高位收水冷却塔集水槽拉梁结构及其设计方法与流程

本发明属于高位收水冷却塔集水槽，尤其涉及一种高位收水冷却塔集水槽拉梁结构及其设计方法。

背景技术：

1、近年来，大型燃煤电场越来越多，且近期核电机组越来越多，为保证核电安全可靠和保护海洋环境，核电越来越多地采用带冷却塔的二次循环机组。其中，在节能减排的要求下，自然通风的高位收水冷却塔以其显著的节能降噪优势而被广泛运用。

2、原有高位收水冷却塔利用塔内集水槽收集冷却水，冷却水再通过承压的循环水出水沟流至循环水泵房复用，但方案需要集水槽落地工程量大，且后续循环水泵房也需要吸水前池，这导致该方案工程量巨大。

3、为此，公开号为cn112227779a的专利中提出了一种新的高位收水冷却塔方案，具体取消循环水出水沟和循泵房，利用集水槽本身容积兼做循泵的吸水前池，并在塔内设置露天的循环水泵站。该方案工艺简单、布置简洁且工程量更小。

4、但是，该方案循泵直接在集水槽吸水，集水槽内部水流流态会过于混乱，且由于集水槽内水压大，结构上需要在集水槽内部设置大量梁系，这会进一步加重水流流态紊乱的问题，严重时会导致循泵吸水失效，引起循泵停机，使得循环水无法进入主厂房，从而导致机组停机。

技术实现思路

1、本发明为克服现有技术缺陷，提供了一种高位收水冷却塔集水槽拉梁结构及其设计方法，能够适应水流流态。

2、本发明目的通过下述技术方案来实现：

3、第一方面，提供了一种高位收水冷却塔集水槽拉梁结构，其包括集水槽和分别设置在集水槽两侧的两外框架，集水槽的下部侧面设置有用于分别供若干循泵吸水的若干喇叭口；

4、还包括分别设置在若干喇叭口进水端头的若干水滴梁、设置在相邻两水滴梁之间的若干三圆弧梁和设置在集水槽中上部的若干拉梁，水滴梁顺水流方向设置，水滴梁、三圆弧梁和拉梁的两端均分别与两外框架固定连接；

5、集水槽、外框架、水滴梁、三圆弧梁和拉梁均为钢混结构。

6、进一步地，外框架包括沿集水槽长度方向依次设置的若干框架柱，框架柱的长度方向匹配于集水槽的深度方向；

7、相邻两框架柱之间沿集水槽的深度方向依次设置有若干框架梁，框架梁的长度方向匹配于集水槽的长度方向。

8、进一步地，水滴梁固定连接在下部框架梁与框架柱的交叉处，中上部框架梁与框架柱的交叉处均固定连接有拉梁。

9、进一步地，中上部框架梁的中间位置固定连接有拉梁。

10、进一步地，水滴梁的一端头纵截面外轮廓为两对称的第一三圆弧段，水滴梁的另一端头纵截面外轮廓为两对称的曲线段，两第一三圆弧段的一端切线分别与两曲线段的一端切线重合，两第一三圆弧段的另一端重合，两曲线段的另一端重合；

11、第一三圆弧段自一端向另一端依次包括相连的第一圆弧段、第二圆弧段和第三圆弧段，第一圆弧段的水平投影长度为0.175hd且半径为0.5hd，第二圆弧段的水平投影长度为0.101hd且半径为0.2hd，第三圆弧段的水平投影长度为0.006hd且半径为0.04hd；其中，hd为设计水头的1/10；

12、若以曲线段的一端为原点，顺水流方向为x向，垂直于水流向内为y向，则曲线段的方程为x1.85=2.0hd0.85y。

13、进一步地，水滴梁的纵截面外轮廓包括两第一直线段，第一直线段的两端分别与第一三圆弧段的一端和曲线段的一端相连。

14、进一步地，三圆弧梁的一端头纵截面外轮廓为两对称的第二三圆弧段，三圆弧梁的另一端头纵截面外轮廓为两对称的第三三圆弧段，两第二三圆弧段的一端切线分别与两第三三圆弧段的一端切线重合，两第二三圆弧段的另一端重合，两第三三圆弧段的另一端重合；

15、第二三圆弧段和第三三圆弧段均自一端向另一端依次包括相连的第四圆弧段、第五圆弧段和第六圆弧段，第四圆弧段的水平投影长度为0.175hd且半径为0.5hd，第五圆弧段的水平投影长度为0.101hd且半径为0.2hd，第六圆弧段的水平投影长度为0.006hd且半径为0.04hd。

16、进一步地，三圆弧梁的纵截面外轮廓包括两第二直线段，第二直线段的两端分别与第二三圆弧段的一端和第三三圆弧段的一端相连。

17、第二方面，提供了一种高位收水冷却塔集水槽拉梁结构的设计方法，其包括以下步骤：

18、步骤s1：初拟高位收水冷却塔集水槽拉梁结构布置；

19、步骤s2：根据初拟的高位收水冷却塔集水槽拉梁结构布置和设计水头初步估算水滴梁和三圆弧梁这些梁体的尺寸；

20、步骤s3：将初拟的高位收水冷却塔集水槽拉梁结构布置及水滴梁和三圆弧梁的尺寸通过建模计算水流流态，以通过调整水滴梁的水平夹角θ来优化水流流态；

21、步骤s4：将初拟的高位收水冷却塔集水槽拉梁结构布置、水滴梁和三圆弧梁的尺寸和水滴梁的水平夹角θ，建立高位收水冷却塔集水槽拉梁结构模型，并进行结构计算，以实现流固耦合计算；

22、步骤s5：将步骤s4所得的结构内力进行强度配筋及裂缝开展计算。

23、进一步地，步骤s2包括：

24、步骤s21：计算梁体面积且计算公式为：

25、

26、其中，为梁体钢筋面积，为比例系数；

27、梁体钢筋面积的计算公式为：

28、

29、为梁体承受水压力，为钢筋应力；

30、梁体承受水压力范围的长度为梁体和与其水平相邻的两梁体之间间距之和的一半，梁体承受水压范围的高度为梁体和与其竖向相邻的两框架梁之间间距之和的一半；

31、比例系数的计算公式为：

32、

33、

34、其中，为钢筋直径，为裂缝宽度，为钢筋的弹性模量，为折减系数，为钢筋保护层厚度；

35、步骤s22：对比梁体面积与通过设计水头所得无直线段的梁体面积；若梁体面积不大于无直线段的梁体面积，则采用通过设计水头所得无直线段的梁体；若梁体面积大于无直线段的梁体面积，则增设直线段且直线段的面积为。

36、本发明的有益效果在于：

37、该高位收水冷却塔集水槽拉梁结构包括多种特殊型梁，其中，水滴梁和三圆弧梁特有的顺水流的几何形状更有利于水流形态；同时，该设计方法实现了高位收水冷却塔集水槽的流固耦合计算，并确定了适应于水流流态的拉梁结构，从而确保了高位收水冷却塔在集水槽直接吸水的可行性，并有利于保证设备运行的可靠性。

1.一种高位收水冷却塔集水槽拉梁结构，其特征在于，包括集水槽（1）和分别设置在所述集水槽（1）两侧的两外框架，所述集水槽（1）的下部侧面设置有用于分别供若干循泵（2）吸水的若干喇叭口（6）；

2.根据权利要求1所述的高位收水冷却塔集水槽拉梁结构，其特征在于，所述外框架包括沿所述集水槽（1）长度方向依次设置的若干框架柱（3），所述框架柱（3）的长度方向匹配于所述集水槽（1）的深度方向；

3.根据权利要求2所述的高位收水冷却塔集水槽拉梁结构，其特征在于，所述水滴梁（7）固定连接在下部所述框架梁（4）与所述框架柱（3）的交叉处，中上部所述框架梁（4）与所述框架柱（3）的交叉处均固定连接有所述拉梁（5）。

4.根据权利要求3所述的高位收水冷却塔集水槽拉梁结构，其特征在于，中上部所述框架梁（4）的中间位置固定连接有所述拉梁（5）。

5.根据权利要求1所述的高位收水冷却塔集水槽拉梁结构，其特征在于，所述水滴梁（7）的一端头纵截面外轮廓为两对称的第一三圆弧段（701），所述水滴梁（7）的另一端头纵截面外轮廓为两对称的曲线段（702），两所述第一三圆弧段（701）的一端切线分别与两所述曲线段（702）的一端切线重合，两所述第一三圆弧段（701）的另一端重合，两所述曲线段（702）的另一端重合；

6.根据权利要求5所述的高位收水冷却塔集水槽拉梁结构，其特征在于，所述水滴梁（7）的纵截面外轮廓包括两第一直线段（703），所述第一直线段（703）的两端分别与所述第一三圆弧段（701）的一端和所述曲线段（702）的一端相连。

7.根据权利要求1所述的高位收水冷却塔集水槽拉梁结构，其特征在于，所述三圆弧梁（8）的一端头纵截面外轮廓为两对称的第二三圆弧段（801），所述三圆弧梁（8）的另一端头纵截面外轮廓为两对称的第三三圆弧段（802），两所述第二三圆弧段（801）的一端切线分别与两所述第三三圆弧段（802）的一端切线重合，两所述第二三圆弧段（801）的另一端重合，两所述第三三圆弧段（802）的另一端重合；

8.根据权利要求7所述的高位收水冷却塔集水槽拉梁结构，其特征在于，所述三圆弧梁（8）的纵截面外轮廓包括两第二直线段（803），所述第二直线段（803）的两端分别与所述第二三圆弧段（801）的一端和所述第三三圆弧段（802）的一端相连。

9.一种权利要求1-8任一项所述的高位收水冷却塔集水槽拉梁结构的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的设计方法，其特征在于，步骤s2包括：