книги из ГПНТБ / Харас З.Б. Монтаж аппаратов нефтяной и газовой промышленности

при помощи листовых накладок и чистых болтов, что менее пред­ почтительно. Если основные ветви мачты изготовлены из кипящей стали, то мачту не используют при температуре окружающего воздуха ниже минус 20° С.

При монтаже аппаратов широко применяют мачты Таллинского машиностроительного завода (ТМЗ), спроектированные на заводе под руководством профессора Таллинского политехнического ин­ ститута (ТПИ) И. И. Ааре по техническому заданию, составленному автором. Мачты ТМЗ, оснащенные каждая полиспастом из блоков БМ-130, обеспечивают в спаренном состоянии подъем аппаратов и укрупненных блоков стальных конструкций массой до 200 т (при оснащении полиспастами из блоков БМ-100 грузоподъемность ком­ плекта из двух мачт составляет всего 160 т). У мачты высотой 62 м высота подъема крюка подвижного блока грузового полиспаста равна 55 м (общая масса комплекта из двух мачт высотой по 62 м составляет с опорами 68,2 т). Масса одной мачты при подъеме равна 30 т. Аппараты массой до 200 т допускается поднимать при наклоне мачт на угол до 10° от вертикальной оси и при отклонении грузовых полиспастов от оси мачт на угол до 15°. При подъеме аппаратов с на­ клоном мачт на угол 25° к вертикальной оси грузоподъемностькомплекта снижается до 90 т.

Конструкция каждой мачты представляет собой четыре основные ветви из уголков 200x200x16 мм, соединенные раскосами. При высоте 62 м мачта состоит из шести разъемных секций длиной по 10 и 20 м. Мачта полноповоротная за счет шарнирного закрепления оголовка и опоры. На грунт мачта опирается через опору диаметром 3,2 м и массой около 4 т. Грузовой полиспаст крепят к мачте за консоль с помощью специальных тяг или через переходное звено (рис. 6.3). Бестросовое шарнирное соединение обеспечивает необ­ ходимые степени свободы и создает более безопасные условия, чем при подвеске грузового полиспаста тросовой петлей. Ходовую нитку грузового полиспаста, сбегающую с подвижного блока, с помощью системы отводных роликов направляют внутрь мачты и внизу вы­ водят наружу.

Чтобы использовать спаренные мачты ТМЗ для подъема и уста­ новки аппаратов массой около 300 т, было предложено переобору­ довать оголовки спаренных мачт ТМЗ с таким расчетом, чтобы на вершине каждой мачты закрепить два полиспаста из блоков БМ-100 или БМ-130. По проекту Гипронефтеспецмонтажа на вершине ка­ ждой мачты укрепили сваркой молотковый коробчатый оголовок из листа толщиной 30 мм, к каждому плечу которого на одинаковом вылете от оси мачты (1,25 м) прикрепили полиспаст с помощью тро­ совой петли, которую привязали к короткой оси (рис. 6.4). Эту ось расположили с эксцентриситетом от оси мачты, равным 200 мм

Таллинского завода. «Монтажные и специальные работы в строительстве». 1970, № 1.

117

Мачты с молотковыми наголовниками для монтажа аппаратов применяет также японская монтажная фирма «Чийода».

Недостаток описанной реконструкции мачт — существенная по­ теря высоты подъема груза, а также необходимость отклонения плоскости полиспастов от оси мачты на значительный угол в конеч­ ной стадии подъема аппарата. Кроме того, в случае применения мачт с молотковыми наголовниками обязательно требуется балансировать нагрузку между двумя полиспастами с помощью траверсы.

В монтажной практике имелись случаи подъема нереконструиро­ ванными спаренными мачтами ТМЗ аппаратов массой около 240 т. € целью определения действительной несущей способности ВНИИМонтажспецстроем и трестом Волгонефтехиммонтаж были прове­ дены испытания мачты ТМЗ высотой 62 м. Испытания мачты прово­ дили при ее горизонтальном положении на стенде. Две продольные

Рис. 6.5. Расположение на мачте .мест замера напряжений при испытании.

трубы стенда по концам связали жесткими поперечинами, служа­ щими упорами для испытываемой мачты. Поэтапные статические нагрузку и разгрузку мачты выполняли двумя гидравлическими домкратами грузоподъемностью по 200 т, работающими от одной насосной станции. Для исключения прогибов под действием соб­ ственной силы тяжести мачту по длине через 6 м поддерживали балансирными рычажными устройствами. Мачта опиралась на одно плечо устройства, а на другом плече укладывали противовес из бе­ тонных плит. Соотношение плеч было выбрано таким, чтобы масса противовеса была приблизительно вдвое меньше массы уравнове­ шиваемого участка мачты. Шаровой пятой мачту упирали в шаро­ вой подпятник, закрепленный на одной поперечине стенда. Гидра­ влические домкраты упирались во вторую поперечину стенда и пе­ редавали нагрузку на оголовок мачты (снизу) с проектным эксцен­ триситетом, равным 700 мм.

Мачту нагружали и разгружали этапами по 25 тс (250 кН). При этом снимали показания тензодатчиков и прогибомеров. Разрушение мачты произошло при нагрузке 300 тс. Причем устойчивость поте­ ряли только ветви верхней секции.

Напряжения в верхних (ов) и нижних (п„) ветвях мачты в шести сечениях по длине (рис. 6.5) при различных нагрузках на мачту приведены в табл. 6.2.

Как видно из табл. 6.2 наибольшие напряжения возникали в ниж­ них ветвях по сечению мачты, т. е. в ветвях, расположенных со стороны подвески грузового полиспаста. В то же время ветви, рас­ положенные с другой стороны, были явно недогружены, что ука­ зывает на нерациональность геометрической формы симметричных

120

мачт квадратного сечения. Кроме того, напряжения превышали предел текучести только в ветвях верхней секции. Проведенный в дальнейшем расчет мачты, усиленной двумя накладками, а также повторное нагружение усиленной мачты ТМЗ на стенде до 300 тс показали возможность использования спаренных мачт ТМЗ с уси­ ленными верхними секциями для подъема и установки аппаратов массой до 300 т. Изменять паспортную грузоподъемность мачт ТМЗ допускается лишь после осмотра действительного их состояния и испытания с перегрузкой на 25%, т. е. на нагрузку 187,5 тс каждой мачты.

По инициативе Главнефтемонтажа Таллинским политехническим институтом совместно с Гипронефтеспецмонтажом разработаны кон­ струкции мачт ТПИ—ГНСМ, каждая грузоподъемностью 250 т при высоте 40 м и 200 т при высоте 60 м.

При высоте 60 м комплект из двух таких мачт имеет массу 66 т,. т. е. близкую к массе комплекта мачт ТМЗ. Это достигнуто главным образом за счет применения уголков основных ветвей из низколе­ гированной стали 15ХСНД и увеличения поперечного сечения мачты с 1600x1600 до 1800x1800 мм. Ось вращения мачты смещена от оси симметрии средних сечений на 400 мм. Мачты отличаются от широко распространенных установкой подшипников качения как в основании, так и в оголовке, что существенно облегчает поворот мачт и снижает усилия на раскосы Г Для наклона мачты в ее осно­ вании установлена шаровая пята.

Мачта ТПИ—ГНСМ может быть оснащена одним полиспастом из блоков БМ-280 или двумя полиспастами из блоков БМ-130. Kpoмe^1

1 И. И. А а р е и др. Грузоподъемная мачта для монтажа тяжеловесного оборудования. Авт. свид. № 304227 от 24/ХІ 1969. Бюлл. изобретений, 1966., № 17.

121

того, у нее удачно выполнен узел соединения расчалок с оголовком мачты. Расчалку крепят к оголовку через переходное звено, соеди­ няемое с оголовком при помощи пальца, что позволяет располагать расчалку под различным углом к оси мачты. Звено имеет ролик, через который крепят петлю расчалки. Блок грузового полиспаста БМ-280 закреплен на вершине мачты через шарнир с одной степенью

свободы, позволяющей грузовому по­ лиспасту отклоняться от мачты на раз­ личный угол.

Одним из недостатков описанных' конструкций мачт является их непол­ ная поворачиваемость из-за необходи­ мости направлять ходовую нитку поли­ спаста на неподвижно установленную лебедку. В этом отношении выгодно отличаются мачты конструкции Гипрохиммонтажа Б Нижняя секция мачты опирается через подшипник качения на опорную короткую секцию, соеди­ ненную с плитой через шаровой шар­ нир. В опорной секции укреплен от­ водной ролик, направляющий ходовую нитку полиспаста, пропущенную внутри мачты, на лебедку. Таким образом, при повороте мачты с грузовым полиспастом не меняется положение отводного ро­ лика и обеспечивается постоянное на­ правление ходового троса на лебедку. Во время подъема самой мачты разъем нижней и опорной секций соединяют болтами, а иногда и перекрывают при­ варными планками.

На описанном принципе Гипрохиммонтажом вначале была разрабо­ тана мачта грузоподъемностью 110 т при высоте до 50 м, а затем —

мачта грузоподъемностью 130 т при высоте до места крепления полиспаста 42 м (120 т при высоте 51,5 м). В Гипрохиммонтаже спроектирована полноповоротная мачта грузоподъемностью 200 т при высоте 60 м, также имеющая разъем и подшипник в нижней части (рис. 6.6).

Мачты, применяемые в отечественной и зарубежной монтажной практике, имеют различную геометрическую форму. Есть мачты постоянного сечения по высоте, а также симметричные и несимме­

122

мачта оригинальной геометрической формы. На оголовке мачты в месте крепления грузового полиспаста выполнен скос, располо­

по оси вращения мачты, совмещенной с центрами тяжести сечений мачты (рис. 6.7, а). Авторы предполагают, что масса мачты при та­ кой геометрической форме при одинаковой грузоподъемности будет меньше на 15% по сравнению с обычной мачтой, так как исключается действие изгибающего момента на часть мачты, расположенной

ось вращения которых во всех вариантах совмещена с центрами тя­

существенно изменено.

Если принять площадь сечений ветвей, расположенных со сто­ роны подвеса полиспаста, F lt а с противоположной стороны — F2, то во всех вариантах F x + Г 2 = F. Расстояние от центра тяжести всего поперечного сечения, совмещенного с продольной осью враще­

оборудования. Авт. свид. № 269466 от7/ІѴ 1969. Бюлл. изобретений, 1970, № 15-

М., изд. ВНИИМонтажспецстроя, 1971.

123

полиспаста, я, а до противоположных ветвей — b. Несущую способ­ ность мачт определяли в диапазоне 0,75 > a / ö > 0,05; результаты расчетов приведены на графике (рис. 6.8). Из графика видно, что наиболее оптимальной из сравниваемых является мачта с расположе­ нием центра тяжести поперечного сечения и оси вращения мачты на расстоянии 0,25—0,3 ширины всего сечения, считая от ветвей, рас­ положенных со стороны подвеса полиспаста. Такую геометрическую

мачт колебался в пределах от 3,87 до 8,28 кг/(т- м). Причем, наимень­ ший показатель имеют трехтрубные сигарообразные мачты шпренгельного типа грузоподъемностью 70 т.

§ 2. ИСПЫТАНИЕ МОНТАЖНЫХ МАЧТ

Несмотря на большую грузоподъемность большинство находя­ щихся в эксплуатации монтажных мачт не прошло испытания пере­ грузкой. Такое положение сложилось прежде всего из-за того, что монтажные мачты не подведомственны Госгортехнадзору и, кроме того, испытания мачт связаны с проведением трудоемких и дорого­ стоящих работ. Вместе с тем испытания мачт следует считать обяза­ тельными.

По аналогии с монтажными' кранами мачты следует испытывать нагрузкой, на 25% превышающей ее паспортную грузоподъемность. Причем нагрузку при испытании надо выдерживать не менее 30 мин.

Возможно испытание мачт при установке их в вертикальное рабочее положение путем подъема с земли испытательного груза или монтируемого оборудования. Такое испытание прошли, напри­ мер, реконструированные мачты ТМЗ грузоподъемностью по 160 т 1.2з

1 3. Б. X а р а с. Крупноблочный монтаж аппаратов ко оттого типа химических и нефтеперерабатывающих заводов. Информ. листок, № 651. М., изд. ЦБТИ, 1965. 32 с.

з И. С. Г о л ь д е н б е р г и др. Повышение грузоподъемности мачт Таллинского завода. «Монтажные и специальные работы в строительстве». 1970, № 1.

124

В качестве груза для испытания использовали перемещенный к месту подъема аппарат массой 275 т. Для создания 25%-ной перегрузки необходима масса 200 т. Поэтому аппарат стропили не в центре тя­ жести, а с соответствующим смещением от него.

Рассмотренным способом можно испытывать мачты вместе с та­ келажной оснасткой в рабочем вертикальном положении. В то же время работы по перемещению и подъему испытательного груза большой массы достаточно трудоемки.

Мачты без такелажной оснастки могут быть испытаны и в гори­ зонтальном положении. Статические испытания мачт ТМЗ на гори­ зонтальном стенде при нагрузке, создаваемой гидравлическими дом­ кратами, описаны выше. Преимуществами такого способа являются: возможность постоянного и полного осмотра мачты в процессе испы­ тания, безопасные условия труда испытателей. К недостаткам спо­ соба можно отнести сравнительно большие затраты средств на устрой­ ство стенда, статический характер испытаний и горизонтальное положение мачты, отличные от условий работы мачт при монтаже.

Оригинальный способ статического испытания мачт в горизон­ тальном положении в комплекте с такелажной оснасткой и меха­ низмами разработан в Гипронефтеспецмонтаже Н Этим способом были испытаны две мачты грузоподъемностью по 200 т. Во время испытания две мачты 1 были расположены по одной оси в горизон­ тальном положении опорными плитами 2 друг к другу (рис. 6.9). Соосность мачт проверяли теодолитом по реперам в виде стальных прутков, приваренных к мачтам по длине. Для компенсации дей­ ствия собственной силы тяжести мачту вывешивали на козлах. Два грузовых полиспаста 3 грузоподъемностью по 280 т присоединили к треугольной обойме 4, к третьему пальцу которой присоединили оттяжной полиспаст 5 грузоподъемностью 160 т, закрепленный за якорь 6. Оголовки мачт прикрепили к забетонированным якорям 7 тросовыми петлями. Опорные плиты соединили расположенными по контуру стяжными болтами и уложили в специальное забетони­ рованное в приямке 8 ложе из листовой стали, имеющее углубление по профилю опорных плит. Боковые ограничители у ложа пред­ отвращают смещение испытываемых мачт вдоль оси. От вертикаль­ ного перемещения опорные плиты мачт удерживаются приваркой к ложу. Задние рабочие расчалки 9 через полиспасты 10 прикрепили к якорям 11.

Последовательными короткими включениями лебедок оттяжного полиспаста, двух грузовых полиспастов и двух полиспастов расчалок доводят грузовые полиспасты до расчетного угла отклонения от оси мачт, сохраняя при этом соосность мачт. Величину испытательной нагрузки контролируют по динамометрам, установленным на непод­ вижных и ходовых нитках грузовых полиспастов. При достижении

ІИ. С. Г о л - ь д е н б е р г и др. Способ статического испытания гру­ зоподъемных мачт в комплекте с такелажной оснасткой и механизмами. Авт. свид. № 269465 от 9/ІѴ 1969. Бюлл. изобретений, 1970, № 15.

125

в грузовых полиспастах испытательной нагрузки, на 25% пре­ вышающей паспортную грузоподъемность, мачты выдерживают под. этой нагрузкой и осматривают их состояние.

К преимуществам способа относятся: возможность полного кон­ троля состояния мачт в процессе испытаний; более безопасные условия испытания по сравнению с испытанием мачт в вертикальном

положении; отсутствие необходимости применения эталонного груза большой массы; создание испытательной нагрузки на мачты работой полиспастов и лебедок, входящих в комплект мачт.

К недостаткам описанного способа можно отнести необходимость использования для испытаний свободной площадки весьма значи­ тельных размеров, а также сравнительно большие затраты, особенно на устройство якорей. Кроме того, статичный характер испытаний и горизонтальное положение мачт не соответствуют рабочим усло­ виям эксплуатации.

Оригинальный способ испытания спаренных мачт, оснащенных грузовыми полиспастами и расчалками, в рабочем вертикальном

126