回轉窯荷載設計分析

燕　科

（成都建筑材料工業設計研究院有限公司）

回轉窯荷載設計分析

燕科

（成都建筑材料工業設計研究院有限公司）

文章以實際工程中遇到的同型號、同規模的窯系統設計荷載取值卻差別非常大的情況為出發點，在SAP2000中建模研究分析了基礎設計其荷載取值的一些規律。

回轉窯基礎；設計荷載；工況組合

1　引言

回轉窯是水泥生產線中煅燒物料的主要設備。其基礎設計取用的標準荷載一般包括：托輪傳遞的荷載標準值,包括垂直荷載標準值和水平荷載標準值；牙齒輪驅動時所傳遞的荷載標準值；電機、減速機及托輪座架的荷載標準值；基礎自重及臺階上的回填土重荷載標準值；工作走道傳遞的荷載標準值等[1]。

由于工藝等原因，某些情況下，對于同等規模相同型號的窯系統會出現CDI的窯荷載與TDRI的窯荷載差別很大以及很多荷載不能解釋清楚的局面，文章研究了窯基礎設計計算荷載的取值變化，并確定最終計算取值。

2　工程概況

本工程為GOE項目三四號生產線上回轉窯子項，除窯體外，還包括三次風管荷載。

工程結構設備布置見圖1。

圖1　

3　建模分析

為準確分析基礎所受荷載的大小及方向，結構設計需由工藝設備專業提供窯體幾何參數，包括窯直徑、厚度與總長度、窯支點間距、窯傾斜度；恒載數據，包括窯內耐火磚、澆注料厚度、密度、托輥及底座重量、輪帶重量，大齒輪重量、小齒輪及底座重量、齒輪罩重量、主電機及底座重量、輔傳及底座重量、擋輪及底座質量、輪帶與托輥面摩擦系數、窯頭、窯尾密封荷載、窯皮線荷載及分布范圍；活載數據，包括窯內正常工況物料重量、窯內非正常工況物料重量、小齒輪與大齒輪傳動力以及溫度參數(包括窯體金屬部分的最大溫度和最小溫度)等。

三次風管荷載需由設備提供風管金屬部分直徑、壁厚、內襯厚度、密度、金屬部分最大溫度、輸入灰荷載、風荷載、溫度荷載等。在窯基礎計算中考慮地震作用，但風管的支座反力不計算地震力。

將靠近窯頭的基礎編號為1號墩，中部為2號墩，靠近窯尾基礎為3號墩。1、2號墩無傳動，一般情況下這兩個墩上只有托輥，荷載分布簡單。3號墩有托輥、驅動、擋輪等，荷載分布相對復雜。其中，考慮到安裝期間的安全，2、3號墩柱底考慮該處支架有一定高度，彈性較好，柱底轉動要求不高，故設計為彈性鋼板支座。

風管與結構之間考慮窯頭支架高度較低、彈性差，對支架底部轉動要求高，故沿風管軸線方向設計為理想鉸支座，2、3號墩窯頭均為擺動支座。

將真實窯體模型化后，窯截面通過截面設計器設計為鋼管與耐火磚組合截面，托輥可視為與窯體成一定角度的雙支座，因此窯系統是作為一個六支點簡支體系分析的。見圖2：

圖2　窯系統模型

對于基礎計算，通常對以下三種工況進行分析：

⑴窯體正常工作；

⑵窯體發生縱向變形，筒體在高溫下引起輪帶或筒體彎曲變形，使某一基礎上產生一個托輪托空，則托輪傳遞荷載不均勻，相鄰基礎荷載增加；

⑶窯體或輪帶發生較大變形時，致使一個托輪脫空，僅一個托輪受力，作用在基礎上。

分析過程中，實際建模研究了以下4種荷載組合：

⑴正常工況，窯內物料取低值。

荷載取值：

窯支座反力×動力系數+走道荷載+底座荷載+地震或風+縱向摩擦力

⑵非正常工況，窯內物料取高值，托輥不脫空。

荷載取值：

窯支座反力×動力系數+走道荷載+底座荷載+地震或風+縱向摩擦力

⑶1號墩單邊支承，窯內物料取高值。

荷載取值：

窯支座反力×動力系數+走道荷載+底座荷載+風+荷載

⑷2號墩單邊支承，窯內物料取高值。

荷載取值：

窯支座反力×動力系數+走道荷載+底座荷載+風+荷載

查閱回轉窯基礎設計的相關資料時，若工程項目屬于涉外項目，可能還要考慮停窯檢修這一正常工況，即檢修時，窯體被千斤頂頂起，脫離托輥，基礎承受千斤頂傳來的壓力[2]。

4　結論

SAP2000的分析結果：

三個墩總豎向荷載與工藝總豎向荷載接近，但各個墩在不同工況下，其分析的反力與工藝提供的荷載參數差別較大，其中，分析得到的垂直于軸線的水平力在工藝中未提及，但這個力是實際存在的，對結構安全威脅較大，結構必須考慮。沿窯軸線方向的水平力在工藝上有所定義：

靜摩擦力，正常工況下使用，且不算荷載系數；

動摩擦力，非正常工況使用，不算荷載系數。

這個力的取值，對于1、2號墩，可均取輪帶與托輥間的壓力乘以統一摩擦系數，方向指向窯尾，3號墩，可取等于1、2號墩窯輪帶與托輥摩擦力的合力，方向指向窯頭。可忽略窯傾斜對摩擦力的影響。摩擦力系數由設備資料明確注明。

確定動力系數時，由于窯轉動速度很低，其動力系數可取1.25。這個值應單獨從荷載值列出，以便于審查。

對于窯內物料荷載，因其不確定性，應有明確的計算規則，確保使用最大物料荷載。●

[1]譚齊.回轉窯基礎設計計算方法及構造[J].特種結構, 2007,24(3):93-95.

[2]張媛媛，張立，胡穎.中外回轉窯基礎設計計算方法[J].建材世界,2013,34(4):120-123.