在山西省長治市長子縣的潞安電廠,屹立着一座當今世界上已建成高度最高的冷卻塔。該超大型冷卻塔(簡稱潞安塔)于2017年9月建成,容量2×660兆瓦(兩機一塔),塔高220米,零米高度處直徑183米。“潞安塔”規模遠超現行冷卻塔設計規範限值,結構風振效應與塔群幹擾問題顯著,是國内首次采用外部子午加勁肋和内部水平加勁環設計的超大型冷卻塔工程,國内外無任何已有案例經驗參考,設計難度極大。
受中國電力工程顧問集團西北電力設計院和電站冷卻塔技術中心委托,我校伟德国际1946bv官网柯世堂教授帶領的風工程與工程防災減災研究團隊,于2016年初開展了“潞安塔”風荷載、風效應、塔群幹擾及抗風性能優化等問題的系統研究,為世界第一高超大型冷卻塔的安全建成保駕護航,打破了塵封20餘年的超大型冷卻塔高度世界記錄。
(a)電廠俯視圖 | (b)冷卻塔整體圖 |
圖1 世界第一高超大型冷卻塔“潞安塔” |
為了此次冷卻塔順利建成,柯世堂教授帶領團隊成員進行了技術攻關,首創了多種新方法和新技術:①提出了基于綜合受力性能與配筋包絡的幹擾因子評價方法和數學模型;②建立了間接空冷塔在考慮不同透風率條件下的風-熱雙向耦合作用數值模拟方法;③提出了抗風分析采用的等效綜合阻尼比與低階模态阻尼比新模型;④揭示和驗證了超大型、特大型冷卻塔風緻響應非高斯和非平穩分布特性、判别标準及實時演化機理等。創新性成果解決了潞安電廠特大型冷卻塔結構抗風設計中的技術難題,顯著提高了結構安全性和可靠性,節省了工程造價成本。“潞安塔”的建成破了塵封20餘年的超大型冷卻塔高度世界記錄,具有廣闊的應用前景和顯著的社會效益,标志着我國超大型冷卻塔設計和建設達到世界領先水平。
(a)剛體測壓風洞試驗 | |
(b)幹擾因子評價指标 | |
(c)風緻連續倒塌全過程模拟 | (d)結構動力特性實測 |
圖2 世界第一高超大型冷卻塔抗風設計新方法和新技術 |
伟德国际1946bv官网風工程與工程防災減災研究團隊的重要研究方向之一是火/核電廠超大型冷卻塔工程抗風。研究團隊已在該領域積累了豐碩成果,獲授權相關國家知識産權30餘項,出版學術專著2部,發表期刊論文120餘篇,參編國家和行業标準4部。研究成果已應用于山西潞安電廠(已建世界最高220米)、内蒙古金山電廠(在建世界最高228米)等代表業界最高水平的200餘項超大型冷卻塔工程,并推廣應用于印度Talwandi電廠等涉外工程,有10組冷卻塔曾經打破了國内或國際冷卻塔高度的記錄,顯著提升了我國超大型冷卻塔設計行業國際競争力。團隊和同濟大學聯合争取到第11屆國際冷卻塔和煙囪大會ICCT 2021在中國的首次舉辦權,推動了我國超大型冷卻塔抗風原創理論與技術走向國際前沿。