1000m3球罐上部盤梯的設計
2015-07-20 03:36:28中石化石油工程設計有限公司山東東營257000
中國新技術新產品 2015年6期
王 燕（中石化石油工程設計有限公司，山東 東營 257000）
1000m3球罐上部盤梯的設計
王 燕
（中石化石油工程設計有限公司，山東 東營 257000）
摘 要：本文論述了球罐盤梯的設計原理及特點，并對1000m3球罐上部盤梯進行了設計計算。
關鍵詞：球罐盤梯；頂平臺；三角支撐；門式支撐
1 球罐上部盤梯的特點
大型球罐一般采用單臺球罐單個梯子。球罐梯子結構分為上部盤梯和下部斜梯兩部分。球罐上部盤梯，多采用球螺旋線型盤梯。上部盤梯形狀近似于球面螺旋線形，所以有下列特點：
（1）梯子與球面的距離保持一致；
（2）中間不需要設置中轉平臺，由赤道處中轉平臺可以直接連接到容器頂部圓平臺，行程較短且行走舒適；
（3）比較省料。球面螺旋線盤梯不僅與球面曲率協(xié)調一致，美觀大方，而且施工保溫工程方便。
2 上部盤梯的形成原理
盤梯內外側板都可認為是由一個球面與一個圓柱面的相貫線附近的一段圓柱面。形成內側板的球面是與球罐表面同心的假想球面，圓柱面是直徑小于假想球半徑的圓柱面，假想球面與圓柱面垂直正插，并內切于赤道圓。兩者相貫形成內側板的下邊線。形成盤梯外側板的球面認為是與球罐同心并共一根垂直軸的旋轉橢球面，圓柱面認為是直徑大于橢球水平半軸，并與內側板的假想圓柱面同心的。圓柱面垂直正插并內切于旋轉橢球面。旋轉橢球面與圓柱面相貫形成外側板的下邊線。內外側板的下邊線在同水平回轉角度上高度相等，這樣安裝的盤梯能夠保持盤梯踏步水平。
3 盤梯計算公式的推導
3.1 盤梯內側板下邊線計算公式的推導
3.1.1 設圓柱豎直中心軸為z軸，z軸與赤道平面的交點為O柱點，O柱點連線于梯子起點為x軸正向， x軸逆時針90°方向為y軸，O柱點為坐標原點，如圖1所示。
3.1.2 因為內切，所以
式（7）即內側板下邊線的高度計算公式。
3.1.3 r與x0的表達式的推導
盤梯終點線中心距垂直軸的距離為盤梯頂平臺的半徑，即：
因為R假=r內+x0，所以-2R假r內，又 r內=r- b/2，代入式（8）得：
兩邊平方移項得：
式（9）和式（10）為r和x0的計算公式。
3.2 盤梯支撐架的計算
盤梯的結構支撐架通常設置三角支撐或者門式支撐。根據盤梯下半部分和上半部分的結構特點，為了支撐牢固，盤梯上半部分常用三角支撐，盤梯下半部分常用門式支撐。三角支撐和門式支撐的橫梁都應水平設置，橫梁應緊靠盤梯內側板的下邊線，并且指向球罐豎直中心軸線。
（1）設內側板假想球半徑R假，支撐架上平面的高度為支撐架的水平投影回轉角度為α，球罐外半徑R球。
（2）過支撐架橫梁邊線的垂直面切球罐的外表即得半徑為r節(jié)球的節(jié)圓，切假想球即得半徑為r節(jié)假的節(jié)圓。這二節(jié)圓面到球心O球的距離為S節(jié)，由幾何關系求得：S節(jié)=｜x0｜sinα。根據幾何關系，此二節(jié)圓半徑分別由以下兩式計算得出：
（3）三角支撐水平橫梁的長度M計算
（a）支撐架橫梁邊線延長線相割于上述二個節(jié)圓，得二個水平弦長。
與球罐外節(jié)圓相割的水平弦長的一半為d球，與假想球節(jié)圓相割的水平弦長的一半為d假，根據幾何關系求得：
（b）內側板下邊線與橫梁邊線的交點沿橫梁的邊線到球面的距離為S橫，根據關系式求得：
（c）支撐架橫梁的長度M為：
M=S橫+b+100（梯寬為b，橫梁伸出外側板的長度為100） （16）
（4）門式支撐支腿的長度計算
門式支撐橫梁兩邊各延長100，再過門式支撐橫梁內外端點連線ef作垂線，垂線交球罐外表面于g，h兩點，eg兩點連線延長線交赤道面于i點，過假想球與橫梁交點e′畫赤道面的垂線，交赤道面于i′點。
根據幾何關系：
和
及
以上就是球罐上部盤梯的計算公式。
3.3 三角支撐水平橫梁的長度M
（1）三角支撐所在水平位置角度取α=45°，90°，則
（3）求d假，d球：
（5）支撐架橫梁的長度M 為：
3.5 門式支撐直腿的長度
（1）門式支撐所在位置角度取α=135°，則
門式支撐的短腿長：
門式支撐的長腿長：
結語
利用該方法設計的球罐盤梯，美觀大方，行走舒適，結構合理。
參考文獻
[1]徐英，等.球罐和大型儲罐[M].北京：化學工業(yè)出版社，2005.
[2]喬保倉.3000m3丁烯-1球罐上部盤梯的設計[J].科技信息（科學教研），2007.
中圖分類號：TE972
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