玻璃鋼冷卻塔結(jié)構(gòu)設(shè)計范文

1、第一章 概 述隨著工業(yè)和民用需水量的越來越多，循環(huán)使用水資源成為一項有效的節(jié)水措施，世界各國都在競相發(fā)展各種類型的冷卻塔，以往的冷卻塔都采用木鋼和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，但木材易腐蝕，資源少，浪費(fèi)大，很早就淘汰了，鋼筋結(jié)構(gòu)冷卻塔的圍護(hù)鋼板容易生銹，至令沒有找到好的維護(hù)方法：鋼筋混凝土的耐久性顯然好些，但其存在建造周期長，模板耗量大，占地面積大，施工困難，投資高等缺點，因此，研究新結(jié)構(gòu)材料冷卻塔便成為節(jié)水工程中的一個大熱點。玻璃鋼具有耐腐蝕，強(qiáng)度高，質(zhì)量輕，易成型及性能可以根據(jù)使用條件進(jìn)行設(shè)計等優(yōu)點，用來制作冷卻塔可以使塔體小、占地面積小、耗電低、造型美觀、冷效高、耐腐蝕、使用壽命長及安裝方便和造價低等

2、。很好的解決了冷卻塔技術(shù)中的一系列難題，從而實現(xiàn)了工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場快速安裝，大大縮短了冷卻塔的建造周期。玻璃鋼冷卻塔，鋼筋混凝土冷卻塔和木結(jié)構(gòu)冷卻塔的比較1。表 1-1 玻璃鋼冷卻塔與其他材質(zhì)冷卻塔的比較塔 類 及 容 量玻璃鋼冷卻塔鋼筋混凝土冷卻塔木結(jié)構(gòu)冷卻塔比較項目500m3/h500m3/h750m3/h最大直徑高度長度寬度高度內(nèi)徑高度外徑外形尺寸1740mm6843mm8400mm8400mm14950mm12136mm24900mm18900mm進(jìn)風(fēng)口溫度/510105塔體質(zhì)量總質(zhì)量 6t總質(zhì)量 100t消耗優(yōu)質(zhì)木材200cm3材料消耗玻璃鋼消耗 0.7消耗水泥 70.8、鋼 18.

3、84投資/萬元55.510.43317.865使用壽命/a152035施工 安裝費(fèi)用低，占地少費(fèi)用高，需大量鋼板，占地面積大，施工費(fèi)用高 表 1-1 充分說明了玻璃鋼冷卻塔的優(yōu)越性。目前我過循環(huán)水量在1000m3/h 以內(nèi)機(jī)械通風(fēng)塔，幾乎全部被玻璃鋼冷卻塔代替；就是循環(huán)水量在 2000-4000m3/h 的大型鋼筋混凝土冷卻塔也開始被玻璃鋼冷卻塔所取代。目前國內(nèi)外對玻璃鋼冷卻塔的研究，主要集中在以下幾個方面。（1）進(jìn)一步提高冷卻塔的冷卻效率 主要研究開發(fā)動力消耗少、熱力性能高的冷卻塔。（2）改進(jìn)風(fēng)機(jī)葉片 采用變速電機(jī)提高風(fēng)機(jī)效率，降低能耗。（3）研究超低噪聲冷卻塔，降低噪聲污染，改善居住環(huán)境。

4、（4）研究新型高效收水技術(shù)，解決飄水問題，控制環(huán)境污染。（5）研究高效親水材料，提高熱交換效率。（6）開發(fā)高效水質(zhì)穩(wěn)定劑，提高水穩(wěn)效果。（7）加強(qiáng)冷卻塔支撐結(jié)構(gòu)的防腐和穩(wěn)定研究，提高冷卻塔的使用壽命。（8）加強(qiáng)冷卻塔的基礎(chǔ)理論研究，尋求新的高效冷卻途徑。消除大氣污染，回收能源。第二章 玻璃鋼冷卻塔的分類及其主要性能2.1 玻璃鋼冷卻的工作原理 冷卻塔是利用水和空氣的接觸，通過蒸發(fā)作用來散去工業(yè)上或制冷空調(diào)中產(chǎn)生的廢熱的一種設(shè)備?；驹硎牵焊稍?低焓值)的空氣經(jīng)過風(fēng)機(jī)的抽動后，自進(jìn)風(fēng)網(wǎng)處進(jìn)入冷卻塔內(nèi)；飽和蒸汽分壓力大的高溫水分子向壓力低的空氣流動，濕熱(高焓值)的水自配水系統(tǒng)灑入塔內(nèi)。當(dāng)水滴和

5、空氣接觸時，一方面由于空氣與不的直接傳熱，另一方面由于水蒸汽表面和空氣之間存在壓力差，在壓力的作用下產(chǎn)生蒸發(fā)現(xiàn)象，帶到目前為走蒸發(fā)潛熱，將水中的熱量帶走即蒸發(fā)傳熱，從而達(dá)到降溫之目的2。圓形逆流式冷卻塔的工作過程為例：熱水自主機(jī)房通過水泵以一定的壓力經(jīng)過管道、橫喉、曲喉、中心喉將循環(huán)水壓至冷卻塔的配水系統(tǒng)內(nèi)，通過布水管上的小孔將水均勻地播灑在填料上面；干燥的低晗值的空氣在風(fēng)機(jī)的作用下由底部入風(fēng)網(wǎng)進(jìn)入塔內(nèi)，熱水流經(jīng)填料表面時形成水膜和空氣進(jìn)行熱交換，高濕度高晗值的熱風(fēng)從頂部抽出，進(jìn)入塔內(nèi)的空氣、是干燥低濕球溫度的空氣，水和空氣之間明顯存在著水分子的濃度差和動能壓力差，當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時，在塔內(nèi)靜壓的作

6、用下，水分子不斷地向空氣中蒸發(fā)，成為水蒸氣分子，剩余的水分子的平均動能便會降低，從而使循環(huán)水的溫度下降。從以上分析可以看出，蒸發(fā)降溫與空氣的溫度（通常說的干球溫度）低于或高于水溫?zé)o關(guān)，只要水分子能不斷地向空氣中蒸發(fā)，水溫就會降低。但是，水向空氣中的蒸發(fā)不會無休止地進(jìn)行下去。當(dāng)與水接觸的空氣不飽和時，水分子不斷地向空氣中蒸發(fā)，但當(dāng)水氣接觸面上的空氣達(dá)到飽和時，水分子就蒸發(fā)不出去，而是處于一種動平衡狀態(tài)。蒸發(fā)出去的水分子數(shù)量等于從空氣中返回到水中的水分子的數(shù)量，水溫保持不變。由此可以看出，與水接觸的空氣越干燥，蒸發(fā)就越容易進(jìn)行，水溫就容易降低。2.2 玻璃鋼冷卻塔的分類按通風(fēng)方式分有自然通風(fēng)冷卻塔

7、、機(jī)械通風(fēng)冷卻塔、混合通風(fēng)冷卻塔。按熱水和空氣的接觸方式分有濕式冷卻塔、干式冷卻塔、干濕式冷卻塔。按熱水和空氣的流動方向分有逆流式冷卻塔、橫流（交流）式冷卻塔、混流式冷卻塔。按用途分一般空調(diào)用冷卻塔、工業(yè)用冷卻塔、高溫型冷卻塔。 按噪聲級別分為普通型冷卻塔、低噪型冷卻塔、超低噪型冷卻塔、超靜音型冷卻塔。其他如噴流式冷卻塔、無風(fēng)機(jī)冷卻塔、雙曲線冷卻塔等。根據(jù)水和空氣的相對流動方向，冷卻塔分為逆流式、橫流式、橫逆流混合式和噴射型 4 種。前兩種形式技術(shù)成熟、安全可靠、國家已有標(biāo)準(zhǔn)頒發(fā)，因此應(yīng)用最廣。 逆流塔和橫流塔的優(yōu)缺點比較如下： 逆流塔控制冷卻水溫比較準(zhǔn)確；橫流塔受氣溫影響又較逆流塔大、風(fēng)機(jī)效

8、率比逆流塔低。因此，在不受場地條件限制的情況下，最好選用逆流塔。 當(dāng)采用多臺塔并聯(lián)使用時，橫流塔比逆流塔具有占地少的優(yōu)點。 在熱工性能相同的條件下，橫流塔填料用量大，但清洗方便。 在逆流塔中，玻璃鋼殼體可以作為受力結(jié)構(gòu)，承擔(dān)塔體上部載荷。但在橫流塔中，玻璃鋼殼體結(jié)構(gòu)則只起圍護(hù)作用。因此，前者較能發(fā)揮玻璃鋼的強(qiáng)度作用。2.3 玻璃鋼冷卻塔的主要性能冷卻塔的性能主要有熱力性能、噪聲、耗電比、飄水率和填料性能等。(1)熱力性能 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) GB7190.1-1997,中小型玻璃鋼冷卻塔的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計工況如表 2-1 表 2-1 中小型玻璃鋼冷卻塔標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計工況標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計B 型D 型C 型G 型進(jìn)水溫度/出

9、水溫度/設(shè)計溫度/濕球溫度/干球溫度/大氣壓力/Pa3732528031599110443331028315991104注：表中符號的含義 B-標(biāo)準(zhǔn)型；D-低噪聲型；C-超低噪聲型；G-工業(yè)型。(2)噪聲噪聲是環(huán)境保護(hù)方面的要求。中、大、小型冷卻塔的噪聲指標(biāo)，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不能超過表 2-2表 2-2 中小型冷卻塔噪聲指標(biāo)/dB(A)噪 聲 指 標(biāo)名義流量/（m3h-1）B 型D 型C 型G 型815305075100150200300400500600800900100066067068068068069070071072072073073074075075060060060060062063

10、0630650660660680690700710710550550550550550580580600610620620640670680690700700700700700750750750750750780780780780780（3）耗電比冷卻塔的耗電比是指實測風(fēng)機(jī)電機(jī)的輸入功率與實測冷卻水之比。大型冷卻塔的實測電耗比不大于 0.055Kw ；中小型工業(yè)冷卻塔的耗電比不大于 0.06Kw 。（4）飄水率 飄水率為單位時間內(nèi)冷卻塔風(fēng)筒飄出的水量（Kg/h）與進(jìn)入冷卻塔水量（kg/h）之比。 第三章 玻璃鋼冷卻塔的設(shè)計3.1 玻璃鋼冷卻塔的選型在選擇冷卻塔的時應(yīng)確定下列技術(shù)條件：需冷卻處理

11、的水量Q=100m3/h。進(jìn)塔最高水溫 t1=43 處理后要求達(dá)到的水溫 t 2=33 , 大氣干球溫度 31.5 , 大氣濕球溫度 28,噪聲要求 dB(A), 然后按照選型曲線選擇，如掛圖 1 選出 BNGD-100 型的冷卻塔。3.2 塔體尺寸冷卻塔的結(jié)構(gòu)尺寸包括：上下塔體尺寸、塔體直徑、進(jìn)風(fēng)口尺寸、淋水裝置高度及風(fēng)扇外型尺寸等。BNGD-100 型冷卻塔按照設(shè)計要求其基本尺寸如下；上塔體尺寸=1970mm下塔體尺寸=490mm塔體直徑=1700mm風(fēng)扇外型尺寸=1500mm3.3 淋水裝置淋水裝置的類型及種類直接關(guān)系到冷卻塔的工作效率 按淋水在散熱時不同的形式，淋水填料可分為點滴式、薄

12、膜式、點滴薄膜式三類3。在 BNGD-100 冷卻塔里選擇的填料類型是斜交錯填料。斜交錯填料具有技術(shù)先進(jìn)，設(shè)計合理，數(shù)據(jù)可靠，經(jīng)久耐用，冷卻效果好，通風(fēng)阻力小，親水性強(qiáng)，接觸面積大等優(yōu)點。斜交錯填料采用圈料和螺桿組裝兩種形傾斜角一般為 60 度，主要用于圓型冷卻塔。一、性能特點：適應(yīng)溫度：65-35化學(xué)穩(wěn)定性好，耐酸、堿及有機(jī)溶劑的腐蝕。阻燃自熄性好，氧指數(shù)31產(chǎn)品親水性能強(qiáng)，成膜性好，易于填料的熱傳導(dǎo)。二、規(guī)格：502560 寬度：125-400mm長度：0.350.60.05mm 三、工作溫度：聚氯乙烯（PVC）-20-70聚丙烯（PP）-20-1003.4 配水系統(tǒng)冷卻塔配水系統(tǒng)的作用是

13、將需要冷卻的熱水通過配水系統(tǒng)均勻的分布在整個淋水材料上面。對配水系統(tǒng)的設(shè)計要求是供水水壓低，壓力分布均勻，通風(fēng)阻力小，運(yùn)行可靠，維護(hù)簡便。配水系統(tǒng)設(shè)計的流量范圍為冷卻水量的 80%110%；配水管流速應(yīng)采用 15m/s；配水系統(tǒng)的總阻力損失宜小于 5Kpa。對與中小型冷卻塔，多采用旋轉(zhuǎn)布水器系統(tǒng)。它的優(yōu)點是布水均勻，供水壓力低。它由旋轉(zhuǎn)布水頭和水管兩部分組成冷卻塔中的淋水裝置由配水管及噴淋頭組成,在循環(huán)水回水余壓的作用下將循環(huán)水分配后進(jìn)行均勻噴淋,其所用材料不用鋼管,均為 PVC 塑料,這樣不僅增加了濺水裝置的使用壽命,而且避免了水質(zhì)污染，還降低了成本，如圖 3.1 所示。壓板芯軸壓板布水器托

14、架密封圈軸承 圖 3.1 冷卻塔布水器3.5 風(fēng)機(jī)目前機(jī)械通用冷卻塔使用的風(fēng)機(jī)均為軸流風(fēng)機(jī)，而 BNDG-100 的風(fēng)機(jī)采用 SWF 系列混流風(fēng)機(jī)，它是低噪高效環(huán)保節(jié)能型風(fēng)機(jī)，是替代現(xiàn)有軸流及斜流風(fēng)機(jī)的換代產(chǎn)品。特點:1.該風(fēng)機(jī)兼有離心風(fēng)機(jī)壓力系數(shù)高和軸流式風(fēng)機(jī)流量系數(shù)較高的特點，風(fēng)機(jī)流量系數(shù)大于離心風(fēng)機(jī)，全壓系數(shù)高于軸流式風(fēng)機(jī)，直徑系數(shù)小于離心風(fēng)機(jī)，進(jìn)風(fēng)方向和出風(fēng)方向于一條軸線上，進(jìn)出口直徑相同，風(fēng)機(jī)可直接安裝在管道上，占地少，最適合于直管道加壓送風(fēng)和排風(fēng)。2.該風(fēng)機(jī)采用了新的葉型，可得到大流量及高壓力，并提高風(fēng)機(jī)效量率及穩(wěn)定工作范圍該風(fēng)機(jī)葉型經(jīng)特別設(shè)計可較大地降低外流噪聲在單位風(fēng)量、單位風(fēng)

15、壓的工況條件下比 a 聲級可降低 3-4dB，同時在較低轉(zhuǎn)速的情況下可獲得較高風(fēng)機(jī)壓力。3.由于風(fēng)機(jī)子午面上的氣流加速是在通風(fēng)機(jī)殼為筒形條件下依靠減小進(jìn)口輪轂相對直徑達(dá)到的，由于工作輪轂錐角較小避免轉(zhuǎn)子輪轂與后導(dǎo)葉輪轂有較大凹凸臺而造成氣流分離，從而提高了風(fēng)機(jī)的效率降低了噪聲。3.6 收水器收水器是為了減少淋水被濺碎后形成的微小水滴所造成的風(fēng)吹損失及水霧對環(huán)境的污染，塔中應(yīng)設(shè)置收水期，將水滴與空氣分離后收回。3.7 風(fēng)筒和導(dǎo)圈冷卻塔的風(fēng)筒分為兩類，一類是動能回收型風(fēng)筒，另一類是動能不回收型風(fēng)筒。對于中小型冷卻塔，由于旋轉(zhuǎn)平面平均風(fēng)速 VC 7m/s 或旋轉(zhuǎn)平面動壓小于 30Pa，一般不考慮動壓

16、回收。這時就可以不要風(fēng)筒擴(kuò)散段，使風(fēng)筒收縮段與導(dǎo)流圈合二為一。因而風(fēng)筒只留下一個較矮的平直段，它的導(dǎo)流收縮段從淋水段一個大圓過渡到風(fēng)機(jī)直徑一個小圓，采用均勻流線型設(shè)計4。3.8 集水池設(shè)計冷卻塔集水池的作用是匯集淋水裝置掉落下來的水滴，同時起到調(diào)節(jié)和儲存水量的作用。3.9 塔體設(shè)計（1）外載荷的確定塔體承受的外載荷主要有風(fēng)機(jī)質(zhì)量、風(fēng)載荷、塔各部件質(zhì)量、填料與塔正常運(yùn)行時的積水質(zhì)量、風(fēng)機(jī)運(yùn)行時塔內(nèi)的負(fù)靜壓力、維修安裝人員的質(zhì)量、積雪載荷和地震力等。風(fēng)載荷可以根據(jù)塔體形狀、使用地點氣候條件及安裝高度確定，計算詳見第四章第一節(jié)。塔內(nèi)積水量及正常運(yùn)轉(zhuǎn)時的循環(huán)水量根據(jù)實際需要選擇為 100m3/h 。風(fēng)

17、機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時在塔內(nèi)造成的負(fù)壓，可以根據(jù)風(fēng)量及風(fēng)道阻力計算。（2）強(qiáng)度與剛度計算逆流塔的上下塔體，采用回轉(zhuǎn)殼體的形式。為了增強(qiáng)殼體的局部剛度和改善殼體轉(zhuǎn)折處的應(yīng)力狀態(tài)，一般都在殼體母線及轉(zhuǎn)折處設(shè)置周向加強(qiáng)筋。殼體連接處一般都采用翻邊結(jié)構(gòu)，用螺栓連接，在殼體上自然地形成了一條 T 型筋。所以整個殼體形成一個變厚度的加筋回轉(zhuǎn)殼。（3）安全系數(shù)的考慮玻璃鋼受材料性能不穩(wěn)定性和成型工藝條件的影響，使其性能有較大的離散。玻璃鋼的濕態(tài)強(qiáng)度明顯比干態(tài)強(qiáng)度低。從常溫開始，隨著溫度的升高強(qiáng)度也逐漸下降。對與長期承受較高壓力的玻璃鋼部件，如上塔體、風(fēng)機(jī)葉片等還必須考慮玻璃鋼的蠕變和疲勞問題。通過中小型冷卻塔的設(shè)計與試驗

18、比較，可以發(fā)現(xiàn)實際使用應(yīng)力比考慮上述諸因素后的許用應(yīng)力還低，這是因為玻璃鋼材料的彈性模量低、變形大，因此尺寸往往不是由強(qiáng)度條件而是剛度條件所決定的。總之，大部分玻璃鋼冷卻塔的實際使用應(yīng)力，安全系數(shù)為 1015。3.10 降噪設(shè)計噪聲來源與下列方面 風(fēng)車噪音：其噪聲主要是由機(jī)械噪聲和流體噪聲組成； 電機(jī)噪聲：其主要電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時的電磁聲； 水滴噪聲 通風(fēng)噪聲：其主要有塔體內(nèi)外空氣流體噪聲和塔體共振噪聲。 為了降低噪聲必須采用低噪聲風(fēng)機(jī)和降低淋水噪聲。要降低淋水噪聲一般有兩個途徑；一是在冷卻塔進(jìn)風(fēng)窗高度段吊掛點滴塑料填料片和薄膜斜板，前者是讓淋水不斷碰撞逐步下落，后者是讓淋水沿斜板下落，目的是抵消滴水

19、的動能；二是在積水池上增設(shè)一層彈性消聲層，材質(zhì)一般是軟性泡沫塑料或是彈性泡沫橡膠。另外，低噪聲冷卻塔使用時，應(yīng)調(diào)整出口阻力，保證積水盤有一定的積水高度，避免淋水直接落在盤底上，增加噪聲。第四章 冷卻塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計冷卻塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計，一般應(yīng)進(jìn)行荷載確定及組合、塔體鋼架結(jié)構(gòu)設(shè)計、玻璃鋼塔體外殼設(shè)計及安全系數(shù)選擇等內(nèi)容。4.1 冷卻塔載荷分析冷卻塔承受的載荷可分為短期載荷和長期載荷。短期載荷包括風(fēng)載荷、地震載荷、維修安裝時的活載荷。長期載荷包括結(jié)構(gòu)自重、填料質(zhì)量、風(fēng)機(jī)和給排水系統(tǒng)正常運(yùn)行時的積水以及熱交換部位滯留水的質(zhì)量等。圖 4.1 為塔體在外力作用下，塔體產(chǎn)生的應(yīng)力5圖 4.1 冷卻塔受力示意圖 風(fēng)

20、載荷基本風(fēng)壓 W0=50Kg/m2冷卻塔的風(fēng)載荷為 W =0.463DKsW0 =0.4632.9101.0050 =67.367Kg/m 式中 0.463體型小數(shù)； D塔體直徑； Ks高度系數(shù)； 雪荷載雪荷載引起的主要是垂直荷載。有二種情況：一是冷卻塔工作時，雪花融化不能形成積雪荷載；二是冷卻塔停機(jī)時，雪荷載遠(yuǎn)小于冷卻塔工作時的載水荷重時，可不予考慮雪荷載。塔體運(yùn)行時的總質(zhì)量Q=風(fēng)機(jī)系統(tǒng)質(zhì)量+塔體結(jié)構(gòu)質(zhì)量（殼體和支架）+填料質(zhì)量+布水系統(tǒng)質(zhì)量+運(yùn)行過程中水質(zhì)量=1610Kg風(fēng)荷載引起的載塔體傾覆力矩M=H0W=1.53567.367=103.408Kg風(fēng)荷引起的垂直軸向力 P=4M/ND =

21、4103.40862.910 =200.612N風(fēng)荷引起基礎(chǔ)上的荷載拉伸荷載 pL=4M/ND-Wq壓縮荷載 pc=2W/N加在基礎(chǔ)上的長期荷載 WN=Q/N=16106=268.333Kg式中 W作用在冷卻塔上的風(fēng)荷載 H0冷卻塔重心高度 N基礎(chǔ)墩數(shù) D冷卻塔直徑 Wq每個基礎(chǔ)質(zhì)量 WN運(yùn)行時每個基礎(chǔ)上荷載在玻璃鋼冷卻塔設(shè)計中，直接與玻璃鋼材料有關(guān)的是冷卻塔殼體和底盤。4.2 上塔體玻璃鋼殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）上塔體結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)熱力計算結(jié)果確定冷卻塔上塔殼體尺寸后，將殼體結(jié)簡化為下圖 4.2 和圖 4.3 所示。即上塔體可由兩個圓柱形和一個錐形構(gòu)成。將殼體沿圓周方向劃分成 8 等分，再將殼體用法

22、蘭打拼裝成薄殼整體170029101660800380圖 4.2 上塔體構(gòu)造尺寸冷卻塔殼體和計算方法很多，有的很復(fù)雜，但都不能完全精確的計算出準(zhǔn)確結(jié)果。為簡化設(shè)計，僅考慮拼接處局部區(qū)域承載6，而其余部分只考慮失穩(wěn)而不承載。承載局部是由兩塊殼體翻邊法蘭拼接成“T”形肋。肋的寬度為 16t（t 為殼體厚度）。共 8 條肋，法蘭翻邊的厚度為 12mm。圖 4.3 上塔體構(gòu)造尺寸上塔體的慣性矩表示如下 Ix=2F（D/2）2+2F（2D/4）2 =FD2 =0.00472.9102.910 =0.040 式中 F肋的截面積 D冷卻塔直徑（2）上塔體強(qiáng)度計算 風(fēng)荷載設(shè)冷卻塔使用地區(qū)的基本風(fēng)壓 W0=50

23、Kg/m2（MPa），安裝高度為 10m，由工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范查得高度系數(shù)為K2=1.00，基本風(fēng)壓調(diào)整系數(shù)為 K1=1.3 ，則單位高度塔體表面上的風(fēng)壓為7；W=0.463K2K1DW0 =0.4631.001.3291.0510-4 =3.01010-42.910=8.810-4MPa上塔體風(fēng)壓分布，如圖 4.4 所示380800860DCBAABCD15N/cm14N/cm 圖 4.4 上塔體風(fēng)壓分布其中 qA=qB=5.1510-42.910=0.149MPaqC=qD=3.01010-41.7 =0.088MPa上塔體垂直荷載上塔體的垂直荷載包括風(fēng)機(jī)重、安裝維修人員重和機(jī)械附

24、件、殼體自重等8。設(shè)垂直荷載為 10000N，超載系數(shù)為 1.2,動荷系數(shù)為 1.4,則正常運(yùn)轉(zhuǎn)時冷卻塔上塔體的垂直荷載為;P2=100001.21.4=16800N上塔體內(nèi)靜壓上塔體內(nèi)靜壓為109.8Pa(約取 100Pa),取超載系數(shù) 1.2,則 q內(nèi)=1001.2=120Pa其它荷載與上塔體無關(guān),故從略.（3）強(qiáng)度計算上塔體上用螺栓固定在冷卻塔的鋼支架上,故可將上塔體看作是固定在鋼支架上的懸臂梁來簡化計算。此時 A、B、C 三點處由風(fēng)荷載引起的彎距分別為： MC =1/2qC382 =0.58.76382 =6324.72Ncm MB =1/2qC(38+80)21/2(qAqC) 80

25、1/380 =0.58.761381380.56.2380800.76 =90057.39 NcmMA =1/2qC(868038)21/2(qAqC)8621/2(qAqC)(80/386) =0.58.762042040.56.2386860.56.23(80386) =205667.5Ncm肋的橫截面積為 F=2.410+19.21.2 =47.04cm2考慮到迎風(fēng)面和背風(fēng)面各 1 根肋 F 及 45方向兩根肋折合成一根肋承載，A，B，C 三點的截面彎曲模數(shù)分別為： WA =WB=2F291=247.04291=27354cm3 WC =247170 =15980cm3A、B、C、截面的

26、最大彎曲應(yīng)力分別為：Amax=MA/WA=205667.5/27354=7.52Kg/cm2=0.752MPaBmax=MB/WB =90057.39/27354=3.292Kg/cm2=0.3292MPaCmax=MC/WC =6324.72/15980 =0.396Kg/cm2 =0.0396MPa由于上塔體所承受的垂直荷載由 8 根肋均分，則每根肋所受的壓應(yīng)力為：=pZ/8F=1680/(647) =5.957Kg/cm2 =0.5957MPa將應(yīng)力疊加，可求得截面 A 處的最大壓應(yīng)力：A=Amax+ =7.525.957=13.477Kg/cm2=1.348 MPa手糊聚脂玻璃鋼的壓縮

27、強(qiáng)度為 180MPa，安全系數(shù)取 10，由許用壓應(yīng)力為=18MPa。設(shè)計中的最大壓應(yīng)力為 1.348MPa，遠(yuǎn)小于許用壓應(yīng)力 18MPa，即AC很多，斷面可以減小。（4）肋的局部強(qiáng)度核算 由于風(fēng)載分布不均勻，會引起上塔體受載不均。即使整體強(qiáng)度滿足了要求，還是可能出現(xiàn)局部強(qiáng)度不夠的情況，故尚需對局部強(qiáng)度進(jìn)行核算。側(cè)重于安全考慮，可將肋視為既承受橫向風(fēng)力、靜壓，又承受垂直的風(fēng)機(jī)重及自重的縱橫彎曲的簡支梁，分段進(jìn)行計算9。肋的中性軸：e=S/F=19.21.20.6102.4(0.51.2)47=3.46cm肋橫截面對 x 軸和 y 軸的慣性矩分別為：Ix=19.21.231219.21.2(3.4

28、60.6)22002.410(6.845)2 =472.6cm4Iy=1.219.231210122.43 =719cm4由于 IyIx，故取 Ix 計算臨界力。假設(shè)每根肋承擔(dān) 3.14R/4 圓柱面上所承受的風(fēng)載和靜壓，則最大分布壓力為10：q1=（1.0q+q靜）3.14R/4其中 q靜為上塔體靜壓,約為100Pa,取超載系數(shù)為 1.2,則q靜=1001.2=1.210-4MPa則 q1=(1.01.31.710.0051.20.0001)0.253.14R =9.710-4 RMPa最大分布吸力：q2=(1.7q1.210-4)3.14R4 =13.910-3 RMPa 由于 q1q2，

29、因此應(yīng)以 q2為校核離力。肋穩(wěn)定計算簡圖如圖 4.5 所 圖 4.5 肋穩(wěn)定計算簡圖下面計算肋所承受的歐拉臨界力。已知 E=1.3105N/cm2 L=868038=204cm則 pcr=3.143.14EIX/L2 =3.143.141.3105472.6204 =14555.8N各點彎矩如下：M中=RAL2-q2L22 =626.51023.34204102=5595.72 NcmMB=R A86-3.3486862 =52643.68 NcmMC=R A1661661.89831.4586401.450.7680 =10399926040.42124.73108.8 =74725.08

30、Ncm跨中截面彎曲模數(shù)為：W中= WB=2FD =247291 =27354 cm3跨中截面最大應(yīng)力為：中 max= M中/ W中 =5595.7227354 =0.205MPa垂直壓力引起的應(yīng)力和彎距計算如下。垂直壓力引起的應(yīng)力為：=S/F =21047 =0.446MPa垂直壓力 S 在 B 點引起的彎距 MB=(D-a)S/2 =(291272)2102 =1992 NcmB=1995457200 =0.0436MPa肋跨中截面的總應(yīng)力為：中=Pmax+B =0.2050.4460.0463 =0.695MPa截面受到的最大壓力為：pmax=F中=470.6695 =32.648N與截面

31、的臨界 pcr比較，則 pmaxpcr如果將肋增加到 12cm，會更安全。4.3 下塔體水槽強(qiáng)度核算由于下塔體水槽，僅承受部分回流水，只要水不外漏即可滿足使用要求，對變形和強(qiáng)度要求不高11。因此可以采用簡化的計算模型。在簡化的計算模型中，沿徑向取從內(nèi)圓到外圓周邊的單位寬度板進(jìn)行分析。由于底部水槽用用螺栓固定在鋼支架上，可以簡化為兩端固接梁。其中跨度為 l=a-b,受線型均勻荷載 q0 ,梁截面的寬度為 1 單位。高度為 t0最大彎矩 Mmax= q0l2/12最大應(yīng)力 max=6Mmax/t2材料的允許應(yīng)力 = b/K第五章 冷卻塔殼體制造技術(shù)5.1 材料選擇冷卻塔殼體一般采用聚酯玻璃鋼制造。

32、由于長期處在與水接觸的環(huán)境中，又暴露在大自然環(huán)境，故選擇材料時，要考慮到耐水性和耐自然老化性。增強(qiáng)材料選擇 制造冷卻塔殼體用的纖維增強(qiáng)材料，一般選用粗直徑中堿玻璃纖維紗、織的方格布，厚度從 0.20.8mm.玻璃纖維表面需經(jīng)過偶聯(lián)處理.嚴(yán)禁使用土坩堝生產(chǎn)的高堿玻璃纖維布.為提高外觀質(zhì)量,表面采用樹脂含量高的玻璃纖維表面氈12?；w材料選擇 由于復(fù)合材料殼體的材料玻璃鋼要求具有耐水和減緩老化等功能，故基體材料選用常州 253 廠生產(chǎn)的 TM-189 樹脂，羨并要求加入 UV 9紫外線吸收劑。如果表面采用膠衣層時，則 TM-189 樹脂中可不加紫外線吸收劑；僅在膠衣樹脂中加 UV 9紫外線吸收劑。

33、膠衣樹脂一般選用 TM-33 或天津合成材料廠生產(chǎn)的 SGL-22 膠衣樹脂。如果選用武漢理工大學(xué)劉雄亞教授研制的高性能無機(jī)膠黏劑，將能獲得更高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。5.2 制造技術(shù)復(fù)合材料冷卻塔殼體造型復(fù)雜，不宜于批量流水線生產(chǎn)，在國內(nèi)常采用手糊工藝成型；也有采用手糊和噴射相結(jié)合的生產(chǎn)工藝。手糊成型冷卻塔殼體構(gòu)件一般玻璃鋼制品的糊制，沒有很大區(qū)別，但應(yīng)注意以下幾個問題：（1） 外觀質(zhì)量 冷卻塔對玻璃鋼殼體的要求較高。要求表面光滑、色澤均勻、無裂紋。表面上氣泡直徑不大于 35mm，并且每平方米內(nèi)不得超過 3 個；不允許有直徑大于 5mm 的氣泡出現(xiàn)，而所有的氣泡在產(chǎn)品出廠前都應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ)。（2） 因為

34、冷卻塔殼體外表面質(zhì)量要求較高，故殼體制造時常采用玻璃鋼陰模成型。玻璃鋼模具表面要求達(dá)到鏡面光潔度。（3） 翻制殼體構(gòu)件的玻璃鋼模具，必須保證尺寸精度，其誤差應(yīng)在設(shè)計公差允許范圍內(nèi)。（4） 為了防止變形，殼體模件脫模時，必須保證充分固化。當(dāng)室溫在 1530，固化時間為 824h13?？刂婆浞?，可使 8h 后脫模，糊制好的殼體構(gòu)件，在 6080條件下加熱 12h，即可脫模，這樣可提高模具周轉(zhuǎn)率。（5） 殼體翻邊是殼體構(gòu)件的連接法蘭，必須相互平行，為此在設(shè)計模具時，不僅要保證尺寸精確，而且要預(yù)先估計到變形的可能性。（6） 為了避免應(yīng)力集中，法蘭翻邊和厚度不能偏差太大，也不允許發(fā)生樹脂聚脂現(xiàn)象。（7）

35、 法蘭部位的形狀如圖示。本設(shè)計中法蘭翻邊厚度為 t=12mm，壁厚為 6mm，L=120mm。（8） 對于有防火要求的冷卻塔，必須采用阻燃樹脂。第六章 結(jié)束語冷卻塔供冷技術(shù)在國外已有很多應(yīng)用,并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益,希望我國對這一領(lǐng)域加大研究力度,并開拓它在國內(nèi)的應(yīng)用范圍,相信這將對緩和我國能源緊張狀況起到積極作用。 建議將國內(nèi)一些有條件的現(xiàn)有建筑空調(diào)系統(tǒng)改造成冷卻塔供冷系統(tǒng),作為空調(diào)節(jié)能的重要技術(shù)施來推廣與應(yīng)用,以節(jié)省運(yùn)行能耗,降低運(yùn)行費(fèi)用14。并希望在新建建筑物的空調(diào)設(shè)計階段就能對冷卻塔供冷方案給予充分考慮。建議冷卻塔設(shè)備生產(chǎn)廠家在產(chǎn)品樣本中提供濕球溫度范圍更大的冷卻塔熱工數(shù)據(jù),并能根據(jù)我

36、國不同的地區(qū)設(shè)計出符合冷卻塔供冷要求的新型冷卻塔,為冷卻塔供冷技術(shù)的應(yīng)用與推廣提供必要的設(shè)備和技術(shù)數(shù)據(jù)。參考文獻(xiàn)1劉雄亞,晏石林等. 復(fù)合材料制品設(shè)計及應(yīng)用.北京化學(xué)工業(yè)版社,2003:6-21.2沃丁柱等.復(fù)合材料大全.北京化學(xué)工業(yè)出版社.2000:23-78.3劉雄亞,謝懷勤.復(fù)合材料工藝及設(shè)備,武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社.1997:21-54.4GB7190119975GB7190219976劉德安,郁軼澄.玻璃鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ),北京：中國建筑工業(yè)出版社.1990:63-124.7翁祖淇等.中國玻璃鋼工業(yè)大全.北京:國防工業(yè)出版社.1992:56-78.8植村益次,纖維增強(qiáng)塑料設(shè)計手冊.北京

37、玻璃鋼研究所譯, 中國建筑工業(yè)出版社,1986:12-45.9馬最良,孫宇輝.冷卻塔供冷技術(shù)的原理及分析.暖通空調(diào),1999,29.10 TED Pannkoke.cooling tower basics .HPAC,1996,(2).11 J C Hensley.The application of cooling towers for free-cooling ASHRAE Trans.1994,100,part.12 秦慧敏,周清,潘毅群.利用冷卻水供冷.全國暖通空調(diào)制冷年會論文集,1996:65-97.13 錢換群,郭懷德,金安.冷卻塔冷卻過程模擬計算.暖通空調(diào),2002:53-87.

38、14 史佑青.冷卻塔運(yùn)行與試驗.北京:水利電力出版社.2001:58-98.致 謝本文是在劉少兵老師的精心指導(dǎo)和大力支持下完成的。劉老師以其嚴(yán)謹(jǐn)求實的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神對我產(chǎn)生重要影響。他淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。同時，在此次畢業(yè)設(shè)計過程中我也學(xué)到了許多了關(guān)于玻璃鋼冷卻塔的知識，對復(fù)合材料的了解有了很大的提高。所有這一切都將成為我受益終生的寶貴財富!在此，學(xué)生謹(jǐn)向指導(dǎo)老師表示衷心的感謝! 另外，感謝張偉老師、胡鵬飛老師、付新建老師、張華老師等對我的教育培養(yǎng)。他們細(xì)心指導(dǎo)我的學(xué)習(xí)與研究，在此，我要向諸位老師深深地鞠

39、上一躬。感謝我的母親對我的理解、支持和幫助。盡管與他們?yōu)槲腋冻龅囊磺邢啾?，所有的語言都顯得蒼白無力，我仍要真誠地說聲:謝謝! 最后，再次對關(guān)心、幫助我的老師和同學(xué)表示衷心地感謝! 目 錄玻璃鋼冷卻塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計摘 要冷卻塔是一種廣泛應(yīng)用的熱力設(shè)備，其作用是通過熱質(zhì)交換將高溫冷卻水的熱量散入大氣，從而降低冷卻水的溫度。本文主要介紹玻璃鋼冷卻塔的工作原理，選用類型，結(jié)構(gòu)設(shè)計，并對玻璃鋼冷卻塔的外殼進(jìn)行了設(shè)計，包括上塔體玻璃鋼殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計和下塔體水槽強(qiáng)度計算。最后介紹了在選擇使用材料時應(yīng)注意的問題以及制造技術(shù)，并展望了冷卻塔在國內(nèi)的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞： 冷卻塔 結(jié)構(gòu) 玻璃鋼 設(shè)計Structure Design of the FRP Cooling TowerAbstractCooling tower is a widely used thermal equipment, and its role through the heat and mass transfer will be high-temperature cooling water heat,