【发电厂的冷却塔】火电厂的冷却塔造型为什么这样设计?

 2019-02-28 16:26:48   |    465   |    玻璃钢冷却塔   |    
[导读]:本文(《火电厂的冷却塔造型为什么这样设计?》)由来自哈密的用户投稿,并经由本站(瑞隆玻璃钢)结合主题:发电厂的冷却塔,收集整理了众多资料而成。主要记述了冷却塔,双曲面,高斯,悬链线等方面的信息。相信从本文您一定可以获得自己所需要的!

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各种因素交织在一起,这里面其实隐含着几个不同的问题

1.为什么冷却塔的侧面是曲面的

2.为什么这种曲面是双曲面形状的

3.为什么上面的开口小?

为了分清其中因素的主次程度,我们得梳理一下。

首先最早的冷却塔是有各种形状,如直筒和八边形筒

早期各种形状的冷却塔

早期各种形状的冷却塔

而在Iterson在1915年第一次发明了双曲面型塔后, 这种构型在热电站中迅速流行,那么为什么会有这种转变呢?答案是规模,随着大型火\核电站的出现而有了这种自然通风式双曲面冷却塔。

这是一个关系链:1 电站装机增大——2 需要建更大规模的冷却塔——3 冷却能力受面积和高度的直接影响,因此冷却塔要更高更大——4  高大的圆筒状结构很不稳定,即使建造出来成本也很高——5 需要用经济的手段建造大型冷却塔——6 双曲面塔最经济

1和2不用解释,过程3中需要一个公式,即冷却的能力(单位面积抽力)只和冷却塔的高度和内外气体密度差有关,因此冷却塔造得越来越高,现如今通常都在100米以上,而新造塔都超过了160米甚至出现很多超过200米的塔。

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这就造成了4中的问题,不管用混凝土还是钢结构,200米高的直墙都是很不稳定的,要让它承受风阻和变形就得加厚或者加大量钢筋,最终一个塔会像摩天大楼一样,成本无法接受。

因此,在5中,我们得找一种经济的手段让冷却塔成本降低,那就是壳状曲面结构,也就是说曲率能够产生强度。这是因为曲面的高斯曲率非0,大数学家高斯提出的“绝妙定理(Theorema Egregium)”中可以推论:你可以随意弯曲一个曲面,只要你不拉长、压缩或者撕裂它,高斯曲率一定不会变。

换言之,对于高斯曲率非0的结构,只有它被撕裂或超出材料承受能力时高斯曲率才会发生变化,因此曲面的结构强度和抗变形能力是非常强的。因此我们要将冷却塔建造为曲面的形状。这里要注意的是,圆柱形和锥形的结构其高斯曲率是0,也就是说可以用一个平面卷成圆柱或圆锥,因此其强度是不如其它曲面的。

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由左至右:负高斯曲率曲面(双曲面),零高斯曲率曲面(圆柱面),和正高斯曲率曲面(球面)。

所有的薄壳曲面结构都具有高强度和节省材料的特点,也有其他形状和材料的冷却塔,对于结构的探索是永无止境的。

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华电的土默特右旗火电厂,其银光闪闪的钢结构冷却塔非常显眼

目前典型的大型冷却塔大约高 150m , 底部直径大约是 150m , 就是说, 它的底部可以容纳一个足球场. 然而它的厚度却很薄,最薄处只有 20cm. 如果将冷却塔成比例地缩小到鸡蛋壳直径  大小, 则它比鸡蛋壳还要薄, 仅及鸡蛋壳厚度的1/5。

那么为什么双曲面的结构最经济呢?

首先,根据冷却塔的结构可以看到,中间收窄的设计使得在同样的淋水面积下,进风口面积可以更大,有助于增加风量。因此这个曲面应该是内弯的(负高斯曲率)。

图中冷却塔的造型是一个双曲面。

图中冷却塔的造型是一个双曲面。  在已知底面和顶面是圆形的情况下算连续连接面的最小表面积,解方程会发现连接面是双曲函数旋转面因此冷却塔设计为双曲面形状带来的最大好处是:同等冷却能力下(同样大小的底面和顶面,同样高度,同样的冷却介质共同决定了同等的最大冷却能力)建塔时用的材料最少。(可以近似认为壁厚一定的情况下材料用量正比于表面积)

很多答案中提到双曲面最省材料,  有个答案中说:

这其实是错误的,连续连接面的最小表面积是一种"最小曲面"问题,德国数学家欧拉在1744年的论文中作了解答,"悬链曲面"才是那种有最小表面积的旋转曲面,悬链曲面是悬链线绕其准线旋转所得。

而双曲面是

而双曲面是双曲线绕准线生成的(还可以是直线绕不共面的一条准线生成),因此两种曲面看上去形状相近,但却是完全不同的。

紫色为双曲线,橙色为悬链线

紫色为双曲线,橙色为悬链线

双曲面经济性的原因不是因为最节省材料,而是因为其建造方式,双曲面是一种直纹曲面,是由一条直线通过连续运动构成,这是它最重要的几何性质。

可以看到,直线绕轴旋转形成了双曲面

可以看到,直线绕轴旋转形成了双曲面

可以看到,直线绕轴旋转形成了双曲面

因此钢筋在布置时不需要弯曲,即将其平行于空间斜向直线即可。

广州塔,又称“小蛮腰”,每一根主钢梁都是直的

广州塔,又称“小蛮腰”,每一根主钢梁都是直的

因此在1915年荷兰工程师Iterson实施了这种方案后,双曲面形式的冷却塔流行了起来。当然现如今随着尺寸的增大,双曲冷却塔的施工方式都是分段混凝土现浇的。

世界上最早的双曲面冷却塔的建造过程

世界上最早的双曲面冷却塔的建造过程

世界上最早的双曲面冷却塔的建造过程

世界上最早的双曲面冷却塔的建造过程

经历了多年的工程实践,这种结构的力学性能和防风性能得到了很好的检验,成为了最普遍的冷却塔形式,因此沿用双曲面也是一种历史的惯性

实际上,工程实践中不是完全按照曲面的几何形状去施工,实际的施工中曲面大多是采用分节施工的办法,给定筒壁母线半径和壁厚然后用多段平面钢模板去逼近。因此严格来说,其最终形状和双曲线型的母线是有所差异的,现如今的塔形是优化设计、工程实践和施工习惯相互影响的结果,和几何上的双曲面会有差异。

,和几何上的双曲面会有差异。

上面提到的波兰Kozienice 电站的冷却塔,它的初始几何形状和施工设计图是有细微差异的。

中间内弯的结构还有一种额外的特性,文丘里效应,气流通道变窄可以提高气体的速度,有助于提高在蒸发器附近的气体速度,但这部分是存疑的,根据一些资料这一部分的贡献很小,还得请流体力学方面的专业答主释疑。

PS:由于用词不准确,双曲面、悬链曲面、拱形、抛物面等很容易造成混淆,其实他们各有各的特性,应予准确区分。悬链线是种非常有趣的曲线,拱桥、悬索桥、拱坝的受力结构都是这种形状的,而非通常认为的抛物线型,有兴趣的可以进行扩展阅读。

发电厂的冷却塔视频

6月12日合肥发电厂爆破冷却塔现场

拓展阅读

【电厂冷却塔作用】这家电厂的冷却塔进行去工业化改造,这效果也太好看了吧!:http://www.bjtcjj.cn/lengqueta/63.html

介绍一下发电厂冷却塔的作用:https://zhidao.baidu.com/question/79838258.html

什么叫火力发电厂得贯流冷却水和循环冷却水分别是什么...:https://zhidao.baidu.com/question/285642948.html

相关问答

问:介绍一下发电厂冷却塔的作用

答:发电厂冷却塔的作用就是利用从下往上流动的空气去冷却从上往下流动的水。 冷却后的水最主要的作用是送到凝汽器里去把在蒸汽轮机中做过功的蒸汽冷凝成水再送回锅炉中去加热。 如果没有这个冷却塔蒸汽就无法冷凝成水再送回锅炉,发电的热力循环就无法建立,工质也无法回收。 冷却塔中的水应该要经过滤网和配水装置,以过滤杂质和分配均匀以达到良好的换热效果。

问:火力发电厂冷却塔作用是什么

答:火力发电厂冷却塔作用是是水跟水的热交换,给发电厂降温。冷却塔作用如下:原理是把冷水引入冷却塔中,不断循环,使机组降温。冷却塔里面的水变热后产生水蒸气,通过顶部对外排放。 火力发电厂要使用大量的冷却水,这些冷却水主要是通过汽轮机的冷凝器,将做过功的乏汽冷却成凝结水循环利用。
扩展资料:发电厂的循环水分为“开式循环”和“闭式循环”,缺水地区多用闭式循环。开式循环就是只用一次,经过冷却器换热以后就排放掉。闭式循环是将使用过的冷却水经过冷却塔冷却以后再反复使用。冷却塔有多种形式,原理就是:用水泵将换热后的热水达到冷却塔顶部,然后让热水似下雨一样落下,在下方蓄水池回收冷水循环使用。参考资料:工业冷却塔-百度百科

问:为什么热电厂一般都要用双曲线冷却塔啊?

答:冷却塔做成双曲线形的是为了提高冷却的效率,底部有最大的圆周,可以最大限度地进入冷空气,冷空气到达最细部位时,接触热水,这时首先由于管径变小,空气流速加快,可以尽快的带走热水中的热量,其次由于管径变小,冷空气的体积也受到压缩,故压力也有增加,而压力增加流体的含热能力会随之增加,于是在细腰部冷空气可以最大限度的吸收热水的热量从而使热水冷却。到了最上部,管径再次扩大,已携带了大量热量的空气由于速度减慢,压力减小,又将所含的热量释放出来形成白色的水蒸气。

问:火力发电厂直接空冷和间接空冷的不同?

答:这两种我都干过,直接空冷和间接空冷都是针对于循环水的冷却方式来说的,直接空冷是采用空冷岛用大的风扇和空冷岛的散热面来冷却的,可以看看宿州电场,间接空冷是通过间冷塔(和凉水塔外形样式差不多)间冷塔下部四周有间冷三角,通过间冷塔内外的空气对流来冷却的,可以看一下陕西秦岭电场的66万机组图片。

用户评论

来自[昌吉]的客户:2019-03-28 14:15:48
就两滴滴 还以为不够呢 没想到不多不少 正正好好!快递 那是真的快!有需要还会再来的!

来自[江西]的客户:2019-03-10 21:17:49
到货速度还行,质量比较满意,承重效果没问题,路过此店的朋友,可以考虑他家的货。

来自[靖江]的客户:2019-03-06 20:25:31
老顾客了,产品一如既往的好,而且价格还给优惠了

来自[陕西]的客户:2019-03-06 01:06:09
满意,值得长期合作。希望将来也能一直合作愉快。

来自[金昌]的客户:2019-03-05 00:37:46
双曲线冷却塔现在还在盖么?
听说国家已经不让用了啊,
双曲线冷却塔我认为就两点好:
1、耐用,混凝土结构,不好盖不好拆的。
2、省电,自然通风,没风机没电机。
其它的就太高了,尤其飘水率。

来自[萍乡]的客户:2019-03-01 09:09:57
老板干脆 东西质量不错

来自[潞城]的客户:2019-03-01 08:16:43
很好很满意,发货也快,给个好评!

来自[玉林]的客户:2019-02-28 21:31:12
因为着急用,谢谢老板下班了还专门安排送货,质量非常好,服务没的说。

来自[石河子]的客户:2019-02-28 21:01:38
老客户了,盛利的产品质量一如既往。 合作愉快!

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商品很不错,也很喜欢,下次还来买 店家也很不错,也很热情