极端工况条件下高塔内壁防腐设备动态特性研究

摘要

电厂及各种化工企业的排气高塔需定期喷涂防腐涂料以防止烟气腐蚀，传统人工喷涂的方式不仅效率低、成本高，还存在着施工人员烟气中毒、工程事故等安全隐患。论文研究一种在高塔内上下往复运行的自动化防腐设备，实现高效、低耗安全运行。防腐设备运行中存在偏载、加速启动和气流扰动等各种极端工况，造成设备扭转、倾翻等现象，因此开展极端工况下高塔内壁防腐设备动态特性研究具有重要的意义。
　　论文对钢丝绳导向系统的合理性进行了计算分析，并求解导向钢丝绳等效横向刚度表达式，为研究偏载工况下设备的横向偏摆特性提供了依据;根据动力学原理建立设备偏载工况下横向偏摆数学模型，并求解得到设备的动态横向偏摆特性，运用Adams软件建立钢丝绳轴套力模型，得到设备偏载时横向偏移、偏转与提升高度的关系曲线;基于连续弹性体理论建立了提升钢丝绳纵向振动方程，运用分离变量法与广义坐标法求解振动方程，得到设备的加速度响应规律，通过Simulink仿真模拟得出最优的满载启动加速度控制方程，有效抑制了设备满载加速启动时的振动行为;采用Fluent动网格技术研究设备在高塔内运行时的气流扰动影响，得到各因素对设备纵向及横向气流扰动的影响规律。
　　研究结果表明:随着运行时间的增长，设备偏载工况下质心的横向偏移先是增大，在25s左右到达最大偏移48mm后，又开始逐渐减小，设备的偏转方向发生周期性变化，其周期约为5s，一个周期内设备提升的高度为10m，最大偏转弧度为0.12rad，约6.88°;当K为正整数时，梯形加速控制曲线不仅在加速初期和末期极大程度限制设备的纵向振动，在加速中间阶段还能使设备保持恒定的加速度;同时，K=1的梯形加速控制曲线下提升钢丝绳的动张力峰值是最小的，为15.2kN，因此其对设备的纵向振动抑制作用最佳;设备在启动后加速4s时所受气流扰动最为剧烈，设备顶底面压差达到峰值129.39Pa，此时设备尾部气流速度峰值同样达到最大值11.33m/s;设备竖直方向受到的气流扰动和设备运行速度与风速的差值正相关，和阻塞比正相关，而水平方向所受气流扰动和设备自身偏移量、偏转量及风速都成正相关关系。
　　研究为高塔内壁防腐设备的稳定、高效应用提供了理论基础和数值依据，也为自动化提升设备的动力学研究提供了新的思路。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 提升机构动力学理论研究现状

1．2．2 提升机构动力学仿真试验研究现状

1．2．3 气流扰动对提升机构影响研究现状

1．3 本文研究的主要问题

1．4 技术路线

2 钢丝绳导向机构合理性分析及其横向刚度研究

2．1 导向钢丝绳及其张紧方式介绍

2．1．1 导向钢丝绳

2．1．2 导向钢丝绳张紧方式

2．2 钢丝绳导向系统布置方式研究

2．2．1 钢丝绳布置方式分类

2．2．2 导向钢丝绳布置方式选择

2．3 钢丝绳导向系统横向刚度研究

2．3．1 等效横向刚度及其等效质量研究

2．3．2 等效横向刚度最小位置求解

2．3．3 导向钢丝绳合理张紧力求解

2．4 本章小结

3 偏载工况下设备横向偏摆特性研究

3．1 偏载工况下设备静态横向偏摆特性研究

3．1．1 偏载工况下设备静态横向偏摆模型建立

3．1．2 横向偏摆静力学求解

3．1．3 实例计算

3．2 偏载工况下设备动态横向偏摆特性研究

3．2．1 偏载工况下设备动态横向偏摆模型建立

3．2．2 横向偏摆动力学求解

3．2．3 实例计算

3．3 偏载工况下设备横向偏摆动力学仿真

3．3．1 Adams仿真基础理论

3．3．2 Adams钢丝绳建模方法研究

3．3．3 实例仿真

3．4 本章小结

4 加速启动时设备动态特性研究

4．1 加速启动时设备加速度响应求解

4．1．1 建立振动方程

4．1．2 方程求解

4．2 不同启动加速度控制曲线下设备加速度响应研究

4．2．1 不同启动加速度控制曲线的加速度响应求解

4．2．2 不同启动加速度控制曲线的加速度响应规律仿真分析

4．3 不同启动加速控制曲线下提升钢丝绳动张力研究

4．4 本章小结

5 气流扰动影响研究

5．1．1 三维非稳态流动控制方程

5．1．2 湍流模型

5．2 垂直方向气流扰动分析

5．2．1 活塞风计算

5．2．2 仿真模型建立及前处理

5．2．3 仿真模拟

5．2．4 模拟结果与分析

5．3 水平方向气流扰动分析

5．3．1 横向偏移对横向气流扰动的影响

5．3．2 偏转角度对横向气流扰动的影响

5．3．3 自然风对横向气流扰动的影响

5．4 本章小结

6 结论及展望

6．1 结论

6．2 研究展望

参考文献

附录

作者简历

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