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摘 要：在火力发电厂中，钢煤斗起着不可替代的作用，主要装置在主厂房的煤仓间，它属于筒仓类型结构，受力情况较为复杂。文章为达到某电厂煤钢斗结构设计需要，采取当前通用的有限元分析系统（ANSYS）该本电厂钢煤斗结构受力情况进行分析，计算相关应力，有利于编制钢煤斗施工设计图纸。
关键词：火力发电厂；钢煤斗；结构计算；探索分析
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）12-0137-01
火力发电厂经输煤栈道运送到主厂房的煤主要存在电厂的钢煤斗结构中，对电厂的正常运行情况有着十分重要的影响。就现在的现状而言，关于钢煤斗应力以及变形的计算，并未形成统一的、规范的计算方法。因此，为了确保电厂钢煤斗结构设计具有安全、可靠、实用、经济等应用优势，就应该对其结构应力以及变形进行详实的分析与计算，而通用的有限元软件分析计算方法能够很好处理较为复杂的空间结构问题。
1 某电厂钢煤斗结构设计简化外观
经过实际调查，为了便于计算，可将某电厂所用的钢煤斗进行简化，使得其外观就如一个“裤衩”形状。
1.1 通过测量得到的数据
如图1所示，上端圆柱形筒仓V1高度5 m、径长10 m；中部圆柱形裙筒V2，高1.5 m，径长10 m；下端分成两个漏斗V3，各漏斗分别有外侧与内侧量部分构成，外侧斜椭圆锥面上底径长10 m，下底径长1 m，上下圆面圆心连线水平偏移距离2.7 m，台高9.97 m；内侧呈现曲边三角形，曲边即平面和外侧的交线，为双曲线结构，下端两个锥形漏斗呈左右对称。
1.2 结构设计要求
按照施工管道设计标准，应在19.60（图1）标高位置两锥形漏斗间布设三根管道，还有设计两根呈水平方向的横梁，设置6点支撑部位来安放管道，每点所要承受的荷载为4 t，在所规划的钢煤斗以几何模型的形式引进到计算机CAD制图软件中，通过精准计算得到钢煤斗空间容积为702.2 m3。
1.3 钢煤斗结构特点
H/b=5/10=0.5<1.5，在查阅相关技术规范的基础上，将此钢煤斗筒仓归类为浅仓；如果在漏斗锥面与斜平面接触位置存在几何外形突变情况，那么其产生因素就有可能为应力集中；在钢漏斗施工图纸中支点位置加设劲肋来提升结构的整体刚度，以防止裙筒过压失稳以及小范围的屈曲。
2 某电厂钢煤斗结构进行计算方面的分析
2.1 钢煤斗部件的尺寸以及规划布置
上端圆柱形筒仓壁板选取厚度为10 mm的Q235钢板，中部裙筒选取厚度为30 mm的Q235钢板，下端两个锥形漏斗选取厚度为10 mm的1 Cr18 Ni9Ti不锈钢板。筒仓外侧水平绕向的6道间距1 m加劲肋和12道间距0.8 m双锥面加劲肋选定为L100×10等边角钢；12道间距0.8 m锥形斜平板加劲肋钢板为28 a工字钢等。在锥形斜平板中间应增设两道用于结构支撑的水平梁。
2.2 所用材料的相关性能参数
Q235钢板其弹性模量大小是2.06×105 MPa，其泊松比例值为0.3。强度设计大小是215 MPa，密度值是78 kN/m3；1Cr18Ni9Ti不锈钢板强度设定大小在540 MPa左右，其它性能参数可以Q235钢板保持一致。
2.3 结构边界所规定的条件
根据钢煤斗的具体支撑以及受力情况，应该在中部裙筒底端16个等分位置处（25.97 m标高出）加设固定的约束支撑，如图1所示。
2.4 钢煤斗结构相关荷载计算方式和施加方法
可以根据GB 50077-2003《钢筋混凝土筒仓设计规范》相关计算公式对钢煤斗一些荷载展开计算，其中钢煤斗自身重力、满煤重力、顶盖积灰重力为恒定值；顶盖重量可设定为1.3 kN/m2，积灰规定为0.5 kN/m2。
常用煤炭的重力密度大小γ为10 kN/m3，内摩擦角度值大小是30ο，冲击影响系数大小C是1.0，在对结构应力进行计算的时候，可以采用事先设定的具体值，即将活荷载分项系数γq设定为1.3，保持支座处于反力状态时的荷载标准值不变，把钢煤斗结构内壁受到的荷载划分为以下三种：
①水平侧压力ph。这种侧压力为煤粉在筒仓单位面积上作用力大小，其计算过程为：ph=γq kγS，其中，k是钢煤斗侧压力系数，k=tan2（45°-Φ/2）
②切向应力pt。这种切应力为煤粉在筒仓内壁所受到的单位面积的上切向应力大小，其计算公式为：pt=γq pv（1-k）sinαcosα。pv是煤粉在漏斗位置单位面积上竖向压力大小，在漏斗顶面，pv=γhn，而在其底端，pv=γ（hn+hh）；α即锥形漏斗壁板的倾斜角度大小。
③法向压力pn。这种压力来源于漏斗内部所受到的单位面积上的法向压力，可以按照以下的数学公式对其进行计算：pn=γqεpv，其中，ε=cos2α+ksin2α。根据以上计算公式可以看出，筒仓内壁水平侧压力ph与高度S之间呈现出线形关系，而切向应力pt，法向应力pn相对来说就较为复杂，它们在于高度S保持线形关系的同时，其大小还与锥形底板的倾斜角度α有着三角函数关系，因α会受到多种因素而发生变化，所以pt，ph的分布规律较难把握，这样就造成了ph能够直接应用到几何模型当中，但是pt、ph就无法直接在模型当中体现。
④点荷载的转换。采用混合维建模法，即用曲面或平面表示煤斗壁，用线表示加劲肋，对ANSYS有限元模型进行了高度抽象，大大降低了几何模型的复杂度，网格剖分后单元数量少，计算速度快。模型的许多几何信息（如厚度、面积、惯性矩等）在实常数中统一指定，从而优化了点荷载的转换过程。可以采用新近研制的荷载倒算程序，将钢煤斗所受到的pt、ph在详细计算过程中进行单元点荷载的转换，保证钢煤斗所受应力能够全部施加到几何模型当中。
3 结 语
在应用有限元空间计算方式情况下，对钢煤斗结构所受应力以及变形进行精确的计算，还要对计算结果进行详细分析，并做出对应的误差处理，研究产生误差的原因，分析其对结果造成的影响作用。因此，经过不断调整和试算，对壁板厚度以及加劲肋间距做到最优配置，完成电厂钢煤斗结构优化设计方案的制定，为施工图的制作提供可参考的依据。
参考文献：
[1 ]黄仁沖.百万机组电厂钢煤斗焊接工艺[J].自动化应用，2013，（3）.
[2] 潘少芬.电厂钢煤斗施工的质量控制[J].广西质量监督导报，2010，（11）.
[3] 凌峰，朱庆东.钢煤斗的新设计方法[J].武汉大学学报，2008，（S1）.
关键词：火力发电厂；钢煤斗；结构计算；探索分析
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）12-0137-01
火力发电厂经输煤栈道运送到主厂房的煤主要存在电厂的钢煤斗结构中，对电厂的正常运行情况有着十分重要的影响。就现在的现状而言，关于钢煤斗应力以及变形的计算，并未形成统一的、规范的计算方法。因此，为了确保电厂钢煤斗结构设计具有安全、可靠、实用、经济等应用优势，就应该对其结构应力以及变形进行详实的分析与计算，而通用的有限元软件分析计算方法能够很好处理较为复杂的空间结构问题。
1 某电厂钢煤斗结构设计简化外观
经过实际调查，为了便于计算，可将某电厂所用的钢煤斗进行简化，使得其外观就如一个“裤衩”形状。
1.1 通过测量得到的数据
如图1所示，上端圆柱形筒仓V1高度5 m、径长10 m；中部圆柱形裙筒V2，高1.5 m，径长10 m；下端分成两个漏斗V3，各漏斗分别有外侧与内侧量部分构成，外侧斜椭圆锥面上底径长10 m，下底径长1 m，上下圆面圆心连线水平偏移距离2.7 m，台高9.97 m；内侧呈现曲边三角形，曲边即平面和外侧的交线，为双曲线结构，下端两个锥形漏斗呈左右对称。
1.2 结构设计要求
按照施工管道设计标准，应在19.60（图1）标高位置两锥形漏斗间布设三根管道，还有设计两根呈水平方向的横梁，设置6点支撑部位来安放管道，每点所要承受的荷载为4 t，在所规划的钢煤斗以几何模型的形式引进到计算机CAD制图软件中，通过精准计算得到钢煤斗空间容积为702.2 m3。
1.3 钢煤斗结构特点
H/b=5/10=0.5<1.5，在查阅相关技术规范的基础上，将此钢煤斗筒仓归类为浅仓；如果在漏斗锥面与斜平面接触位置存在几何外形突变情况，那么其产生因素就有可能为应力集中；在钢漏斗施工图纸中支点位置加设劲肋来提升结构的整体刚度，以防止裙筒过压失稳以及小范围的屈曲。
2 某电厂钢煤斗结构进行计算方面的分析
2.1 钢煤斗部件的尺寸以及规划布置
上端圆柱形筒仓壁板选取厚度为10 mm的Q235钢板，中部裙筒选取厚度为30 mm的Q235钢板，下端两个锥形漏斗选取厚度为10 mm的1 Cr18 Ni9Ti不锈钢板。筒仓外侧水平绕向的6道间距1 m加劲肋和12道间距0.8 m双锥面加劲肋选定为L100×10等边角钢；12道间距0.8 m锥形斜平板加劲肋钢板为28 a工字钢等。在锥形斜平板中间应增设两道用于结构支撑的水平梁。
2.2 所用材料的相关性能参数
Q235钢板其弹性模量大小是2.06×105 MPa，其泊松比例值为0.3。强度设计大小是215 MPa，密度值是78 kN/m3；1Cr18Ni9Ti不锈钢板强度设定大小在540 MPa左右，其它性能参数可以Q235钢板保持一致。
2.3 结构边界所规定的条件
根据钢煤斗的具体支撑以及受力情况，应该在中部裙筒底端16个等分位置处（25.97 m标高出）加设固定的约束支撑，如图1所示。
2.4 钢煤斗结构相关荷载计算方式和施加方法
可以根据GB 50077-2003《钢筋混凝土筒仓设计规范》相关计算公式对钢煤斗一些荷载展开计算，其中钢煤斗自身重力、满煤重力、顶盖积灰重力为恒定值；顶盖重量可设定为1.3 kN/m2，积灰规定为0.5 kN/m2。
常用煤炭的重力密度大小γ为10 kN/m3，内摩擦角度值大小是30ο，冲击影响系数大小C是1.0，在对结构应力进行计算的时候，可以采用事先设定的具体值，即将活荷载分项系数γq设定为1.3，保持支座处于反力状态时的荷载标准值不变，把钢煤斗结构内壁受到的荷载划分为以下三种：
①水平侧压力ph。这种侧压力为煤粉在筒仓单位面积上作用力大小，其计算过程为：ph=γq kγS，其中，k是钢煤斗侧压力系数，k=tan2（45°-Φ/2）
②切向应力pt。这种切应力为煤粉在筒仓内壁所受到的单位面积的上切向应力大小，其计算公式为：pt=γq pv（1-k）sinαcosα。pv是煤粉在漏斗位置单位面积上竖向压力大小，在漏斗顶面，pv=γhn，而在其底端，pv=γ（hn+hh）；α即锥形漏斗壁板的倾斜角度大小。
③法向压力pn。这种压力来源于漏斗内部所受到的单位面积上的法向压力，可以按照以下的数学公式对其进行计算：pn=γqεpv，其中，ε=cos2α+ksin2α。根据以上计算公式可以看出，筒仓内壁水平侧压力ph与高度S之间呈现出线形关系，而切向应力pt，法向应力pn相对来说就较为复杂，它们在于高度S保持线形关系的同时，其大小还与锥形底板的倾斜角度α有着三角函数关系，因α会受到多种因素而发生变化，所以pt，ph的分布规律较难把握，这样就造成了ph能够直接应用到几何模型当中，但是pt、ph就无法直接在模型当中体现。
④点荷载的转换。采用混合维建模法，即用曲面或平面表示煤斗壁，用线表示加劲肋，对ANSYS有限元模型进行了高度抽象，大大降低了几何模型的复杂度，网格剖分后单元数量少，计算速度快。模型的许多几何信息（如厚度、面积、惯性矩等）在实常数中统一指定，从而优化了点荷载的转换过程。可以采用新近研制的荷载倒算程序，将钢煤斗所受到的pt、ph在详细计算过程中进行单元点荷载的转换，保证钢煤斗所受应力能够全部施加到几何模型当中。
3 结 语
在应用有限元空间计算方式情况下，对钢煤斗结构所受应力以及变形进行精确的计算，还要对计算结果进行详细分析，并做出对应的误差处理，研究产生误差的原因，分析其对结果造成的影响作用。因此，经过不断调整和试算，对壁板厚度以及加劲肋间距做到最优配置，完成电厂钢煤斗结构优化设计方案的制定，为施工图的制作提供可参考的依据。
参考文献：
[1 ]黄仁沖.百万机组电厂钢煤斗焊接工艺[J].自动化应用，2013，（3）.
[2] 潘少芬.电厂钢煤斗施工的质量控制[J].广西质量监督导报，2010，（11）.
[3] 凌峰，朱庆东.钢煤斗的新设计方法[J].武汉大学学报，2008，（S1）.