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）

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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)平臺，由赤道處中轉(zhuǎn)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(diào)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(nèi)外側(cè)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(nèi)側(cè)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(nèi)切于赤道圓。兩者相貫形成內(nèi)側(cè)板的下邊線。形成盤梯外側(cè)板的球面認為是與球罐同心并共一根垂直軸的旋轉(zhuǎn)橢球面，圓柱面認為是直徑大于橢球水平半軸，并與內(nèi)側(cè)板的假想圓柱面同心的。圓柱面垂直正插并內(nèi)切于旋轉(zhuǎn)橢球面。旋轉(zhuǎn)橢球面與圓柱面相貫形成外側(cè)板的下邊線。內(nèi)外側(cè)板的下邊線在同水平回轉(zhuǎn)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(nèi)側(cè)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(nèi)切，所以

式（7）即內(nèi)側(cè)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(nèi)+x0，所以-2R假r內(nèi)，又 r內(nèi)=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(jié)構(gòu)支撐架通常設置三角支撐或者門式支撐。根據(jù)盤梯下半部分和上半部分的結(jié)構(gòu)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(nèi)側(cè)板的下邊線，并且指向球罐豎直中心軸線。

（1）設內(nèi)側(cè)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(zhuǎn)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(jù)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(jù)幾何關系求得：

（b）內(nèi)側(cè)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(jù)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(cè)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(nèi)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(jù)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(jié)語

利用該方法設計的球罐盤梯，美觀大方，行走舒適，結(jié)構(gòu)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

文獻標識碼：A