高耸塔器风振响应分析与阻尼器设计

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随着石化行业的快速发展,大高径比的塔器越来越多,因其刚度小,自振频率低,在风载荷作用下极易发生风诱导共振。近年来许多符合设计要求的塔器在吊装期间或者停车检修期间发生风诱导共振,由此可见现行设计标准已经不能完全满足对大高径比塔器的设计要求,需要对其在风载荷下的动态响应进行研究,提出现阶段较为理想的控制其风诱导共振的方案。本文以某石化公司大高径比脱碳塔为研究对象,运用中国行业标准对其停车期间的非正常振动进行分析计算,对比各国标准的阻尼比计算方法。建立脱碳塔的有限元模型,对其进行模态分析以及垂直风荷载分析,并建立数值风洞对临界风速下的脱碳塔进行了双向流固耦合分析,最后通过调整调谐质量阻尼器的参数,为脱碳塔设计新型阻尼器并通过数值模拟的方法对其控制效果进行分析。主要工作和结论如下:针对脱碳塔发生大幅的非正常振动,按照中国行业标准JB/T 4710《钢制塔式容器》对其进行核验,又以脱碳塔为例对比了各国行业标准对阻尼比的取值,分析结果表明,该脱碳塔发生了横风向共振,不同标准关于阻尼比的取值差别较大,而且不能准确预测脱碳塔共振振幅,符合设计要求的塔器也有可能发生横风向共振,因此大高径比塔器需要采取相应减振措施。运用ANSYS软件建立脱碳塔的有限元模型,对其进行了模态分析和垂直风载荷分析,分析结果表明,该脱碳塔的自振频率较低,在风载荷作用下容易发生横风向共振,垂直风荷载分析可知塔器顺风向的应力与振幅都比较小,满足要求,因此大高径比塔器需要更重视横风向共振。运用ANSYS软件建立数值风洞,对塔器以及塔器周围的流体进行了双向流固耦合分析,结果表明漩涡脱落频率会随高度变化而发生变化。对塔器表面的激振力进行分析,有多个频率的激振力出现,对塔顶位移进行检测,发现塔器发生了有规律的横风向振动,改变阻尼比的值,塔器的振幅会发生变化。研究了调谐质量阻尼器的质量、频率比及阻尼比对控制效果的影响,通过改变参数寻找较为理想的控制参数,以求达到良好的控制效果,质量比为=0.03、阻尼比为=0.125以及频率比为=0.98时控制效果较好。设计了一种适合塔器安装的调谐质量阻尼器,并以脱碳塔为例,运用有限元分析了调谐质量阻尼器理想参数下的控制效果,减振率达82.55%。
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