1000m3球罐上部盘梯的设计

王 燕（中石化石油工程设计有限公司，山东 东营 257000）

1000m3球罐上部盘梯的设计

王 燕
（中石化石油工程设计有限公司，山东 东营 257000）

摘 要：本文论述了球罐盘梯的设计原理及特点，并对1000m3球罐上部盘梯进行了设计计算。

关键词：球罐盘梯；顶平台；三角支撑；门式支撑

1 球罐上部盘梯的特点

大型球罐一般采用单台球罐单个梯子。球罐梯子结构分为上部盘梯和下部斜梯两部分。球罐上部盘梯，多采用球螺旋线型盘梯。上部盘梯形状近似于球面螺旋线形，所以有下列特点：

（1）梯子与球面的距离保持一致；

（2）中间不需要设置中转平台，由赤道处中转平台可以直接连接到容器顶部圆平台，行程较短且行走舒适；

（3）比较省料。球面螺旋线盘梯不仅与球面曲率协调一致，美观大方，而且施工保温工程方便。

2 上部盘梯的形成原理

盘梯内外侧板都可认为是由一个球面与一个圆柱面的相贯线附近的一段圆柱面。形成内侧板的球面是与球罐表面同心的假想球面，圆柱面是直径小于假想球半径的圆柱面，假想球面与圆柱面垂直正插，并内切于赤道圆。两者相贯形成内侧板的下边线。形成盘梯外侧板的球面认为是与球罐同心并共一根垂直轴的旋转椭球面，圆柱面认为是直径大于椭球水平半轴，并与内侧板的假想圆柱面同心的。圆柱面垂直正插并内切于旋转椭球面。旋转椭球面与圆柱面相贯形成外侧板的下边线。内外侧板的下边线在同水平回转角度上高度相等，这样安装的盘梯能够保持盘梯踏步水平。

3 盘梯计算公式的推导

3.1 盘梯内侧板下边线计算公式的推导

3.1.1 设圆柱竖直中心轴为z轴，z轴与赤道平面的交点为O柱点，O柱点连线于梯子起点为x轴正向， x轴逆时针90°方向为y轴，O柱点为坐标原点，如图1所示。

3.1.2 因为内切，所以

式（7）即内侧板下边线的高度计算公式。

3.1.3 r与x0的表达式的推导

盘梯终点线中心距垂直轴的距离为盘梯顶平台的半径，即：

因为R假=r内+x0，所以-2R假r内，又 r内=r- b/2，代入式（8）得：

两边平方移项得：

式（9）和式（10）为r和x0的计算公式。

3.2 盘梯支撑架的计算

盘梯的结构支撑架通常设置三角支撑或者门式支撑。根据盘梯下半部分和上半部分的结构特点，为了支撑牢固，盘梯上半部分常用三角支撑，盘梯下半部分常用门式支撑。三角支撑和门式支撑的横梁都应水平设置，横梁应紧靠盘梯内侧板的下边线，并且指向球罐竖直中心轴线。

（1）设内侧板假想球半径R假，支撑架上平面的高度为支撑架的水平投影回转角度为α，球罐外半径R球。

（2）过支撑架横梁边线的垂直面切球罐的外表即得半径为r节球的节圆，切假想球即得半径为r节假的节圆。这二节圆面到球心O球的距离为S节，由几何关系求得：S节=｜x0｜sinα。根据几何关系，此二节圆半径分别由以下两式计算得出：

（3）三角支撑水平横梁的长度M计算

（a）支撑架横梁边线延长线相割于上述二个节圆，得二个水平弦长。

与球罐外节圆相割的水平弦长的一半为d球，与假想球节圆相割的水平弦长的一半为d假，根据几何关系求得：

（b）内侧板下边线与横梁边线的交点沿横梁的边线到球面的距离为S横，根据关系式求得：

（c）支撑架横梁的长度M为：

M=S横+b+100（梯宽为b，横梁伸出外侧板的长度为100） （16）

（4）门式支撑支腿的长度计算

门式支撑横梁两边各延长100，再过门式支撑横梁内外端点连线ef作垂线，垂线交球罐外表面于g，h两点，eg两点连线延长线交赤道面于i点，过假想球与横梁交点e′画赤道面的垂线，交赤道面于i′点。

根据几何关系：

和

及

以上就是球罐上部盘梯的计算公式。

3.3 三角支撑水平横梁的长度M

（1）三角支撑所在水平位置角度取α=45°，90°，则

（3）求d假，d球：

（5）支撑架横梁的长度M 为：

3.5 门式支撑直腿的长度

（1）门式支撑所在位置角度取α=135°，则

门式支撑的短腿长：

门式支撑的长腿长：

结语

利用该方法设计的球罐盘梯，美观大方，行走舒适，结构合理。

参考文献

[1]徐英，等.球罐和大型储罐[M].北京：化学工业出版社，2005.

[2]乔保仓.3000m3丁烯-1球罐上部盘梯的设计[J].科技信息（科学教研），2007.

中图分类号：TE972

文献标识码：A