50米高钢烟囱结构设计
1 前言 本计算主要包括两大部分，第一部分为校核计算，其中包括烟囱在风荷载、地震荷载、烟囱自重和因水平烟道热膨胀产生的推力等外力作用
下烟囱各截面的强度校核，烟囱起吊时的强度校核和烟囱在风荷载作用下的挠度校核；第二部分为结构尺寸计算，其中包括烟囱直径计算，破
风圈尺寸和安装计算，因为燃料为瓦斯气或天然气，含硫酸近于零，且系统有引风机，所以烟囱高度未按排放标准和抽吸力计算，而是按环保要
M ω,O
=
P1
h1 2
+
P2 (h1
+
h2 2
)
+
⋅
⋅
⋅
+
Pi
(h1
+ h2
+⋅⋅⋅+
hi 2
) ⋅ ⋅ ⋅ +Pn (h1
+ h2
+⋅⋅⋅+
hn 2
)
……… (7)
5.2.2 计算结果 见表4
风弯矩计算结果
段号 P i (kN)
h mi
各截面的风弯矩（ KN ⋅ m）
O-O
A-A
B-B
C-C
D-D
∑ 84451.0
5.2.1 计算公式 各段风载荷在烟囱任意截面a-a处产生的总弯矩（ KN ⋅ m）为
式M中ω 的,a 下= 标Pii是⋅ 截h2i面+a-aP以i +1上⋅的( h某i 一+ 计h2i算+1 段) +的⋅序⋅ ⋅号+,各Pn段⋅风( h荷i 载+ 在h i烟+1 囱+ 底⋅ ⋅部⋅ +截h面2n上) 产…生…的…总…弯(6矩) 为:
底板
底板法兰 筋板/挡板
排灰口
1
660
2
3
4
5
外层材料密度
539
531
272
7850 kg/m3
内层材料
考虑高温下
Ij外(m4) 8.735E-02 4.478E-02 1.629E-02 8.348E-03 2.959E-03 2.352E-03
Ij内(m4) 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
Re
=
VD 0 υ
……(4)
式中:
V--- 风速,m/s
D0--- 烟囱外径,m;两节直径分别为:D y2=1.420m,Dy1=2.624m
υ --- 空气运动粘度,m2/s
据伯努利方程,风速可以近似地按下式计算:
式中:
V = 2q0 / ρ a ……(5) q0--- 烟囱所在地风压,q0=650pa;
Ij(m4) 8.735E-02 4.478E-02 1.629E-02 8.348E-03 2.959E-03 2.352E-03
烟气接口/加强 内壁加强筋
破风圈
吊耳加强 附件总计
507
29
0
2538
0
0
0
45
0
152
197
30
154
0
184
0
257
0
257
800
kg/m3
11.18218489 8945.75
0.920
0.010
0.9
3649
9
2042
内保温层 0.900
0.050
0.800
8
905
6
外
0.916
0.008
0.9
2586
8
1446
4.2.3 烟囱自振周期计算
注：本钢烟囱采用单筒结构,圆锥段计算取中间截面；
钢材理论总用量 25.5 吨 烟囱总重 41.1 吨
hi
Qi / g
Hj
序号
(m)
(kg)
4.1 计算公式 本烟囱属于变截面质量不均匀的塔设备，据2004版《塔设备设计》P235、JB4710-2005 P67所推荐，本烟囱自振周期按以下公式计
式中：
∑ ∑ ∑ T = 2 ⋅π
n Qi ( hi )3 ⋅
1
n
(
H
3 j
−
n
H
3 j
)
i=1 g H
3 ⋅ E I j=1 j
I j=2 j−1
(m)
Ij
(m4)
(hi / H )3
Q i ⋅ ( hi )3 gH
H
3 j
/
I
j
(m-1)
H(mj3 -/1I)j−1
1
6.5
19766
50
8.735E-02 0.0022
43.43
1430957
2
14.5
10065
37
4.478E-02 0.0244
245.48
1131185 579858
10
烟囱入口烟气温度
Tyi=
160 0C
烟气入口至烟囱顶端距离 hy=
45 m
由本烟囱结构特征查《工业炉设计手册》得，烟囱每米的温降为：
7.05
m3/s
2
0C
从而得到烟囱出口排气温度
Ty0=
70
0C
温度尚可！
所以，烟囱在当地条件下，出口排烟量为：
外界温度：
20
0C
Vy
= Vy
× ⎜⎜⎝⎛1 +
T yo 273
16.67 m
破风圈板高为:
h = 0 .1D y 2外＝
92
mm
螺旋线数：
3
破风圈板厚度设为：
斜率
1.70
烟囱高度 50 m
6 mm %
4 烟囱自振周期的计算 烟囱在外部动载荷（如风载荷）作用下，烟囱的内力和变形不仅与载荷大小、载荷作用方式、载荷变化规律有关，还与烟囱的动力
有关。在动载荷作用下，烟囱和截面的变形及内力最大值，与烟囱的自振周期有密切的关系，所以，在计算烟囱的风载荷和地震载荷 ，必须求出其自振周期。
内保温层 1.500
0.050
1.4
14
3
外
1.524
0.012
1.5
14
4
内保温层 外
1.198 1.222
0.050 0.012
1.098 1.198
3 3
2639 6314 452 1085
10065 1893
197 41094
184
内保温层 0.900
0.050
0.800
9
1018
257
5
外
序号 D外外(m)
Sj外(m)
1-1
2.528
0.014
2-2
2.026
0.014
3-3
1.524
0.012
4-4
1.222
0.012
5-5
0.920
0.01
6-6
0.916
0.008
D内外(m) 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
Sj内(m) 0 0 0 0 0 0
1.697
1.46
0
1.222
3 3561.3
5
1.2
0.85
2.253
1.991
1.58
0.164
0.920
9 20628.6
6
1.2
0.87
2.253
2.174
1.67
0.164
0.916
8 21076.7
5.2 风弯矩计算 符号和尺寸见图1-0 由于风压的大小是随高度变化的,所以风弯矩也分段计算.
E-E
(m )
0
13
16
30
33
42
1
16.49
6.5
107.19
0.00
2
3.62
14.5
52.53
5.43
0.00
3
19.0.00
4
3.56
31.5
112.18
65.88
55.20
5.34
0.00
5
20.63
37.5
773.57 505.40
443.52
基本风压 q0 = 400.00 pa
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50米高钢烟囱结构设计
V--- 烟囱所在地风速,m/s;
υρa --- 空气密度,kg/m3,此处取1.293kg/m3 = 0.1506×10^-4
将数代入(4)得:
设计风速
V= 31.80 m/s
将V、D01、D02代入(3)得:
Re1= 1.94E+06
Re2= 5.34E+06
当Re>4×105时，一般取K1=0.6，考虑烟囱表面粗糙度和附件的影响，通常取K1=0.7。
式中:
K2i---- 风振系数，它是考虑阵风的影响和烟囱本身动力特征的影响系数。
K 2i = 1 + ξ im 脉
ξ
------ 动力系数，是烟囱自振周期的函数。据烟囱自振周期T(s),从老版<塔设备设计>P338表7-3中选取。
T —烟囱的自振周期，s ；
Qi—第i点的集中重量或第i点的重量，N；
hi —第i点至烟囱底部的距离，m；
H —烟囱高度，m；
Hj —第j 段烟囱筒体底面与烟囱顶端的距离，m； Ij —第j 段烟囱筒体截面的惯性矩，m4;
Ij
π =
⋅ ( D nj