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大型球罐內部旋梯結構設計

文檔作者：李云福竇萬波張中清耿永豐文檔來源：合肥通用機械研究院		點擊數：	更新時間： 2021年02月06日
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大型球罐內部旋梯結構設計
李云福，竇萬波，張中清，耿永豐
(合肥通用機械研究院，安徽合肥23o031)
摘要：介紹了10000 m 大型天然氣球罐內部旋梯總體結構、各組成部分的結構情況以及結構設計
中考慮的主要因素和為了確保旋梯安全可靠性應該注意的關鍵結構。
關鍵詞：大型球罐；內部旋梯；結構設計；結構剛度
中圖分類號：TE972 文獻標識碼：A 文章編號：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
在球罐設計時，為了使球罐投入運營后便于日
常操作、檢修以及安全閥的定期檢驗，在球罐外部一
般設置頂平臺及直達頂平臺的梯子。對中小型球罐
(5000 m 以下)，因搭設腳手架難度不大，一般不設
內梯；對于大型及特大型球罐，搭設腳手架難度大、
費用高，為了便于內部檢驗、檢修工作，縮短檢驗、檢
修周期和節(jié)約費用，在條件許可的前提下可設置能
360。自由旋轉的內梯。
文中介紹某1O000 m 天然氣球罐內部旋梯的
總體結構設計和考慮的主要因素以及為了確保旋梯
安全可靠性應注意的事項。
2 10000 m 天然氣球罐內部旋梯的總體結構
2．1 球罐基本設計條件
該球罐內徑 6800 mm、工作壓力0．98 MPa、
設計壓力1．05 MPa、設計溫度一15～80℃ 、腐蝕裕
量2．0 mm、防震烈度7(近震)、儲存介質為天然氣、
球殼材質l5MnNbR、承壓鍛件20MnMoD，按JB
4732一l995《鋼制壓力容器——分析設計標準》設
計，殼體壁厚38 mm。
2．2 內部旋梯設計基本要求
由于球罐內部空間很大，內部旋梯的總體尺寸、
構件跨度均較大，因此內部旋梯的結構設計必須既
要考慮必要的結構件強度又要使結構件具有足夠剛
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程的安全可靠
和轉動平穩(wěn)。運動部件的設計還要考慮內部旋梯的
使用特性，即長期處于不使用的靜止狀態(tài)、僅在球罐
開罐檢修時期才使用，而使用期間內部旋梯的轉動
必須能運轉靈活、輕巧，同時為了降低球罐建造的一
次性投資，應盡可能使內部旋梯總體結構簡單、總質
量較輕。
內部旋梯設計條件為：能承受2～3名技術人員
并攜帶約75 儀器和物品在旋梯上進行球罐內部
的檢驗、檢修，同時必須滿足人員和檢驗、檢修用物
品從球罐上、下人孑L能夠方便進出；旋梯的旋轉以2
名操作人員能推動為前提，如無法做到，則必須增加
相應電動裝置。
2．3 內部旋梯的總體結構
10000 m 天然氣球罐內部旋梯總體結構見圖
1，旋梯設計總質量約7500 。分為四大部分：頂部
平臺、上部旋梯、下部旋梯及帶滑動軌道的中部平
臺，利用上下人孔作為人員及物品的出人口。頂部
平臺由框架式直梯和設置轉動機構的圓形小平臺組
成；上部旋梯為通過螺栓與頂平臺聯結并利用能自
由轉動的滑動滾輪支撐于中部平臺軌道上弓形梯
子；下部旋梯為懸掛于中部平臺軌道上能自由轉動
的帶滾輪的圓弓形梯子；中部平臺由設置滾動軌道
和護手等組成的環(huán)形平臺。
／— E ：) 上部旋梯
· ／
頂部平臺
， E 5 一
＼
＼ 一 的中 平臺 。
， ＼ l ／
＼下部旋梯
圖1 10000 m 球罐內旋梯總體結構
3 內部旋梯各組成部分的結構設計
3．1 頂部平臺的結構設計
頂平臺由上部焊接牢固的框架式供人員進出的
直梯、下部小平臺及兩者之間的旋轉部件和用于與
上部旋梯的連接件及小平臺周邊護手圍欄等組成，
其頂部利用螺栓與球殼內壁預焊鋼板聯結，基本結
構見圖2。為了確保連接的安全可靠性，預焊鋼板
與球殼之間應全焊透、焊縫表面應進行100％磁粉
檢測I合格，螺栓的聯結應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- = 轉部件
|．_ f 上部旋老
’
小平臺
． ．I．．一 J ．．．．．．_ ／
道線 (與上部
l209 一 ＼ 連接
一
1794
936
梯)
圖2 頂平臺結構
由于上部旋梯依靠中部平臺軌道與上部平臺框
架支撐，因此框架式直梯結構設計時應具備必要的
強度及足夠的剛度和穩(wěn)定性，以確保上部旋梯使用
過程安全可靠性和轉動時的平穩(wěn)性。旋轉部件的設
計首先應確保轉動靈活和輕便，其次應具備足夠的
強度和剛度，以滿足上部旋梯安裝后安全可靠性；旋
轉部件的選材應考慮耐腐蝕性能要求和長期處于靜
止狀態(tài)僅在檢修時才轉動使用的特點，其潤滑性能
的要求必須滿足使用特性，因此潤滑系統(tǒng)的設計應
特別注意，旋轉部件結構及潤滑系統(tǒng)構造見圖3。
與上部旋梯聯結的連接件必須設計合理，滿足使用
過程中的強度和剛度要求，同時聯結應穩(wěn)定、結實、
牢固。
廠
r， 潤滑系統(tǒng) ＼ 小平臺＼J
．
- 上— —^一ll n ． ． ＼
‘。I Il 、—r‘ I■ I。 ‘ 1
● 墨I^l!舞^n -■
上部旋犍 Il 。 ‘’ l
圈 ； 豳 __
圖3 旋轉部件
大型球罐內部旋梯結構設計 Vol26．N03 2OO9
3．2 上邵旋梯的結構設計
上部旋梯結構設計應滿足檢驗人員在旋梯上能
較方便地進行操作及操作過程中的自我安全防護。
上部旋梯主要由彎制的弓形槽鋼邊梁與踏板組焊而
成的梯子及護手圍欄等結構組成。由于該旋梯尺寸
大，因此在弓形邊梁下部增設了增加整體剛度的珩
架式支撐鋼架，同時旋梯護手圍欄的設計也采用了
框架結構以進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底部的連接件聯結，
旋梯底部利用滑輪支撐于中部平臺滑動軌道上，使
上部旋梯與頂部平臺下部小平臺形成一個整體。整
個旋梯利用支撐于中部平臺的滾動滑輪和頂部平臺
下部的旋轉部件在操作人員推力作用下能沿中部平
臺軌道實現自由平穩(wěn)轉動。上部旋梯結構見圖4。
圖4 上部旋梯
由于上部旋梯依靠滾動滑輪支撐于中部平臺軌
道上，一旦滾動滑輪從軌道上翻轉脫落，旋梯上操作
人員的安全必將難以保證，同時整個旋梯將僅靠頂
部懸掛，對整臺球罐也將產生重大的安全隱患。因
此旋梯的結構設計必須考慮設置能確保旋梯始終處
于安全可靠狀態(tài)的關鍵性結構，使旋梯制造、安裝后
轉動過程中均能處于安全可靠的狀態(tài)。本次10000
m 。天然氣球罐內部旋梯的結構設計采用了結構簡
單、使用可靠的防翻轉脫落結構，使得滾動滑輪處于
向球罐內壁面一側而不會向球罐中心存在安全隱患
的一側傾斜，以避免旋梯滾動滑輪從軌道上翻轉脫
落，確保上部旋梯滑動過程中的安全可靠性。防翻
轉脫落關鍵性結構見圖5。
． 2R ．
圖5 防脫落裝置
3．3 帶滑動軌道的中部平臺的結構設計
中部平臺主要用于檢驗人員休息，檢驗、檢修用
儀器儀表和相關物品的放置以及球罐中部的檢驗、
檢修，同時也是檢驗人員進入上下旋梯的過渡通道，
并且依靠滑動軌道支撐上部旋梯和懸掛下部旋梯。
中部平臺基本結構見圖6。平臺為寬度約600 mm
的環(huán)形結構，平臺欄桿采用 33．5 mm×3．25 mm焊
接鋼管，鋼管應與球殼內壁的預焊板焊接牢固；平臺
支撐采用角鋼，并與預焊鋼板通過螺栓聯結，預焊鋼
板上、下各42塊，沿球罐內壁周向均布，預焊鋼板與
球殼內壁應全焊透，并經100％磁粉檢測I合格；滑
動軌道采用 0 mm×5 mm無縫鋼管，滑動軌道焊
接于環(huán)形平臺內側角鋼上部、且偏離角鋼外側6
mm，兩側角接焊接、焊縫焊腳高度5 mm；中部平臺
底部橫梁角鋼和支撐角鋼通過螺栓與預焊鋼板聯
結；中部平臺位于球罐赤道面下約3785 mm、平臺環(huán)
形踏板采用厚度為 ．5 mm菱形花紋鋼板。
3．4 下部旋梯的結構設計
下部旋梯主要用于球罐下半部分的檢驗、檢修。
由于下部旋梯懸掛于中部平臺設置的軌道上、而上
部旋梯支撐于中部平臺設置的軌道上，因此下部旋
梯的結構設計應在確保旋梯足夠剛度的前提下，盡
可能從結構設計角度減輕其重量，減小中部平臺軌
道的承載載荷。下部旋梯基本結構見圖7。使用時
依靠操作人員在中部平臺和旋梯下部球殼上協(xié)調推
動，使旋梯利用軌道上滾輪及沿支撐于球殼內壁的
滑輪組同時轉動。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螺栓聯結組成。
圓弓形旋梯由圓弧形扁鋼邊梁與踏板組焊而成、每
一踏步由水平設置的兩根圓管組成，圓弓形旋梯兩
側設置欄桿護手；直梯長度約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
梯上部設置了由兩個滾輪組成懸掛結構。同時為了
轉動時確保下部旋梯有足夠的剛度，旋梯上、中、下
設置了由拉桿組成的桁架式框架，以保證旋梯轉動
時的平穩(wěn)性。
由于下部旋梯依靠滾輪懸掛于中部平臺設置的
軌道上，并由圓弓形旋梯下部的滑輪組支撐于球殼
內壁，因此轉動過程存在旋梯從軌道上脫落的不安
全因素。為了確保旋梯轉動時的安全可靠性，設計
中在旋梯滾輪懸掛結構處專門設置了滾輪防脫落結
構，以保證滾輪在任何時候、任何位置都能固定于軌
道上，防脫落結構見圖8。該結構簡單、明了，實際
使用效果良好，且安全可靠性高。
圖6 帶滑動軌道的中部平臺 4 結語
圖7 下部旋梯結構
圖8 防脫落結構
100O0 m 天然氣球罐內部旋梯制造及現場安裝
完成后，可以輕松實現2人推動，隨球罐一起投人運
營已兩年多，并經球罐開罐檢查驗證使用情況正常、
安全可靠性良好。充分說明該球罐內部旋梯各部位
的結構都能很好地達到設計要求，為今后同類大型
球罐內部旋梯的結構設計積累了工程經驗。
收稿日期：2009一O2—16
作者簡介：李云福(1963一)，男，高級工程師，主要從事石油
化工設備的設計，對球罐、換熱設備等有較深人的研究，通訊
地址：23003 1安徽合肥市長江西路888號合肥通用機械研究
院。

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