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

вается также, что для предотвращения столкновения его с фунда­ ментом необходимо выдержать просвет между ними шириной около 1 м. С другой стороны, выбирают такую траекторию движения аппа­ рата в процессе его подъема,

жают обычно в масштабе: 1 тс соответствует 2 мм. Это обеспечивает достаточную точность расчетов.

Рис. 8.6. Графическое определение нагрузок при монтаже аппаратов скольжением с отрывом от земли.

а — нереальное положение аппарата, б — реальное положение аппарата, в — рас­ четная схема.

Определенные значения нагрузок заносят в таблицу и выражают на графике. Максимальные значения нагрузок принимают как основ­ ные для дальнейших расчетов. Дополнительными нагрузками являются нагрузки от действия ветра на аппарат и мачты, собствен­ ные силы тяжести такелажной оснастки и мачт, предварительное

167

натяжение расчалок, нагрузки от возможной неравномерности ра­ боты нескольких подъемных полиспастов и динамичности подъема.

Для определения основных нагрузок в оттяжке и подтягивающей системе на первом этапе подъема аппарата определяют вертикальную составляющую реакции в точке опирания аппарата на опорную по­ верхность и горизонтальную составляющую суммарной нагрузки в полиспастах в плоскости подъема аппарата. Вертикальная соста­ вляющая реакции, умноженная на коэффициент трения, определяет силу трения, препятствующую перемещению аппарата в процессе подъема. В тех случаях, когда горизонтальная составляющая сум­ марной нагрузки в полиспастах больше силы трения, их разность определяет необходимое усилие в оттяжке. В противном случае для подтаскивания аппарата усилие в подтягивающей системе вместе с горизонтальной составляющей суммарной нагрузки в полиспастах должно преодолевать силу трения.

Учитывая отклонение грузовых полиспастов от вертикали в двух плоскостях, для каждого положения аппарата определяют вначале суммарную нагрузку на два полиспаста и головные расчалки разло­ жением сил в плоскости подъема аппарата, а затем определяют нагрузки на один полиспаст и боковую расчалку разложением сил в плоскости мачт.

При выборе грузовых полиспастов и проверке прочности мачт определяющим обычно считают то положение аппарата в процессе подъема, при котором нагрузки на грузовые полиспасты по графику имеют максимальное значение. Этот момент, как было указано, может быть и в период подтаскивания и после отрыва аппарата от земли. В любом случае при этом нагрузка на грузовые полиспасты превышает силу тяжести аппарата в результате дополнительного действия усилия в оттяжке или за счет отклонения полиспастов от вертикали. Это положение аппарата принимают за расчетное.

Расчет грузовых полиспастов и проверку прочности и устойчи­ вости мачт осуществляют раздельно.

Расчет грузовых полиспастов мачт

Для пояснения расчета на рис. 8.7 изображено расчетное положе­ ние аппарата массой 270 т, т. е. имеющего силу тяжести G = 2700 кН (270 тс). При действии на аппарат ветра в плоскости подъема со сто­ роны, противоположной расположению оттяжки, нагрузки на гру­ зовые полиспасты не меняются, уменьшается лишь усилие в оттяжке. При действии на аппарат ветра со стороны оттяжки на грузовые полиспасты дополнительно действует лишь вертикальная проекция усилия в оттяжке от ветровой нагрузки, которая при малых углах наклона оттяжки к горизонту незначительна. Поэтому рассматри­ ваем действие ветра на аппарат в плоскости мачт.

Вначале определяем суммарное.усилие в двух полиспастах в пло­ скости подъема аппарата разложением силы тяжести аппарата G =? = 2700 кН на направление оттяжки, усилие в которой составит

168

спаренных несбалансированных полиспастов и ветровой нагрузки WB, а также с учетом наличия контроля нагрузок.

Рис. 8.7. Расчетная схема подъема аппарата.

Из условия равновесия аппарата под действием сил относительно точки А, т. е. У} М А = 0, находим

Q ___kuQ00,5DaW h

^Da cos ßi

Здесь Q — расчетная нагрузка на нижний блок грузового полис­ паста; кн — коэффициент неравномерности, который по опыту мон­ тажа вертикальных аппаратов мачтами может быть принят: при использовании систем балансировки нагрузки и контроле за нагруз­ ками с помощью приборов кн = 1 ,0 ; при использовании систем балансировки нагрузки, но при отсутствии контроля, кң = 1,05; при отсутствии систем балансировки нагрузки, но при наличии кон­ троля за нагрузками с помощью приборов, кп — 1 ,1 ; при отсутствии систем балансировки нагрузки и контроля за нагрузками кн = 1,15;

Da —■ 6,4 м; Іх — 14,2 м; ßx = 10° 30'; W — суммарная сила ветра,

условно приложенная в центре тяжести аппарата и определяемая через расчетное давление ветра, которое принимается постоянным по всей высоте аппарата q0 = 100 Н/м2 (10 кгс/см2), площадь

169

продольного сечения аппарата F = Dal, т. е. W — q0F = q0D J = = 100-6,4-36 = 23000 Н = 23 кН. Тогда

1,1 -2810-0,5-6,4 + 2314,2 1630 кН (или 163 тс). 6,4 • 0,98

В соответствии с расчетной нагрузкой принимаем верхний и нижний блоки грузового полиспаста БМК-160 (грузоподъемностью 160 т, конструкции ПКК Проектстроймеханизация) и осуществляем

где г] — к. п. д. ролика блока (при роликах на подшипниках каче­ ния г] = 0,98); п — число рабочих ниток полиспаста (п — 17); t — число отводных роликов (t = 2). Тогда

что позволяет применить лебедку с тяговым усилием 125 кН (12,5 тс). Р а с ч е т н а я н а г р у з к а н а в е р х н и й б л о к г р у ­

гДе 5'сб — усилие, в последней нитке каната полиспаста, сбегающей с нижнего блока,

^ 6 = *^* = 122.0,95* = 117 кН;

1 7 0

мачт, а также на чертежах общих видов приводятся данные по грузо­ подъемности мачты при различной ее высоте. Иногда эти сведения дополняются зависимостью грузоподъемности от угла наклона мачты или от угла отклонения грузового полиспаста от оси мачты. Этими данными следует пользоваться в первую очередь. Однако возмож­ ность применения мачт определяется также условиями использо­ вания одной или одновременно двух и более мачт, подветренными габаритами аппарата, углом наклона расчалок к горизонту, схемой запасовки грузовых полиспастов, углом наклона оттяжки к гори­ зонту, направлением ветра и др. Учесть все возможные сочетания условий в технических характеристиках сложно. Поэтому предста­ вляется целесообразным при проектировании процесса подъема аппарата, сила тяжести которого близка по величине паспортной грузоподъемности намеченных к применению мачт, проводить их расчетную проверку при условиях, которые будут в действительности при подъеме данного аппарата.

Основой проверки устойчивости мачт рекомендуется считать расчет стальных конструкций по предельному состоянию. При этом расчете дополнительно учитывают: возможную перегрузку вслед­ ствие неточного определения силы тяжести и центра тяжести под­ нимаемого аппарата, мачт и грузовых полиспастов — коэффициен­ том кп = 1 ,1 , возможную динамическую нагрузку — коэффициен­ том динамичности кд, а также ветровую нагрузку, действующую на мачты.

На основе исследований, проведенных при участии автора, можно принять:

= ^Д1 ^Д2 >

где кд1 = 1 , 1 — при использовании в качестве привода грузовых полиспастов, а также в системах подтягивания и оттяжки нижней

при подтаскивании опорной части аппарата на санях (подкладном листе) непосредственно по площадке или по направляющим, воло­ ком; &д2 = 1 , 0 2 — при подтаскивании опорной части аппарата ка­ чением (по каткам, на тележках по рельсам и др.).

Устойчивость мачт проверяют при двух расчетных случаях направления действия ветра: 1 ) ветер действует в плоскости мачт, т. е. перпендикулярно плоскости подъема аппарата; 2 ) ветер дей­ ствует в плоскости подъема со стороны оттяжки.

171

Рассмотрим методику расчетной проверки устойчивости мачт на примере монтажа аппарата массой G = 270 т с помощью двух мачт высотой по 60 м, схема подъема и установки которого приведена на рис. 8.7.

Проверка устойчивости мачт при направлении ветра вдоль плоскости мачт

При таком направлении ветра учитываем дополнительную на­ грузку на полиспаст от действия ветра на аппарат. При этом разгру­ жающей мачту нагрузкой от действия на нее ветра пренебрегаем.

Для определения нагрузок, действующих на мачту, вначале определяем нагрузку Q на нижний блок одного грузового полиспаста с учетом не только действия ветра на аппарат и коэффициента не­ равномерности, принимаемых во внимание при расчете грузовых

QTp = 1960 = 29 + 18 = 2007 кН.

Усилие в сбегающей с нижнего блока полиспаста нитке по ана­

Усилие в нитке, сбегающей с верхнего отводного блока,

5 -‘ = < Щ “ 143кН*

172

Подставив определенные ранее величины Qrp и Sc6, а также при­ няв qR б = дн б, получим

QK= 2007 + 29 -1 4 0 = 1896 кН.

Расчетная нагрузка на мачту от действия начальных усилий в трех нерабочих расчалках

0 ' (| 7 3 (<7р ' Г ^ п р ) »

где qp — сила тяжести одной расчалки, приведенная к мачте, ко­ торая может быть принята равной 5 кН (0,5 тс); Snp — вертикальная проекция силы натяжения одной не­ рабочей расчалки, которая может быть принята равной 20 кН при диа­ метре троса расчалки более 25 мм или равной 10 кН при диаметре троса рас­ чалки меньше 25 мм. Тогда

Gp = 3 (5 + 20) = 75 кН.

Составляем расчетную схему нагру­ зок, действующих на мачту (рис. 8.9). Из условия равновесия мачты относи­ тельно основания (точки 0 ) определяем усилие в рабочей расчалке. Причем в расчет принимаем пространственный угол отклонения грузового полиспаста от мачты и расположение рабочей рас­ чалки в плоскости полиспаста и мачты:

ß= arctg ]/4g2 ßx + tg2 ß2 =

=arctg / t g 2 10° 30' + tg2 7° = 12° 30'.

Тогда

Подставив известные значения величин и приняв угол наклона расчалки к горизонту a = 30°, получим

„1896 (61,35— 1,35 + 0,7 ctg 12° 30') sin 12° 30'+140 (61,35 —1,35) sin 12° 30'

= 520 кН.

173

1 7 4

Прежде чем перейти к проверке общей устойчивости мачты, определяем ее основные геометрические характеристики. Основные четыре ветви мачт изготовлены из уголков 200x200x16, имеющих каждый площадь поперечного сечения F 0 = 62 см2 и момент инерции сечения І 0 = 2363 см4. Таким образом, общая площадь сечения ветвей мачты равна F = 4 -Г 0 = 4-62 = 248 см2. Момент инерции всего среднего сечения (рис. 8 .1 0 , а)

4 = 4 ( / 0 - F0a~) =

=4 (2363 62 - 74 52) = 1 385 900 см4.

Радиус инерции среднего сечения

Момент инерции верхнего сече­ ния мачты, расположенного на рас­ стоянии 5 м от оголовка (рис. 8.10, б),

IX = A(I0 + F0а2) =

= 4 (2363 + 62 • 44,52) = 500 560 см4.

Ni

где N ! — максимальная продольная сила в пределах средней трети

мачты, приложенная с эксцентриситетом е = JVi F — площадь по-

перечного сечения

F = 248 см2;

Фвн — коэффициент, определяемый по табл. 8.4 в зависимости от приведенной гибкости лпр и относительного эксцентриситета т; R — расчетное сопротивление прокатной стали, принимаемое для стали Ст.З R = 210 МПа (2100 кгс/см2); для сталей марок 14Г2,

175

Таблица 8.3

Значения коэффициента приведения длины мачты ц

1

Значения отношения ——

Схема

176