[发明专利]塔式光热圆筒形吸热塔自振周期的计算方法

说明书

本发明公开了塔式光热圆筒形吸热塔自振周期的计算方法，将吸热塔视为单质点体系，其自振周期T的计算公式为：本发明给出了M和δ_st的计算方法。本发明的应用，可以籍由输入吸热塔尺寸、材料参数、吸热器质量和质心高度等参数，可快速计算出吸热塔结构的自振周期，便于进一步计算作用在吸热塔结构上的风荷载和地震荷载。

技术领域

本发明涉及光热发电技术领域，特别涉及塔式光热圆筒形吸热塔自振周期的计算方法。

背景技术

光热发电是通过吸收太阳的热能然后利用热能发电的一种利用太阳能发电的模式。目前光热发电主要有塔式光热、槽式光热、菲涅尔式光热和蝶式光热，其中塔式光热由于聚热效果好，熔盐温度高，特别适用于大容量的光热发电站，目前国内已经有数个光热电站采用塔式光热发电模式。

塔式光热发电是利用镜场将太阳光聚焦到吸热塔上的吸热器上，给吸热器内的熔盐进行加热，以熔盐为载体，将高温熔盐通过换热产生高温高压蒸汽，从而驱动汽轮机发电，由于被加热的熔盐可以进行存储，因此光热发电是带有储能性质的新能源利用方式。

吸热塔作为塔式光热发电站的核心构筑物，具有高度高、顶部重量重的特点，与目前已有的结构相差较大，例如相比传统的水塔结构，一是吸热塔结构高度一般可以达到200米,在某些场合甚至更高，顶部吸热器系统往往重达数千吨，因此吸热塔截面一般采用变截面以降低成本；而多数水塔不超过100m，由于高度较小，一般其支撑结构采用等截面筒体。

吸热塔的自振周期与风荷载计算和地震计算关系密切，尤其是在初步确定吸热塔结构尺寸时。目前尚无吸热塔结构自振周期的计算公式，而如果直接套用类似结构如水塔、烟囱的周期又会来带较大的误差，因此有必要研究吸热塔结构的自振周期计算方法。

精确计算吸热塔结构可以采用有限单元法，但这种方法需要建立有限元模型，截面尺寸修改不方便，对计算机硬件也有一定的要求，在初步确定吸热塔结构尺寸时采用此方法往往效率很低。故而急需一种快速、精度较高的计算方法，同时这种方法必须能考虑吸热塔结构截面沿高度减小这一特点。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供塔式光热圆筒形吸热塔自振周期的计算方法，实现的目的之一是通过输入吸热塔尺寸以及其上吸热器质量及质心高度，可通过公式快算计算出该吸热塔结构的自振周期，从而为吸热塔结构设计提供依据。

为实现上述目的，本发明公开了塔式光热圆筒形吸热塔自振周期的计算方法，所述吸热塔的结构为筒形结构，截面为圆环结构，且直径沿高度线性变化，所述吸热塔底部外圆半径为r₁，顶部外圆半径为r₂，壁厚为t；

所述吸热塔采用钢筋混凝土或钢结构，弹性模量为E，密度为ρ；

所述吸热塔的塔顶设有吸热器；所述吸热器的总质量为m，所述吸热器的质心到所述吸热塔底部固定端距离为h，到吸热塔顶部距离为h₁；

所述吸热塔自振周期T的计算公式如下：

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公式(1)中δ_st根据以下公式计算：

公式(2)中的函数A和函数B的关系式如下：

在公式(3)和公式(4)中，r为函数的自变量，是所述吸热塔不同高度处的筒壁外半径；

公式(1)中的M根据以下公式计算：

M＝m+0.15ρV (5)

其中，V为塔筒壁材料的总体积。