CN102561781A - 半封闭环保型风导流抑尘散货料棚 - Google Patents

Abstract

本发明提供的半封闭环保型风导流抑尘散货料棚，该料棚结构包括有多个两侧对称的曲线段及中部曲线段部分吻接而成的整跨主体结构骨架，两侧曲线段、中部曲线段的三段曲线结构部分吻接而成；该散货料棚在纵向两端设置和间隔一定距离设置整垮封闭区域，整垮封闭区域上设有形成顶棚的整跨封闭屋面，在纵向每两整跨封闭屋面之间均为中部开敞两端封闭对风进行导流的结构。本发明料棚储煤量大、工艺流程简单、流通性强、速度快，满足消防、防爆要求，作业环境改善，工作条件好。该料棚比同等规模全封闭料棚主体结构减少用钢量35～45％，减少围护结构面积40～50％。与一般防风网结构相比，提高了抑尘效果，改善了周边环境，达到了环保要求。

Description

半封闭环保型风导流抑尘散货料棚

技术领域

本发明涉及一种仓储结构，特别是一种半封闭环保型风导流抑尘散货料棚。

背景技术

煤炭是我国主要能源，每年生产和消耗23亿吨。由于煤炭资源赋存与能源消费地域的错位布局形成了北煤南运、西煤东运的基本格局。为此，我国先后建成了大秦和朔黄两大煤炭运输通道，煤炭经铁路运至北方港口装船下水，运往东部以及东南地区。煤炭作为中国的基础能源，以煤为主的能源结构在未来相当长时期内难以改变。我国也是铁矿石消耗和进口大国，每年需从澳大利亚、巴西等国进口约6亿吨，随着经济的快速发展，这种运输格局还将长期持续存在。

港口是交通运输大动脉的枢纽，是水上运输和陆上运输的联接点。在港口，散装物料运输的特点是大进大出，重点是安全性和高效率，因此基本上采用自动化、专业化的运输工艺。而煤炭、矿石等散装物料目前多采用露天堆存。随着我国经济的快速发展，环保问题日益突出，如何治理煤炭、矿石等散装物料露天堆存产生造成的环境污染已经提到关系国计民生高度。

1、煤炭、矿石等散装物料堆存方式现状：

煤炭、矿石等散装物料堆存方式可划分为露天堆存和封闭堆存两个大类。大规模煤炭、矿石等散装物料堆存多数采用露天堆场，而封闭堆存一般周转量较少时应用。

露天堆场应用概况

上世纪70年代开始，我国陆续在秦皇岛港、青岛港、日照港、天津港、黄骅港、京唐港、曹妃甸港建设了大型煤炭、矿石等散装物料转运码头，堆场工艺均采用露天堆场堆存的型式，堆场上布置大型堆、取料设备及皮带机，以完成煤炭、矿石等散装物料的卸料堆存和取料装船作业。

秦皇岛港煤五期工程设计年通过能力为5000万吨，煤炭堆场的堆存容量为400万吨，露天堆场面积77万m²。曹妃甸煤码头起步工程设计能力为5000万吨/年，堆场南北方向长度1192m²，东西向宽度612m，共布置8条煤炭堆场。堆场面积72.95万m²，堆存量398.2万吨。目前大规模煤炭、矿石等散装物料多数采用露天堆存，存在严重的环境污染。

2、露天堆场防风网应用情况

为治理露天堆存产生造成了严重的环境污染。近30年来，日本、美国、澳大利亚、英国等国家对防风网防尘技术进行了研究。日本从20世纪70年代起，相继在港口煤堆场使用了防风网，并制定了室外贮煤场设备的防止煤粉尘飞散方法概要。美国国家环保局于1986年对防风网的有关研究工作进行了归纳总结，提出了防风网在美国露天煤场的使用。防风网防尘在国外中小型露天煤场成功应用并取得较好的防尘效果。

目前我国大型和超大型露天堆场，主要除尘措施为喷洒水、喷洒抑尘剂、覆盖防尘网等，具有一定的抑尘效果，但仍不能很好地解决粉尘对环境的污染问题。随着环保要求的不断提高，露天堆场的环保问题日益突出，许多大型和超大型堆场开始研究增加防风抑尘网以降低煤炭粉尘污染。

2006年，天津港南疆散货物流中心第三卸车场防风网建成，采用单层柔性抑尘网，高9m，总长2615m。2008年7月，秦皇岛港煤三期防风网工程投入使用，防风网是围绕煤三期堆场而建，总长1750m、高23m。2008年底，曹妃甸煤码头建成总长2608m防风网工程，主要分布在煤炭堆场的东、南、北三侧。其中，北侧抑尘网高17m、长607m，东侧高23m、长1361m，南侧高23m、长640m，规模为目前国内最大。2008年，京唐港委托有关单位结合试验段进行了防尘效果的试验研究。根据研究成果，建设防风网后对减少煤尘污染具有较显著作用，为煤堆场防风网建设提供了科学依据。2009年4月，32#～34#泊位在煤炭建设堆场防风网，其中东侧防风网长度为1501m，网高24m；西侧和北侧防风网总长度为2097m。

上述防风网工程的建设，对减少煤尘污染起到了一定的效果，和中小型露天堆场不同，由于堆场面积过大，当堆场长度超过10倍防风网高度时，风越过防风网后，对距防风网较远的煤堆防风抑沉效果不理想。

3、封闭堆场的应用概况

国内外各行业对散货堆场采取的环保措施不尽相同。一般比较有效、彻底的解决常规煤炭、矿石等散货堆场环境污染问题的措施是将煤炭、矿石等散货封闭堆存在一定的空间内，以防粉尘外溢。煤矿一般采用圆筒仓堆存煤炭；电厂广泛采用圆筒仓、半球仓堆存煤炭，也有部分电厂采用大型库房堆存煤炭。主要形式有大型库房、半球仓及圆筒仓三种。

我国最早的超大型储煤筒仓是始建于1993年的云岗煤矿洗煤厂2个3万吨贮煤筒仓，1998年建成的北京石景山热电厂3个3万吨储煤筒仓，电厂贮煤***是由3个3万吨筒仓组成的群仓，与一期5个1万吨筒仓合并，构成共14万吨的贮煤能力。此后建成或在建的大型及超大型储煤筒仓还包括纳雍电厂2个3万吨筒仓、小龙潭电厂3个3万吨筒仓、哈尔滨热电厂2个3万吨筒仓、利港电厂10个3万吨筒仓等。

但在港口行业，封闭堆储煤尚处于起步摸索阶段。原因在于：

(1)电厂、煤矿等行业所应用的半球型仓、筒仓、大型封闭煤棚等封闭储煤***，规模小、数量少、工艺流程简单、品种单一、效率要求不高。目前国内最大的半球型仓为直径120米，储煤20万吨；广东惠州电厂大型封闭煤棚45600m²；平朔煤矿最大单筒仓仓容4.5万吨，中交第一航务工程勘察设计院有限公司设计最大的24个3万吨筒仓群，可储煤72万吨还在建设中。

(2)半球型仓、筒仓、大型封闭煤棚建设的成本高，投资过大。

(3)煤炭封闭堆储后，作业环境比较差，工作条件恶劣。

(4)封闭煤棚面积受到制约，堆存量少，煤炭储存有时会发生自燃现象，防火性能差，封闭煤棚难以满足消防和防爆要求。

(5)半球型仓、筒仓、大型封闭煤棚内，不同煤种不能存放在一个封闭储煤***内，对于多品种煤种超大型煤堆场利用率不高。

而港口作为铁海联运的枢纽，由于专业化煤炭码头每年的运量达到数千万吨，必然要采用超大型，多煤种贮煤设施，它需要安全地、高效率地将煤炭快速转运出去，同时还要具备配煤等物流功能，物料大进大出，随机因素多，***相对复杂。考虑交通水运行业港口建设的规模和投资费用的问题，煤炭堆场采用封闭的储运型式在港口方面一直未得到大量应用。

封闭贮煤设施安全监控现状：

由于专业化煤炭码头每年的运量达到数千万吨，必然要采用超大型贮煤设施。规模越大，其安全性要求也就越高。目前，国内各行业的大型及超大型封闭储煤设施，尤其是贮煤筒仓在安全方面还存在着一些有待解决的问题，安全监控***不够完善等。如贮煤自燃现象普遍存在，而贮煤自燃所涉及的因素则是多方面的，其中贮存的煤种及来煤进库前在室外存放的时间，煤种挥发成分比率越高，则煤炭自燃的几率越大，室外存放的时间越长，氧化的程度越高，进库后就越易自燃。目前封闭贮煤设施仍存在着诸多隐患，究其原因，主要是迄今为止国内，其主要功能大都是以缓冲、混煤为主，总容量小，贮存周期短，都未从设计上周密考虑防燃防爆等措施。

由于全封闭料棚存在一些问题，如：煤炭储存有时会发生自燃现象，防火性能差，难以满足消防和防爆要求；封闭煤棚面积受到制约，规模小、堆存量少，不同煤种不能存放在一个封闭储煤***内，对于多品种煤种超大型煤堆场利用率不高；工艺流程简单、效率低；作业环境比较差，工作条件恶劣；建设的成本高，投资大。而一般的的防风网结构也存在问题：抑尘效果一般，长时间运行后易在周边形成较大的粉尘扩散、堆积，污染环境，不能达到较高的环保要求。

随着我国经济的快速发展，环保问题日益突出，如何治理煤炭、矿石等散装物料产生造成的环境污染已经提到关系国计民生高度，迫切需要一种即满足环保要求、安全可靠，利用率高又节约投资的散料堆存设施。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种半封闭环保型风导流抑尘散货料棚，以利于解决多种散货物料堆存问题，满足环保要求、安全可靠，利用率高又节约投资成本。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种半封闭环保型风导流抑尘散货料棚，该散货料棚支撑在地面基础上，其中：该料棚结构包括有多个两侧对称的曲线段及中部曲线段部分吻接而成的整跨主体结构骨架，整跨主体结构骨架支撑在地面基础上，两侧对称的曲线段及中部曲线段的三段曲线结构部分吻接而成，两侧曲线段下端设置一垂直直线段和基础相连接；

该散货料棚在纵向两端及沿纵向每间隔一定距离设置整垮封闭区域，整垮封闭区域上设有形成顶棚的整跨封闭屋面，在纵向每两整跨封闭屋面之间均为对风进行导流的中部开敞两端封闭结构，形成横向跨度范围为90～144m、纵向长度范围为592～1216m的散货料棚。

本发明的效果是使用该料棚可满足储煤量大、工艺流程复杂、流通性强、速度快的散货料场要求，满足消防、防爆要求，作业环境改善，工作条件好。与同类等规模全封闭散货料棚相比，经采用MSGS空间网格结构分析设计程序计算分析，比同等规模全封闭料棚主体结构减少用钢量35～45％，减少围护结构面积40～50％。半封闭料棚形式由于料棚内部都处于气流的负压区，且料棚顶部为弧形布置形式，对横向来风抑尘效果可达100％，对纵向长轴来风采取导流措施后抑尘效果可达93～98％，即使有少量的扬尘也会沿着料棚内壁沉积，从而不会污染周边环境。可广泛应用于港口、矿山、钢厂、电厂新建煤炭、矿石等散装物料储存***，可应用于港口、矿山、钢厂、电厂现有煤炭、矿石等散装物料露天储存***的改造，应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明的半封闭环保型风导流抑尘散货料棚顶棚示意图；

图2为本发明的三曲线型料棚顶棚端部及中部封闭部分示意图；

图3为本发明的三曲线型料棚顶棚开敞部分示意图；

图4为本发明的三曲线型料棚顶棚开敞整跨主体结构部分示意图；

图5为本发明的半圆型料棚顶棚端部及中部封闭部分示意图；

图6为本发明的半圆型料棚顶棚开敞部分示意图；

图7为本发明的半圆型料棚顶棚开敞整跨主体结构部分示意图；

图8为本发明的整跨主体承重结构折叠展开式整体平面图；

图9为本发明的整跨主体承重结构折叠展开式整体剖面图；

图10为本发明的散货料棚设置不同透风率的挡风板，在20m/s作用下，透风率与料堆表面最大风速对照图；

图11为本发明的散货料棚迎风面围护结构30％透风率风效应图；

图12为本发明的散货料棚在20m/s风速作用下，敞开距离与料堆表面最大风速对照曲线图；

图13为本发明的散货料棚顶棚结构50％敞开率风效果图；

图14为本发明的散货料棚顶棚不同外形图；

图15为本发明的散货料棚在20m/s风速作用下，不同外形相应料堆表面表面最大风速对照曲线图。

图中：

1、封闭板区  2、开洞板区  3、封闭导流板区  4、整跨主体结构骨架5、顶棚开敞部分区  6、端部、中部顶棚封闭风导流板区7、空间托架结构  8、局部承重结构骨架

具体实施方式

结合附图对本发明的半封闭环保型风导流抑尘散货料棚的结构加以说明。

本发明的半封闭环保型风导流抑尘散货料棚，通过设置挡风导流设施，采用大跨度空间钢结构的技术，运用空气动力学的原理降低来流风的风速，最大限度地损失来流风的动能，避免来流风的明显涡流，减少风的湍流度，防止粉尘的飞扬而达到减少起尘的目的。

本发明的半封闭环保型风导流抑尘散货料棚，该散货料棚支撑在地面基础上，该料棚结构包括有多个两侧对称的曲线段及中部曲线段部分吻接而成的整跨主体结构骨架4，整跨主体结构骨架4支撑在地面基础上，所述两侧曲线段曲率半径为20～50m，中部曲线段曲率半径为80～120m，三段曲线结构部分吻接而成，两侧曲线段下端设置一垂直直线段和基础相连接。

该散货料棚在纵向两端设置16～24m宽及沿纵向每间隔128～156m设置12～16m宽的整垮封闭区域，整垮封闭区域上设有形成顶棚的整跨封闭屋面6，在纵向每两整跨封闭屋面6之间均为对风进行导流的中部开敞两端封闭区域，形成横向跨度范围为90～144m、纵向长度范围为592～1216m的散货料棚。

在每两个支撑在地面基础上所述整跨主体结构骨架4之间设有连接整跨主体结构骨架的空间托架7，所述空间托架7的位置设在顶棚敞开区域的边缘处，所述空间托架7的宽度为4～8m。

中间开敞两端封闭区域的两侧设有局部承重骨架8，局部承重骨架8的两端分别支撑在空间托架7和地面基础上，所述空间托架7及局部承重骨架8为单元宽度3～6m的钢管桁架或四角锥网壳的网格结构。

所述整跨主体结构骨架4的宽度为8～24m。所述整跨主体结构骨架4也可为曲率半径为50～80m的半圆型曲线结构。所述整跨主体结构骨架4为单元宽度3～6m的钢管桁架或四角锥网壳的网格结构。

所述中部开敞两端封闭区域从地面基础到顶棚的封闭区域依次分为封闭板区1、开洞板区2、封闭导流板区3。所述封闭板区1、封闭导流板区3、整跨封闭屋面6均为折线型的压型钢板或玻璃钢板；所述开洞板区2为在两侧封闭区域中设置的折线型的开孔挡风板或柔性防风网，开孔挡风板上均匀设有多个通孔，开孔挡风板设置高度在20m以上的范围。

本发明的半封闭环保型风导流抑尘散货料棚功能是这样实现：

如图1-9所示，本发明的半封闭风导流抑尘型散货料棚除在纵向两端和纵向间隔一定距离设置设有形成顶棚的整跨封闭屋面6整垮封闭外，其余均采用中部开敞两端封闭形式对风进行导流，顶棚开敞的范围不设承重结构。中部开敞两端封闭对风进行导流。

本发明的半封闭风导流抑尘型散货料结构体系构成：

1、所述散货料棚主体结构由支撑在地面基础上多个整跨主体结构骨架4构成，其形状有两种类型。可由两侧对称的曲线段曲率半径为20～50m，中部曲线段曲率半径为80～120m，三段曲线结构部分吻接而成，两侧曲线段下端设置一垂直直线段和基础相连接；或由曲率半径为50～80m半圆形结构而成。整跨主体结构骨架4设置位置为：在纵向592～1216m方向两端部设置跨度为90～144m宽度为16～24m整跨主体结构骨架4，并沿纵向每间隔60～72m，设置横向跨度为90～144m、宽度为8～16m的整跨主体结构骨架4。

2、在每两个所述整跨主体结构骨架4之间设有连接整跨主体结构骨架的空间托架7，其宽度为4～8m。所述空间托架7的两端分别连接在两侧整跨主体结构骨架4上，位于顶棚的敞开区域边缘处。起到连接整跨主体结构骨架4，并支撑中间敞开两端封闭区域的局部承重结构骨架8作用。

3、所述散货料棚横断面除纵向两端16～24m宽和纵向间隔128～156m设置12～16m宽整跨封闭屋面6整垮封闭外，其余范围均采用中部开敞两端封闭形式对风进行导流。散货料棚横断面两端各约18～30m范围为封闭区域，两端封闭区域的局部承重结构骨架8，底部铰支撑在底面基础上，上部支撑在连接整跨主体结构骨架的空间托架结构7上。其两侧封闭区域在局部承重骨架8上附着有封闭结构，其中开孔挡风板宽度或柔性防风网约为料棚侧墙高度的30％；中部54～84m范围开敞，顶棚开敞的范围约为料棚总跨度的50％～60％，中部开敞部分不设承重结构和屋面。

4、所述中部开敞两侧封闭区域从地面到顶棚依次分为封闭板区1、开洞板区2、封闭导流板区3。

所述纵向即592～1216m长向在两端部设置的16～24m宽和沿纵向间隔128～156m设置12～16m宽的整跨封闭屋面6。

5、所述封闭板区1及封闭导流板区3、整跨封闭屋面6均为折线型的压型钢板或玻璃钢板；所述开洞板区2为在两侧封闭区域中设置的折线型的开孔挡风板或柔性防风网，开孔挡风板上均匀设有多个通孔。

6、所述整跨主体结构骨架4、空间托架7、局部承重结构骨架8均采用单元宽度为3～6m钢管桁架或四角锥网壳结构。

7、整跨主体结构骨架4可采用整体组装或采用折叠展开式整体施工技术，如图8、图9所示，先将主体结构去掉部分杆件，使一个稳定结构变成可运动的机构，这样可将整跨主体结构骨架4按五个区域在地面折叠起来，最大限度的降低安装高度，临时加上必要的支撑，然后将折叠起来主体结构，按图9中箭头所指提升作用点进行提升。提升到设计高度后，补缺未安装的杆件，机构又变成了一个稳定结构，再拆除临时支撑。

8、对超大型跨度封闭整跨主体结构骨架部分可采用柔性钢绞线形成索拉钢管构架或网壳结构，可降低整跨主体结构骨架部分约20％的用钢量。

9、一般采用桩基抵抗主体结构传递来的水平和垂直荷载。重大的工程项目可根据风数值模拟试验和必要时风洞试验，确定开敞的范围及选择采用三段曲线结构形状或半圆型结构形状。

实施例1、散货料棚为120m×1216m，总建筑面积145920m²。主体结构由支撑在地面基础上17个整跨主体结构骨架4构成，其形状由两侧曲线段曲率半径为35m，中部曲线段曲率半径为90m，三段曲线结构部分吻接而成，两侧曲线段下端设置一垂直直线段和基础相连接；整跨主体结构骨架4设置位置为：在纵向1216m方向两端部设置跨度为120m宽度为24m整跨主体结构骨架4，并沿纵向每间隔60米，设置跨度为120m、宽度为12、16m的整跨主体结构骨架4。

在每两个整跨主体结构骨架4之间设有连接整跨主体结构骨架的空间托架7，空间托架7的两端分别连接在两侧整跨主体结构骨架4上，顶棚的敞开区域边缘处。起到连接整跨主体结构骨架4，并支撑中间敞开两端封闭区域的局部承重结构骨架8作用。

除纵向两端24m宽和纵向间隔132m设置16m宽整跨封闭屋面6整垮封闭外，其余范围均采用中部开敞两端封闭形式对风进行导流。散货料棚横断面两端各24m范围为封闭区域，两端封闭区域的局部承重结构骨架8，底部铰支撑在底面基础上，上部支撑在连接整跨主体结构骨架的空间托架结构7上。其两侧封闭区域在局部承重骨架8上附着有封闭结构，其中开孔挡风板宽度约为料棚侧墙高度的30％；顶棚中部72m范围开敞，顶棚开敞的范围为料棚总跨度的60％，中部开敞部分不设承重结构和屋面。

整跨主体结构骨架4可采用整体组装或采用折叠展开式整体施工技术。采用折叠展开式整体施工技术，如图8、图9所示，其特点是先将主体结构去掉部分杆件，使一个稳定结构变成可运动的机构，这样可将整跨主体结构骨架4按五个部分在地面折叠起来，最大限度的降低安装高度，临时加上必要的支撑，然后将折叠起来主体结构，按图9中箭头所指提升作用点进行提升。提升到设计高度后，补缺未安装的杆件，机构又变成了一个稳定结构，再拆除临时支撑。

实施例2、散货料棚为90m×592m，总建筑面积53280m²。主体结构由支撑在地面基础上9个整跨主体结构骨架4构成，其形状由两侧曲线段曲率半径为20m，中部曲线段曲率半径为80m，三段曲线结构部分吻接而成，两侧曲线段下端设置一垂直直线段和基础相连接；整跨主体结构骨架4设置位置为：在纵向592m方向两端部设置跨度为90m宽度为16m整跨主体结构骨架4，并沿纵向每间隔60米，设置跨度为90m、宽度为8、16m的整跨主体结构骨架4。

在每两个整跨主体结构骨架4之间设有连接整跨主体结构骨架的空间托架7，所述空间托架的两端分别连接在两侧整跨主体结构骨架4上，位于顶棚的敞开区域边缘处。起到连接整跨主体结构骨架4，并支撑中间敞开两端封闭区域的局部承重结构骨架8作用。

除纵向两端16m宽和纵向间隔128m设置16m宽整跨封闭屋面6整垮封闭外，其余范围均采用中部开敞两端封闭形式对风进行导流。散货料棚横断面两端18m范围为封闭区域，两端封闭区域的局部承重结构骨架8，底部铰支撑在底面基础上，上部支撑在连接整跨主体结构骨架的空间托架结构7上。其两侧封闭区域在局部承重骨架8上附着有封闭结构，其中开孔挡风板宽度约为料棚侧墙高度的30％；顶棚中部54m范围开敞，顶棚开敞的范围为料棚总跨度的60％，中部开敞部分不设承重结构和屋面。

整跨主体结构骨架4可采用整体组装整体施工技术。

实施例3、散货料棚为144m×892m，总建筑面积128448m²。主体结构由支撑在地面基础上11个整跨主体结构骨架4构成，其形状由两侧曲线段曲率半径为50m，中部曲线段曲率半径为120m，三段曲线结构部分吻接而成，两侧曲线段下端设置一垂直直线段和基础相连接；整跨主体结构骨架4设置位置为：在纵向892m方向两端部设置跨度为144m宽度为24m整跨主体结构骨架4，并沿纵向每间隔72米，设置跨度为144m、宽度为12、16m的整跨主体结构骨架4。

在每两个整跨主体结构骨架4之间设有连接整跨主体结构骨架的空间托架7，所述空间托架的两端分别连接在两侧整跨主体结构骨架4上，位于顶棚的敞开区域边缘处。起到连接整跨主体结构骨架4，并支撑中间敞开两端封闭区域的局部承重结构骨架8作用。

除纵向两端24m宽和纵向间隔156m设置16m宽整跨封闭屋面6整垮封闭外，其余范围均采用中部开敞两端封闭形式对风进行导流。散货料棚横断面两端各30M范围为封闭区域，两端封闭区域的局部承重结构骨架8，底部铰支撑在底面基础上，上部支撑在连接整跨主体结构骨架的空间托架结构7上。其两侧封闭区域在局部承重骨架8上附着有封闭结构，其中开孔挡风板宽度约为料棚侧墙高度的30％；顶棚中部84m范围开敞，顶棚开敞的范围为料棚总跨度的58.3％，中部开敞部分不设承重结构和屋面。

此大型整跨主体结构骨架4采用柔性钢绞线形成索拉钢管构架或网壳结构，可降低整跨主体结构骨架部分约20％的用钢量。

本发明的半封闭环保型风导流抑尘散货料棚综合进行了露天堆存和封闭堆存分析比较，进行了防风网抑尘效果分析，采用MSGS空间网格结构分析设计程序对横向跨度范围为90～144m，纵向长度为592～1216m，形状为多种曲率半径的三段曲线部分吻接而成结构，或由曲率半径为50～80m半圆形结构，进行了多方案计算分析比较。

并由同济大学土木工程防灾国家重点实验室进行了数模试验验证：

分别对半封闭环保型风导流抑尘散货料棚进行了在16m/s、20m/s不同最大风速作用下，散货料棚采用不同外形，即多种三曲线吻合以及半圆形料堆表面最大风速对照分析；迎风面围护结构设置不同比率开孔挡风板，由0～100％，按10％递增的风效应分析；敞开距离与煤堆表面最大风速的影响对照分析；顶棚不同敞开率，由0～100％，按10％递增的风效果分析。

根据数模试验和MSGS空间网格结构分析结果，选择部分效果良好，有代表性的成果，发现存在以下共同规律，以跨度120m为例，如表1～3及图10-14：

1、通常料堆起尘分为两大类：①在堆取料等过程中的动态起尘，主要与作业落差、装卸强度等有关，一般采取降低作业落差和喷洒水雾等措施解决。②料堆场表面的静态起尘，主要与物料表面含水率、风速等密切相关，当外界作用在料堆表面风速达到一定强度，该风力使散货物料堆表面颗粒产生的向上迁移的动力足以克服颗粒自身重力和颗粒之间的磨擦力以及其他阻碍颗粒迁移的外力时，颗粒就离开堆垛表面而扬尘，此时的风速被称为起尘临界风速。根据统计资料和数模试验，起尘临界风速和起尘量见表1～3：

表1不同粒径煤尘的起尘临界风速

表2不同含水率煤场起尘临界风速计算m/s

表3不同含水率煤场料场起尘量计算g/s

通过以上对散货物料不同粒径、含水量的散货物料起尘风速和起尘量计算分析，表明当作用在料堆表面风速低于起尘临界风速时，料堆不起尘。当作用在料堆表面风速超过起尘临界风速时，作用在料堆表面的风压随着风速增大呈2次方增大，起尘量随着风速增大呈4次方增大。通过设置挡风导流设施，运用空气动力学的原理将高强度的旋涡流，变成弱强度旋涡，降低来流风的风速，最大限度地损失来流风的动能，避免来流风的明显涡流，减少风的湍流度，防止粉尘飞扬，达到减少起尘的目的。

超大型散装物料堆存时，因不需要防雨和禁止空气流通，抑尘关键在于合理控制风的流向和风速，使得作用在料堆表面风速控制在起尘临界风速范围，达到基本抑制粉尘的目的。抓住上述关键技术环节，经过了多方案论证、分析计算比较，并经过数值模拟试验和风洞物理模型试验，发明了一种超大型风导流抑尘型散货料棚。

2、迎风面围护结构透风率的影响

数模试验表明：不设置开孔挡风板，气流进过上部挡风板后会进入下风侧的挡风板内部，从而在顶棚下风侧内形成大的气流旋涡，导致下风侧的煤堆容易形成扬尘；通过设置开孔挡风板，部分气流通过挡风板后流速降低，该部分气流在敞开部分与绕流气流混合，使得气流整体向上远离顶棚，不易在下风侧顶棚内形成气流旋涡，降低了下风侧煤堆表面的气流速度；由迎风面围护结构透风率0～100％，按10％递增的风效应分析数模试验，顶棚内的压力分布图显示出挡风板不开孔时的负压最大，开孔后负压能较明显的减小。图10为设置不同透风率的挡风板，透风率与料堆表面最大风速对照图，从而可认为设置20％～40％开孔挡风板的透风率较好；图11为散货料棚迎风面围护结构30％透风率风效应图；

3、顶棚结构敞开率的影响

由顶棚结构敞开率0～100％，按10％递增的风效果分析数模试验，显示随着顶棚结构敞开率的增加，下风侧煤堆表面风速在逐步增大，即敞开率越大越容易导致煤堆的扬尘；同时顶棚内部的流场对该参数表现的并不敏感，即不同的敞开率对流场的影响有限，将不同敞开距离下煤堆最大表面风速列出，图12为散货料棚在20m/s作用下，敞开距离与煤堆表面最大风速对照曲线图；如图12可以看出顶棚敞开距离50～60％范围内是较合适的。当顶棚结构敞开率达到60％以上时，下风侧煤堆表面风速增大迅速，挡风效果不良。也说明了一般防风网结构，相当于顶棚结构敞开率100％，易导致煤堆的扬尘，挡风效果较差。图13为散货料棚顶棚结构50％敞开率风效果图。

4、不同曲率曲线下的顶棚外形尺寸对顶棚内的流场影响较大。

由图14散货料棚不同外形图、图15在20m/s风速作用下不同外形相应料堆表面最大风速对照曲线图，可以看出：不同曲率曲线下的顶棚外形在风作用下对顶棚内的流场影响较大。

如图14散货料棚不同外形图所示，首先将所有的曲线进行大致分类，第一种a为侧部近似竖直顶部近似水平三段曲线结构吻接而成，最后一种g为半圆弧曲线，其余的曲线介于两者之间三段曲线结构吻接而成。从图15在20m/s风速作用下不同外形相应料堆表面最大风速对照曲线图数值模拟结果可以看出第一种和最后一种风效应都较好，而介于中间曲率的顶棚曲线反而不好。

最优的顶棚曲线为圆弧曲线，该形状下顶棚内煤堆表面的风速最小。

5、不同曲率曲线下顶棚外形尺寸对结构体系受力合理性的影响

按图14散货料棚不同外形图所示，进行MSGS空间网格结构分析，不同曲率曲线下的顶棚外形尺寸对结构体系受力合理性和投资影响较大，第一种为侧部近似竖直顶部近似水平，结构体系受力不大合理，投资较高，顶棚曲线为圆弧曲线结构体系受力比较合理。

6、不同曲率曲线下的顶棚外形尺寸对工艺设备的影响

按图14散货料棚不同外形图所示，第一种为侧部近似竖直顶部近似水平顶棚外形尺寸对工艺设备布置和使用比较方便，空间利用率高，顶棚曲线为半圆弧曲线为工艺设备布置和使用在顶棚跨中部分范围内，具有部分非利用高度，空间利用率低。

综上所述，经采用MSGS空间网格结构分析设计程序计算分析和同济大学土木工程防灾国家重点实验室数模试验验证，并综合考虑不同曲线顶棚外形尺寸对工艺设备、顶棚内的流场影响、结构体系受力合理性等因素。选择散货料棚横断面形状尺寸、散货料棚横断面形状敞率、围护结构的透风率、结构体系。

按常规堆取料工艺要求，超大型风导流抑尘型散货料棚横向跨度范围为90～144m，纵向长度可达592～1216m，面积53280～145920m2，总高达45m。

散货料棚横断面形状：选择采用三段曲线结构吻接而成，两端二段曲线曲率半径为约20～50m，中间段曲线曲率半径为约80～120m，两侧曲线段下端设置一垂直直线段和基础相连接；或采用曲率半径为约50～80m半圆型曲线结构而成断面形式。

选择散货料棚中部54～84m范围开敞，两端各约30～18m范围为封闭结构，中部开敞两端封闭对风进行导流，顶棚开敞的范围为料棚总跨度的50％～60％。选择迎风面围护结构设置30％开孔挡风板透风率，设置高度在20m，做为本发明的料棚形式。

通过对风的导流和降速，减少风的湍流度，对不同含水率、不同散料，按作用在物料表面起尘临界风速进行控制，有效地抑制了了风对散装物料的作用，基本解决了粉尘造成的环境污染问题。

Claims (9)

1.一种半封闭环保型风导流抑尘散货料棚，该散货料棚支撑在地面基础上，其特征是：该料棚结构包括有多个两侧对称的曲线段及中部曲线段部分吻接而成的整跨主体结构骨架(4)，整跨主体结构骨架(4)支撑在地面基础上，两侧对称的曲线段及中部曲线段的三段曲线结构部分吻接而成，两侧曲线段下端设置一垂直直线段与所述地面基础相连接；

该散货料棚在纵向两端及沿纵向每间隔一定距离设置整垮封闭区域，整垮封闭区域上设有形成顶棚的整跨封闭屋面(6)，在纵向每两整跨封闭屋面(6)之间均为对风进行导流的中部开敞两端封闭结构，形成横向跨度范围为90～144m、纵向长度范围为592～1216m的散货料棚。

2.根据权利要求1所述的半封闭环保型风导流抑尘散货料棚，其特征是：所述两侧曲线段曲率半径为20～50m，中部曲线段曲率半径为80～120m；所述整垮封闭区域设置在散货料棚的纵向两端宽16～24m及沿纵向每间隔128～156m处，整垮封闭区域的宽度为12～16m。

3.根据权利要求1所述的半封闭环保型风导流抑尘散货料棚，其特征是：在每两个支撑在地面基础上所述整跨主体结构骨架(4)之间设有连接整跨主体结构骨架的空间托架(7)，所述空间托架(7)的位置设在顶棚敞开区域的边缘处，所述空间托架(7)的宽度为4～8m；

中间开敞两端封闭区域的两侧设有局部承重骨架(8)，局部承重骨架(8)的两端分别支撑在空间托架(7)和地面基础上。

4.根据权利要求1所述的半封闭环保型风导流抑尘散货料棚，其特征是：所述整跨主体结构骨架(4)的宽度为8～24m。

5.根据权利要求1所述的半封闭环保型风导流抑尘散货料棚，其特征是：所述整跨主体结构骨架(4)为曲率半径为50～80m的半圆型曲线结构。

6.根据权利要求1所述的半封闭环保型风导流抑尘散货料棚，其特征是：所述整跨主体结构骨架(4)为单元宽度3～6m的钢管桁架或四角锥网壳的网格结构。

7.根据权利要求1所述的半封闭环保型风导流抑尘散货料棚，其特征是：所述中部开敞两端封闭区域从地面基础到顶棚的封闭区域依次分为封闭板区(1)、开洞板区(2)、封闭导流板区(3)。

8.根据权利要求4所述的半封闭环保型风导流抑尘散货料棚，其特征是：所述封闭板区(1)、封闭导流板区(3)、整跨封闭屋面(6)均为折线型的压型钢板或玻璃钢板；所述开洞板区(2)为在两侧封闭区域中设置的折线型的开孔挡风板或柔性防风网，开孔挡风板上均匀设有多个通孔，开孔挡风板设置高度在20m以上的范围。

9.根据权利要求2所述的半封闭环保型风导流抑尘散货料棚，其特征是：所述空间托架(7)及局部承重骨架(8)为单元宽度3～6m的钢管桁架或四角锥网壳的网格结构。

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