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

Неподвижными вертикально установленными мачтами, распо­ ложенными между поворотным шарниром и вершиной подготовлен­ ного к подъему аппарата (рис. 9.10, б), последний поднимают не до нейтрального, а до некоторого промежуточного положения. В этом промежуточном положении подъем аппарата мачтами прекращают во избежание резкого возрастания нагрузок на такелажные средства.

До нейтрального положения аппарат дотягивают дополнительными сред­ ствами.

Максимальную основную нагрузку на подъемный полиспаст на первом этапе подъема до нейтрального положе­ ния Sn определяют в момент отрыва аппарата от земли по уравнению

Угол а между нагрузкой на шарнир £ш и вертикалью рассчи­ тывают, как и в первом варианте, по уравнению (9.5).

Во избежание возможной перегрузки такелажных средств с по­ мощью вспомогательного графика определяют предельный угол подъема аппарата ф п р ед , при котором следует включать в работу дотягивающую систему (рис. 9.11). Для построения вспомогатель­ ного графика значения Sn определяют по уравнениям (9.7) и (9.8).

При подъеме аппарата «падающими» мачтами или А-образным шевром, ось поворота которых совмещена с осью шарнира аппарата, максимальную основную нагрузку на подъемную систему S„ опре­ деляют в момент отрыва аппарата от земли, т. е. при ср =. 0 (рис. 9.12), из выражения:

217

То же, на тяговую систему

Максимальную основную нагрузку на поворотный шарнир (Sm) определяют также из вспомогательного графика, построенного по формуле (9.2), в которой

Рис. 9.12. Расчетная схема монтажа аппаратов способом пово­ рота с помощью «падающих» шевров.

Определение максимальных основных нагрузок на такелажные средства графическим методом

Графический метод расчета нагрузок весьма прост и достаточно точен. В любой момент подъема аппарата нагрузки на такелажные средства и поворотный шарнир определяют графическим разложением действующих сил на масштабной расчетной схеме подъема аппарата.

При подъеме неподвижными мачтами (рис. 9.13, а) через центр тяжести аппарата проводят вертикаль до пересечения с направлением подъемного полиспаста (точка А). Точку' А соединяют с осью пово­ ротного шарнира аппарата. Полученная линия определяет направле­ ние суммарной нагрузки на шарнир (&ш). Из точки А вниз отклады­ вают в масштабе {1 мм соответствует 5 кН (0,5 тс) или 1 мм соот­ ветствует 10 кНѵ(1 тс)] по вертикали величину вектора силы тяжести аппарата (G). Через нижний конец вектора G проводят линию, параллельную направлению подъемного полиспаста, до пересече­ ния с направлением суммарной нагрузки на шарнир. Полученный треугольник сил (АВС) определяет величину суммарной нагрузки на шарнир SUI и величину нагрузки на подъемный полиспаст S„. Нагрузки на расчалку и мачту определяют разложением вектора Sn

218

на направление расчалки и мачты. Полученный треугольник сил (BCD) определяет величины нагрузок на расчалку Sp и мачту £м.

При дотягивании аппарата вектор силы тяжести откладывают из точки пересечения направления этого вектора с направлением тягового полиспаста (рис. 9.13, б). Дальнейшее построение тре­ угольника сил выполняют аналогично описанному.

При подъеме аппаратов «падающим» шевром нагрузки в любой момент подъема определяют аналогичным разложением сил.

Рис. 9.13. Определение нагрузок на такелаяшые средства графическим методом.

параметров такелажных средств и их расположения для двух наи­ более распространенных способов подъема аппаратов автором раз­ работаны номограммы.

При выводе уравнений, необходимых для построения этих номо­ грамм, использовано положение о начале возможных перемещений. На основании этого положения сумма элементарных работ всех приложенных к аппарату сил при любом его возможном перемеще­ нии должна быть равна нулю, что можно записать в следующем виде:

6Л = 2 (Хдх 4- Yöy + Zöz) = 0.

Для схемы подъема вертикального аппарата методом поворота с использованием неподвижной вертикальной мачты уравнение равно­ весия может быть записано следующим образом:

G 5 Ä -S n66 = 0.

2 1 9

или

где бй. и бb — соответствующие элементарные перемещения в направ­ лении действия силы тяжести G и усилия в подъемном полиспасте 5П.

Записывая уравнение в дифференциальной форме в виде зависи­ мости усилий от угла подъема аппарата ф, получаем:

>dtp

Выражаем величины й и Ъчерез угол ф и величины, не изменя­ ющиеся при подъеме аппарата. Очевидно, что при любом варианте строповки аппарата

й = Zsin ф-f- 0,5D cos ф.

Тогда

-j—=Ясозф —О.бЯзіпф.

Величина Ъ зависит от способа строповки аппарата. При стро­ повке аппарата за нижнюю образующую

Ь2 — cos ф)2 г (Н — L sin ф)2.

Дифференцируя полученное выражение по ф, находим:

нимает максимальные значения при любых положительных зна­ чениях а и ф = 0, так как при этом знаменатель выражения мини­ мален. Это дает основание рассматривать SJG только при ф = 0°:

Если расстояние от опорной плоскости аппарата до места стро­ повки вдвое больше расстояния от той же плоскости до центра

Ha основании полученной формулы рассчитана и построена номограмма (рис. 9.14). По оси абсцисс отложены величины а = а/Я;

220

т. е. отношения величины смещения мачты от оси шарнира а к высоте мачты Н. Смещение мачты принято в диапазоне 0,5 > а > 0 . По оси ординат отложены данные вычислений, т. е. величины относительных

Рис. 9.14. Номограмма для определения максимального усилия в подъемном полиспасте неподвижно установленной мачты.

усилий в подъемном полиспасте SJG. Наклонные линии на но­ мограмме характеризуют различные величины ß = Z/Я , т. е. отно­ шения расстояния опорной плоскости аппарата до его центра тяжести I к высоте мачты Н. Значение ß принято в диапазоне 2 > ß >-0,2. Пределы изменения величин а и ß приняты с учетом обычно

221

применяемых на практике размеров аппаратов и мачт и их взаимного

расположения.

Пользование номограммой можно пояснить на следующем при­ мере. Определим максимальное усилие в подъемном полиспасте Sn, закрепленном на вершине грузоподъемной мачты высотой Н — 20 м, установленной вертикально на расстоянии а — 3,6 м от оси пово­ ротного шарнира, при подъеме методом поворота аппарата массой 80 т (800 кН) с расположением центра тяжести на расстоянии от опорной плоскости I = 24 м.

Вначале определяем отношения

По оси абсцисс номограммы находим значение а = 0,18 (точка 1) и проводим вверх вертикальную линию до пересечения с наклонной линией при ß = 1,2 (точка 2). Проведя через точку 2 горизонталь­ ную линию, получим на оси ординат ответ: SJG = 1,385 (точка 3), что подтверждает точность составленной номограммы. Искомое максимальное усилие в полиспасте Sn — 800-1,385 = 1108 кН

(110,8 тс).

Аналогично выведено расчетное уравнение для построения номо­ граммы при подъеме аппаратов методом поворота с использованием «падающего» шевра, ось вращения которого совпадает с осью поворота аппарата:

5Т _ I ѴШ+ W

G 1ЯН

Как видно из этого выражения, на значение усилия в тяговом полиспасте не влияет расположение места строповки аппарата по высоте.

На основании полученного уравнения рассчитана и построена номограмма (рис. 9.15). По оси абсцисс номограммы в логарифми-

ческой шкале отложены величины ф = ія т. е. отношение величины

смещения якоря от оси поворотного шарнира Ія к высоте мачты Н. По оси ординат также в логарифмической шкале отложены искомые величины ST[G. Наклонные линии на номограмме соответствуют различным величинам ß = ІІН, т. е. отношению расстояния от опорной плоскости аппарата до его центра тяжести I к высоте мачты Н.

Пользование данной номограммой можно пояснить на следующем примере.

Определить максимальное усилие в тяговом полиспасте ST, закрепленном одним концом к вершине «падающего» шевра высотой Н = 20 м, а другим — за якорь, установленный на расстоянии

222

Ія = 28,8 м от оси поворотного шарнира, при подъеме методом поворота аппарата массой 120 т (G = 1200 кН), у которого центр тяжести расположен на расстоянии I = 18 м от опорной плоскости.

Вначале определяем отношения

и

По номограмме находим по оси абсцисс на шкале ф значе­ ние ф =, 1,44 (точка 1) и проводим вверх вертикальную линию до

Гис. 9.15. Номограмма для определения мак­ симального усилия в тяговом полиспасте «пада­ ющего» шевра.

пересечения с наклонной линией при ß = 0,9 (точка 2). Проведя через

223

§ 5. УЧЕТ ДИНАМИЧНОСТИ В РАСЧЕТАХ ТАКЕЛАЖНЫХ СРЕДСТВ ПРИ ПОДЪЕМЕ АППАРАТОВ СПОСОБОМ ПОВОРОТА

В целях обоснования рекомендаций по учету динамичности в расчетах такелажных средств автором с участием сотрудников ВНИИМонтажспецстроя проведены натурные экспериментальные исследования с замером и записью действительных нагрузок на такелажные средства х.

Нагрузки на такелажные средства в процессе подъема аппаратов замеряли электротензометрическим методом. При этом использо­ вали проволочные датчики сопротивления, наклеенные на специально изготовленные стальные тензометрические вставки. Последние уста­ навливали между поднимаемым аппаратом и подъемным полиспастом или с двух сторон тяговых полиспастов. Вставки изготовили из стали марки Ст.З, а их расчетное сечение подобрали исходя из максимального рабочего напряжения на растяжение, равного 100—

120МПа (1000—1200 кгс/см2).

Всредней части каждой вставки с двух противоположных сторон, строго вдоль оси симметрии, выфрезеровали пазы. Дно каждого паза тщательно зачистили, отшлифовали и промыли спиртом для удаления следов жира и грязи. На подготовленную таким образом поверхность клеем БФ-4 наклеили вдоль оси вставки рабочие про­ волочные тензометрические датчики с базой 18 мм (по одному на дно каждого паза). Для компенсации температурных колебаний на стальной пластинке, расположенной внутри одного из пазов поверх рабочего датчика, приклеили два компенсационных датчика, име­ ющих такие же параметры, как и рабочие.

Наклейку датчиков и их коммутацию производили весьма акку­ ратно, так как при неосторожном движении тонкие провода дат­ чиков легко повреждаются. Для каждой вставки подобрали дат­

чики с одинаковым омическим сопротивлением (около 200 Ом). Эту операцию выполнили также весьма тщательно, замеряя сопро­ тивление каждого датчика мостом постоянного тока типа МВУ-49, имеющего погрешность измерения 1 мОм. После выдержки наклеен­ ных датчиков в течение не менее суток проверили правильность монтажа посредством омметра.

Рабочие и компенсационные датчики соединили изолирован­ ными проводами по мостовой схеме. Концы трех проводов вывели наружу и экранировали, после чего пазы с датчиками плотно закрыли металлическими крышками и залили щели битумом для предохра­ нения от попадания внутрь пазов влаги. Для удобства соединения трехжильных экранированных проводов с датчиками в условиях монтажной площадки применили штекерные разъемы. Замеры и за­ пись нагрузок проводили с помощью электронного усилителя (ТА-51

1 3. Б. X а р а с, В. М. Ф е д о р о в, Е. И. К р е м е н е ц к и й . Ис­ следования процессов монтажа тяжеловесных аппаратов. «Монтажные и спе­ циальные работы в строительстве». 1965, № 5.

224

или 8АНЧ) и шлейфового осциллографа (330, Н-105, МІІО-2). Для фиксирования времени в осциллограф включили специальный отметчик.

Для обеспечения возможности последующей расшифровки осцил­ лограмм, содержащих записи нагрузок в процессе подъема аппаратов,

Перед записью тарировочных осциллограмм подобрали шлейфы осциллографа и степень усиления усилитеЛя, чтобы обеспечить наиболее полное использование ширины фотопленки или бумаги ос­ циллографа в пределах намеченной максимальной величины рабочей нагрузки. Тарировочные осциллограммы, записанные на фотопленку или фотобумагу, расшифровали точным замером амплитуды светового пятна от края пленки до каждого места разрыва записи и сопоставле­ нием полученных значений амплитуд с соответствующими значениями нагрузки, записанными по шкале пресса в процессе тарировки. Аналогичным образом, но в обратном порядке, расшифровывали осциллограммы, записанные при подъеме вертикальных аппаратов. В процессе подъема аппаратов одновременно с записью нагрузок с помощью фотографирования фиксировали отдельные этапы про­ цесса подъема аппаратов, что в дальнейшем использовали для рас­ шифровки осциллограмм.

Дальнейшие исследования выявили возможность упрощения методики измерения и записи нагрузок для случаев, когда для решения поставленных задач их абсолютная величина не требуется. Такие условия имеются при выявлении действительных коэффициен­ тов динамичности подъема и неравномерности работы спаренных таке­ лажных средств. При этих условиях можно избежать необходимости применения тарированных вставок, что весьма важно, так как существенно облегчает проведение исследований. Рабочие (тензо­ метрические) датчики в. этом случае наклеивают непосредственно на грузоподъемные средства в местах, где можно на основе замера сечения предварительно рассчитать ожидаемое напряжение при монтаже аппарата. Этим местом может быть оголовок монтажной мачты, щека монтажного блока и др. Так же, как и при тарирован­ ной вставке, укрепляют рядом с рабочими компенсационные дат­ чики и коммутируют их.

Для возможного использования всей ширины шкалы осцилло­ графа до замеров нагрузок при монтаже аппаратов подбирают необходимый коэффициент усиления усилителя путем деформации датчика, аналогичного рабочим, на тарировочной линейке, создавая посредством мерных грузов деформации линейки, равные ожидае­ мым при монтаже аппаратов.

Измерительные и регистрирующие приборы, а также люди, участвующие в проведении эксперимента, находятся, как правило, вне опасной зоны подъема аппаратов. Этому способствовало при­ менение длинных (до 150 м) экранированных проводов, связыва­ ющих рабочие тензометрические датчики и вторичные приборы.

При подъеме аппаратов массой 250 и 300 т Л-образным шевром резко изменялась нагрузка на тяговые полиспасты в момент выхода ригеля из зацепления с шевром. Эти участки осциллограммы пред­ ставляют особый интерес.

На рис. 9.16, а приведен участок осциллограммы изменения нагрузки на тяговые полиспасты в момент выхода ригеля из зацепле­ ния с шевром при подъеме колонны массой 250 т. Удалось записать нагрузки на оба верхних и один нижний блоки тяговых полиспастов.

Юс

a

подвергался дополнительной динамической нагрузке, которая соста­ вила на верхний блок 172 кН (17,2 тс) ина нижний блок 84 кН (8,4 тс). Левый тяговый полиспаст подвергался дополнительной динами­ ческой нагрузке, величина которой на верхний блок составила 244 кН (24,4 тс). Основная статическая нагрузка на один тяговый полиспаст в этот же момент подъема равна 660 кН (66 тс). Таким образом, коэффициенты динамичности при подъеме колонны массой 250 т соответственно равны: кд = 1,26 и кд = 1,37.

Во время подъема колонны массой 300 т, несмотря на увеличение скоса в оголовке шевра, были также зафиксированы динамические явления, возникавшие в обоих тяговых полиспастах при выходе

226