在山西省长治市长子县的潞安电厂,屹立着一座当今世界上已建成高度最高的冷却塔。该超大型冷却塔(简称潞安塔)于2017年9月建成,容量2×660兆瓦(两机一塔),塔高220米,零米高度处直径183米。“潞安塔”规模远超现行冷却塔设计规范限值,结构风振效应与塔群干扰问题显著,是国内首次采用外部子午加劲肋和内部水平加劲环设计的超大型冷却塔工程,国内外无任何已有案例经验参考,设计难度极大。
受中国电力工程顾问集团西北电力设计院和电站冷却塔技术中心委托,我校bat365中文官方网站柯世堂教授带领的风工程与工程防灾减灾研究团队,于2016年初开展了“潞安塔”风荷载、风效应、塔群干扰及抗风性能优化等问题的系统研究,为世界第一高超大型冷却塔的安全建成保驾护航,打破了尘封20余年的超大型冷却塔高度世界记录。
(a)电厂俯视图 | (b)冷却塔整体图 |
图1 世界第一高超大型冷却塔“潞安塔” |
为了此次冷却塔顺利建成,柯世堂教授带领团队成员进行了技术攻关,首创了多种新方法和新技术:①提出了基于综合受力性能与配筋包络的干扰因子评价方法和数学模型;②建立了间接空冷塔在考虑不同透风率条件下的风-热双向耦合作用数值模拟方法;③提出了抗风分析采用的等效综合阻尼比与低阶模态阻尼比新模型;④揭示和验证了超大型、特大型冷却塔风致响应非高斯和非平稳分布特性、判别标准及实时演化机理等。创新性成果解决了潞安电厂特大型冷却塔结构抗风设计中的技术难题,显著提高了结构安全性和可靠性,节省了工程造价成本。“潞安塔”的建成破了尘封20余年的超大型冷却塔高度世界记录,具有广阔的应用前景和显著的社会效益,标志着我国超大型冷却塔设计和建设达到世界领先水平。
(a)刚体测压风洞试验 | |
(b)干扰因子评价指标 | |
(c)风致连续倒塌全过程模拟 | (d)结构动力特性实测 |
图2 世界第一高超大型冷却塔抗风设计新方法和新技术 |
南京航空航天大学风工程与工程防灾减灾研究团队的重要研究方向之一是火/核电厂超大型冷却塔工程抗风。研究团队已在该领域积累了丰硕成果,获授权相关国家知识产权30余项,出版学术专著2部,发表期刊论文120余篇,参编国家和行业标准4部。研究成果已应用于山西潞安电厂(已建世界最高220米)、内蒙古金山电厂(在建世界最高228米)等代表业界最高水平的200余项超大型冷却塔工程,并推广应用于印度Talwandi电厂等涉外工程,有10组冷却塔曾经打破了国内或国际冷却塔高度的记录,显著提升了我国超大型冷却塔设计行业国际竞争力。团队和同济大学联合争取到第11届国际冷却塔和烟囱大会ICCT 2021在中国的首次举办权,推动了我国超大型冷却塔抗风原创理论与技术走向国际前沿。