火电厂圆形烟风道设计中的有限元分析方法

摘要

火力发电机组主要向单机大容量方向发展，与之相适应的烟风道截面尺寸在不断增大。圆形截面管道受力均匀，相同流通截面积下耗钢量低，是以后的发展趋势。但是，目前并没有与大直径圆形烟风道相配套的设计计算方法，限制了其应用。
　　本论文首先简要介绍烟风道设计中有限元计算分析的相关理论基础，包括静力分析、模态分析以及稳定性分析方法，并简述烟风管道有限元分析中常用的单元，包括实体单元、壳单元、空间梁单元以及连接单元等。其次，给出圆形烟风道有限元建模方法，包括烟风管道的结构特征及其有限元模型简化方法，运行过程中可能承受的各种载荷的计算和相应的简化处理方法。随后，以某火力发电厂烟道为对象，建立了包括道体、加固肋和支架的除尘器前烟道、引风机前烟道和引风机后烟道的整体结构有限元模型。对该三段烟道分别进行了静力有限元计算，并分析各构件的应力分布，结果表明各烟道均满足强度要求；进一步对该三段烟道进行了模态分析，获得了低阶模态和固有频率；最后进行了稳定性分析，获得了各烟道的内压失稳载荷，结果表明，各烟道在工作内压下均不会发生失稳。
　　此外，本论文探讨了基于ABAQUS进行烟风管道参数化有限元分析的方法。以简单圆形直烟风道为对象，采用Python语言在ABAQUS有限元软件中实现了加固肋型号和位置的优化计算过程，表明参数化有限元方法可以应用于烟风管道的设计。
　　本论文工作对火力发电厂烟风管道设计提供了有效的有限元计算分析方法，具有重要的工程实用价值。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 工程背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文的主要研究内容

2 有限元相关理论简介

2.1 有限元静力分析方法

2.2 结构动力特性有限元方法

2.3 结构稳定性有限元方法

2.4 烟风道有限元计算常用单元

2.5 本章小结

3 圆形烟风道有限元建模方法

3.1 圆形烟风道的结构特征

3.2 烟风道有限元模型简化方法

3.3 材料参数

3.4 载荷工况及其简化处理方法

3.5 边界条件

3.6 本章小结

4 某火电厂烟道有限元建模

4.1 烟道整体结构

4.2 材料参数

4.3 除尘器前烟道有限元模型

4.4 引风机前烟道有限元模型

4.5 引风机后烟道有限元模型

4.6 本章小结

5 烟道有限元计算结果分析

5.1 静力有限元分析结果

5.2 模态分析

5.3 稳定性分析

5.4 本章小结

6 基于ABAQUS的参数化有限元分析

6.1 参数化有限元分析的意义

6.2 Python语言与ABAQUS

6.3 参数化有限元的实现过程

6.4 本章小结

7 总结和展望

致谢

参考文献

附 录