載荷抑制元件2的阻尼層的阻尼面積γ與模態(tài)阻尼η之間曲線(xiàn)關(guān)系圖；步驟四(三)、通過(guò)步驟四(二)得到的阻尼面積γ與模態(tài)阻尼η之間曲線(xiàn)關(guān)系圖，可得到模態(tài)阻尼η最大時(shí)的阻尼層的阻尼面積γ值，進(jìn)而求得動(dòng)載荷抑制元件2的阻尼層的阻尼面積；步驟五、將動(dòng)載荷抑制元件與鍋爐支撐并聯(lián)，組成靜載荷支撐與動(dòng)載荷抑制機(jī)構(gòu)，形成基于動(dòng)載荷抑制的多支座的支撐形式；相關(guān)參數(shù)ρ大型鍋爐材料密度(Kg/m3)；d筒體內(nèi)直徑(m)；t筒體壁厚(m)；e支座間距(m)；L大型鍋爐直段長(zhǎng)度(m)；F封頭重量(Kg)；L′L′＝L+d/3，等效梁長(zhǎng)度(m)；G體附件筒體附件重量(Kg)；G體G體＝ρπt(d+t)L，筒體重量(Kg)；qq＝(G體+G體附件)/L′，空載時(shí)均布載荷(Kg/m)；G水G水＝ρ水πd2L/4，加滿(mǎn)水后筒體內(nèi)水的重量(Kg)；q′q′＝(G體+G水+G體附件)/L′，加滿(mǎn)水后梁的均布載荷(Kg/m)；V水V水＝πd3(2h/d-8h3/3d3+2/3)/32，一個(gè)封頭內(nèi)水的容積(m3)，h是以水箱中心線(xiàn)為基準(zhǔn)線(xiàn)的水位高度-d/2≤h≤d/2；G封水G封水＝ρ水V水，封頭內(nèi)水的重量(Kg)。FSA00000063740800012.tif,FSA00000063740800031.tif,FSA00000063740800032.tif,FSA00000063740800033.tif,FSA00000063740800034.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動(dòng)載荷抑制的多支座大型鍋爐的支撐載荷的設(shè)計(jì)方法， 其特征在于支座A和支座B之間的梁加n個(gè)支座，n = [L/(9_12)]。
全文摘要
基于動(dòng)載荷抑制的多支座大型鍋爐的支撐載荷的設(shè)計(jì)方法，它涉及支撐載荷的設(shè)計(jì)方法。解決了現(xiàn)有雙支座結(jié)構(gòu)無(wú)法滿(mǎn)足大型鍋爐支撐問(wèn)題及大型鍋爐運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)載荷的抑制問(wèn)題。計(jì)算鍋爐的筒體重量、封頭重量以及鍋爐筒體內(nèi)水的重量；對(duì)雙支座大型鍋爐的結(jié)構(gòu)體系、載荷和支座簡(jiǎn)化支座支撐靜載荷計(jì)算選定所需動(dòng)載荷抑制機(jī)構(gòu)中的動(dòng)載荷抑制元件的最佳阻尼參數(shù)；將動(dòng)載荷抑制元件與鍋爐支撐并聯(lián)，組成靜載荷支撐與動(dòng)載荷抑制機(jī)構(gòu)，形成基于動(dòng)載荷抑制的多支座的支撐形式。提出多支座靜載荷計(jì)算方法，并設(shè)計(jì)了適用于鍋爐運(yùn)行時(shí)抑制動(dòng)態(tài)液體流動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)載荷的抑制機(jī)構(gòu)，在靜載荷支撐設(shè)計(jì)滿(mǎn)足要求的基礎(chǔ)上，保護(hù)支座免受動(dòng)載荷破壞，提高鍋爐運(yùn)行的可靠性。
文檔編號(hào)F16M7/00GK101799103SQ201010133148
公開(kāi)日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者方勃, 陳陽(yáng) 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)