新型除尘器壳体研究介绍

除尘器是一种可有效减少废气中的颗粒污染物的通用环保装备。壳体内完成颗粒物收集捕捉工艺过程，是最重要的工艺部件。中大型除尘器壳体结构一般由带加劲肋的平直钢板墙板和H型钢立柱组成。墙板与立柱通过焊缝连接，形成密闭的除尘空间，并协同受载。壳体顶部设有支承横梁，用于悬挂阴极线、阳极板以及附着的积灰。这些荷载由顶部横梁传递到立柱，使得立柱直接承受轴向压力。由于放电距离方面的工艺要求以及承担较大荷载时的强度与稳定性设计方面的考虑，某些除尘器壳体顶部支承梁会设计为较宽的截面，因此，顶梁下方的壳体支承立柱也相应设计为较宽的截面。为了减少用钢量，此类立柱采用双肢H型钢组合截面，两肢间采用带角钢加劲肋的连接墙板连接。为了减小立柱长细比，提高其刚度，在壳体内部布置有垂直墙板的横向支撑，在相应高度位置，两肢H型钢柱间采用连接槽钢相连，支撑杆件通过与连接槽钢连接而间接形成对H型钢柱的垂直墙板方向约束。除尘器壳体结构如图1所示。

墙板作为蒙皮板件，能够为立柱承担部分荷载并约束其侧向变形，大大提高了立柱的稳定性[1]。关于蒙皮结构的受力性能，Nagy等[2]对门式刚架厂房中的蒙皮效应进行了研究，在保证安全的前提下对现有设计理论进行简化，并比较了不同压型板屋面板类型、檩条与屋面板的连接方式对其发挥蒙皮效应的影响。Wrzesien等[3-4]通过足尺试验研究了冷弯型钢门式刚架中的蒙皮效应，结果表明屋盖板的蒙皮效应可有效提高刚架在横向荷载作用下的承载能力，且屋盖板与刚架的节点形式对其有较大的影响;通过对建筑物进行以成本最小为目的优化设计，研究了受力蒙皮作用的影响，结果表明在投影平面上的跨度和柱距相同时，受力蒙皮板作用最大，此时内部框架的成本可以减少大约一半。Phan等[5]基于实验研究，在考虑受力蒙皮作用和刚架半刚性连接的前提下，应用遗传算法提出了一种冷弯型钢门式刚架的优化设计方法。

国内研究方面，杨飞[6]对门式刚架轻型房屋钢结构中的蒙皮效应进行有限元研究，结果表明蒙皮效应提高了结构的抗侧刚度以及承载能力，但使振型变得复杂。左洋等[7]在理论分析的基础上，利用试验与有限元方法，研究了开洞集装箱房屋的纵向刚度，分析了开洞面积、洞口高宽比的影响规律，并提出设计建议。潘立程等[8]针对除尘器的蒙皮结构壳体墙板，利用有限元方法，研究了其在均匀竖向压力作用下的破坏形式与承载能力，并分析了墙板构造对其承载能力的影响。陈天乐[9]采用有限元方法对比分析了有无考虑蒙皮效应的轻钢结构受力性能，发现考虑蒙皮效应后，可以减小构件截面尺寸以及减少横向约束，具有更好的经济性。钱海峰等[10]利用理论分析与有限元方法，对除尘器壳体墙板-立柱结构体系在墙板直接承受横向荷载作用下的荷载分配进行了研究，并考虑墙板的蒙皮作用作用，提出了一种除尘器壳体立柱内力计算方法。

目前对蒙皮结构的研究主要集中于以压型钢板为蒙皮板的轻钢结构，本文研究的除尘器围护体系中双肢组合截面立柱在构造上有其特殊性，需要考虑加劲墙板蒙皮作用，已有的研究结论并不完全适合指导其结构设计。本文考虑结构体系的初始几何缺陷以及立柱轧制、墙板与立柱焊接过程中产生的残余应力影响，通过大量非线性有限元分析，明确双肢组合截面柱在轴向压力下的破坏机理，研究多种构造参数的影响规律，提出了立柱稳定承载力计算建议。本文的研究一是直接解决了除尘器壳体中常用的大截面骨架立柱在考虑墙板作用时的轴压稳定性计算问题，使得除尘器壳体支承构件的设计能够可靠且经济;二是为受加劲蒙皮板连续支撑的H形截面构件的稳定性设计提供参考，分析了此类结构稳定性的主要影响因素，具有一定的理论意义和工程应用价值。