玻璃鋼冷卻塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案范文

/第一章概述隨著工業(yè)和民用需水量的越來(lái)越多，循環(huán)使用水資源成為一項(xiàng)有效的節(jié)水措施，世界各國(guó)都在競(jìng)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(méi)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(zhǎng)，模板耗量大，占地面積大，施工困難，投資高等缺點(diǎn)，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(gè)大熱點(diǎn)。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(jì)等優(yōu)點(diǎn)，用來(lái)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(zhǎng)及安裝方便和造價(jià)低等。很好的解決了冷卻塔技術(shù)中的一系列難題，從而實(shí)現(xiàn)了工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)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)冷卻塔的比較比較工程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500m3/h500m3/h750m3/h外形尺寸最大直徑×高度長(zhǎng)度×寬度×高度內(nèi)徑×高度×外徑1740mm×6843mm8400mm×8400mm×14950mm12136mm×24900mm×18900mm進(jìn)風(fēng)口溫度/℃5～10105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18.84投資/萬(wàn)元5～5.510.43317.865使用壽命/a﹥15203～5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(shuō)明了玻璃鋼冷卻塔的優(yōu)越性。目前我過(guò)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(kāi)始被玻璃鋼冷卻塔所取代。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)玻璃鋼冷卻塔的研究，主要集中在以下幾個(gè)方面。進(jìn)一步提高冷卻塔的冷卻效率主要研究開(kāi)發(fā)動(dòng)力消耗少、熱力性能高的冷卻塔。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。研究超低噪聲冷卻塔，降低噪聲污染，改善居住環(huán)境。研究新型高效收水技術(shù)，解決飄水問(wèn)題，控制環(huán)境污染。研究高效親水材料，提高熱交換效率。開(kāi)發(fā)高效水質(zhì)穩(wěn)定劑，提高水穩(wěn)效果。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。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(guò)蒸發(fā)作用來(lái)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(guò)風(fēng)機(jī)的抽動(dòng)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(dòng)，濕熱(高焓值>的水自配水系統(tǒng)灑入塔內(nèi)。當(dāng)水滴和空氣接觸時(shí)，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(guò)程為例：熱水自主機(jī)房通過(guò)水泵以一定的壓力經(jīng)過(guò)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(guò)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(shí)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(dòng)能壓力差，當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，在塔內(nèi)靜壓的作用下，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(dòng)能便會(huì)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(shuō)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(huì)降低。但是，水向空氣中的蒸發(fā)不會(huì)無(wú)休止地進(jìn)行下去。當(dāng)與水接觸的空氣不飽和時(shí)，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(shí)，水分子就蒸發(fā)不出去，而是處于一種動(dòng)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⒈按通風(fēng)方式分有自然通風(fēng)冷卻塔、機(jī)械通風(fēng)冷卻塔、混合通風(fēng)冷卻塔。⒉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。⒊按熱水和空氣的流動(dòng)方向分有逆流式冷卻塔、橫流<交流）式冷卻塔、混流式冷卻塔。⒋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。⒌按噪聲級(jí)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。⒍其他如噴流式冷卻塔、無(wú)風(fēng)機(jī)冷卻塔、雙曲線冷卻塔等。根據(jù)水和空氣的相對(duì)流動(dòng)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(guó)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(diǎn)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)效率比逆流塔低。因此，在不受場(chǎng)地條件限制的情況下，最好選用逆流塔。當(dāng)采用多臺(tái)塔并聯(lián)使用時(shí)，橫流塔比逆流塔具有占地少的優(yōu)點(diǎn)。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。熱力性能根據(jù)國(guó)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(jì)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(jì)工況標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)B型D型C型G型進(jìn)水溫度/℃出水溫度/℃設(shè)計(jì)溫度/℃濕球溫度/℃干球溫度/℃大氣壓力/Pa3732528．031．59．91×1044333102831．59．91×104注：表中符號(hào)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不能超過(guò)表2-2表2-2中小型冷卻塔噪聲指標(biāo)/dB(A>名義流量/<m3·h-1）噪聲指標(biāo)B型D型C型G型815305075100150200300400500600800900100066．067．068．068．068．069．070．071．072．072．073．073．074．075．075．060．060．060．060．062．063．063．065．066．066．068．069．070．071．071．055．055．055．055．055．058．058．060．061．062．062．064．067．068．069．070．070．070．070．070．075．075．075．075．075．078．078．078．078．078．0<3）耗電比冷卻塔的耗電比是指實(shí)測(cè)風(fēng)機(jī)電機(jī)的輸入功率與實(shí)測(cè)冷卻水之比。大型冷卻塔的實(shí)測(cè)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(shí)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(jì)3.1玻璃鋼冷卻塔的選型在選擇冷卻塔的時(shí)應(yīng)確定下列技術(shù)條件：需冷卻處理的水量Q=100m3/h。進(jìn)塔最高水溫t1=43℃處理后要求達(dá)到的水溫t2=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(jì)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(shí)不同的形式，淋水填料可分為點(diǎn)滴式、薄膜式、點(diǎn)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(cuò)填料。斜交錯(cuò)填料具有技術(shù)先進(jìn)，設(shè)計(jì)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(diǎn)。斜交錯(cuò)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(diǎn)：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：50×25×60寬度：125-400mm長(zhǎng)度：0.35～0.6±0.05mm三、工作溫度：聚氯乙烯<PVC）-20℃-70℃聚丙烯<PP）-20℃-100℃3.4配水系統(tǒng)冷卻塔配水系統(tǒng)的作用是將需要冷卻的熱水通過(guò)配水系統(tǒng)均勻的分布在整個(gè)淋水材料上面。對(duì)配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jiǎn)便。配水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流量范圍為冷卻水量的80%～110%；配水管流速應(yīng)采用1～5m/s；配水系統(tǒng)的總阻力損失宜小于5Kpa。對(duì)與中小型冷卻塔，多采用旋轉(zhuǎn)布水器系統(tǒng)。它的優(yōu)點(diǎn)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。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(diǎn):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(diǎn)，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(jì)可較大地降低外流噪聲在單位風(fēng)量、單位風(fēng)壓的工況條件下比a聲級(jí)可降低3-4dB，同時(shí)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(duì)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(tái)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(duì)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(dòng)能回收型風(fēng)筒，另一類是動(dòng)能不回收型風(fēng)筒。對(duì)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(dòng)壓小于30Pa，一般不考慮動(dòng)壓回收。這時(shí)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(gè)較矮的平直段，它的導(dǎo)流收縮段從淋水段一個(gè)大圓過(guò)渡到風(fēng)機(jī)直徑一個(gè)小圓，采用均勻流線型設(shè)計(jì)[4]。3.8集水池設(shè)計(jì)冷卻塔集水池的作用是匯集淋水裝置掉落下來(lái)的水滴，同時(shí)起到調(diào)節(jié)和儲(chǔ)存水量的作用。3.9塔體設(shè)計(jì)<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(shí)的積水質(zhì)量、風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)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(diǎn)氣候條件及安裝高度確定，計(jì)算詳見(jiàn)第四章第一節(jié)。塔內(nèi)積水量及正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的循環(huán)水量根據(jù)實(shí)際需要選擇為100m3/h。風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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(jì)算。<2）強(qiáng)度與剛度計(jì)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(gè)殼體形成一個(gè)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(kāi)始，隨著溫度的升高強(qiáng)度也逐漸下降。對(duì)與長(zhǎng)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(wèn)題。通過(guò)中小型冷卻塔的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)比較，可以發(fā)現(xiàn)實(shí)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?yàn)椴Ａт摬牧系膹椥阅Ａ康?、變形大，因此尺寸往往不是由?qiáng)度條件而是剛度條件所決定的?？傊?，大部分玻璃鋼冷卻塔的實(shí)際使用應(yīng)力，安全系數(shù)為10～15。3.10降噪設(shè)計(jì)噪聲來(lái)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(shí)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(gè)途徑；一是在冷卻塔進(jìn)風(fēng)窗高度段吊掛點(diǎn)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，目的是抵消滴水的動(dòng)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(shí)，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(jì)冷卻塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(jì)、玻璃鋼塔體外殼設(shè)計(jì)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(zhǎng)期載荷。短期載荷包括風(fēng)載荷、地震載荷、維修安裝時(shí)的活載荷。長(zhǎng)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(shí)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]風(fēng)載荷基本風(fēng)壓W0=50Kg/m2冷卻塔的風(fēng)載荷為W=0.463DKsW0=0.463×2.910×1.00×50=67.367Kg/m式中0.463——體型小數(shù)；D——塔體直徑；Ks——高度系數(shù)；②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(shí)，雪花融化不能形成積雪荷載；二是冷卻塔停機(jī)時(shí)，雪荷載遠(yuǎn)小于冷卻塔工作時(shí)的載水荷重時(shí)，可不予考慮雪荷載。塔體運(yùn)行時(shí)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(guò)程中水質(zhì)量=1610Kg風(fēng)荷載引起的載塔體傾覆力矩M=H0W=1.535×67.367=103.408Kg風(fēng)荷引起的垂直軸向力P=4M/ND=4×103.408÷6×2.910=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(zhǎng)期荷載WN=Q/N=1610÷6=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(gè)基礎(chǔ)質(zhì)量WN——運(yùn)行時(shí)每個(gè)基礎(chǔ)上荷載在玻璃鋼冷卻塔設(shè)計(jì)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(jì)上塔體結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)熱力計(jì)算結(jié)果確定冷卻塔上塔殼體尺寸后，將殼體結(jié)簡(jiǎn)化為下圖4.2和圖4.3所示。即上塔體可由兩個(gè)圓柱形和一個(gè)錐形構(gòu)成。將殼體沿圓周方向劃分成8等分，再將殼體用法蘭打拼裝成薄殼整體1700170029101660800380圖4.2上塔體構(gòu)造尺寸冷卻塔殼體和計(jì)算方法很多，有的很復(fù)雜，但都不能完全精確的計(jì)算出準(zhǔn)確結(jié)果。為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，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.圖4.3上塔體構(gòu)造尺寸上塔體的慣性矩表示如下Ix=2[F<D/2）2+2F<2D/4）2]=FD2=0.0047×2.910×2.910=0.040式中F——肋的截面積D——冷卻塔直徑<2）上塔體強(qiáng)度計(jì)算①風(fēng)荷載設(shè)冷卻塔使用地區(qū)的基本風(fēng)壓W0=50Kg/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=0.463×K2×K1×D×W0=0.463×1.00×1.3×291.0×5×10-4=3.010×10-4×2.910=8.8×10-4MPa上塔體風(fēng)壓分布，如圖4.4所示圖4.4上塔體風(fēng)壓分布其中qA=qB=5.15×10-4×2.910=0.149MPaqC=qD=3.010×10-4×1.7=0.088MPa②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)械附件、殼體自重等[8]。設(shè)垂直荷載為10000N，超載系數(shù)為1.2,動(dòng)荷系數(shù)為1.4,則正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)冷卻塔上塔體的垂直荷載為。P2=10000×1.2×1.4=16800N③上塔體內(nèi)靜壓上塔體內(nèi)靜壓為－10×9.8Pa(約取100Pa>,取超載系數(shù)1.2,則q內(nèi)=－100×1.2=－120Pa其它荷載與上塔體無(wú)關(guān),故從略.<3）強(qiáng)度計(jì)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(lái)簡(jiǎn)化計(jì)算。此時(shí)A、B、C三點(diǎn)處由風(fēng)荷載引起的彎距分別為：MC=1/2×qC×382=0.5×8.76×382=6324.72N·cmMB=1/2×qC×(38+80>2＋1/2×(qA－qC>×80×1/3×80=0.5×8.76×138×138＋0.5×6.23×80×80×0.76=90057.39N·cmMA=1/2×qC×(86＋80＋38>2＋1/2×(qA－qC>×862＋1/2×(qA－qC>×(80/3＋86>=0.5×8.76×204×204＋0.5×6.23×86×86＋0.5×6.23×(80÷3＋86>=205667.5N·cm肋的橫截面積為F=2.4×10+19.2×1.2=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(diǎn)的截面彎曲模數(shù)分別為：WA=WB=2F×291=2×47.04×291=27354cm3WC=2×47×170=15980cm3A、B、C、截面的最大彎曲應(yīng)力分別為：σAmax=±MA/WA=±205667.5/27354=±7.52Kg/cm2=±0.752MPaσBmax=±MB/WB=±90057.39/27354=±3.292Kg/cm2=±0.3292MPaσCmax=±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：σ′=pZ/8F=－1680/(6×47>=－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：σA=σAmax+σ′=7.52＋5.957=13.477Kg/cm2=1.348MPa手糊聚脂玻璃鋼的壓縮強(qiáng)度為180MPa，安全系數(shù)取10，由許用壓應(yīng)力為[σ]=18MPa。設(shè)計(jì)中的最大壓應(yīng)力為1.348MPa，遠(yuǎn)小于許用壓應(yīng)力18MPa，即σA≤[σC]很多，斷面可以減小。肋的局部強(qiáng)度核算由于風(fēng)載分布不均勻，會(huì)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(duì)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(jiǎn)支梁，分段進(jìn)行計(jì)算[9]。肋的中性軸：e=∑S/∑F=[19.2×1.2×0.6＋10×2.4×(0.5＋1.2>]÷47=3.46cm肋橫截面對(duì)x軸和y軸的慣性矩分別為：Ix=19.2×1.23÷12＋19.2×1.2×(3.46－0.6>2＋200＋2.4×10×(6.84－5>2=472.6cm4Iy=1.2×19.23÷12＋10÷12×2.43=719cm4由于Iy＜Ix，故取Ix計(jì)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?jí)毫閇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=－100×1.2=－1.2×10-4MPa則q1=(1.0×1.3×1.71×0.005＋1.2×0.0001>×0.25×3.14R=9.7×10-4RMPa最大分布吸力：q2=(－1.7q＋1.2×10-4>×3.14R÷4=13.9×10-3RMPa由于q1﹤q2，因此應(yīng)以q2為校核離力。肋穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4.5所圖4.5肋穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)圖下面計(jì)算肋所承受的歐拉臨界力。已知E=1.3×105N/cm2L=86＋80＋38=204cm則pcr=3.14×3.14×E×IX/L2=3.14×3.14×1.3×105×472.6÷204=14555.8N各點(diǎn)彎矩如下：M中=RA×L÷2-q2×L2÷2=626.5×102－3.34×204×102=5595.72N·cmMB=RA×86-3.34×86×86÷2=52643.68N·cmMC=RA×166－166×1.89×83－1.45×86－40×1.45×0.76×80=103999－26040.42－124.7－3108.8=74725.08N·cm跨中截面彎曲模數(shù)為：W中=WB=2F×D=2×47×291=27354cm3跨中截面最大應(yīng)力為：σ中max=M中/W中=5595.72÷27354=0.205MPa垂直壓力引起的應(yīng)力和彎距計(jì)算如下。垂直壓力引起的應(yīng)力為：σ′=S/F=210÷47=0.446MPa垂直壓力S在B點(diǎn)引起的彎距MB′=(D-a>×S/2=(291－272>×210÷2=1992N·cmσB′=1995÷457200=0.0436MPa肋跨中截面的總應(yīng)力為：σ中=σPmax+σ′+σB′=0.205＋0.446＋0.0463=0.695MPa截面受到的最大壓力為：pmax=F×σ中=47×0.6695=32.648N與截面的臨界pcr比較，則pmax﹤pcr如果將肋增加到12cm，會(huì)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(duì)變形和強(qiáng)度要求不高[11]。因此可以采用簡(jiǎn)化的計(jì)算模型。在簡(jiǎn)化的計(jì)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(jiǎn)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σmax=6Mmax/t2材料的允許應(yīng)力[σ]=σb/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。由于長(zhǎng)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(shí)，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0.2～0.8mm.玻璃纖維表面需經(jīng)過(guò)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U(xiǎn)V9紫外線吸收劑。如果表面采用膠衣層時(shí)，則TM-189樹脂中可不加紫外線吸收劑；僅在膠衣樹脂中加UV9紫外線吸收劑。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(wú)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(guó)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(méi)有很大區(qū)別，但應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：外觀質(zhì)量冷卻塔對(duì)玻璃鋼殼體的要求較高。要求表面光滑、色澤均勻、無(wú)裂紋。表面上氣泡直徑不大于3～5mm，并且每平方M內(nèi)不得超過(guò)3個(gè)；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)。因?yàn)槔鋮s塔殼體外表面質(zhì)量要求較高，故殼體制造時(shí)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。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(jì)公差允許范圍內(nèi)。為了防止變形，殼體模件脫模時(shí)，必須保證充分固化。當(dāng)室溫在15～30℃，固化時(shí)間為8～24h[13]?？刂婆浞?，可使8h后脫模，糊制好的殼體構(gòu)件，在60～80℃條件下加熱1～2h，即可脫模，這樣可提高模具周轉(zhuǎn)率。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(jì)模具時(shí)，不僅要保證尺寸精確，而且要預(yù)先估計(jì)到變形的可能性。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。法蘭部位的形狀如圖示。本設(shè)計(jì)中法蘭翻邊厚度為t=12mm，壁厚為6mm，L=120mm。對(duì)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(yǔ)冷卻塔供冷技術(shù)在國(guó)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(guó)對(duì)這一領(lǐng)域加大研究力度,并開(kāi)拓它在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用范圍,相信這將對(duì)緩和我國(guó)能源緊張狀況起到積極作用。建議將國(guó)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(lái)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(jì)階段就能對(duì)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)我國(guó)不同的地區(qū)設(shè)計(jì)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)劉雄亞,晏石林等.復(fù)合材料制品設(shè)計(jì)及應(yīng)用.北京化學(xué)工業(yè)版社,2003:6-21.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.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.GB—7190—1—1997GB—7190—2—1997劉德安,郁軼澄.玻璃鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ),北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.1990:63-124.翁祖淇等.中國(guó)玻璃鋼工業(yè)大全.北京:國(guó)防工業(yè)出版社.1992:56-78.植村·益次,纖維增強(qiáng)塑料設(shè)計(jì)手冊(cè).北京玻璃鋼研究所譯,中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1986:12-45.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.TEDPannkoke.coolingtowerbasics.HPAC,1996,(2>.JCHensley.Theapplicationofcoolingtowersforfree-coolingASHRAETrans.1994,100,partⅠ.秦慧敏,周清,潘毅群.利用冷卻水供冷.全國(guó)暖通空調(diào)制冷年會(huì)論文集,1996:65-97.錢換群,郭懷德,金安.冷卻塔冷卻過(guò)程模擬計(jì)算.暖通空調(diào),2002:53-87.史佑青.冷卻塔運(yùn)行與實(shí)驗(yàn).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(shí)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(duì)我產(chǎn)生重要影響。他淵博的知識(shí)、開(kāi)闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。同時(shí)，在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中我也學(xué)到了許多了關(guān)于玻璃鋼冷卻塔的知識(shí)，對(duì)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(cái)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(duì)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上一躬。感謝我的母親對(duì)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(yǔ)言都顯得蒼白無(wú)力，我仍要真誠(chéng)地說(shuō)聲:謝謝!

最后，再次對(duì)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(jì)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(guò)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(jì)，并對(duì)玻璃鋼冷卻塔的外殼進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括上塔體玻璃鋼殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和下塔體水槽強(qiáng)度計(jì)算。最后介紹了在選擇使用材料時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題以及制造技術(shù)，并展望了冷卻塔在國(guó)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(jì)StructureDesignoftheFRPCoolingTowerAbstractCoolingtowerisawidelyusedthermalequipment,anditsrolethroughtheheatandmasstransferwillbehigh-temperaturecoolingwaterheat,scatteredintotheatmosphe