空冷岛平台风机盖板优化设计的探讨

空冷岛平台风机盖板优化设计的探讨

摘要：直接空冷系统钢平台的每个风机单元，由钢板密封，常规设计300mw机组30个单元，风机盖板的重量也是很可观的。为了满足业主优化设计、经济设计的目的，在满足设计使用要求，相关规范、规程、行业标准等要求的前提下，提出本人的一点设计建议，减小使用活荷载，采用普通平钢板替代花纹钢板，从而减小了风机盖板的板厚，减少了风机盖板的重量，降低钢结构的整体造价，达到业主的优化设计的目的。同时也为企业降低成本，创造更大效益做出贡献。

关键词：直接空冷系统；风机单元；风机盖板；优化设计

中图分类号： tk414.2 文献标识码： a 文章编号：

1 引言

直接空冷系统中平台钢桁架风机单元的密封盖板（以下简称风机盖板）属于隔离平台上下部的气流的隔板。当风机上叶片匀速旋转时，平台下方的常温空冷流被引入平台上部a型架支撑的管束内表面，通过热传导来，进行热交换，使管束内部热蒸汽降低温度，起到冷却的作用。如果不封闭风机单元周边的空隙，会使“冷气流”中的一部分从导风筒周边流失，增加了热交换的能量损失，所以在导风筒外上部于平台接口部位外沿，均采用钢板封闭。在以往的工程中，有的设计单位一般在技术协议谈判中规定风机盖板所允许承受的活荷载不小于2.5kn/㎡。还有的设计单位要求按照《建筑结构荷载规范》（gb50009-2001,2006年版）中4.2.2条：工业建筑楼面

(包括工作平台)上无设备区域的操作荷载，包括操作人员、一般工具、零星原料和成品的自重，可按均布活荷载考虑，采用2.0kn/㎡。本人根据直接空冷系统中风机盖板的作用，风机盖板在已建成电厂空冷岛中的检修上人的使用频率等等，建议设计风机盖板时，降低使用活荷载的数值，也可以满足设备的运行要求。本人经过对空冷岛的风机盖板结构多个荷载工况的计算、比较，提出一些自己的看法。

2风机盖板的计算及比较

本人近几年设计了多个直接空冷系统的空冷平台钢结构，目前有已建成的，也有在建的。对电厂直接空冷系统的使用情况也做了一些调查，调查发现：不论是空冷岛的风机或叶片的维修，都在风机桥架及风机护网上进行。在维修中，维修工人不会站在风机盖板上进行操作，既是有工人偶尔站到风机盖板上，也只是暂时行为。所以本人认为风机盖板的活荷载可以减小为1.0kn/㎡，即近似于每1平方米的盖板，允许承载不大于100kg体重的工人。根据使用情况看，风机盖板的活荷载甚至可以取0.7kn/㎡【按照《建筑结构荷载规范》（gb50009-2001,2006年版）中4.3.1条中不上人的屋面的活荷载取值】，这样每平米风机盖板活荷载将减少1.8kn/㎡(有些设计院的技术规定按2.5kn/㎡选取)，这样风机盖板的设计厚度将减小很多，下面对两种情况做一个具体的计算比较：

取风机盖板单元中比较有代表性的一块三角形。三角形盖板周边采用间断角焊缝焊接于钢梁上表面（边界条件按周边简支取用）。

风机盖板单元布置图如下：

第一种情况，取4mm厚扁豆型花纹钢板，花纹钢板下部每个600mm 设置40mm高的肋板，肋板厚4mm，花纹钢板每平米理论重量为32.4kg/㎡，活荷载按2.5 kn/㎡取值，

荷载设计值

s=1.2sg+1.4sq=1.2*0.324+1.4*2.5=3.9 kn/㎡三角形板属于异形板，直角三角形两个直角边长度为2.6米。由于目前板的计算手册及手算的简易公式中没有三角异型板的计算内容，一般都是采用近似的矩形板来核算跨中的弯矩值。本人利用采用有限元结构分析软件midas/gen 7.80进行受力分析。

恒荷载布置图

活荷载布置图

弯矩图

剪力图

标准组合下的位移图

第二种情况，取0.6mm厚压型钢板，采用yx35-190-760板型，

每平米理论重量为0.07kn/㎡，

荷载设计值

s=1.2sg+1.4sq=1.2*0.07+1.4*0.7=1.064kn/㎡

根据《钢结构设计手册》第6章，表6-1，当荷载为板的自重加上活荷载的标准值不超过1.0 kn/㎡时，对于yx35-190-760板型，0.6mm厚的板檩矩为2.4米（按连续板），上例中三角形的高约为2米，总荷载标准值也小于kn/㎡，所以采用0.6mm厚的yx35-190-760压型钢板是满足设计要求的。

我们从经济的角度算一下，当风机盖板采用4mm厚的扁豆型花纹钢板时，一台300mw机组空冷岛，按30个风机单元计算，

风机盖板的面积约为2000平方米，花纹钢板的总重量约为: 2000x0.004x7850=62800kg；按每吨板材目前北京市场的价格4800元计算，采购材料直接费用约为62.8x0.48=30.144万元。当采用压型钢板封闭时，0.6mm厚的yx35-190-760型压型钢板目前北京市场的价格约为90元/平方米，采购材料直接费用约为：

2000x0.009=18万元，这样节省直接材料费用约为

30.144-18=12.144万元。同样按一台600mw直接空冷机组计算，当风机盖板采用4mm厚的扁豆型花纹钢板时，一台600mw机组空冷岛，按56个风机单元计算，

风机盖板的面积约为3800平方米，花纹钢板的总重量约为: 3800x0.004x7850=119320kg；按每吨板材目前北京市场的价格4800元计算，采购材料直接费用约为119.328x0.48=57.274万元。

当采用压型钢板封闭时，0.6mm厚的yx35-190-760型压型钢板目前北京市场的价格约为90元/平方米，采购材料直接费用约为：3800x0.009=34.2万元，这样节省直接材料费用约为

57.274-34.2=23.074万元。

3结论

直接空冷系统风机单元盖板设计荷载的选取非常关键，通过以上算例设计荷载按2.5 kn/㎡和0.7 kn/㎡分别进行结构计算分析，在满足正常使用的挠度及承载力要求的前提下，风机盖板选用4mm 厚的扁豆型花纹钢板封闭和采用0.6mm厚yx35-190-760型压型钢板，对于两台300mw机组的新建电厂，采购的材料直接费用将减少约24万元，对于两个600mw机组的新建电厂来说，采购材料的直接费用将减少约46万元。如果是1000mw机组的话，节约的费用会更多，看似渺小的风机盖板，如果我们仔细研究，精心设计，在满足电厂使用要求，符合国家相关规范、规程及行业标准的前提下，做出更经济合理的设计来，对于我们的企业，也会带来更好的经济效益和社会效益。所以本人认为在空冷岛风机盖板的结构设计中，设计活荷载宜选用0.7kn/㎡，采用压型钢板封闭。

参考文献

[1]gb50009-2001(2006年版)，建筑结构荷载规范[s]

[2]gb50017-2003，钢结构设计规范[s]

[3] 《钢结构设计手册（上册）》（第三版）[z]

[4] 《midas/gen 分析与设计原理》[z]