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水泥仓设计思路与制作细节
发布者:master
发布时间:2022-02-21 09:54:00
(一)搅拌站水泥仓的容量
混凝土搅拌站必须有一个或多个水泥仓,以储备一定数量的水泥,能随时向搅拌机内按一定的配合比输送水泥。至于有一个或几个水泥仓,主要看所用水泥牌号有几个,其仓的容量有几个因素来决定。
1、搅拌机的生产能力,每小时能生产多少立方米混凝土,每立方米混凝土的水泥用量一般在250-350kg之间,可采用300kg 来计算仓的容量;
2、看水泥供应情况,如是散装供应,水泥的供应是否及时、运送途中有无阻碍;如是袋装供应,在搅拌站应有大的水泥仓库,向水泥仓内输送水泥是哪种方式、受不受天气影响,最后是要水泥仓内存满水泥能保证搅拌站几个小时的连续作业,有的主张保证2小时生产。从国内实际情况来看,一种牌号的水泥仓的容量不宜小于搅拌站一个台班的产量所需水泥,否则就可能影响连续作业。例如:一座40m3/h的搅拌站,某一种牌号的水泥仓的容量最小为:40x0.8x8≈77t。式中0.8为实际生产能力与铭牌能力的比。
(二)水泥仓的各部件
水泥仓的各部件如图所示。
(三)水泥仓几个主要尺寸的确定
在计算水泥仓各部分强度之前,必须将以下几个主要尺寸先确定下来。
3.1水泥仓圆桶部分的直径d1
水泥仓的直径主要受到运输条件的限制,如铁路的车辆、建筑、装货、桥梁、隧道的限界;如公路的立交桥容许通过高度,市区各种架空线路的高度等。所以,圆桶形的工厂预制水混仓,其外形最大尺寸为:d≤3m。
3.2水泥仓卸料口直径d2
混凝土搅拌站水泥仓的底锥一般为正圆锥台,
卸料能力为:Q=3600V·A·γ(t/h)
式中: V =水泥流速m/s;
A=垂直通过面积m2;
γ=水泥容量1.45t/m2
首先应当确定的是需要的卸料能力t/h,如一座60m3/h的混凝土搅拌站,每一盘混凝土的搅拌周期循环为60s,一盘1m3。一个周期循环中包括:各种配合比成分的投入(砂、石、水泥、水、添加剂等)及混凝土的搅拌和卸料。这些动作在时间上有的是重叠的,但往水泥秤量斗中投入水泥和向搅拌机卸入水泥必须是分开的,如投入搅拌机的时间为10s,再加上螺旋输送机的启动和停车时间为2S。在周期循环中其余时间60-12=48S才是螺旋输送机向水泥称量斗送水泥的最长时间。另外,配合比也不能按平均数300kg/m3来计算,应按最高水泥量如350kg/m3来验算。
所以螺旋输送机的最小能力应为:
该输送能力还应是螺旋输送机仰起45°的能力。
圆形卸料口的水力半径R=d1/4且
式中:τ0=0.0041kg/cm2(水泥)
ψ=40°(水泥内摩擦角)
γ=1.45t/m2(水泥散装时容重)
从而求出d1代入下式,求出水泥流速:
式中: f=水泥摩擦系数=tg40°
λ=水泥流动系数=0.2-0.25
把V、A (即1/4πd12)及γ代入前式求出Q,如能满足要求即可。求得的d1还应校正到市场上出售的阀门的尺寸。
3.3水泥仓底锥的高度h1
为了便于水泥仓内的水泥流出而不成拱,水泥仓底锥夹角为54°-60°为宜,因受到水泥与钢板摩擦角的影响,该锥角最大为80°,从而即可求出水泥仓底锥的高度h1及锥的容积。
3.4水泥仓圆桶部分的高度h2
在开始已计算出水泥仓有效容量所储存的水泥量为Tt。散装水泥容重为1.45t/m2,从而可求出所需的有效容积。底锥容积与圆桶部分容积之和即全部容积。由此即可求得圆桶部分的高度h2
3.5水泥仓卸料口法兰离地面的距离h3
法兰离地面的高度h3受一些因素的制约:一是法兰下紧接着安装一卸料闸门板阀或蝶阀,因为不经常操作,一般采用手动式的。阀门中心的高度在1.8m以下较为适宜,太高了不便于操作,且使水泥仓的重心抬高,但可使螺旋输送机的仰角降低。如果太低了,水泥仓的重心固然降低了,而蝶旋输送机的仰角又太大了,输送效率降低。螺旋输送机的角度一般在25°-35°之间,不得大于45°。
3.6 向水泥仓内输送水泥
往水泥仓内输送水泥的方式有机械式与风力式两种。机械式又有链斗提升机和垂直提升的螺旋输送机。前者在较常搬迁的混凝土搅拌站中很少采用后者仅有德国KABAG牌混凝土搅拌站推荐采用。但国内仅个别施工单位购置后而闲置不用。因为机械式的输送系统都是针对袋装水泥的。
水泥风力输送系统又分为高压风式和低压风式。后采用散装水泥的,输送车均附有输送用的空气压缩机,风压为0.2-0.3 MPa。水泥仓上的管子多为φ90-φ100,低压风力输送设备风压为0.05MPa,为了减少阻力,一般进水泥管直径为φ100-φ125。
3.7 水泥仓顶部
4.1.1 静载荷(不变载荷)
静载荷(不变载荷)即仓及附件的自重,它包括:①仓顶板及其上的附件,如除尘器,安全阀等。②仓筒及其内的进水泥管道和支架。③仓顶板上扶手及登梯。④仓筒的加强件。⑤仓底锥。⑥支架及支承件。⑦仓卸料口阀门及螺旋输送机的部分重量。
4.1.2可变载荷
①仓内水泥:其量随时在变化着,验算时应按其最大储量,即进水泥管口以下部分的容积内装满水泥。这里关键的数据是水泥的容重。因为水泥仓筒较高,水泥实际上是压紧状态,其容重以取1.6-1.7t/m3较宜。
②仓顶积雪(冰):可取0.2t/m2
4.2水平载荷
水泥仓受到的水平载荷有两种:一是风力一是地震。对这两种水平载荷应慎重对待,否则可能导致不良后果。尤其是近来在沿海一带的建设增多,也有些地方常有台风登陆。还有我们的产品出口到国外,对当地自然条件不明确,如果不考虑这些因素是不利的。一般说来,风力或地震哪一个力大,就以哪个作为验算的依据,两者都是较大而又同时发生的情况是极少有的。假若设计之前未指定使用地点,对风力和地震级别未明确规定,为了安全可考虑:
风速: 150-200km/h;地震烈度: 9;地震系数:0.05-0.10,可取0.07-0.08。
一个水泥仓迎风面积最大的仓筒,水泥仓的重心也大致在仓筒的中部。风速产生的力和地能加速度产生的力离地平面越高,其倾覆力度也越大。所以,不要为了缩短水泥螺旋输送机的长度而把水泥仓筒抬高,这样做有一定的不安全因素。水泥仓空仓时,风力危害大;满仓时,地震力破坏力大。验算时应按这样的条件来考虑。
至于基础的设计,必须按安装地点的土壤情况及风速来设计,不会再产生浪费了。
(五)水泥仓的附件
为了使水泥仓能正确、方便、环境卫生、安全地运用,一般应有以下几种附件:
5.1 除尘器
往水泥仓内输送水泥,不管是散装还是袋装的,当前多采用风力输送。输送水泥的带压力的空气必须排出去,而水泥仓不能是开口的,否则,空气连同水泥一同排入大气,不仅水泥浪费了,周围的环境也污染了。所以必须经过除尘器才能把空气排入大气,以保环境的清洁。现在常用的是袋式除尘器。带有水泥粉尘的空气经过除尘器的布(素布或绒布)袋,空气通过袋布把水泥尘阻留在袋布上。除尘器定期地振动布袋使水泥落入水泥仓内,从而保持布袋的通风性能。袋布的过滤风速为:< 1m/s (素布)-2m/s (绒布)。用高压风输送水泥入仓,其风量< 9m3/min,用低压风则为15m3/min左右。所以选用袋式除尘器的面积14m2已足够了。
如果是高压风输送水泥入仓时,除尘器可不要引风机,其剩余压力足可通过滤袋:如用低压风,最好带上引风机排气,这还有助于风力输送。因为袋式除尘器是安装在水泥仓的最顶端,它受风力最大,常为雨水淋湿。所以对这种除尘器的外形最好是圆桶形的,以减低所受风力,且必须是防雨的。除尘器与水泥仓顶的连接也必须做好防水,不得使雨水漏入。
5.2重力式安全阀
现在搅拌站用的水泥向散装发展。散装水泥车输送水泥的空气压力为0.2 -3.0MPa,这个压力对于直径3m的仓来说就是大的了。为了安全起见,必须在仓顶装一重力式安全阀,其构造如图所示。安全阀的开启压力定为0.05MPa。
5.3破拱装置
通过前述主要尺寸的决定的计算,一般说水泥不会拱塞的。但也可能由于某种原因而产生拱塞,这就需要用风力将拱破除。即在底锥靠近卸料口处沿四周均匀的分布三个或四个风嘴,通过压缩空气喷出将拱破掉。这里要提出注意的是所用的压缩空气必须将其中的凝结水和油分离除去,免使水泥变质。
5.4料位计
水泥仓的料位计是指示仓内水泥储量的,到最高或最低限还应能报警。它可向搅拌站操作人员提供必须的数据,以便安排作业计划。水泥料位计有两种:一种只能在最高或最低位报警的,它是电气-机械-电气式的。另一种是电容式的,能0-100% 指示出水泥料位,但不是绝对数值。仓是钢板焊制,中间拉上一导线(钢),其与仓壁之间的介质是水泥或空气,其电容值当然有不同参数,从而指示出百分数。
5.5梯子与栏杆
在水泥仓顶部有些设备需按定期检查保养的。如检查除尘器运行是否正常,料位计接触是否良好,安全阀的轴是否生锈等。所以检修人员要按期登上,这就需要登梯,顶部又是1:10的钢板斜面,所以在顶部一周应设置栏杆。梯子与栏杆均应按国家有关标准制作。
5.6卸料阀
卸料阀有两种:一种是拉板阀,一种蝶阀翻板式。前者加工复杂且常易出故障,在国内有专门厂家生产手动或电动蝶阀的。
(六)水泥仓在制作中注意事项
水混仓本身是一种粗糙的铆焊结构件,难度不大,但在制作中有以下几点还应引起注意:
(1)仓的顶锥和底锥是由多片拼起来的,片数的多少可以按钢板的尺寸来下料,以求节约材料。两锥底片的成形没有滚锥体的滚板机,只能以人力敲打来完成。
(2)仓顶上与除尘器的连接处,必须与除尘器相配合,必要时应另加一个连接件。
(3)仓的设计制造都是要考虑露天使用,不得有雨水漏入仓内,对所有焊缝应加检验。
(4)散装水泥是用高压风风力把水泥送入仓内的,所以仓顶装有定压0.05MPa的安全阀,在仓全部焊接完成之后应施以0.05MPa的气压气密试验,调定安全阀和检验各焊缝。
(5)水泥仓筒体和支座的连接螺栓的强度必须符合图纸要求。
混凝土搅拌站必须有一个或多个水泥仓,以储备一定数量的水泥,能随时向搅拌机内按一定的配合比输送水泥。至于有一个或几个水泥仓,主要看所用水泥牌号有几个,其仓的容量有几个因素来决定。
1、搅拌机的生产能力,每小时能生产多少立方米混凝土,每立方米混凝土的水泥用量一般在250-350kg之间,可采用300kg 来计算仓的容量;
2、看水泥供应情况,如是散装供应,水泥的供应是否及时、运送途中有无阻碍;如是袋装供应,在搅拌站应有大的水泥仓库,向水泥仓内输送水泥是哪种方式、受不受天气影响,最后是要水泥仓内存满水泥能保证搅拌站几个小时的连续作业,有的主张保证2小时生产。从国内实际情况来看,一种牌号的水泥仓的容量不宜小于搅拌站一个台班的产量所需水泥,否则就可能影响连续作业。例如:一座40m3/h的搅拌站,某一种牌号的水泥仓的容量最小为:40x0.8x8≈77t。式中0.8为实际生产能力与铭牌能力的比。
(二)水泥仓的各部件
水泥仓的各部件如图所示。
(三)水泥仓几个主要尺寸的确定
在计算水泥仓各部分强度之前,必须将以下几个主要尺寸先确定下来。
3.1水泥仓圆桶部分的直径d1
水泥仓的直径主要受到运输条件的限制,如铁路的车辆、建筑、装货、桥梁、隧道的限界;如公路的立交桥容许通过高度,市区各种架空线路的高度等。所以,圆桶形的工厂预制水混仓,其外形最大尺寸为:d≤3m。
3.2水泥仓卸料口直径d2
混凝土搅拌站水泥仓的底锥一般为正圆锥台,
卸料能力为:Q=3600V·A·γ(t/h)
式中: V =水泥流速m/s;
A=垂直通过面积m2;
γ=水泥容量1.45t/m2
首先应当确定的是需要的卸料能力t/h,如一座60m3/h的混凝土搅拌站,每一盘混凝土的搅拌周期循环为60s,一盘1m3。一个周期循环中包括:各种配合比成分的投入(砂、石、水泥、水、添加剂等)及混凝土的搅拌和卸料。这些动作在时间上有的是重叠的,但往水泥秤量斗中投入水泥和向搅拌机卸入水泥必须是分开的,如投入搅拌机的时间为10s,再加上螺旋输送机的启动和停车时间为2S。在周期循环中其余时间60-12=48S才是螺旋输送机向水泥称量斗送水泥的最长时间。另外,配合比也不能按平均数300kg/m3来计算,应按最高水泥量如350kg/m3来验算。
所以螺旋输送机的最小能力应为:
该输送能力还应是螺旋输送机仰起45°的能力。
圆形卸料口的水力半径R=d1/4且
式中:τ0=0.0041kg/cm2(水泥)
ψ=40°(水泥内摩擦角)
γ=1.45t/m2(水泥散装时容重)
从而求出d1代入下式,求出水泥流速:
式中: f=水泥摩擦系数=tg40°
λ=水泥流动系数=0.2-0.25
把V、A (即1/4πd12)及γ代入前式求出Q,如能满足要求即可。求得的d1还应校正到市场上出售的阀门的尺寸。
3.3水泥仓底锥的高度h1
为了便于水泥仓内的水泥流出而不成拱,水泥仓底锥夹角为54°-60°为宜,因受到水泥与钢板摩擦角的影响,该锥角最大为80°,从而即可求出水泥仓底锥的高度h1及锥的容积。
3.4水泥仓圆桶部分的高度h2
在开始已计算出水泥仓有效容量所储存的水泥量为Tt。散装水泥容重为1.45t/m2,从而可求出所需的有效容积。底锥容积与圆桶部分容积之和即全部容积。由此即可求得圆桶部分的高度h2
3.5水泥仓卸料口法兰离地面的距离h3
法兰离地面的高度h3受一些因素的制约:一是法兰下紧接着安装一卸料闸门板阀或蝶阀,因为不经常操作,一般采用手动式的。阀门中心的高度在1.8m以下较为适宜,太高了不便于操作,且使水泥仓的重心抬高,但可使螺旋输送机的仰角降低。如果太低了,水泥仓的重心固然降低了,而蝶旋输送机的仰角又太大了,输送效率降低。螺旋输送机的角度一般在25°-35°之间,不得大于45°。
3.6 向水泥仓内输送水泥
往水泥仓内输送水泥的方式有机械式与风力式两种。机械式又有链斗提升机和垂直提升的螺旋输送机。前者在较常搬迁的混凝土搅拌站中很少采用后者仅有德国KABAG牌混凝土搅拌站推荐采用。但国内仅个别施工单位购置后而闲置不用。因为机械式的输送系统都是针对袋装水泥的。
水泥风力输送系统又分为高压风式和低压风式。后采用散装水泥的,输送车均附有输送用的空气压缩机,风压为0.2-0.3 MPa。水泥仓上的管子多为φ90-φ100,低压风力输送设备风压为0.05MPa,为了减少阻力,一般进水泥管直径为φ100-φ125。
3.7 水泥仓顶部
水泥仓顶板上装有一些附件,为了防止水浸入仓内和便于排水,通常采取1:10的坡道。
(四)关于水泥仓受力作用分析
4.1垂直载荷4.1.1 静载荷(不变载荷)
静载荷(不变载荷)即仓及附件的自重,它包括:①仓顶板及其上的附件,如除尘器,安全阀等。②仓筒及其内的进水泥管道和支架。③仓顶板上扶手及登梯。④仓筒的加强件。⑤仓底锥。⑥支架及支承件。⑦仓卸料口阀门及螺旋输送机的部分重量。
4.1.2可变载荷
①仓内水泥:其量随时在变化着,验算时应按其最大储量,即进水泥管口以下部分的容积内装满水泥。这里关键的数据是水泥的容重。因为水泥仓筒较高,水泥实际上是压紧状态,其容重以取1.6-1.7t/m3较宜。
②仓顶积雪(冰):可取0.2t/m2
4.2水平载荷
水泥仓受到的水平载荷有两种:一是风力一是地震。对这两种水平载荷应慎重对待,否则可能导致不良后果。尤其是近来在沿海一带的建设增多,也有些地方常有台风登陆。还有我们的产品出口到国外,对当地自然条件不明确,如果不考虑这些因素是不利的。一般说来,风力或地震哪一个力大,就以哪个作为验算的依据,两者都是较大而又同时发生的情况是极少有的。假若设计之前未指定使用地点,对风力和地震级别未明确规定,为了安全可考虑:
风速: 150-200km/h;地震烈度: 9;地震系数:0.05-0.10,可取0.07-0.08。
一个水泥仓迎风面积最大的仓筒,水泥仓的重心也大致在仓筒的中部。风速产生的力和地能加速度产生的力离地平面越高,其倾覆力度也越大。所以,不要为了缩短水泥螺旋输送机的长度而把水泥仓筒抬高,这样做有一定的不安全因素。水泥仓空仓时,风力危害大;满仓时,地震力破坏力大。验算时应按这样的条件来考虑。
至于基础的设计,必须按安装地点的土壤情况及风速来设计,不会再产生浪费了。
(五)水泥仓的附件
为了使水泥仓能正确、方便、环境卫生、安全地运用,一般应有以下几种附件:
5.1 除尘器
往水泥仓内输送水泥,不管是散装还是袋装的,当前多采用风力输送。输送水泥的带压力的空气必须排出去,而水泥仓不能是开口的,否则,空气连同水泥一同排入大气,不仅水泥浪费了,周围的环境也污染了。所以必须经过除尘器才能把空气排入大气,以保环境的清洁。现在常用的是袋式除尘器。带有水泥粉尘的空气经过除尘器的布(素布或绒布)袋,空气通过袋布把水泥尘阻留在袋布上。除尘器定期地振动布袋使水泥落入水泥仓内,从而保持布袋的通风性能。袋布的过滤风速为:< 1m/s (素布)-2m/s (绒布)。用高压风输送水泥入仓,其风量< 9m3/min,用低压风则为15m3/min左右。所以选用袋式除尘器的面积14m2已足够了。
如果是高压风输送水泥入仓时,除尘器可不要引风机,其剩余压力足可通过滤袋:如用低压风,最好带上引风机排气,这还有助于风力输送。因为袋式除尘器是安装在水泥仓的最顶端,它受风力最大,常为雨水淋湿。所以对这种除尘器的外形最好是圆桶形的,以减低所受风力,且必须是防雨的。除尘器与水泥仓顶的连接也必须做好防水,不得使雨水漏入。
5.2重力式安全阀
现在搅拌站用的水泥向散装发展。散装水泥车输送水泥的空气压力为0.2 -3.0MPa,这个压力对于直径3m的仓来说就是大的了。为了安全起见,必须在仓顶装一重力式安全阀,其构造如图所示。安全阀的开启压力定为0.05MPa。
5.3破拱装置
通过前述主要尺寸的决定的计算,一般说水泥不会拱塞的。但也可能由于某种原因而产生拱塞,这就需要用风力将拱破除。即在底锥靠近卸料口处沿四周均匀的分布三个或四个风嘴,通过压缩空气喷出将拱破掉。这里要提出注意的是所用的压缩空气必须将其中的凝结水和油分离除去,免使水泥变质。
5.4料位计
水泥仓的料位计是指示仓内水泥储量的,到最高或最低限还应能报警。它可向搅拌站操作人员提供必须的数据,以便安排作业计划。水泥料位计有两种:一种只能在最高或最低位报警的,它是电气-机械-电气式的。另一种是电容式的,能0-100% 指示出水泥料位,但不是绝对数值。仓是钢板焊制,中间拉上一导线(钢),其与仓壁之间的介质是水泥或空气,其电容值当然有不同参数,从而指示出百分数。
5.5梯子与栏杆
在水泥仓顶部有些设备需按定期检查保养的。如检查除尘器运行是否正常,料位计接触是否良好,安全阀的轴是否生锈等。所以检修人员要按期登上,这就需要登梯,顶部又是1:10的钢板斜面,所以在顶部一周应设置栏杆。梯子与栏杆均应按国家有关标准制作。
5.6卸料阀
卸料阀有两种:一种是拉板阀,一种蝶阀翻板式。前者加工复杂且常易出故障,在国内有专门厂家生产手动或电动蝶阀的。
(六)水泥仓在制作中注意事项
水混仓本身是一种粗糙的铆焊结构件,难度不大,但在制作中有以下几点还应引起注意:
(1)仓的顶锥和底锥是由多片拼起来的,片数的多少可以按钢板的尺寸来下料,以求节约材料。两锥底片的成形没有滚锥体的滚板机,只能以人力敲打来完成。
(2)仓顶上与除尘器的连接处,必须与除尘器相配合,必要时应另加一个连接件。
(3)仓的设计制造都是要考虑露天使用,不得有雨水漏入仓内,对所有焊缝应加检验。
(4)散装水泥是用高压风风力把水泥送入仓内的,所以仓顶装有定压0.05MPa的安全阀,在仓全部焊接完成之后应施以0.05MPa的气压气密试验,调定安全阀和检验各焊缝。
(5)水泥仓筒体和支座的连接螺栓的强度必须符合图纸要求。