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(上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

2020年，國(guó)際公約善關(guān)于SOx的排放標(biāo)準(zhǔn)將更加嚴(yán)格，包括我國(guó)在內(nèi)，全球很多地區(qū)劃定了限制排放的區(qū)域[1]。顯然使用低硫燃油是控制硫排放的根本措施但其成本相對(duì)較高，廢氣洗滌脫硫技術(shù)以其實(shí)用、方便、有效越來越受到船東們的青睞。廢氣洗滌脫硫已在電站和工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[2]，但在船上的應(yīng)用尚處于起步階段。船用脫硫塔在外部結(jié)構(gòu)布置與所受載荷方面較陸用脫硫塔均有較大差異，因而陸用脫硫塔的強(qiáng)度評(píng)估方法已不再適用。脫硫塔局部應(yīng)力過高可能造成結(jié)構(gòu)塑性變形或斷裂[3]；當(dāng)脫硫塔塔壁較薄或長(zhǎng)徑比較大時(shí)，需對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性加以評(píng)估[4]；當(dāng)船上激勵(lì)設(shè)備的激勵(lì)頻率與脫硫塔結(jié)構(gòu)固有頻率相重合時(shí)，會(huì)引起較大的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，劇烈的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的疲勞損壞[5]。綜上，考慮以某散貨船擬采用的脫硫塔為研究對(duì)象，分析船用脫硫塔的載荷情況，通過有限元軟件評(píng)估船用脫硫塔的屈服、屈曲強(qiáng)度與振動(dòng)特性。

1 結(jié)構(gòu)概況

該散貨船采用的脫硫塔外壁直徑為2.2 m，總高度約10 m，塔壁外側(cè)鋪設(shè)絕緣材料，包含絕緣的總質(zhì)量約6 t。該塔通過圖1所示的4支座鉚接安裝于某層甲板，上端通過4根彈性吊架連接到煙囪內(nèi)壁上。

該脫硫塔工作原理為：船舶發(fā)動(dòng)機(jī)排出的尾氣通過進(jìn)氣管進(jìn)入脫硫塔內(nèi)(溫度約250 ℃)，氣體上行，通過內(nèi)部噴淋管對(duì)氣體進(jìn)行洗滌脫硫，脫硫后的氣體經(jīng)過除霧器去除氣體中所攜帶的水蒸汽，最終氣體通過塔上部排氣口排到大氣中。

2 模型及屬性說明

2.1 有限元模型

脫硫塔有限元模型以塔底板圓心為原點(diǎn)，長(zhǎng)度單位mm，質(zhì)量單位為t。由于噴淋管對(duì)外壁不起支撐作用，故對(duì)其結(jié)構(gòu)不進(jìn)行模擬，而是通過修改密度的方式將其質(zhì)量分?jǐn)偟剿谏?；除霧器主要通過內(nèi)部一圈扁鋼進(jìn)行支撐，其質(zhì)量以質(zhì)量力的形式施加在扁鋼邊緣節(jié)點(diǎn)上；脫硫塔外壁、底板、底板支撐肘板、除霧器支撐扁鋼、進(jìn)氣管、支座等用殼單元模擬；4根彈性吊架與除霧器支撐結(jié)構(gòu)對(duì)齊布置，并采用梁?jiǎn)卧M。脫硫塔有限元模型見圖2。

圖2 有限元模型

2.2 材料屬性

考慮結(jié)構(gòu)耐腐蝕性，脫硫塔采用SMO254超級(jí)奧氏體不銹鋼，材料參數(shù)見表1。脫硫塔壁厚為4 mm，支座處塔壁采用局部貼厚板。

從小到大我對(duì)我的老師們印象都不是很好，謝師宴我也就是去露個(gè)臉而已?？晌í?dú)我人生中的第一位班主任馬老師，這個(gè)我現(xiàn)在連容貌都想不起來的老太太，卻讓我懷念無比。這或許是因?yàn)樾W(xué)二年級(jí)轉(zhuǎn)學(xué)之后新班主任給我留下的陰影太深。也可能是因?yàn)樾W(xué)轉(zhuǎn)學(xué)前的那段時(shí)光太過沒心沒肺無憂無慮，太過接近“童年”這個(gè)詞的本質(zhì)。我想要重拾那段時(shí)光，而我卻缺少一個(gè)能夠用來喚起我回憶的人。就像是兩個(gè)老朋友聚會(huì)，開心的話題很少是現(xiàn)在無奈的生活或者未知的未來，在他們的唇齒舌喉間流過，能讓人開心的東西一直只有兩種——各自的“酒”和共同的“過去”。思來想去，那個(gè)人數(shù)多到我名字都記不全的班級(jí)里，或許我唯一還能找到的人，只剩下馬老師了。

絞車提升下放部分實(shí)現(xiàn)起放井架、起下鉆具、下套管及起吊重物等功能。絞車由一臺(tái)300 kW的交流變頻電動(dòng)機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器同步將動(dòng)力輸入齒輪減速箱輸入軸，經(jīng)三級(jí)齒輪減速后，通過大聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)滾筒工作。快繩額定提升力達(dá)到150 kN，電機(jī)還可最大1.6倍過載，具有很強(qiáng)的事故處理能力。絞車還配有一臺(tái)15 kW的小功率交流變頻電機(jī)，經(jīng)大傳動(dòng)比送鉆減速機(jī)和氣胎離合器后，通過齒輪減速箱和大聯(lián)軸器帶動(dòng)滾筒軸，實(shí)現(xiàn)較大提升力、較小給進(jìn)速度的自動(dòng)送鉆功能。變速箱具有兩檔手動(dòng)換向，絞車整個(gè)變速過程由手動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)和主電機(jī)交流變頻控制系統(tǒng)操作實(shí)現(xiàn)。傳動(dòng)原理圖見圖2。

表1 材料類型及參數(shù)

分別對(duì)4種工況下的一階屈曲特征值進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表3。

總體上看，目前這部分研究?jī)H僅將精明增長(zhǎng)理論的一些原則與策略引入到城市空間研究中，沒有深入挖掘精明增長(zhǎng)理論的內(nèi)涵與實(shí)質(zhì)，只是從土地政策上提出了一些建議或措施，定量化研究不足，與精明增長(zhǎng)結(jié)合不緊密。因而，應(yīng)借助“3S”技術(shù)加強(qiáng)這方面的定量化研究。

主要激勵(lì)頻率范圍見表4。為了排除建模誤差，留有15%的頻率儲(chǔ)備[9]。

3 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析

3.1 邊界條件

在脫硫塔支座螺栓連接處施加剛性固定約束DISP_low；上部彈性吊架與煙囪連接處為彈性連接，設(shè)置軟橡膠材質(zhì)起緩沖作用，一定程度上允許彈性吊架沿軸向的位移，故彈性吊架僅在側(cè)向加速度載荷存在的情況下起作用，此時(shí)在彈性吊架端部施加簡(jiǎn)支約束DISP_up。

3.2 載荷情況

1)自身重力。通過重力加速度載荷g施加。

各工況最大應(yīng)力見表2。

選取2016年4月～2017年12月我院收治的不穩(wěn)定型心絞痛患者79例作為研究對(duì)象，采用入院?jiǎn)坞p數(shù)法將其分為兩組，其中，對(duì)照組39例，男19例，女20例，年齡31～75歲，平均（57.14±5.92）歲，病程0.90～7年，平均（4.24±1.75）年；觀察組40例，男19例，女21例，年齡30～77歲，平均（58.13±4.79）歲，病程0.40～6.97年，平均（4.21±1.20）年。所有患者均符合中華醫(yī)學(xué)會(huì)心血管學(xué)會(huì)關(guān)于不穩(wěn)定型心絞痛診斷標(biāo)準(zhǔn)，且均造影診斷為冠心病。兩組一般資料比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

3)液體壓力。噴淋裝置對(duì)主機(jī)排出的氣體進(jìn)行處理后的殘余液體大部分被蒸發(fā)掉，少部分混入煙塵后通過底部排水口排出，當(dāng)排水不暢時(shí)，水與泥的混合物積于脫硫塔底部，從而產(chǎn)生液體壓力。由于塔內(nèi)設(shè)置液位儀，液位儀高度距脫硫塔底板0.5 m，考察該極端狀態(tài)，即塔內(nèi)部水與泥的混合物達(dá)到0.5 m高度時(shí)液體對(duì)結(jié)構(gòu)的作用情況。由于水與泥混合物的密度大于海水密度，這里取ρ=2 t/m3。

4)溫度載荷。脫硫塔進(jìn)氣管的進(jìn)氣溫度高達(dá)250 ℃，高溫會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生熱膨脹變形，因此對(duì)整個(gè)脫硫塔結(jié)構(gòu)施加250 ℃的溫度載荷。

5)內(nèi)壓。脫硫塔內(nèi)部氣壓大于外部，內(nèi)外氣壓差約為1 500 Pa，此載荷通過靜壓形式施加在塔內(nèi)側(cè)。

現(xiàn)階段大部分小學(xué)都已配置了相應(yīng)的多媒體設(shè)備輔助教學(xué)，利用生活情境教學(xué)不單只是生活的情境部分，也包含多媒體音頻圖片視頻等創(chuàng)設(shè)的情境。比如對(duì)小學(xué)的加減法講解時(shí)，多媒體教學(xué)方法可以將猴子摘桃子的情境具體化的展示出來，讓學(xué)生數(shù)一數(shù)看到共有多少個(gè)玉米，然后猴子摘了幾個(gè)，還剩下多少個(gè)，這樣運(yùn)用多媒體教學(xué)輔助方法，能讓學(xué)生更簡(jiǎn)單直觀的加深對(duì)數(shù)學(xué)含義的理解與掌握。

3.3 組合工況

綜合分析以上幾種力的作用效果，考慮以下4種組合工況。

銀杏樹又名白果樹，葉色光澤漂亮，功能神奇，可制茶、入藥。以銀杏葉充枕芯可治失眠、平衡血壓。而銀杏果剝殼后呈乳白色，與西芹清炒，翠白相間，賞心悅目，佐酒最妙。

1)工況1(LC1)。自重+z向加速度+液體壓力。由于自重G豎直向下，z向加速度0.5g也取豎直向下時(shí)為危險(xiǎn)狀態(tài)。液體壓力通過域載荷的方式施加并且也需考慮z向加速度的作用，即壓力P=ρ×(g+0.5g)×(500-z),MPa。邊界條件施加DISP_low。

2)工況2(LC2)。自重+y向加速度+液體壓力。對(duì)此工況施加-y向加速度0.5g，液體壓力考慮-y向加速度影響，分為兩部分施加：Pz=ρ×g×(500-z),MPa，Py=ρ×0.5g×(1 100-y),MPa。邊界條件施加DISP_low和DISP_up約束。

結(jié)合表2數(shù)據(jù)可以得出，22 ℃環(huán)境下，肉雞下丘腦熱休克蛋白70的濃度最高（除第10天），第3天和第10天18 ℃和26 ℃處理組肉雞下丘腦熱休克蛋白70的濃度顯著高于22 ℃時(shí)（P＜0.05），見表2。結(jié)合表3數(shù)據(jù)還可以得出，在試驗(yàn)的第1天、第3天和第10天，溫度升高對(duì)肉雞體核溫度產(chǎn)生的影響均十分顯著（P＜0.05），30 ℃環(huán)境下，肉雞體核溫度均顯著高于其他組別（P＜0.05），見表3。

3)工況3(LC3)。自重+z向加速度+液體壓力+溫度載荷+內(nèi)壓。在工況1的載荷與邊界條件基礎(chǔ)上施加溫度載荷和內(nèi)壓。

4)工況4(LC4)。自重+y向加速度+液體壓力+溫度載荷+內(nèi)壓。在工況2的載荷基礎(chǔ)上施加溫度載荷和內(nèi)壓?？紤]到熱膨脹是個(gè)緩慢的過程，此時(shí)彈性吊架的支撐作用可不予考慮，僅施加邊界條件DISP_low，此工況下彈性吊架對(duì)塔壁連接處產(chǎn)生的作用可參考工況2的結(jié)果。

3.4 屈服應(yīng)力結(jié)果

對(duì)上述4種組合工況進(jìn)行計(jì)算，所得應(yīng)力結(jié)果見圖3。

圖3 船用脫硫塔各組合工況應(yīng)力云圖

2)船舶運(yùn)動(dòng)加速度。與船體本身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)、載況和構(gòu)件垂向位置有關(guān)[7]，因此脫硫塔安裝于不同船上所求得的加速度并不相同。一般橫向、垂向加速度大于縱向加速度，考慮到脫硫塔的對(duì)稱性，只計(jì)算橫向、垂向加速度的影響。又為兼顧普適性，計(jì)算中橫向與垂向加速度均保守取0.5g，即ay=az=0.5g=4.905 m/s2。

表2 船用脫硫塔各組合工況最大應(yīng)力

方案A：改變塔壁厚度。設(shè)置脫硫塔塔壁厚度為4、5、6 mm時(shí)脫硫塔的一階固有頻率見表5。

3.5 屈曲強(qiáng)度評(píng)估

文中脫硫塔塔壁較薄，因而屈曲問題是結(jié)構(gòu)安全控制的重要因素。采用特征值屈曲分析方法，所得特征值為結(jié)構(gòu)的臨界載荷與當(dāng)前所受載荷相比的安全系數(shù)。工程上通常認(rèn)為，一階屈曲特征值大于等于3時(shí)，設(shè)備不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)[8]。

通過插值法計(jì)算得到，當(dāng)溫度為250 ℃時(shí)，線膨脹系數(shù)為17.4×10-6℃-1?？紤]脫硫塔塔壁外側(cè)鋪設(shè)絕緣材料，通過調(diào)整塔壁密度的方式使得模型結(jié)構(gòu)質(zhì)量與實(shí)際相吻合。

表3 各工況下的一階屈曲特征值

結(jié)果表明，各工況下的一階屈曲特征值均大于3，該脫硫塔不會(huì)發(fā)生屈曲，且各工況的一階特征值對(duì)應(yīng)的屈曲均為局部屈曲，都在底部支撐肘板邊緣處，可考慮在肘板邊緣設(shè)置邊緣加強(qiáng)筋。

4 振動(dòng)分析

為了保證振動(dòng)分析精度，將液體的質(zhì)量以質(zhì)量力的形式施加在脫硫塔底板上，模擬脫硫塔內(nèi)積水時(shí)的狀態(tài)。

采用小參數(shù)展開到3階的方法解析研究了位于球坐標(biāo)空間的無黏、 無旋、 不可壓縮流體在常壓支撐下的球面RT不穩(wěn)定性前4次諧波的幅值演化. 為了更好地理解由不穩(wěn)定性初始擾動(dòng)界面曲率所引起的BP效應(yīng), 以及包括平面、 柱面和球面RT不穩(wěn)定性的空間效應(yīng)對(duì)RT不穩(wěn)定性的影響, 將球面情況下的諧波幅值和平面以及柱面RT不穩(wěn)定性諧波幅值做了對(duì)比.

4.1 激勵(lì)頻率

SMO254屈服強(qiáng)度為310 MPa，根據(jù)塔式容器標(biāo)準(zhǔn)[6]，許用應(yīng)力安全系數(shù)取1.5，則許用應(yīng)力為206.7 MPa。

表4 主機(jī)SMCR時(shí)的激勵(lì)頻率范圍

4.2 計(jì)算結(jié)果

應(yīng)用有限元軟件對(duì)脫硫塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，結(jié)果見圖4。脫硫塔一階固有頻率10.887 Hz，頻率儲(chǔ)備小于15%，認(rèn)為應(yīng)該對(duì)原設(shè)計(jì)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。

圖4 原脫硫塔一階振型

4.3 結(jié)構(gòu)加強(qiáng)

為避免脫硫塔結(jié)構(gòu)的固有頻率與激勵(lì)設(shè)備的激勵(lì)頻率相重合，現(xiàn)提出如下結(jié)構(gòu)加強(qiáng)方案。

1.2.2 發(fā)熱護(hù)理急性白血病患者經(jīng)常容易感染發(fā)熱,化療后這種病狀更加明顯,因此護(hù)理人員應(yīng)當(dāng)首先對(duì)發(fā)生高熱的原因查明,感染灶的部位明確,早期發(fā)熱的急性白血病患者給予抗生素對(duì)炎癥進(jìn)行控制。對(duì)發(fā)熱的患者可以使用溫水擦浴,在患者的頸部、兩側(cè)腋窩、頭部、腹股溝等部位將冰袋放置其上給予降溫。退熱期的患者出汗量比較多,護(hù)理人員應(yīng)當(dāng)及時(shí)擦凈其汗液,為患者更換內(nèi)衣褲避免其受涼,患者體溫降低后0.5h后進(jìn)行一次體溫測(cè)量,也可以遵照醫(yī)囑給予患者口服吲哚美辛片或是注射地塞米松[2]。

可以看出，各工況的最大應(yīng)力均小于許用應(yīng)力206.7 MPa，滿足屈服強(qiáng)度要求。工況1、2最大應(yīng)力出現(xiàn)在支座底部，塔壁本身應(yīng)力值較??；工況3與4中最大應(yīng)力出現(xiàn)在塔壁上且數(shù)值相對(duì)較大，這是因?yàn)樵跍囟容d荷作用下塔壁膨脹變形，而外壁在基座處膨脹受限制因而局部產(chǎn)生較高應(yīng)力。

表5 不同板厚下脫硫塔一階固有頻率

由表5可見，增大塔壁厚度可以提高結(jié)構(gòu)的一階固有頻率，但壁厚每增大1 mm，結(jié)構(gòu)質(zhì)量約增加0.5 t，該方案經(jīng)濟(jì)性欠佳。

方案B。設(shè)置環(huán)狀加強(qiáng)筋。在脫硫塔垂向每隔1 m的位置(圖5所示位置1、2、3、4、5、6、7處)分別設(shè)置1根寬40 mm、厚4 mm的環(huán)向加強(qiáng)筋。設(shè)置后的脫硫塔一階固有頻率見表6。

由于我國(guó)高等教育過于關(guān)注理論知識(shí)的傳授，而相對(duì)忽略學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，再加上不少畢業(yè)生就業(yè)期望值過高，造成一些畢業(yè)生在殘酷的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中難以立足。高校作為企業(yè)人才的供給側(cè)，在學(xué)生培養(yǎng)方面面臨較大困境。而在新時(shí)期社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中，各行各業(yè)對(duì)人才的要求并不在于其學(xué)術(shù)水平的高低，而是更加重視人才的專業(yè)知識(shí)應(yīng)用能力，這導(dǎo)致高等院校并不能為各個(gè)企業(yè)提供足夠的適用性人才。同時(shí)，不同行業(yè)對(duì)人才的需求量也存在一定差異，而從實(shí)際供需情況來看，部分行業(yè)人才嚴(yán)重缺乏，而有些行業(yè)人才供給量卻過大，這明顯反映出我國(guó)高等教育結(jié)構(gòu)改革缺乏后續(xù)性。

圖5 脫硫塔環(huán)向加強(qiáng)筋位置示意

位置(對(duì)應(yīng)圖5)一階固有頻率/Hz頻率儲(chǔ)備/%110.9499.5211.0810.8311.12111.2411.07310.7511.13311.3611.39714.0711.01110.1

由表6可見，設(shè)置環(huán)向加強(qiáng)筋可以增大結(jié)構(gòu)一階固有頻率，增加幅值從高到低的順序依次為位置6、5、3、2、4、7、1，考慮到結(jié)構(gòu)頻率儲(chǔ)備仍未達(dá)到15%，根據(jù)單根加強(qiáng)筋產(chǎn)生的效果組合設(shè)置多根加強(qiáng)筋，以滿足儲(chǔ)備頻率的要求。

當(dāng)在位置6、5同時(shí)設(shè)置環(huán)向加強(qiáng)筋時(shí)，該脫硫塔一階固有頻率為11.507 Hz，達(dá)到儲(chǔ)備頻率15%的要求，結(jié)構(gòu)重量?jī)H增加0.018 4 t，經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)優(yōu)于方案A。最終采用在位置6、5處設(shè)置環(huán)向加強(qiáng)筋的方案。

5 結(jié)論

與陸用脫硫塔相比，船用脫硫塔除需考慮自重載荷、液體壓力、溫度載荷與內(nèi)壓，還需考慮船舶運(yùn)動(dòng)加速度的影響。

文中船用脫硫塔屈服強(qiáng)度滿足許用要求，但在溫度載荷作用下，脫硫塔外壁局部產(chǎn)生較高應(yīng)力，在實(shí)際操作過程中液體噴淋能一定程度上起到結(jié)構(gòu)降溫作用，因而建議盡量避免脫硫塔干燒的情況發(fā)生。

當(dāng)脫硫塔塔壁較薄或長(zhǎng)徑比較大時(shí)，需對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性加以評(píng)估，采用屈曲特征值分析法初步判斷文中脫硫塔不會(huì)發(fā)生屈曲問題。

在脫硫塔外壁設(shè)置環(huán)狀加強(qiáng)筋，能有效提高脫硫塔固有頻率，避開共振頻率范圍，減小振動(dòng)響應(yīng)幅值，經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)優(yōu)于增加塔壁板厚，該加強(qiáng)方案對(duì)于提高船用脫硫塔固有頻率具有普適性。

隨著船用脫硫塔的普及率越來越高，需要更加清晰和完善的規(guī)范規(guī)則來指導(dǎo)船用脫硫塔的設(shè)計(jì)與計(jì)算。