回轉(zhuǎn)窯荷載設(shè)計(jì)分析

燕　科

（成都建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司）

回轉(zhuǎn)窯荷載設(shè)計(jì)分析

燕科

（成都建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司）

文章以實(shí)際工程中遇到的同型號(hào)、同規(guī)模的窯系統(tǒng)設(shè)計(jì)荷載取值卻差別非常大的情況為出發(fā)點(diǎn)，在SAP2000中建模研究分析了基礎(chǔ)設(shè)計(jì)其荷載取值的一些規(guī)律。

回轉(zhuǎn)窯基礎(chǔ)；設(shè)計(jì)荷載；工況組合

1　引言

回轉(zhuǎn)窯是水泥生產(chǎn)線中煅燒物料的主要設(shè)備。其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)取用的標(biāo)準(zhǔn)荷載一般包括：托輪傳遞的荷載標(biāo)準(zhǔn)值,包括垂直荷載標(biāo)準(zhǔn)值和水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值；牙齒輪驅(qū)動(dòng)時(shí)所傳遞的荷載標(biāo)準(zhǔn)值；電機(jī)、減速機(jī)及托輪座架的荷載標(biāo)準(zhǔn)值；基礎(chǔ)自重及臺(tái)階上的回填土重荷載標(biāo)準(zhǔn)值；工作走道傳遞的荷載標(biāo)準(zhǔn)值等[1]。

由于工藝等原因，某些情況下，對(duì)于同等規(guī)模相同型號(hào)的窯系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)CDI的窯荷載與TDRI的窯荷載差別很大以及很多荷載不能解釋清楚的局面，文章研究了窯基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算荷載的取值變化，并確定最終計(jì)算取值。

2　工程概況

本工程為GOE項(xiàng)目三四號(hào)生產(chǎn)線上回轉(zhuǎn)窯子項(xiàng)，除窯體外，還包括三次風(fēng)管荷載。

工程結(jié)構(gòu)設(shè)備布置見圖1。

圖1　

3　建模分析

為準(zhǔn)確分析基礎(chǔ)所受荷載的大小及方向，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需由工藝設(shè)備專業(yè)提供窯體幾何參數(shù)，包括窯直徑、厚度與總長(zhǎng)度、窯支點(diǎn)間距、窯傾斜度；恒載數(shù)據(jù)，包括窯內(nèi)耐火磚、澆注料厚度、密度、托輥及底座重量、輪帶重量，大齒輪重量、小齒輪及底座重量、齒輪罩重量、主電機(jī)及底座重量、輔傳及底座重量、擋輪及底座質(zhì)量、輪帶與托輥面摩擦系數(shù)、窯頭、窯尾密封荷載、窯皮線荷載及分布范圍；活載數(shù)據(jù)，包括窯內(nèi)正常工況物料重量、窯內(nèi)非正常工況物料重量、小齒輪與大齒輪傳動(dòng)力以及溫度參數(shù)(包括窯體金屬部分的最大溫度和最小溫度)等。

三次風(fēng)管荷載需由設(shè)備提供風(fēng)管金屬部分直徑、壁厚、內(nèi)襯厚度、密度、金屬部分最大溫度、輸入灰荷載、風(fēng)荷載、溫度荷載等。在窯基礎(chǔ)計(jì)算中考慮地震作用，但風(fēng)管的支座反力不計(jì)算地震力。

將靠近窯頭的基礎(chǔ)編號(hào)為1號(hào)墩，中部為2號(hào)墩，靠近窯尾基礎(chǔ)為3號(hào)墩。1、2號(hào)墩無(wú)傳動(dòng)，一般情況下這兩個(gè)墩上只有托輥，荷載分布簡(jiǎn)單。3號(hào)墩有托輥、驅(qū)動(dòng)、擋輪等，荷載分布相對(duì)復(fù)雜。其中，考慮到安裝期間的安全，2、3號(hào)墩柱底考慮該處支架有一定高度，彈性較好，柱底轉(zhuǎn)動(dòng)要求不高，故設(shè)計(jì)為彈性鋼板支座。

風(fēng)管與結(jié)構(gòu)之間考慮窯頭支架高度較低、彈性差，對(duì)支架底部轉(zhuǎn)動(dòng)要求高，故沿風(fēng)管軸線方向設(shè)計(jì)為理想鉸支座，2、3號(hào)墩窯頭均為擺動(dòng)支座。

將真實(shí)窯體模型化后，窯截面通過(guò)截面設(shè)計(jì)器設(shè)計(jì)為鋼管與耐火磚組合截面，托輥可視為與窯體成一定角度的雙支座，因此窯系統(tǒng)是作為一個(gè)六支點(diǎn)簡(jiǎn)支體系分析的。見圖2：

圖2　窯系統(tǒng)模型

對(duì)于基礎(chǔ)計(jì)算，通常對(duì)以下三種工況進(jìn)行分析：

⑴窯體正常工作；

⑵窯體發(fā)生縱向變形，筒體在高溫下引起輪帶或筒體彎曲變形，使某一基礎(chǔ)上產(chǎn)生一個(gè)托輪托空，則托輪傳遞荷載不均勻，相鄰基礎(chǔ)荷載增加；

⑶窯體或輪帶發(fā)生較大變形時(shí)，致使一個(gè)托輪脫空，僅一個(gè)托輪受力，作用在基礎(chǔ)上。

分析過(guò)程中，實(shí)際建模研究了以下4種荷載組合：

⑴正常工況，窯內(nèi)物料取低值。

荷載取值：

窯支座反力×動(dòng)力系數(shù)+走道荷載+底座荷載+地震或風(fēng)+縱向摩擦力

⑵非正常工況，窯內(nèi)物料取高值，托輥不脫空。

荷載取值：

窯支座反力×動(dòng)力系數(shù)+走道荷載+底座荷載+地震或風(fēng)+縱向摩擦力

⑶1號(hào)墩單邊支承，窯內(nèi)物料取高值。

荷載取值：

窯支座反力×動(dòng)力系數(shù)+走道荷載+底座荷載+風(fēng)+荷載

⑷2號(hào)墩單邊支承，窯內(nèi)物料取高值。

荷載取值：

窯支座反力×動(dòng)力系數(shù)+走道荷載+底座荷載+風(fēng)+荷載

查閱回轉(zhuǎn)窯基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的相關(guān)資料時(shí)，若工程項(xiàng)目屬于涉外項(xiàng)目，可能還要考慮停窯檢修這一正常工況，即檢修時(shí)，窯體被千斤頂頂起，脫離托輥，基礎(chǔ)承受千斤頂傳來(lái)的壓力[2]。

4　結(jié)論

SAP2000的分析結(jié)果：

三個(gè)墩總豎向荷載與工藝總豎向荷載接近，但各個(gè)墩在不同工況下，其分析的反力與工藝提供的荷載參數(shù)差別較大，其中，分析得到的垂直于軸線的水平力在工藝中未提及，但這個(gè)力是實(shí)際存在的，對(duì)結(jié)構(gòu)安全威脅較大，結(jié)構(gòu)必須考慮。沿窯軸線方向的水平力在工藝上有所定義：

靜摩擦力，正常工況下使用，且不算荷載系數(shù)；

動(dòng)摩擦力，非正常工況使用，不算荷載系數(shù)。

這個(gè)力的取值，對(duì)于1、2號(hào)墩，可均取輪帶與托輥間的壓力乘以統(tǒng)一摩擦系數(shù)，方向指向窯尾，3號(hào)墩，可取等于1、2號(hào)墩窯輪帶與托輥摩擦力的合力，方向指向窯頭?？珊雎愿G傾斜對(duì)摩擦力的影響。摩擦力系數(shù)由設(shè)備資料明確注明。

確定動(dòng)力系數(shù)時(shí)，由于窯轉(zhuǎn)動(dòng)速度很低，其動(dòng)力系數(shù)可取1.25。這個(gè)值應(yīng)單獨(dú)從荷載值列出，以便于審查。

對(duì)于窯內(nèi)物料荷載，因其不確定性，應(yīng)有明確的計(jì)算規(guī)則，確保使用最大物料荷載?！?/p>

[1]譚齊.回轉(zhuǎn)窯基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算方法及構(gòu)造[J].特種結(jié)構(gòu), 2007,24(3):93-95.

[2]張媛媛，張立，胡穎.中外回轉(zhuǎn)窯基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算方法[J].建材世界,2013,34(4):120-123.