Analýza ocelových plošin v energetice s ohledem na jejich životnost

Abstract

Stavební konstrukce technologických zařízení se rozdělují na dva základní druhy – technologické plošiny a obslužné plošiny. Technologické plošiny tvoří nosnou konstrukci zařízení provozu a obslužné plošiny jsou určeny pro umožnění pohybu obsluhy a materiálu pro údržbu. Technologická konstrukce je tedy podpůrná konstrukce pro určité technologické zařízení, od kterého přebírá veškeré zatížení, a to jak zatížení od vlastní tíhy, tak zatížení způsobené silami, které zařízení indukuje. Ve většině případů jsou zatížení vznikající provozem takového zařízení jasně specifikovány a řešeny v normách, např. jako u točivých strojů, kde jsou harmonické síly způsobené nevývahou zohledněny jako rotující hmoty. Avšak u konstrukcí, kde je zmíněnou technologií např. ventilátor, hrají roli i aerodynamické síly způsobené prouděním vzduchu, tyto síly však stávající normy neřeší. U subtilních konstrukcí hrozí rozkmitávání dynamickými účinky, což je u točivých strojů již prostudovaný fenomén, kde se řeší buzení harmonickými silami, ale u větru obecně se nepředpokládá buzení harmonické, ale stochastické. U aerodynamických sil, vznikajících provozem ventilátoru, dochází k harmonickému buzení aerodynamickými silami, tento jev prozkoumán není. Návrh konstrukcí má v takových případech nesjednocenou metodiku, která se různí od přístupu řešitele. V první části práce je řešen návrh řady ocelových technologických plošin pro systém vzduchových kondenzátorů. Snahou bylo nalézt optimální řešení uspořádání prvků a použitých profilů pro každou plošinu o určitém počtu modulů tak, aby se jednalo o maximálně hospodárný návrh. Konstrukce technologické plošiny je navrhována tak aby zajišťovala nosnou funkci a veškeré požadavky technologického zařízení vzduchem chlazených kondenzátorů (ACC). V druhé části práce je analyzována reálná porucha vzniklá na existující ocelové technologické plošině ventilátorů na elektrárně Pregolskaja v Kaliningradu. Na této konstrukci byl zaznamenán případ, harmonického aerodynamického buzení v rezonanci s vlastním kmitáním určitých prvků konstrukce, které způsobilo jejich destrukci. Práce se současně zabývá, zda je možné predikovat dynamické chování subtilních konstrukcí, vystavených harmonickému buzení.

Structures of technological facilities are divided into two basic types – technological platforms and service platforms. Technological platforms provide the supporting structure of the given operating equipment, and their disposition must always be adapted to the technological requirements. Service platforms are used to enable the movement of staff and material for maintenance. A technological structure is, simply put, a supporting structure for some technological equipment, from which it takes all the load - both the load from its weight and the load caused by the forces that the device induces. In most cases, the loads generated by the operation of the equipment is clearly specified and dealt with in standards, e.g., as in the case of rotating machinery, where the harmonic forces due to unbalance are accounted for as rotating masses. However, in structures where the mentioned technology is, for example, a fan, aerodynamic forces caused by airflow also play a role, but existing standards do not cover these forces. For subtle structures, there is a risk of oscillation due to dynamic effects, which is a well-studied phenomenon with rotating machines, where excitation by harmonic forces is dealt with, but for wind in general, excitation is not assumed to be harmonic but stochastic. For aerodynamic forces generated by fan operation, there is a harmonic excitation by aerodynamic forces. This phenomenon has not been investigated much in detail yet. In such cases, the design of structures has a non-unified methodology that differs from the approach of the investigator. The first part of the thesis deals with the design of a series of steel technological platforms for air cooled condensers (ACC), the aim being to find the optimal solution of the arrangement of elements and profiles used for each platform with a certain number of modules so that it is a maximally economical design. The structure of the platform is designed to ensure sufficient spatial rigidity and stability and functionality of the ACC. The size and height of the structure are defined by both the size and weight of each individual cooling module and by the required power, which will determine the total number of modules in the assembly. In the second part of the thesis, a real failure occurring on the existing steel technological platform of fans at the Pregolskaya Power Plant in Kaliningrad is analyzed. In this structure, the aforementioned case occurred that the harmonic aerodynamic excitation in resonance with the eigenfrequency of certain elements of the structure caused their destruction. This part deals with whether it is possible to predict the dynamic behavior of subtle structures exposed to harmonic excitation.