王 燕（中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司，山東 東營 257000）

1000m3球罐上部盤梯的設(shè)計(jì)

王 燕
（中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司，山東 東營 257000）

摘 要：本文論述了球罐盤梯的設(shè)計(jì)原理及特點(diǎn)，并對1000m3球罐上部盤梯進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。

關(guān)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(diǎn)

大型球罐一般采用單臺球罐單個(gè)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(diǎn)：

（1）梯子與球面的距離保持一致；

（2）中間不需要設(shè)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(rèn)為是由一個(gè)球面與一個(gè)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(rèn)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(rèn)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(jì)算公式的推導(dǎo)

3.1 盤梯內(nèi)側(cè)板下邊線計(jì)算公式的推導(dǎo)

3.1.1 設(shè)圓柱豎直中心軸為z軸，z軸與赤道平面的交點(diǎn)為O柱點(diǎn)，O柱點(diǎn)連線于梯子起點(diǎn)為x軸正向， x軸逆時(shí)針90°方向?yàn)閥軸，O柱點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，如圖1所示。

3.1.2 因?yàn)閮?nèi)切，所以

式（7）即內(nèi)側(cè)板下邊線的高度計(jì)算公式。

3.1.3 r與x0的表達(dá)式的推導(dǎo)

盤梯終點(diǎn)線中心距垂直軸的距離為盤梯頂平臺的半徑，即：

因?yàn)镽假=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(xiàng)得：

式（9）和式（10）為r和x0的計(jì)算公式。

3.2 盤梯支撐架的計(jì)算

盤梯的結(jié)構(gòu)支撐架通常設(shè)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(diǎn)，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(yīng)水平設(shè)置，橫梁應(yīng)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(shè)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(guān)系求得：S節(jié)=｜x0｜sinα。根據(jù)幾何關(guān)系，此二節(jié)圓半徑分別由以下兩式計(jì)算得出：

（3）三角支撐水平橫梁的長度M計(jì)算

（a）支撐架橫梁邊線延長線相割于上述二個(gè)節(jié)圓，得二個(gè)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(guān)系求得：

（b）內(nèi)側(cè)板下邊線與橫梁邊線的交點(diǎn)沿橫梁的邊線到球面的距離為S橫，根據(jù)關(guān)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(jì)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(diǎn)連線ef作垂線，垂線交球罐外表面于g，h兩點(diǎn)，eg兩點(diǎn)連線延長線交赤道面于i點(diǎn)，過假想球與橫梁交點(diǎn)e′畫赤道面的垂線，交赤道面于i′點(diǎn)。

根據(jù)幾何關(guān)系：

和

及

以上就是球罐上部盤梯的計(jì)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(shè)計(jì)的球罐盤梯，美觀大方，行走舒適，結(jié)構(gòu)合理。

參考文獻(xiàn)

[1]徐英，等.球罐和大型儲罐[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[2]喬保倉.3000m3丁烯-1球罐上部盤梯的設(shè)計(jì)[J].科技信息（科學(xué)教研），2007.

中圖分類號：TE972

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A