太陽能資訊：太陽能集熱器支架強度校核

摘要：本文通過逐步的分析計算，對常用平板太陽能集熱器的支架進行了強度校核，詳細列明了總荷載的計算方法，強度、撓度的計算過程，有助於設計人員運用此方法進行相關的分析。

Abstract:in this paper, through analysis and calculation, support heat exchanger on the common flat plate solar collectors were strength checking calculation method, detailed the total load, calculation of strength, deflection, can help the designer to make use of this method were analyzed.

關鍵詞：平板太陽能 支架 強度 校核

Keywords:solar stent strength plate

目前太陽能項目設計中，很多設備的使用和安裝已經超越暖通和給排水的範圍，很多牽涉到鋼結構、流體力學、電氣等專業，在專業技術能力不足的情況下，設計人員參照經驗的做法很多，由於項目內容千變萬化，但是詳細的理論分析可以給項目帶來更可靠的安全保障，我們以東莞市人民醫院（紅樓門診部）太陽能項目為例對工程項目進行分析作為參考。該項目平板太陽能集熱器支架採用40×40×4熱鍍鋅角鋼製作，製作方式見下圖，現對其強度進行校核分析如下：

集熱器支架及安裝側視圖

一、總荷載計算

1、固定荷載

G單=GM(為組件質量)+GK(支撐等質量)

=35KG+（14.5KG+1.5KG）

=51KG≈500N

式中：平板集熱器組件重量35KG（單塊集熱器）；支架14.5 KG、介質1.5 KG。

2、風荷載

作用在集熱器上的風荷載標準值按下式計算：

3、總荷載（本方案中不考慮積雪荷重和地震荷重）

總荷載＝G單+W＝500N+4944N＝5444N

二、支架強度校核

1、承重桿強度校核

1.1、 彎曲應力

1.2、 彎曲應力複核

1.3 受彎撓度

經上述校核得知：集熱器承重桿的強度能滿足需要。

2 集熱器支撐桿的強度複核

2.1 壓曲荷載

單根支撐桿荷載計算

單塊集熱器由四根用40×40×4熱鍍鋅角鋼製作的支撐桿固定在承重結構上，每根支撐桿的荷載：5444N÷4＝1361N。

支撐桿的壓曲荷載計算

壓曲荷重根據歐拉公式計算：

P＝n×π2× E×I／L2＝4×3.142×2.1×1011×4.6×10-8／0.6152≈1007270N

式中P——壓曲荷載；

I——為鋼的截面慣矩,可在型鋼表中查得4.6×10-8m4；

N——由兩端的支撐條件決定的係數，（桿兩端絞支選1，兩端固定選4）；

E——材料的縱向彈性係數取2.1×1011N/m2；

L——軸長0.615m（參考下圖中最不利615mm長）；

壓曲荷載複核

由於P＝1007270N，大於單根支撐桿的荷載1361N，所以是安全的。

2.2 拉伸強度

單根支撐桿拉伸荷載計算

當集熱器遭受北風時，支撐桿產生拉伸作用。在認為荷載均布在四根支撐桿上時，單根支撐桿的拉伸荷載：5444N÷4＝1361N。

單根支撐桿拉伸應力計算

拉伸應力σ＝P／A＝1361÷3.09≈440.45N/cm2

式中：p——單根支撐桿拉伸荷載；

A——截面積（cm2 ) 在上述表中查得A=3.09cm2

拉伸強度複核

在上述「鋼材的容許應力表」中查得：Q235的軸嚮應力為14000N/cm2，大於單根支撐桿的拉伸應力σ＝440.45N，所以是安全的。

經上述校核得知：集熱器支架的強度能滿足需要，支架所選擇的材料和製作方式是安全可靠的，能保證使用要求。

參考文獻：

劉鴻文編，材料力學（第4版）(I、II)，高等教育出版社，2004

GB50009-2012，建築結構荷載規範

上海化學工業設計院石油化工設備設計組，鋼架設計手冊，1972

周水興，路橋施工手冊 ，人民交通出版社，2001

來源：《中國太陽能工程》 作者：廣東拓斯達科技股份有限公司李俊

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