圆形计量钢筒仓的结构设计

圆形计量钢筒仓的结构设计

曹素清，代丽，刘银萍，李丽

(鞍钢集团工程技术有限公司，鞍山114021)

摘要：介绍了工程中常用的圆形计量钢筒仓结构内的内力分析和构造设计，在满足国家标准规范要求的前提下使结构设计做到安全适用、技术先进、经济合理。

关键词：计量钢筒仓；仓顶；仓壁支座；漏斗

1 前言

在冶金工程中，钢筒仓常用来存贮常温常压下松散的粒状或小块状物料(如水泥，砂子，矿石，煤及化工原料等)，作为生产企业的运转和贮存物料的设施。

在钢筒仓内设置有自动检测设施，对仓内物料温度、粉尘等进行自动化检测；设置装置消除仓内物料堵塞、贴帮、积滞等；设置自动计量装置，使物料的装、卸、运自动化，加快单位时间内装卸的吞吐量，提高贮运的周转能力。

工程常用计量钢筒仓通常是直径在3～9m的小型筒仓，一般布置在厂房内，故不需考虑风荷载影响。

圆形筒仓与矩形筒仓相比，具有体型合理，仓体受力明确、计算和构造简单，施工方便、仓内死料少、有效贮存率高等优点，能充分利用材料优势，是最经济的结构形式。

2 设计资料及结构布置

2．1 设计前必需了解的工艺资料

(1)工艺布置简图及筒仓容量。

(2)物料特性资料，如重力密度、粒径、硬度、安息角、与仓壁的摩擦系数、温度及湿度等。这些资料一般由工艺专业提供或查找相关手册获得。

(3)装卸方式，进料和出料口的控制标高、位置与外形尺寸。

(4)堆料高度，漏斗壁的最小倾角，防止堵塞、积料的措施及要求。

(5)固定工艺设备的位置及孔洞位置，以及与计量有关的细节构造要求。

(6)筒仓上的荷载，如上料平台，给料机、配料设备及其他吊重等。

(7)仓壁的耐磨、保温、隔热、防潮及光滑度等要求。

(8)入孔、防爆孔、接入管道、钢箅子、爬梯及吊挂平台等的布置及要求。

2．2 设计前必需掌握的相关资料

(1)支撑筒仓的结构形式与布置，包括厂房柱、横梁、楼板梁的尺寸、构造方案。

(2)厂房结构的施工方案及筒仓本身拟采用的结构形式、材料，起重机械与施工方法。2．3 钢筒仓结构布置

可分为仓顶，仓壁，漏斗，支座。

仓顶可设计成带上下环梁的正截锥钢板仓顶或钢结构平台，仓壁及漏斗通常为无加肋热轧焊接钢板，传感器支座处设计成环形支承。

3 筒仓的结构设计

(1)物料荷载对筒仓的作用。筒仓所受荷载包括以下几种：作用于仓壁的水平压力；作用于筒仓仓壁的竖向摩擦力；作用于仓底的竖向压力和作用于仓顶的竖向压力(见图1，2)。

筒仓内物料的计算高度h n与筒仓内径d n的比值大于或等于1．5时为深仓，小于1．5时为浅仓。

需要注意的是，在深仓卸料过程中，物料作用于筒仓仓壁的动态压力标准值等于其静态压力标准值乘以动态压力修正系数。对于仓壁：当S(计算截面深度)≤h n／3时，水平压力修正系数C n=1+3S／h n；当S

(2)筒仓的结构计算内容。钢板筒仓结构主要计算内容包括：结构构件及连接的强度、稳定性计算；筒仓整体抗倾覆计算；仓壁局部承受竖向集中力，局部稳定的计算；筒仓与支承的设计及计算。对此贮仓结构设计手册及粮食钢板筒仓设计规范(GB 50322—2001)中都给出了相应的计算公式及实例参考。

4 圆形计量钢筒仓的构造设计

计量钢筒仓外形宜简单、规则，质量和刚度分布应均匀布置：

图3，4，5为西区烧结机配料室溶剂计量矿槽，直径6．25m，上段高7．6m．漏斗高6．2m；图6，7，8为煤粉车间煤粉计量仓，直径3．0m，上段高5．6m，漏斗高3．6m；

计量钢筒仓相比普通钢筒仓构造设计有如下特点：

(1)仓顶：对于小型筒仓或立式圆筒形罐体，仓顶常采用自支承式锥顶或自支承拱顶，而工程中计量仓顶常常有各种开孔及管道接入，图6中煤粉仓顶除中心受料口和入孔外，还有通风除尘口除尘器回灰口和防爆阀开口，开孔大小不一，分布不均，仓顶设计成梁板平台。图3中熔剂计量矿槽仓顶上料为皮带机卸料，设计成钢筋混凝土平台。仓顶与平台间由橡胶板搭接，可密封且减轻振动(见图5)。当仓顶开孔简单对称时也可直接采用南斜梁、上下环梁及钢板组成的正截锥仓顶。

(2)支座：较大直径的筒仓，采用普通耳式支座往往会使仓体局部应力过大，甚至造成失稳，因而采用环形支座。图3和图6均采用环形支承，由上下加强圆环与支持筋板组成。仓壁在环形支承范围内加大壁厚，见图4。

在传感器及千斤顶支座处增加垫板及支承加劲肋，两侧增加安装定位用焊接H型钢。

(3)安装：计量钢筒仓通常都是超大，超高，必须考虑对运输、安装及厂房施工的影响，图3中将筒仓分段，给出分段位置，设置现场安装卡(图8)。

(4)下料口：为减小漏斗下出料口振动给料机对传感器的影响，漏斗分两段设计，图3中采用螺栓吊挂方式将下料口处漏斗分开，吊挂给料设备的锚栓孔之间设置加劲肋。无振动给料设备时下料口则可采用型钢作为连接设备法兰。

5 其他构造

(1)仓壁：钢筒仓相邻侧壁间采用熔透的对接焊缝。

(2)仓壁开洞构造处理：当仓壁因工艺要求需要开设洞口时，应在洞口周圈设置加劲肋以抵消仓壁开洞引起的仓壁整体强度削弱。洞口周边加劲肋应根据洞口的大小选择角钢或钢板，洞口加劲肋应与仓壁强度削弱部分等强度，通常应保证洞口加劲肋的截面积大于或等于该方向仓壁强度削弱部分的截面积。

(3)入孔及爬梯：钢仓顶通常设置检修孔，仓壁内设爬梯，爬梯交错设置。

(4)钢仓衬板的设置：根据物料特性及工艺要求设置内衬，一般选用钢板、铸石板或高分子材料的板材作为钢仓内衬，设计时应采取措施固定内衬。

6 结束语

结构设计应遵循安全、实用的原则，应根据工程实际情况进行技术的优化与创新，既要满足结构设计的要求，又要考虑与工艺设备的连接等细节要求，选择科学、合理、经济的结构形式与施工步骤，参考已有工程设计的经验以避免走弯路。