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【摘 要】烟风煤粉管道包括烟道、风道、原煤、制粉、送粉等一系列相关管道，是锅炉的重要组成部件，对电站锅炉的正常运行有极为重要的意义。我国火力发电厂的烟风煤粉管道加固肋设计计算方案承自前苏联。由于其设计存在一些不合理的地方，需要进行设计改善，因此在对内撑杆承受内外荷载进行一定考虑的基础上，以横肋为主对板进行控制计算。本文以根据实际情况对烟风煤粉管道进行建模，探讨这种加固设计计算的合理性。
【关键词】火力发电厂；烟风煤粉管道；加固肋
我国火力发电厂烟风煤粉管道加固肋设计初始是以横肋为主，纵肋为辅的计算模式。但因其道体加固肋设计的不合理出现过一些严重的问题，急需得到改善。根据《烟风煤粉管道设计技术规定》里提出的内撑杆概念，设计出了以带内撑杆的横肋封闭框架来支持面板和载荷的计算模式。当矩形烟风道横肋过长时，采用加入内撑杆或纵肋来缩小横肋跨度，以预防横肋预压失稳或想要减小横肋规格的情况。本文通过实际情况用大型有限元分析软件ANSYS所对烟风煤粉管道进行建模计算，并与现有的设计计算标准作对比，进行讨论。
一、烟风煤粉管道加固肋设计
烟风煤粉管道面板对刚度、强度和防振等方面均有很高的要求，以四周固定的大挠度塑性变形理论进行计算，对相对挠度设定小于计算板跨度的1/120；自振频率在振动设计中不小于40Hz，在常规设计中不小于20Hz。
横向加固肋以刚接或铰接进行设计计算，刚接计算以顶、底、侧三面不等角弯矩以及相同的中心间距进行加固肋计算；铰接计算在横向加固肋强度计算时忽略正应力，考虑纯弯曲受力状况，以三块面板肋不同的简支荷载与相同加固肋间距各自进行计算。烟风煤粉管道典型布置形式如图1：
图1 烟风煤粉管道典型布置形式
横肋间距需根据刚度、强度和振动条件进行计算，面板以大挠度塑性变形法四边固定。设横向加固肋为S，钢材弹性模量为E，为t℃时许用应力，为自振频率，=1.5，为面板承受的组合荷载，为面板厚度，为面板金属密度，统一为7850㎏/m?，=2，为抗塑性安全系数。其计算公式如下：
强度条件计算横肋间距：
基本计算公式：
实际计算公式：
刚度条件计算横肋间距：
基本计算公式：
实际计算公式：
振动条件计算横肋间距
基本计算公式：
实际计算公式：
在计算过程中，刚接加固肋以角弯矩，用影响系数法考虑邻边的影响，挠度计算时考虑简支、半固支两种情况进行计算，相对挠度在1/400以下，振动条件和板相同。当出现加固肋跨度过长或为了减小加固肋型号，可使用横向内撑杆，内城感的设置和外部横向内同步进行。
二、ANSYS对加固肋设计的模拟分析
以空预器出口水平烟道为实例，温度155℃，尺寸为9.5×2.4m，材质Q235-AF，板厚6mm。用以上三个基本计算公式来计算顶、底、侧三面的加固肋间距，取三个计算结果的最小值。其结果如表1：
表1 加固间距结果表
计算项目 顶 底 侧
面板荷载（kPa） -7.56 10.95 -6.70
加固肋间距（m） 0.98 0.87 0.098
肋间距选取（m） 0.87+0.005=0.92
ANSYS建立的数据模型如图2：
图2 ANSYS建立的数据模型
再用ANSYS分析面板一阶自振频率是否在20Hz以上，相对挠度是否在1/120以下，薄板大挠度塑性变形计算应力是否在90.375MPa以下。分析结果如表2：
表2 ANSYS面板分析结果
分析项 顶 底 侧 规定值
一阶自振频率（Hz） 28.563 28.563 32.984 ≥20
相对挠度 1/219 1/182 1/237 ≤1/120
应力（Mpa） 81.8 112 68.2 ≥90.375
是否符合设计要求 是 否 是
0.92m的间距偏大，以0.87m还算正好，底板不符合要求的分析依据是基本公式计算值比实用计算公式的计算值要小0.005m，0.92m下雨设计值0.98m，是符合设计要求的，这种计算方法将加固肋的宽度进行合理的考虑，能够有效地实用于板的设计计算。
横肋的选型一般按照传统设计方法查表而得，首先需要用ANSYS对挠度进行计算分析，然后对应力控制的初选肋进行计算分析，还需要对横向肋第一自振频率进行计算分析。ANSYS计算出的板-板模型的面板挠度和最大应力如表3：
表3 ANSYS计算出的板-板模型的面板挠度和最大应力
顶挠度 底挠度 侧挠度 顶应力 底应力 侧应力
1/217 1/170 1/258 87 115 63
对烟风煤粉管道加固肋的板-板和板-肋协调工作情况进行分析，分别分析板-板联合协同工作的最大挠度和应力，还有板-肋协调工作的最大挠度和应力。鉴于计算得到的结果偏差并大，且这种设计计算让加固肋会能够对面板的变形起到一定的控制作用，因此，按照四边固定来计算面板是一种合理可取得方式。根据烟风煤粉管道面板四周固定边界的要求，来确定道体四周固接采用的边界要求，得到的结论为，板肋共同工作计算模板相对于板肋分别各自计算时更加实惠，能够减小投资，这是由于在进行各自计算的期间，未将板-肋联合所增强的刚度考虑进来。
结束语
本文对我国的火力发电厂的烟风煤粉管道加固肋设计计算方案进行了讨论分析，以实际工程为对象计算分析其可靠程度，对方案中存在的一些不足进行了模拟设计改善，我国对于烟风煤粉管道加固肋设计计算方案在经过多年的实践与探索而选定的，在一定程度上对内撑杆承内外荷载进行考虑，以横肋为主，采用薄板大挠度塑性变形计算模式的设计基本具有合理性，但任存在些许不足，如横肋的自振频率大于20Hz与要求不符，在相同条件下工字钢却比槽钢要好等。这种设计计算模型虽然计算相对简单，能够避免重复计算，但投资也相对过大，还具有一定的不合理性，仍需进行改善。
参考文献：
1]冯道显.地震荷载对烟风道加固肋选型的影响[J].电力勘测设计，2013，（2）
[2]魏晓明.数据库混合编程技术在烟风道加固肋选型计算中的运用[J].锅炉制造，2009，（4）
[3]姜霞，刘波.浅谈补偿器在烟风煤粉管道设计的应用[J].化肥设计，2009，47（5）
[4]何磊.补偿器在烟风煤粉管道设计中的应用分析[J].城市建设理论研究（电子版），2013，（15）
[5]王晓天.火电厂烟风煤粉管道组件数模设计[D].2013.
【关键词】火力发电厂；烟风煤粉管道；加固肋
我国火力发电厂烟风煤粉管道加固肋设计初始是以横肋为主，纵肋为辅的计算模式。但因其道体加固肋设计的不合理出现过一些严重的问题，急需得到改善。根据《烟风煤粉管道设计技术规定》里提出的内撑杆概念，设计出了以带内撑杆的横肋封闭框架来支持面板和载荷的计算模式。当矩形烟风道横肋过长时，采用加入内撑杆或纵肋来缩小横肋跨度，以预防横肋预压失稳或想要减小横肋规格的情况。本文通过实际情况用大型有限元分析软件ANSYS所对烟风煤粉管道进行建模计算，并与现有的设计计算标准作对比，进行讨论。
一、烟风煤粉管道加固肋设计
烟风煤粉管道面板对刚度、强度和防振等方面均有很高的要求，以四周固定的大挠度塑性变形理论进行计算，对相对挠度设定小于计算板跨度的1/120；自振频率在振动设计中不小于40Hz，在常规设计中不小于20Hz。
横向加固肋以刚接或铰接进行设计计算，刚接计算以顶、底、侧三面不等角弯矩以及相同的中心间距进行加固肋计算；铰接计算在横向加固肋强度计算时忽略正应力，考虑纯弯曲受力状况，以三块面板肋不同的简支荷载与相同加固肋间距各自进行计算。烟风煤粉管道典型布置形式如图1：
图1 烟风煤粉管道典型布置形式
横肋间距需根据刚度、强度和振动条件进行计算，面板以大挠度塑性变形法四边固定。设横向加固肋为S，钢材弹性模量为E，为t℃时许用应力，为自振频率，=1.5，为面板承受的组合荷载，为面板厚度，为面板金属密度，统一为7850㎏/m?，=2，为抗塑性安全系数。其计算公式如下：
强度条件计算横肋间距：
基本计算公式：
实际计算公式：
刚度条件计算横肋间距：
基本计算公式：
实际计算公式：
振动条件计算横肋间距
基本计算公式：
实际计算公式：
在计算过程中，刚接加固肋以角弯矩，用影响系数法考虑邻边的影响，挠度计算时考虑简支、半固支两种情况进行计算，相对挠度在1/400以下，振动条件和板相同。当出现加固肋跨度过长或为了减小加固肋型号，可使用横向内撑杆，内城感的设置和外部横向内同步进行。
二、ANSYS对加固肋设计的模拟分析
以空预器出口水平烟道为实例，温度155℃，尺寸为9.5×2.4m，材质Q235-AF，板厚6mm。用以上三个基本计算公式来计算顶、底、侧三面的加固肋间距，取三个计算结果的最小值。其结果如表1：
表1 加固间距结果表
计算项目 顶 底 侧
面板荷载（kPa） -7.56 10.95 -6.70
加固肋间距（m） 0.98 0.87 0.098
肋间距选取（m） 0.87+0.005=0.92
ANSYS建立的数据模型如图2：
图2 ANSYS建立的数据模型
再用ANSYS分析面板一阶自振频率是否在20Hz以上，相对挠度是否在1/120以下，薄板大挠度塑性变形计算应力是否在90.375MPa以下。分析结果如表2：
表2 ANSYS面板分析结果
分析项 顶 底 侧 规定值
一阶自振频率（Hz） 28.563 28.563 32.984 ≥20
相对挠度 1/219 1/182 1/237 ≤1/120
应力（Mpa） 81.8 112 68.2 ≥90.375
是否符合设计要求 是 否 是
0.92m的间距偏大，以0.87m还算正好，底板不符合要求的分析依据是基本公式计算值比实用计算公式的计算值要小0.005m，0.92m下雨设计值0.98m，是符合设计要求的，这种计算方法将加固肋的宽度进行合理的考虑，能够有效地实用于板的设计计算。
横肋的选型一般按照传统设计方法查表而得，首先需要用ANSYS对挠度进行计算分析，然后对应力控制的初选肋进行计算分析，还需要对横向肋第一自振频率进行计算分析。ANSYS计算出的板-板模型的面板挠度和最大应力如表3：
表3 ANSYS计算出的板-板模型的面板挠度和最大应力
顶挠度 底挠度 侧挠度 顶应力 底应力 侧应力
1/217 1/170 1/258 87 115 63
对烟风煤粉管道加固肋的板-板和板-肋协调工作情况进行分析，分别分析板-板联合协同工作的最大挠度和应力，还有板-肋协调工作的最大挠度和应力。鉴于计算得到的结果偏差并大，且这种设计计算让加固肋会能够对面板的变形起到一定的控制作用，因此，按照四边固定来计算面板是一种合理可取得方式。根据烟风煤粉管道面板四周固定边界的要求，来确定道体四周固接采用的边界要求，得到的结论为，板肋共同工作计算模板相对于板肋分别各自计算时更加实惠，能够减小投资，这是由于在进行各自计算的期间，未将板-肋联合所增强的刚度考虑进来。
结束语
本文对我国的火力发电厂的烟风煤粉管道加固肋设计计算方案进行了讨论分析，以实际工程为对象计算分析其可靠程度，对方案中存在的一些不足进行了模拟设计改善，我国对于烟风煤粉管道加固肋设计计算方案在经过多年的实践与探索而选定的，在一定程度上对内撑杆承内外荷载进行考虑，以横肋为主，采用薄板大挠度塑性变形计算模式的设计基本具有合理性，但任存在些许不足，如横肋的自振频率大于20Hz与要求不符，在相同条件下工字钢却比槽钢要好等。这种设计计算模型虽然计算相对简单，能够避免重复计算，但投资也相对过大，还具有一定的不合理性，仍需进行改善。
参考文献：
1]冯道显.地震荷载对烟风道加固肋选型的影响[J].电力勘测设计，2013，（2）
[2]魏晓明.数据库混合编程技术在烟风道加固肋选型计算中的运用[J].锅炉制造，2009，（4）
[3]姜霞，刘波.浅谈补偿器在烟风煤粉管道设计的应用[J].化肥设计，2009，47（5）
[4]何磊.补偿器在烟风煤粉管道设计中的应用分析[J].城市建设理论研究（电子版），2013，（15）
[5]王晓天.火电厂烟风煤粉管道组件数模设计[D].2013.