近些年除塵器安全事故時有發(fā)生，通常都是灰斗脫落或變形引起，本文通過介紹大型除塵器灰斗的有限元計算方法，用該方法求解了灰斗工作條件下的應(yīng)力應(yīng)變分布，為鑒定校核分析提供了必需的數(shù)據(jù)。

灰斗是用于收集粉塵的環(huán)保設(shè)備，廣泛用于火電廠、水泥廠、鋼鐵廠等處。近年來出現(xiàn)一些灰斗被積灰壓垮的事故，因此灰斗的結(jié)構(gòu)強度校核就顯得非常重要。以前的灰斗設(shè)計，較多采用簡化了的計算模型，如將較為復(fù)雜的空間載荷簡化成一維的拉力和彎矩。類似的簡化會造成一定的計算誤差，即使能保證設(shè)備安全，卻難以獲得最優(yōu)化的結(jié)果。為了找到一種能夠更接近真實工況的計算方法，本文采用Midas Gen有限元分析軟件，考慮在運行負(fù)壓、結(jié)構(gòu)自重和積灰載荷下，對某工程中電除塵器灰斗的應(yīng)力和應(yīng)變進行了分析。

1?灰斗結(jié)構(gòu)形式及受力狀態(tài)

典型的灰斗都是板殼帶肋的結(jié)構(gòu)（圖?1.1）。灰斗中無積灰或積灰很少時，灰斗主要受負(fù)壓作用，負(fù)壓作用為灰斗壁板的法向荷載(F3,圖?1.3)。此時除灰斗自重和灰斗下部懸掛設(shè)備外灰斗壁板不受其他面切向荷載。

在卸灰前或者卸灰系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，積灰達到一定數(shù)量積灰荷載為主要荷載。此時灰斗壁板除法向受積灰荷載外(F1,圖?1.3)，切向也受積灰荷載(F2,圖?1.3)而使灰斗壁板受拉（切向荷載F2計算時可忽略^[1]）。

灰斗壁板的水平加勁肋承擔(dān)相鄰壁板傳遞的水平拉力和壁板法向受壓時傳遞的彎矩豎向加勁肋主要承受壁板法向受壓時傳遞的彎矩。壁板面內(nèi)拉力主要由壁板承擔(dān)。當(dāng)負(fù)壓為主要荷載時，灰斗內(nèi)部水平撐管（圖?1.2）受壓，當(dāng)積灰為主要荷載時灰斗內(nèi)水平撐管受拉。水平撐管有效減小了灰斗壁板及水平加勁肋的跨度。

2?灰斗的幾何尺寸及構(gòu)件材質(zhì)

灰斗整體形狀為長方形漏斗，上斗口尺寸：7.95m×5.80m，下斗口尺寸0.41m×0.41m,斗高7.70m，斗體積：V=119m3，灰斗材質(zhì)均為Q235A，壁板厚5.00mm，上灰斗橫肋采用槽鋼C20a，豎肋采用角鋼L90×56×8，內(nèi)支撐桿P89×4.5。下灰斗橫肋采用角鋼L100×63×8，豎肋為40×6鋼板，壁板厚5.0mm。

3?灰斗有限元計算

3.1?計算依據(jù)

1)儲灰容重取8KN/m3。

2)根據(jù)《電除塵器鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》JBT 12127-2015，在150℃工作溫度下，鋼材強度設(shè)計值的高溫折減系數(shù)時取0.85，折減強度設(shè)計值為182.75N/mm2；鋼材的彈性模量折減系數(shù)為0.94。

3)根據(jù)大唐電力集團和華電集團的技術(shù)文件要求灰斗及其連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計按除塵器滿灰斗儲量的1.5倍考慮。（按1.5倍滿灰斗儲量進行驗算時，是否還要乘以1.5倍的活荷載分項系數(shù)，目前行業(yè)對此處的標(biāo)準(zhǔn)并未統(tǒng)一，本文按照1.5（活荷載分項系數(shù)）×1.5倍儲灰的設(shè)計值進行驗算）

3.2?灰斗模型建立

根據(jù)加工圖中的相關(guān)數(shù)據(jù)在Midas Gen中進行建模，壁板采用殼單元，橫豎肋和撐桿采用梁單元。設(shè)定上灰斗主肋之間的連接均為鉸接，下灰斗主肋之間的連接均為固接，考慮橫豎肋對灰斗壁板的加強作用（具體力學(xué)模型簡化方式根據(jù)不同的灰斗加工方式有所不同），建模結(jié)果如下圖所示。

3.3?荷載組合及儲灰荷載導(dǎo)算

3.3.1?荷載組合

靜電除塵器灰斗在運行條件下共承受如下荷載：

(1)?自身重量（負(fù)?Z?向?9.81m/s²）；

(2)運行負(fù)壓（－2kPa），因該項目負(fù)壓很小，不是控制工況，本次驗算忽略灰斗中無積灰或少量積灰時主要承受負(fù)壓的工況；

(3)?本次按積灰滿灰斗的1.5倍儲灰進行積灰校核；

荷載控制組合工況為上述(1)和(3)兩種荷載組合，即基本組合：

1.3自重+1.5×1.5倍滿灰斗儲灰

3.3.2?儲灰荷載導(dǎo)算

灰斗滿灰容積為119m³,按1.5倍滿灰計算，儲灰量自灰斗上口增高1290mm。

儲灰重度取γ=8KN/m3，內(nèi)摩擦角φ=28°。根據(jù)《電除塵器鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》JBT 12127-2015附錄B，側(cè)壓力系數(shù)K=tan²(45-φ/2)=0.361。法向壓力系數(shù)：§=cos²α+ksin²α=0.109+0.361×0.891=0.431(α=70.7°，為漏斗壁與水平面的夾角，另一側(cè)夾角壁導(dǎo)算過程類似，此處略過）?；叶沸北谏蟽曳ㄏ驂毫椋?/span>
P_n=γ*h_x*§，則灰斗上口斜壁儲灰法向壓力為：P_n1=8*1.29*0.431=4.45KN/m²，灰斗下口斜壁儲灰法向壓力為：P_n2=8*8.99*0.431=31KN/m²。斜壁儲灰法向壓力分布詳見下圖。

圖?3.3.2-1斜壁儲灰法向壓力分布圖

3.4?計算結(jié)果

3.4.1?上灰斗橫肋

上灰斗主肋在進行建模時，考慮了壁板對主肋強度的貢獻，因而在模型中采用不等邊工字形鋼進行模擬。上翼緣寬度取值依據(jù)《鋼筒倉設(shè)計規(guī)范》GB 50884-2013。

圖?3.4.1-1上灰斗橫肋組合截面示意

1)強度應(yīng)力?

圖?3.4.1-2上灰斗橫肋應(yīng)力云圖

圖?3.4.1-3上灰斗橫肋強度應(yīng)力比條形圖

根據(jù)上灰斗橫肋強度應(yīng)力比條形圖比值，上灰斗橫肋強度滿足規(guī)范要求。

2)穩(wěn)定應(yīng)力

圖?3.4.1-4上灰斗橫肋穩(wěn)定應(yīng)力比條形圖

根據(jù)上灰斗橫肋強度應(yīng)力比條形圖比值，上灰斗橫肋穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

3)變形?

圖?3.4.1-5上灰斗橫肋變形圖

根據(jù)《電除塵器鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》JBT 12127-2015中規(guī)定，加勁肋撓度不應(yīng)超過L/250（L為加勁肋跨度），本工程上灰斗橫肋最大撓度為3.49mm＜L/250=16.6mm。變形滿足規(guī)范要求。

3.4.2?上灰斗豎肋

1)強度應(yīng)力

圖?3.4.2-1上灰斗豎肋應(yīng)力云圖

根據(jù)上灰斗豎肋強度應(yīng)力云圖，上灰斗豎肋強度滿足規(guī)范要求。

2)變形

圖?3.4.2-2上灰斗豎肋變形圖

根據(jù)《電除塵器鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》JBT 12127-2015中規(guī)定，加勁肋撓度不應(yīng)超過L/250（L為加勁肋跨度），本工程上灰斗豎肋最大撓度為3.49mm＜L/250=16.6mm。變形滿足規(guī)范要求。

3.4.3?灰斗內(nèi)撐桿

1)強度應(yīng)力

圖?3.4.3-1內(nèi)撐桿應(yīng)力云圖

根據(jù)強度應(yīng)力云圖，內(nèi)撐桿強度滿足規(guī)范要求。

3.4.4?下灰斗橫肋

1)強度應(yīng)力

圖?3.4.4-1下灰斗橫肋應(yīng)力云圖

根據(jù)下灰斗橫肋強度應(yīng)力云圖，剔除局部應(yīng)力集中現(xiàn)象，下灰斗橫肋強度滿足規(guī)范要求。

2)變形

圖?3.4.4-2下灰斗橫肋變形圖

根據(jù)《電除塵器鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》JBT 12127-2015中規(guī)定，加勁肋撓度不應(yīng)超過L/250（L為加勁肋跨度），本工程上灰斗豎肋最大撓度為3.17mm＜L/250=9.6mm。變形滿足規(guī)范要求。

3.4.5?壁板

1)強度應(yīng)力

圖?3.4.5-1壁板強度應(yīng)力云圖

根據(jù)壁板強度應(yīng)力云圖，剔除局部應(yīng)力集中現(xiàn)象，壁板標(biāo)高1/3位置處強度不滿足規(guī)范要求。

2)變形

圖?3.4.5-2壁板變形圖

根據(jù)《電除塵器鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》JBT 12127-2015中規(guī)定，壁板撓度不應(yīng)超過L/50（L為兩加勁肋間距離），本工程壁板最大撓度為20mm＜L/50=18mm。壁板標(biāo)高1/3位置處變形不滿足規(guī)范要求。

3.4.6?計算總結(jié)

灰斗在150%滿灰斗載荷工況下僅壁板強度和變形不滿足規(guī)范要求，其余均滿足要求。

參考文獻

[1]?肖春.脈沖袋式除塵器本體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法及優(yōu)化設(shè)計研究[學(xué)位論文].北京交通大學(xué),2008,17~28.

[2]吳昊,徐榮.灰斗的強度分析.機械設(shè)計與研究.2012,93~99.

[3]趙振奇,潘永來.除塵器殼體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計.冶金工業(yè)出版社.2008.