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大型球罐內(nèi)部旋梯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

文檔作者：李云福竇萬(wàn)波張中清耿永豐文檔來(lái)源：合肥通用機(jī)械研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年02月06日
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大型球罐內(nèi)部旋梯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
李云福，竇萬(wàn)波，張中清，耿永豐
(合肥通用機(jī)械研究院，安徽合肥23o031)
摘要：介紹了10000 m 大型天然氣球罐內(nèi)部旋梯總體結(jié)構(gòu)、各組成部分的結(jié)構(gòu)情況以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
中考慮的主要因素和為了確保旋梯安全可靠性應(yīng)該注意的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。
關(guān)鍵詞：大型球罐；內(nèi)部旋梯；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)剛度
中圖分類號(hào)：TE972 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1o01—4837(2o09)03—0026一()4
doi：10．3969 ．issn．100l一4837．2009．03．0o6
Structural Design 0f Internal W inding Ladder
0f Large—scale Spherical Tanks
LI Yun—fu，DoU W an—bO，ZHANG ZhOng—qing，GENG YOng—feng
(Hefei General Machinery Research Institute，Hefei 23003 1，China)
Abstract：The 0veI all structuI℃ of internal winding ladder 0f l 0000 m large—scale natuI·al gas spherical
tanks was intI．(】duced in this paper． The stmctuI of various components，as well as the main flact0rs and
the essential stIucture that ensure the saflety and reliability of winding ladder during the stnlctuml design
were also discussed in this paper．
Key wOrds：la e—scale spherica1 tank；internal winding ladder；stn1ctuI’al design；stⅢctural stiflfness
1 引言
在球罐設(shè)計(jì)時(shí)，為了使球罐投入運(yùn)營(yíng)后便于日
常操作、檢修以及安全閥的定期檢驗(yàn)，在球罐外部一
般設(shè)置頂平臺(tái)及直達(dá)頂平臺(tái)的梯子。對(duì)中小型球罐
(5000 m 以下)，因搭設(shè)腳手架難度不大，一般不設(shè)
內(nèi)梯；對(duì)于大型及特大型球罐，搭設(shè)腳手架難度大、
費(fèi)用高，為了便于內(nèi)部檢驗(yàn)、檢修工作，縮短檢驗(yàn)、檢
修周期和節(jié)約費(fèi)用，在條件許可的前提下可設(shè)置能
360。自由旋轉(zhuǎn)的內(nèi)梯。
文中介紹某1O000 m 天然氣球罐內(nèi)部旋梯的
總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和考慮的主要因素以及為了確保旋梯
安全可靠性應(yīng)注意的事項(xiàng)。
2 10000 m 天然氣球罐內(nèi)部旋梯的總體結(jié)構(gòu)
2．1 球罐基本設(shè)計(jì)條件
該球罐內(nèi)徑 6800 mm、工作壓力0．98 MPa、
設(shè)計(jì)壓力1．05 MPa、設(shè)計(jì)溫度一15～80℃ 、腐蝕裕
量2．0 mm、防震烈度7(近震)、儲(chǔ)存介質(zhì)為天然氣、
球殼材質(zhì)l5MnNbR、承壓鍛件20MnMoD，按JB
4732一l995《鋼制壓力容器——分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)
計(jì)，殼體壁厚38 mm。
2．2 內(nèi)部旋梯設(shè)計(jì)基本要求
由于球罐內(nèi)部空間很大，內(nèi)部旋梯的總體尺寸、
構(gòu)件跨度均較大，因此內(nèi)部旋梯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須既
要考慮必要的結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度又要使結(jié)構(gòu)件具有足夠剛
第26卷第3期 壓 力 容 器 總第196期
度，以確保安全可靠性和旋梯使用過(guò)程的安全可靠
和轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)。運(yùn)動(dòng)部件的設(shè)計(jì)還要考慮內(nèi)部旋梯的
使用特性，即長(zhǎng)期處于不使用的靜止?fàn)顟B(tài)、僅在球罐
開罐檢修時(shí)期才使用，而使用期間內(nèi)部旋梯的轉(zhuǎn)動(dòng)
必須能運(yùn)轉(zhuǎn)靈活、輕巧，同時(shí)為了降低球罐建造的一
次性投資，應(yīng)盡可能使內(nèi)部旋梯總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、總質(zhì)
量較輕。
內(nèi)部旋梯設(shè)計(jì)條件為：能承受2～3名技術(shù)人員
并攜帶約75 儀器和物品在旋梯上進(jìn)行球罐內(nèi)部
的檢驗(yàn)、檢修，同時(shí)必須滿足人員和檢驗(yàn)、檢修用物
品從球罐上、下人孑L能夠方便進(jìn)出；旋梯的旋轉(zhuǎn)以2
名操作人員能推動(dòng)為前提，如無(wú)法做到，則必須增加
相應(yīng)電動(dòng)裝置。
2．3 內(nèi)部旋梯的總體結(jié)構(gòu)
10000 m 天然氣球罐內(nèi)部旋梯總體結(jié)構(gòu)見圖
1，旋梯設(shè)計(jì)總質(zhì)量約7500 。分為四大部分：頂部
平臺(tái)、上部旋梯、下部旋梯及帶滑動(dòng)軌道的中部平
臺(tái)，利用上下人孔作為人員及物品的出人口。頂部
平臺(tái)由框架式直梯和設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的圓形小平臺(tái)組
成；上部旋梯為通過(guò)螺栓與頂平臺(tái)聯(lián)結(jié)并利用能自
由轉(zhuǎn)動(dòng)的滑動(dòng)滾輪支撐于中部平臺(tái)軌道上弓形梯
子；下部旋梯為懸掛于中部平臺(tái)軌道上能自由轉(zhuǎn)動(dòng)
的帶滾輪的圓弓形梯子；中部平臺(tái)由設(shè)置滾動(dòng)軌道
和護(hù)手等組成的環(huán)形平臺(tái)。
／— E ：) 上部旋梯
· ／
頂部平臺(tái)
， E 5 一
＼
＼ 一 的中 平臺(tái) 。
， ＼ l ／
＼下部旋梯
圖1 10000 m 球罐內(nèi)旋梯總體結(jié)構(gòu)
3 內(nèi)部旋梯各組成部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3．1 頂部平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
頂平臺(tái)由上部焊接牢固的框架式供人員進(jìn)出的
直梯、下部小平臺(tái)及兩者之間的旋轉(zhuǎn)部件和用于與
上部旋梯的連接件及小平臺(tái)周邊護(hù)手圍欄等組成，
其頂部利用螺栓與球殼內(nèi)壁預(yù)焊鋼板聯(lián)結(jié)，基本結(jié)
構(gòu)見圖2。為了確保連接的安全可靠性，預(yù)焊鋼板
與球殼之間應(yīng)全焊透、焊縫表面應(yīng)進(jìn)行100％磁粉
檢測(cè)I合格，螺栓的聯(lián)結(jié)應(yīng)采用雙螺母并互相鎖緊。
距
， 1上 孔
l 丑， ／^Ⅱ
瑣焊 稠板一
埴梯
‘
1-| ／掃 手圍欄
g J-_，|| —一’
卜 ．卜- = 轉(zhuǎn)部件
|．_ f 上部旋老
’
小平臺(tái)
． ．I．．一 J ．．．．．．_ ／
道線 (與上部
l209 一 ＼ 連接
一
1794
936
梯)
圖2 頂平臺(tái)結(jié)構(gòu)
由于上部旋梯依靠中部平臺(tái)軌道與上部平臺(tái)框
架支撐，因此框架式直梯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)具備必要的
強(qiáng)度及足夠的剛度和穩(wěn)定性，以確保上部旋梯使用
過(guò)程安全可靠性和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的平穩(wěn)性。旋轉(zhuǎn)部件的設(shè)
計(jì)首先應(yīng)確保轉(zhuǎn)動(dòng)靈活和輕便，其次應(yīng)具備足夠的
強(qiáng)度和剛度，以滿足上部旋梯安裝后安全可靠性；旋
轉(zhuǎn)部件的選材應(yīng)考慮耐腐蝕性能要求和長(zhǎng)期處于靜
止?fàn)顟B(tài)僅在檢修時(shí)才轉(zhuǎn)動(dòng)使用的特點(diǎn)，其潤(rùn)滑性能
的要求必須滿足使用特性，因此潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)
特別注意，旋轉(zhuǎn)部件結(jié)構(gòu)及潤(rùn)滑系統(tǒng)構(gòu)造見圖3。
與上部旋梯聯(lián)結(jié)的連接件必須設(shè)計(jì)合理，滿足使用
過(guò)程中的強(qiáng)度和剛度要求，同時(shí)聯(lián)結(jié)應(yīng)穩(wěn)定、結(jié)實(shí)、
牢固。
廠
r， 潤(rùn)滑系統(tǒng) ＼ 小平臺(tái)＼J
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上部旋犍 Il 。 ‘’ l
圈 ； 豳 __
圖3 旋轉(zhuǎn)部件
大型球罐內(nèi)部旋梯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) Vol26．N03 2OO9
3．2 上邵旋梯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
上部旋梯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足檢驗(yàn)人員在旋梯上能
較方便地進(jìn)行操作及操作過(guò)程中的自我安全防護(hù)。
上部旋梯主要由彎制的弓形槽鋼邊梁與踏板組焊而
成的梯子及護(hù)手圍欄等結(jié)構(gòu)組成。由于該旋梯尺寸
大，因此在弓形邊梁下部增設(shè)了增加整體剛度的珩
架式支撐鋼架，同時(shí)旋梯護(hù)手圍欄的設(shè)計(jì)也采用了
框架結(jié)構(gòu)以進(jìn)一步增加旋梯的整體剛度和穩(wěn)定性。
旋梯頂部利用螺栓與頂部平臺(tái)底部的連接件聯(lián)結(jié)，
旋梯底部利用滑輪支撐于中部平臺(tái)滑動(dòng)軌道上，使
上部旋梯與頂部平臺(tái)下部小平臺(tái)形成一個(gè)整體。整
個(gè)旋梯利用支撐于中部平臺(tái)的滾動(dòng)滑輪和頂部平臺(tái)
下部的旋轉(zhuǎn)部件在操作人員推力作用下能沿中部平
臺(tái)軌道實(shí)現(xiàn)自由平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)。上部旋梯結(jié)構(gòu)見圖4。
圖4 上部旋梯
由于上部旋梯依靠滾動(dòng)滑輪支撐于中部平臺(tái)軌
道上，一旦滾動(dòng)滑輪從軌道上翻轉(zhuǎn)脫落，旋梯上操作
人員的安全必將難以保證，同時(shí)整個(gè)旋梯將僅靠頂
部懸掛，對(duì)整臺(tái)球罐也將產(chǎn)生重大的安全隱患。因
此旋梯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮設(shè)置能確保旋梯始終處
于安全可靠狀態(tài)的關(guān)鍵性結(jié)構(gòu)，使旋梯制造、安裝后
轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中均能處于安全可靠的狀態(tài)。本次10000
m 。天然氣球罐內(nèi)部旋梯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)
單、使用可靠的防翻轉(zhuǎn)脫落結(jié)構(gòu)，使得滾動(dòng)滑輪處于
向球罐內(nèi)壁面一側(cè)而不會(huì)向球罐中心存在安全隱患
的一側(cè)傾斜，以避免旋梯滾動(dòng)滑輪從軌道上翻轉(zhuǎn)脫
落，確保上部旋梯滑動(dòng)過(guò)程中的安全可靠性。防翻
轉(zhuǎn)脫落關(guān)鍵性結(jié)構(gòu)見圖5。
． 2R ．
圖5 防脫落裝置
3．3 帶滑動(dòng)軌道的中部平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
中部平臺(tái)主要用于檢驗(yàn)人員休息，檢驗(yàn)、檢修用
儀器儀表和相關(guān)物品的放置以及球罐中部的檢驗(yàn)、
檢修，同時(shí)也是檢驗(yàn)人員進(jìn)入上下旋梯的過(guò)渡通道，
并且依靠滑動(dòng)軌道支撐上部旋梯和懸掛下部旋梯。
中部平臺(tái)基本結(jié)構(gòu)見圖6。平臺(tái)為寬度約600 mm
的環(huán)形結(jié)構(gòu)，平臺(tái)欄桿采用 33．5 mm×3．25 mm焊
接鋼管，鋼管應(yīng)與球殼內(nèi)壁的預(yù)焊板焊接牢固；平臺(tái)
支撐采用角鋼，并與預(yù)焊鋼板通過(guò)螺栓聯(lián)結(jié)，預(yù)焊鋼
板上、下各42塊，沿球罐內(nèi)壁周向均布，預(yù)焊鋼板與
球殼內(nèi)壁應(yīng)全焊透，并經(jīng)100％磁粉檢測(cè)I合格；滑
動(dòng)軌道采用 0 mm×5 mm無(wú)縫鋼管，滑動(dòng)軌道焊
接于環(huán)形平臺(tái)內(nèi)側(cè)角鋼上部、且偏離角鋼外側(cè)6
mm，兩側(cè)角接焊接、焊縫焊腳高度5 mm；中部平臺(tái)
底部橫梁角鋼和支撐角鋼通過(guò)螺栓與預(yù)焊鋼板聯(lián)
結(jié)；中部平臺(tái)位于球罐赤道面下約3785 mm、平臺(tái)環(huán)
形踏板采用厚度為 ．5 mm菱形花紋鋼板。
3．4 下部旋梯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
下部旋梯主要用于球罐下半部分的檢驗(yàn)、檢修。
由于下部旋梯懸掛于中部平臺(tái)設(shè)置的軌道上、而上
部旋梯支撐于中部平臺(tái)設(shè)置的軌道上，因此下部旋
梯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)在確保旋梯足夠剛度的前提下，盡
可能從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度減輕其重量，減小中部平臺(tái)軌
道的承載載荷。下部旋梯基本結(jié)構(gòu)見圖7。使用時(shí)
依靠操作人員在中部平臺(tái)和旋梯下部球殼上協(xié)調(diào)推
動(dòng)，使旋梯利用軌道上滾輪及沿支撐于球殼內(nèi)壁的
滑輪組同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。下部旋梯寬約100O mm，由上部
直梯和下部圓弓形旋梯兩部分通過(guò)螺栓聯(lián)結(jié)組成。
圓弓形旋梯由圓弧形扁鋼邊梁與踏板組焊而成、每
一踏步由水平設(shè)置的兩根圓管組成，圓弓形旋梯兩
側(cè)設(shè)置欄桿護(hù)手；直梯長(zhǎng)度約l900 mm，同樣由扁鋼
邊梁與兩根圓管水平布置組成的踏步組焊而成，直
第26卷第3期 壓 力 容 器 總第196期
梯上部設(shè)置了由兩個(gè)滾輪組成懸掛結(jié)構(gòu)。同時(shí)為了
轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)確保下部旋梯有足夠的剛度，旋梯上、中、下
設(shè)置了由拉桿組成的桁架式框架，以保證旋梯轉(zhuǎn)動(dòng)
時(shí)的平穩(wěn)性。
由于下部旋梯依靠滾輪懸掛于中部平臺(tái)設(shè)置的
軌道上，并由圓弓形旋梯下部的滑輪組支撐于球殼
內(nèi)壁，因此轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程存在旋梯從軌道上脫落的不安
全因素。為了確保旋梯轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的安全可靠性，設(shè)計(jì)
中在旋梯滾輪懸掛結(jié)構(gòu)處專門設(shè)置了滾輪防脫落結(jié)
構(gòu)，以保證滾輪在任何時(shí)候、任何位置都能固定于軌
道上，防脫落結(jié)構(gòu)見圖8。該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、明了，實(shí)際
使用效果良好，且安全可靠性高。
圖6 帶滑動(dòng)軌道的中部平臺(tái) 4 結(jié)語(yǔ)
圖7 下部旋梯結(jié)構(gòu)
圖8 防脫落結(jié)構(gòu)
100O0 m 天然氣球罐內(nèi)部旋梯制造及現(xiàn)場(chǎng)安裝
完成后，可以輕松實(shí)現(xiàn)2人推動(dòng)，隨球罐一起投人運(yùn)
營(yíng)已兩年多，并經(jīng)球罐開罐檢查驗(yàn)證使用情況正常、
安全可靠性良好。充分說(shuō)明該球罐內(nèi)部旋梯各部位
的結(jié)構(gòu)都能很好地達(dá)到設(shè)計(jì)要求，為今后同類大型
球罐內(nèi)部旋梯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)積累了工程經(jīng)驗(yàn)。
收稿日期：2009一O2—16
作者簡(jiǎn)介：李云福(1963一)，男，高級(jí)工程師，主要從事石油
化工設(shè)備的設(shè)計(jì)，對(duì)球罐、換熱設(shè)備等有較深人的研究，通訊
地址：23003 1安徽合肥市長(zhǎng)江西路888號(hào)合肥通用機(jī)械研究
院。

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