1水泥工厂结构设计指南之一：回转窑基础计算与设计

回转窑基础的计算与设计

窑系统照片

回转窑是水泥厂熟料煅烧的主要设备，以筒体的内径及长度来表示其规格，筒体

长30~180m，直径1.8~6m，浮放在2～6对托轮上，托轮的组数视窑的直径及长度而定，两托轮中心线与窑体断面中心线之间的连线夹角为60°，窑体荷载通过托轮底座传递给基础，参见窑系统示意图。为了保证回转窑正常有效运转,必须要有安全可靠的基础来支承回转窑, 回转窑是由电机通过减速机和大小牙齿轮来驱动的，转速很低，一般都小于3转／分钟。回转窑体具有3～5%的斜度，由窑尾坡向窑头，物料从高端的窑尾进入，火烟由低端的窑头喷入，形成物料与火烟的对流。由于窑内煅烧带温度高，窑体将会变形，有时将导致某一个托轮脱空，使基础受力不均匀。根据生产工艺不同,一般湿法窑有6个基础, 而干法窑一般仅需要2~3个基础,其结构形式一般为大块式混凝土基础和钢筋混凝土墙式基础。

回转窑基础的计算方法：回转窑属于低速运转设备,根据<<水泥工厂设计规范>>(GB 50295-1999) 9.8.5条,可不进行动力计算,只需进行静力计算，另外根据9.8.6条, 回转窑基础可不作抗震验算。

回转窑基础的地基反力, 不应出现拉力, 顶点位移不应大于3毫米, 相邻基础之间及与窑头、窑尾相邻基础的沉降差不应大于5毫米。只有2个窑基础时不会出现托轮托空的情况,所以不需要考虑此工况,但是当有2个以上基础时,必须考虑托轮托空的情况。

在计算时除对齿轮的传动力考虑2.0的动力系数外，其它荷载均不考虑动力系数。

1. 回转窑基础在验算地基承载力时，作用在基础上的荷载应按下列内容计算：

(a)托轮传递的荷载, 包括垂直荷载和水平荷载。

(b)牙轮驱动时所传递的荷载。

(c)电机、减速机及托轮座架的重量。

(d)基础自重及台阶上的回填土重。

(e)工作走道传递的荷载，

2. 荷载的分析与组合: 托轮传递的荷载分三种情况进行基础计算，第三种荷载通常是基

础的控制荷载，见图1。

图1 托轮荷载示意图

(a)正常运转(b)托轮脱空(c)设有挡轮

(a)窑体正常运转时(图1a), 托轮传递的垂直荷载为W m1, 则托轮与轮带间产生的纵向水

平力为H1:

H1 = ± f1 · W m1/cosθ(1—1)

式中f1——摩擦系数，取0.2 。

θ—一托轮中心与窑体中心连线和垂直线夹角，一般取用30°。

H1 近似地作用在托轮中心线上。

(b)窑体发生纵向变形时，即轮带不圆或窑体稍有弯曲变形，使托轮传递荷载不均匀，

在计算时，托轮传递的荷载乘1.5不均匀系数。

垂直荷载为W m2：

W m2＝1.5W m1 (1—2)

纵向水平力为H1a(作用点同H1)：

H1a= ±f2 · W m2/cosθ(1—3) 式中f2——动摩擦系数，取0.1。

(c)当窑体或轮带发生较大变形，致使一个托轮脱空(图1b), 此时在该托轮基础上，仅有

一个托轮受力，而垂直荷载要考虑不均匀系数1.3。

垂直荷载为W m3：

W m3＝1.3·1/2·W m1＝0．65W m1(1—4) 纵向水平力为H1b：

H1b= ±f2·W m3/cosθ(1—5) 横向水平力(与窑体垂直方向) H2：

H2＝W m3·tgθ(1—6) 此时W m3产生偏心弯矩为

M＝0.65W m1·L/2＝0.325 W m1·L i (1—7)

3. 窑体纵向推力H3：窑体的纵向设有3~5%斜率，当窑体运转时，因自重下滑，或由于一双托轮不平行，在运转时使整个窑体上窜，为此在个别窑基础上设有防止下滑或上窜的一对水平挡轮(见图1c)。H3作用在挡轮轴承中心线处，则：

H3=±sinβΣW mi≈±tgβΣW mi＝(0.03～0.05)ΣW mi(1—8) 式中β—窑体斜率，

ΣW mi—所有托轮上承受垂直荷载总和。

H3与H1，H1a , H1b不需同时考虑，取其最大者。

4. 牙轮驱动时所传递于基础的水平力如图2。

图2 牙轮传动力在基础上产生的水平力

H4=2·N·cosα (1-9)

W H=2·N·sinα (1-10)

H5＝H4 ·L1/L (1-11)

H6=H4·(L-L1)/L (1-12)

式中

H4——大牙轮对小牙轮作用力的水平分力，

W H——大牙轮对小牙轮作用力的垂直分力;

H5——窑体对传动基础托轮上的水平力;

H6——窑体对牙轮相邻的基础托轮上的水平力;

L——传动基础托轮中心线与相邻基础托轮中心线间的距离;

N——齿轮传动力;

a——传动基础牙轮中心线与该基础托轮中心线间的距离;

α——齿轮传动力与水平线的夹角。

2——齿轮的传动力考虑2.0的动力系数。

5. 荷载组合：

根据托轮传递荷载的三种情况分别进行组合，这三种荷载组合见表1。

表1

注：W j为基础自重，W g为填土重，W p为走道板传至基础的荷载；W ma为托轮底座重。W mb为电动机与减速机重。