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地震作用下电厂锅炉构架的振动控制研究

作　者: 刘广义
导　师: 孙景江
学　校: 中国地震局工程力学研究所
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 锅炉构架被动控制导向装置粘滞阻尼器磁摩擦阻尼器
分类号: TU311.3
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

火电锅炉作为火电厂最重要的电力设施之一,其抗震能力主要由锅炉构架提供。锅炉构架顶部设有大板梁,几千吨的炉体通过上千个吊杆悬挂在大板梁上,为了限制炉体的横向膨胀,在锅炉构架的各层设有若干导向装置。导向装置与构架柱紧密相连,只容许炉体产生竖向膨胀。地震作用下,巨型炉体产生强大的地震力通过导向装置传给构架。因此,锅炉构架抗震设计非常保守,建材用量十分巨大。采用适当的减震耗能装置,减轻炉体振动,减小构架所承担的地震力,从而减小构架材料用量,具有显著的经济效益。本文将被动控制技术引入锅炉构架导向装置,提出并研制了一种锅炉构架新型导向装置,通过地震模拟振动台试验和有限元分析,从试验和理论上验证了新型导向装置的控制效果。主要研究内容如下:首先,在保证原导向装置功能的基础上,采用磁摩擦阻尼器和粘滞阻尼器设计了一种锅炉构架新型导向装置。该导向装置二个方向具有耗能功能,其中一个方向是粘滞阻尼耗能,另外一个方向是磁摩擦阻尼耗能。其次,根据锅炉构架振动台试验模型要求,设计制作了8个磁摩擦阻尼器和8个粘滞阻尼器,通过阻尼器性能试验研究,获得了两种阻尼器的滞回性能曲线。实验结果表明两种阻尼器都具有良好的耗能性能。第三,以辽电300MW锅炉构架为原型结构,设计制作了1:15锅炉构架模型。分别输入EI Centro、Taft和天津地震动,对该模型进行了安装原导向装置和新型导向装置等6种方案,总计54种工况的地震模拟振动台试验,揭示和验证了新型导向装置及设置方式对锅炉构架耗能减振效果的影响。第四,基于ANSYS软件,建立了1:15锅炉构架试验模型的有限元分析模型,通过安装原导向装置锅炉构架模型地震反应分析并与试验结果对比,证明了有限元模型的可靠性。通过安装磁摩擦阻尼器和粘滞阻尼器的锅炉构架模型有限元地震反应分析,与试验结果对比表明新型导向装置具有良好的控制效果。最后,以锅炉构架在地震作用下的顶层最大位移和最大层间位移为结构的目标性能,拟合出与新型导向装置参数之间的函数关系。通过调整新型导向装置的参数,控制锅炉构架位移,满足锅炉构架地震时正常工作的需要。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-21
  1.1 课题背景  11-12
    1.1.1 火电锅炉抗震研究是生命线系统的重要内容  11
    1.1.2 火电行业发展空间巨大  11
    1.1.3 现行规范不能完全满足设计要求  11-12
  1.2 火电锅炉构架体系地震反应研究状况及相关领域研究  12-19
    1.2.1 火电锅炉简介  12-14
    1.2.2 火电锅炉构架体系研究状况  14-17
    1.2.3 结构控制领域研究状况及ANSYS 程序  17-19
  1.3 本文研究的目的和内容  19-21
第二章新型导向装置原理介绍  21-34
  2.1 引言  21
  2.2 新型导向装置介绍  21-25
    2.2.1 新型导向装置构造  21-23
    2.2.2 相关原理介绍  23-25
  2.3 新型导向装置工作原理及其特性  25-26
    2.3.1 新型导向装置的工作原理  25
    2.3.2 新型导向装置的创新  25-26
    2.3.3 新型导向装置的优点  26
  2.4 新型导向装置的性能试验研究  26-33
    2.4.1 磁摩擦阻尼器的性能试验  26-30
    2.4.2 粘滞阻尼器的性能试验  30-33
  2.5 本章小结  33-34
第三章锅炉构架模型振动台试验  34-105
  3.1 试验锅炉构架模型的设计与制作  34-36
  3.2 振动台试验  36-104
    3.2.1 试验概况  36-41
    3.2.2 试验程序  41-42
    3.2.3 试验要求  42
    3.2.4 模态分析  42-43
    3.2.5 第一次试验——全支撑结构模型  43-74
    3.2.6 第二次试验——减支撑结构模型  74-104
  3.3 本章小结  104-105
第四章锅炉构架模型有限元分析  105-119
  4.1 引言  105
  4.2 锅炉构架有限元建模  105-107
    4.2.1 ANSYS 软件单元特性及选用  105-106
    4.2.2 锅炉构架模型建立  106-107
  4.3 安装原导向装置锅炉构架计算结果分析  107-111
    4.3.1 原导向装置有限元建模  107
    4.3.2 安装原导向装置锅炉构架的地震反应分析  107-111
  4.4 安装新型导向装置锅炉构架计算结果分析  111-118
    4.4.1 磁摩擦阻尼器和粘滞阻尼器有限元建模  111-112
    4.4.2 安装新型导向装置锅炉构架地震反应分析  112-118
  4.5 本章小结  118-119
第五章锅炉构架地震作用下的位移反应与新型导向装置参数的函数关系  119-140
  5.1 引言  119
  5.2 辽电300MW 锅炉构架体系模型  119-120
  5.3 新型导向装置在锅炉构架中的平面布置  120-121
  5.4 新型导向装置在锅炉构架中的垂直布置  121-122
  5.5 数值计算方案  122-123
    5.5.1 ANSYS 中计算方案的基本设定  122-123
    5.5.2 结构目标性能选取  123
  5.6 目标函数关系假定  123-128
    5.6.1 函数关系假定  123-125
    5.6.2 刚性层证明  125-128
  5.7 新型导向装置参数和锅炉构架体系振动反应关系式确定  128-137
    5.7.1 均匀设计介绍  128-129
    5.7.2 数值计算模型  129-132
    5.7.3 锅炉构架X 方向最大位移回归分析  132-133
    5.7.4 锅炉构架X 方向最大层间位移回归分析  133-135
    5.7.5 锅炉构架Y 方向最大位移回归分析  135-136
    5.7.6 锅炉构架Y 方向最大层间位移回归分析  136-137
  5.8 锅炉构架新型导向装置最优控制  137-139
  5.9 本章小节  139-140
结论与展望  140-141
参考文献  141-144
攻读博士学位期间发表的论文  144
攻读博士学位期间主要参与的课题  144-145
致谢  145-146
作者简介  146

地震作用下电厂锅炉构架的振动控制研究

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