袋式除尘器减震性能的研究

    袋式除尘器主要由钢支架、灰斗和壳体三部分组成。如图 1a 所示，布袋悬挂于壳体内部大梁之上，烟气通过壳体时，布袋将过滤掉烟气中的粉尘，从而达到除尘的目的。在以往的地震灾害中，袋式除尘器往往比传统的静电除尘器表现出更好的抗震性能。分析其原因，是由于袋式除尘器中悬挂布袋对主体结构有一定的减震作用，但目前国内尚无关于悬挂布袋对除尘器抗震性能的影响的研究。本文将袋式除尘器结构简化为悬挂质量框架，对结构进行了地震作用下的时程分析，发现悬挂布袋对除尘器有很好的减震效果。研究表明，悬挂柔性布袋增大了结构的基本周期，同时也通过自身的摆动来消耗地震作用下传递到结构上的部分能量，只要合理控制设计参数，悬挂布袋就能有效的降低地震作用。袋式除尘器通过自身内部结构实现减震，不会额外增加建设费用，相比于 TMD 减震装置更具经济性、合理性，因此探讨布袋对除尘器的减震作用具有一定的现实意义。

    1 袋式除尘器的计算模型简化

    简化计算模型时采用了以下假定：

    1） 除尘器下部钢支架与地面之间为固接连接。不考虑土与结构相互作用的影响。

    2）钢支架、灰斗、壳体的质量均按集中质量处理。

    3）将悬挂布袋简化为悬挂集中质量，线性振动情况下，悬挂质量的垂直振动与结构框架的水平振动间是不耦合的，在水平地震作用下，不考虑悬挂布袋的垂直振动分量。

    4）结构处于弹性变形范围，不考虑塑性变形。

    根据以上假定，模型简化如图 1b 所示。

    图1中，M1为钢支架和灰斗的质量，集中于钢支架顶部；M2为壳体及上部结构重量，集中于壳体顶部。K1、K2分别为钢支架和壳体的抗侧移刚度。m 为单个布袋的质量，其悬吊长度取布袋长度的一半。

    2 结构运动微分方程的建立

    2. 1 无阻尼自由振动微分方程

    简化计算模型中，悬挂质量部分相当于一个单摆，其自振周期为：T=2π 姨mg/l，等效刚度为：ke=mg/l。

    结构在无阻尼自由振动时，设任意时刻集中质量 M1、M2处的位移为 X1、X2，各集中质量摆的位移分别为 x1,x2……xn，由 Dalembert 原理各质点处于动力平衡状态，有以下方程：

    写成矩阵形式为：

    其中，[M]=diag[M1,M2,m,m,…m],为结构集中质量矩阵；

   为结构刚度矩阵可将[K]简写为分块矩阵形式：