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(GB50295-1999)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Wm1,则托轮与轮带间产生的纵向水平力为H1:H1=±f1·Wm1/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Wm2：Wm2＝1.5Wm1(1—2)纵向水平力为H1a(作用点同H1)：H1a=±f2·Wm2/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Wm3：Wm3＝1.3·1/2·Wm1＝0．65Wm1(1—4)纵向水平力为H1b：H1b=±f2·Wm3/cosθ(1—5)横向水平力(与窑体垂直方向)H2：H2＝Wm3·tgθ(1—6)此时Wm3产生偏心弯矩为M＝0.65Wm1·L/2＝0.325Wm1·Li(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=±sinβΣWmi≈±tgβΣWmi＝(0.03～0.05)ΣWmi(1—8)式中β—窑体斜率，ΣWmi—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)WH=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，WH——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荷载基础类别第一种第二种第三种垂直荷载水平荷载垂直荷载水平荷载垂直荷载水平荷载纵向横向纵向横向纵向横向托轮基础一般Wm1、WmaWj、WgWp±H1Wm2、WmaWj、WgWp±H1aWm3、WmaWj、Wg、Wp±H1b±H2与牙轮相邻的Wm1、WmaWj、WgWp±H1H6Wm2、WmaWj、WgWp±H1aH6Wm3、WmaWj、Wg、Wp±H1b±H2H6有挡轮的Wm1、WmaWj、WgWp±H1或±H3Wm2、WmaWj、WgWp±H1a或±H3Wm3、WmaWj、Wg、Wp±H1b或±H3±H2H6传动基础Wm、WmaWmb、Wj、WgWH、Wp±H1或±H3H5Wm1、WmaWmb、Wj、Wg、WH、Wp±H1a或±H3H5Wm3、WmaWmb、Wj、WgWH、Wp±H1b或±H3±H2H5注：Wj为基础自重，Wg为填土重，Wp为走道板传至基础的荷载；Wma为托轮底座重。Wmb为电动机与减速机重。