ВВЕДЕНИЕ
Удельный вес высокоэффективных процессов, связанных схимическим превращением сырья в нефтеперерабатывающей промышленности, постоянноувеличивается. Химическое превращение нефтяного сырья осуществляется вреакционных аппаратах, или реакторах. Процессы, протекающие в них, обеспечиваютполучение многих нефтепродуктов улучшенного качества.) Например, > реформингбензина является основой для улучшения свойств автомобильных бензинов ипроизводства ароматических углеводородов (бензола, толуола, ксилолов иэтилбензола). Конструкция реактора должна отвечать требованиям данногохимического процесса. Реакция в реакторе должна протекать с максимальнодопустимой скоростью при условии наибольшего выхода целевой продукции. Приизвестном технологическом процессе и данном катализаторе этого добиваютсяподдержанием оптимальных значений температуры, давления в аппарате, а такжевремени протекания химической реакции.
В промышленных реакторах в реакции участвуют две фазы иболее. В реакторах, работающих на твердых катализаторах, кроме скоростипротекания собственно реакции превращения, должна быть обеспечена такжескорость переноса реагирующих веществ между фазами. Все известные конструкцииреакционных аппаратов по общности принципов работы подразделяются на реакторыполного смешения (периодического или непрерывного действия) и реакторы полноговытеснения. По способу теплообмена в реакционной зоне различают реакторы степлообменом через стенку (перегородку) и непосредственно с катализатором(адиабатические реакторы).
К реакторам с теплообменом через стенку относятся трубчатыереакторы, конструктивно представляющие собой кожухо-трубчатый теплообменник.Катализатор заполняет трубное или межтрубное пространство, теплоноситель(хладоноситель) омывает соответственно наружную или внутреннюю поверхностьтруб.
Адиабатические реакторы просты по конструкции; в нихотсутствует теплообмен с окружающей средой, а выделение или поглощениенезначительной теплоты реакции приводит к несущественному отклонениютемпературы реакционной смеси по высоте реакционной зоны.
Катализатор в реакторе может располагаться неподвижным слоемили находиться в движении. Применяемые катализаторы отличаются адсорбционной икинетической характеристиками, кристаллической структурой, а также размерамигранул (зерен). Для конструктивного оформления наибольшее значение имеютразмеры гранул (фракционный состав гранул). Для каталитического реформингаприменяют главным образом платиновый катализатор (0,5-0,6 масс. % платины,нанесенной на поверхность оксида алюминия). Используют также молибденовыйкатализатор, представляющий собой оксид молибдена, нанесенный на поверхностьоксида алюминия.
Реакторы конструктивно выполняются в виде аппаратов колонноготипа. Колонные аппараты применяют в различных производствах химической исмежных с ней отраслей промышленности для проведения процессов тепломассообмена(ректификации, дистилляции, абсорбциии др.)- В зависимости от параметров технологического процесса колонные аппаратыизготавливают различных диаметров и высоты из материалов, устойчивых квоздействию обрабатываемых веществ (углеродистая, легированная, двухслойнаястали, чугун, медь и другие материалы). Колонные аппараты работают подвакуумом, при атмосферном и повышенном давлении.
Существует несколько методов монтажа аппаратов колонного типабольшой массы: наращивание, подращивание, скольжение, поворот вокруг шарнира,метод падающей стрелы, безъякорный, выжимания и скольжения с использованиемчетырех монтажных мачт и монтажных кранов.
Монтаж скруббера методом наращивания (рис.1) ведут с помощьюмонтажного крана (1). По нижней части (6) скруббера, уже установленной нафундаменте, для удобства работы расположены площадки (5), с которых собирают исваривают верхнюю и нижнюю (6) части. Сваренные верхнюю и нижнюю частиподнимают с помощью стропов (2) и траверсы (3), которая предохраняет верхнюючасть скруббера от сминания.
Подъем аппаратов методом поворота вокруг шарнира (рис. 2, а) широкоиспользуют при монтаже аппаратов колонного типа. Монтаж выполняют с помощьюдвух грузоподъемных трубчатых мачт (10). Аппарат соединен шарниром (9) сфундаментом (11). Мачты расчаливают в четырех плоскостях шестью винтами (1).Для подъема аппарата используют два полиспаста (2).
Разновидностью этого метода монтажа является монтаж спомощью двух самоходных гусеничных кранов (рис. 3). Он значительноэкономичнее предыдущего так, как при нём почти не используется такелажнаяоснастка. Аппарат (2), поднимаемый с помощью кранов 91) соединяют шарниром (3)с фундаментом (4), на который он будет установлен.Под аппарат укладываютшпальные клетки (5), служащие для предохранения аппарата от повреждений. Впроцессе подъёма аппарата самоходные краны перемещаются по направлению кфундаменту.
При монтаже методом падающей стрелы (рис. 2,6) поднимаемыйаппарат выкладывают горизонтально на шпальных клетках. Нижнюю его частьсоединяют шарниром (9) с фундаментом (11). В качестве грузоподъемногоприспособления используют А-образный шевр (14), который может поворачиваться впроцессе подъема аппарата. Шевр соединен с аппаратом тяговым аппаратом (15).Для плавного опускания аппарата на фундамент в конце подъема применяют оттяжку(5), соединенную с лебедкой (7). Подъем осуществляется полиспастом (2) спомощью лебедки (13). При работе лебедки (13) полиспаст (2) сокращается подлине и тянет А-образный шевр. Поскольку шевр соединен с аппаратом канатом(15), аппарат начинает подниматься, поворачиваясь вокруг шарнира (9). Шевр в
данном случае поворачивается вокруг своей оси и, как быпадая, увлекает за собой поднимаемый аппарат.
При безъякорном методе монтажа (рис. 4) якорь используют только дляустановки лебедок и тормозной расчалки. Для монтажа применяют качающийся портал(4). Его прикрепляют к шарниру (3), а поднимаемый аппарат (1) — к шарниру (5),соединяющему его с фундаментом. Оголовок портала и верхнюю часть аппаратараскладывают в противоположные друг от друга стороны. Под аппарат подкладываютшпальную клетку (2). С помощью полиспаста (6) начинают поднимать портал, затемдо определенного угла поднимают аппарат. После
аппарата медленно устанавливают на основание, удерживая еготормозной оттяжкой (8).
Бестросовый метод (рис. 5) сходен с безъякорным. При бестросовом методеполиспасты и канаты не используют. В качестве грузоподъемного механизма служатспаренные домкраты (5), которые перемещаются по порталу (2). Метод выжимания(рис. 5): подготовленный к подъему аппарат (1) устанавливают на шпальные клетки(7). Аппарат обстраивают трубопроводами, площадками, лестницами и в готовомвиде устанавливают в вертикальное положение. Нижний конец аппарата помещают нашарнир (4), вокруг которого аппарат будет поворачиваться при переходе изисходного положения в проектное. Аппарат охватывают хомутом (3), который имеетвверху шарнир для соединения с толкателями (2). Для подъема аппарата включают вработу стяжные полиспасты. Сокращаясь по длине, они с помощью толкателя (2)выжимают аппарат.
Для подъема высотных аппаратов или металлоконструкций ивентиляционных труб кранами, когда высота подъема их крюков недостаточна,используют опорную стойку, состоящую из одного или двух звеньев, закрепленнуюза аппарат. Опорная стойка выполняется сварной из трех или двух труб,соединенных между собой решеткой из уголков.
Метод выжимания (рис. 6): подготовленный к подъему аппарат (1) устанавливаютна шпальные клетки (7). Аппарат обстраивают трубопроводами, площадками,лестницами и в готовом виде устанавливают в вертикальное положение. Нижнийконец аппарата помещают на шарнир (4), вокруг которого аппарат будетповорачиваться при переходе из исходного положения в проектное. Аппаратохватывают хомутом (3), который имеет вверху шарнир для соединения столкателями (2). Для подъема аппарата включают в работу стяжные полиспасты.Сокращаясь по длине, они с помощью толкателя (2) выжимают аппарат.
При монтаже методомповорота вокруг шарнира с дотяжкой аппарат поднимается краном до максимального угла егопродольной оси к горизонту, затем дотягивающей системой доводится донейтрального положения, когда центр массы аппарата и ось поворотного шарнирарасполагаются на одной вертикали. Подъём одиночным или спаренными кранами споворотом стрел наиболее прост и применяется, когда максимальный угол подъёмааппарата достаточен для последующего использования дотягивающей системы.Практически этот угол должен быть равен 50 .
1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ
1.1 Основные технические, монтажные и транспортныехарактеристики реактора
Реакторные блоки большинства установок состоят из трех иболее реакторов.
Основными реакционными аппаратами являются адиабатическиереакторы -пустотелые аппараты, заполненные одним слоем катализатора.Встречаются также политропические реакторы — многослойные аппараты совстроенными адиабатическими секциями.
Газосырьевой поток в адиабатических реакторах может двигатьсяв двух направлениях: аксиальном — сверху вниз, и радиальном — от периферии кцентру (для парогазового сырьевого потока).
Реакторы представляют собой вертикальные цилиндрические аппаратысо сферическими днищами, в которых помещен катализатор. Корпуса реакторов,используемых на отечественных заводах, имеют внутреннюю защитную футеровку изжаростойкого бетона для сохранения прочности металла и стойкости его кводородной и сульфидной коррозии в условиях высоких температур. Такие реакторыможно изготовить из углеродистой стали; если футеровка отсутствует, то корпусвыполняют целиком из высоколегированных сталей или двухслойной стали (основнойслой — хромомолибденовая сталь, внутренний слой — нержавеющая сталь).
Рассмотрим адиабатический реактор установки каталитическогореформинга. Корпус аппарата изготовлен из стали марок 22К иди 09Г2ДТ и покрытизнутри торкрет-бетонной футеровкой. Качество футеровки должно быть высоким воизбежание появления на ней трещин в процессе эксплуатации (особенно уязвимы вэтом отношении верхние участки реактора в области штуцеров). Герметичностьфутеровки может нарушиться также вследствие резких изменений температуры вотдельных зонах реактора или всей установки. Участки корпуса, где надежнаяработа футеровки не гарантирована, следует выполнять из хромомолибденовыхсталей марок 12МХ или 12ХМ, устойчивых при повышенных температурах иводородсодержащих средах. Внутренние устройства реактора изготавливают из сталеймарок ЭИ496 и Х5М.
Сырье (парогазовая смесь) подается в реактор через верхнихштуцер с помощью распределителя, обеспечивающего равномерное заполнение верхнейпустотелой части аппарата, и проходит через слой фарфоровых шариков диаметром 20 мм, а также слой таблетированного алюмоплатинового катализатора высотой до 4 м.
Катализатор удерживается на перфорированной опорной решетке,поверх которой для равномерного приема сырья насыпаны три слоя фарфоровых шариковдиаметром 20,13 и 6мм. Продукты реакции, скапливающиеся под решеткой, выводятпо парогазовому стояку через верхний штуцер диаметром 300 мм.
Дня установке трехзоннойтермопары через штуцер в верхнем днище реактора пропущена труба диаметром 50 мм. На нижнем днище расположены люк диаметром 500 мм, которым пользуются при ревизии и ремонтеаппарата, и два люка диаметром 175 мм для выгрузки катализатора. На нижнем днище имеется также штуцер диаметром 100 мм, через который эжектируют газы перед началом процесса регенерации и в случае необходимости при ремонтных работах. Длязащиты застойных зон реактора от воздействия высоких температур и водорода всесвободные пространства люков и штуцеров заполнены легкой шамотной мастикой.
Данные реактора реформинга: высота аппарата Но = 47 м, масса Gо = 99,5 т, диаметр D = 4.58м.
Крупногабаритное оборудование можно перевозитьжелезнодорожным, водным, автодорожным и воздушным транспортом.
Габаритные ограниченияперевозок различными видами транспорта приводятся на рисунке 7.
/>
Рис.7 Габаритные ограничения перевозок аппаратов.
Перевозка оборудования по железной дороге наиболееэкономична, так как заводы-изготовители и строящиеся заводы связаны общей сетьюжелезных дорог.
Габаритами погрузки называют предельное поперечное,перпендикулярное оси пути очертание, внутри которого должен помещатьсяпогруженный на открытый подвижный состав груз (с учетом упаковки и крепления).При этом подвижной состав должен находиться на прямом горизонтальном пути ипродольные оси подвижного состава должны совмещаться в одной вертикальнойплоскости.
Тяжеловесное крупногабаритное оборудование по автодорогамперевозят на специальных транспортных средствах — прицепах-тяжеловозах,состоящих из отдельных тележек.
Транспортные средства должны выбираться или разрабатыватьсяисходя из следующих условий:
1) Удельное давлениена поверхности контакта движителей транспортных средств (колес или гусениц) сгрунтом должно быть не больше 0,65 МПа.
2) В соответствии свесовыми и габаритными ограничениями автомобильных дорог нагрузка (вес) наодиночную наиболее нагруженную ось при расстоянии между осями 3 м и более не должна быть больше 100 кН. Нагрузки на оси предусматриваются для транспортных средств,перемещающихся со скоростью 80-100 км/ч, а тяжеловесное оборудование перевозятс максимальной скоростью 25-30м/ч. Поэтому можно нагрузки на оси значительноувеличивать. Эти нагрузки лимитируются фактически допускаемой нагрузкой наколесо и числом колес на оси.
3) Средствами перевозки должны быть автопоезда, состоящие изодного или нескольких тягачей и тележек, накоторых закрепляется оборудование. Габариты
этих поездов определяются их проходимостью по дорогам, как напрямых участках, так и на поворотах, т.е. габаритным коридором. Различаютдороги общей сети и промышленных предприятий. Тяжеловесное оборудованиеприходится перевозить и по тем, и другим дорогам.
Высота перевозимого груза ограничена различными воздушнымилиниями, проходящими над дорогой, и проходами под мостом.
Перемещение аппаратов водным путем имеет ряд преимуществ.Этим видом транспорта можно перевозить аппараты длиной более 50 м, диаметром более 4,2 м независимо от массы. При движении тяжеловесных аппаратов по автодорогена пути следования могут встретиться мосты, которые необходимо усилить, преждечем везти по ним аппарат, или необходимо строить временные переходы, чтотребует больших трудовых затрат. Всего этого не нужно при перевозке аппаратаводным путем.
Аппараты водным путем можно перевозить на палубе грузовогосудна, на барже и на плаву. Наиболее сложной операцией при транспортированииводным путем является погрузка аппаратов на судно и баржу и разгрузка с них.
Все более широкое применение получают для монтажа втруднодоступных местах вертолеты. Уже сейчас имеются вертолеты, позволяющиеподнимать грузы массой до 20 т. С помощью вертолетов монтируют тяжеловесныедетали доменных печей, доставляют в труднодоступные места и устанавливают впроектное положение бурильное и технологическое оборудованиегазо-нефтедобывающих предприятий.
Транспортные средства, схему и общий план перевозки выбираютдля каждого аппарата в отдельности с учетом всех существующих ограничений.Однако если на выбранной для перевозки трассе нет мостов, ограничивающихверхний габарит, то допускается, чтобы высота автопоезда была выше высотыперевозок, предусмотренных стандартом. В этих случаях телефонные и телеграфныелинии, контактные сети транспорта и высоковольтные линии на время прохожденияавтопоезда могут быть временно обесточены и подняты.
Для транспортировки реактора реформинга выбираем автопоезд.
Автопоезда, на которых перевозят крупногабаритные аппараты,характеризуются проходимостью, т.е. способностью передвигаться в различныхдорожных условиях, зависящей от вида дороги, допускаемого удельного давления рна поверхность дороги, профиля дороги, ее ширины и радиуса поворота.
Проходимость зависит также от просвета С (рис.8, а), т.е. отрасстояния между самой нижней точкой деталей автопоезда или тягача иповерхностью дороги (клиренса), от углов переднего въезда \|/ и заднего съездаЯ, от продольного р1; и поперечного р2радиусов проходимости и минимального радиуса поворота R.
Существует два типа автопоездов.
Первый тип — автопоезда с тележками, у которых рамы неповорачиваются относительно вертикальной оси. Аппарат закрепляют жестко на этихрамах (рис.8, а), и таким образом он жестко соединяет тележки.
Чтобы снизить общую высоту автопоезда, аппарат может бытьзакреплен ниже верхней поверхности рамы. Передняя тележка такого автопоездауправляется дышлом, соединяющим ее с тягачом, задняя тележка имеет независимоеуправление. Управляет тележкой оператор, следящей за колеей передней тележки.Для снижения усилий, необходимых для управления, его делают чаще всегогидравлическим. Такие автопоезда сравнительно просты по конструкции, устойчивыпри передвижении и допускают значительные скорости (до 40 км/ч). Их недостатком является то, что для них нужен большой радиус поворота, что приводит кзначительным размерам габаритного коридора.
/>
Рис.8 Схемыавтопоездов
а — тележки снеповоротными рамами; б — тележки с поворотными рамами; в — поезд с различнымитележками
По этой схеме по имеющимся размерам габаритных коридоровможно перевозить аппараты сравнительно небольшой длины (до 20 — 25 м).
Второй тип — автопоезда с тележками, у которых рама можетповорачиваться относительно вертикальной оси (рис.8, б). В таких тележках кромеколес поворачиваются их рамы. Аппарат на таких тележках держится на такназываемых опорно-поворотных седловинах.
Устройство этих седловин (турникетов) таково, что тележки, взависимости от неровностей дороги, могут наклоняться или поворачиваться во всехнаправлениях.
При такой конструкции тележки нагрузки, возникающие отперекосов, не передаются на перевозимый аппарат. Управление передней тележкойосуществляется с помощью дышла, а задней тележкой управляет оператор.
Для автопоезда с поворотными рамами нужен значительно меньшийрадиус поворота R. Но такие тележки сложнее поконструкции. Кроме того, наличие поворотных устройств снижает устойчивостьпоезда. Тележки с поворотными седловинами выше, чем с неповоротными, чтоувеличивает высоту погрузки.
Помимо поездов, составленных из тележек с поворотнымиседловинами или с неповоротными рамами, применяются поезда с различными типамитележек (рис.8, в). При таком построении поезда уменьшается высота погрузки посравнению с поездами, имеющими две тележки с поворотными седловинами.
После прибытия автопоезда на монтажную площадку производятпроверку комплектности машин и оборудования для монтажа.
Комплектность машин и оборудования определяется внешнимосмотром, а в случае необходимости — путем частичной разборки рабочих узлов.При проверке комплектности устанавливают целостность, сохранность и техническуюгодность рабочих органов, рам, механизмов передач, силовых агрегатов и другихконструктивных элементов. Определяя техническое состояние машин илиоборудования, проверяют, нет ли деформаций, пробоин или вмятин на облицовочныхповерхностях, поломок или трещин в корпусах, забитой или сорванной резьбы наболтах, гайках, шпильках, изогнутых валов и осей, поврежденных рабочих органов,засоренных смазочных отверстий, поломанных зубьев звездочек, шестерен, и другихдеталей механизмов передач и т.д. Если внешним осмотром не удается установитьполную комплектность и техническую годность машин и оборудования для монтажа,то их частично разбирают с помощью инструмента, контролируют наиболееответственные сопряжения. Выявленные дефекты устраняют.
Консервирующие смазки удаляют только перед началом монтажа ив той последовательности, которая установлена технологией монтажных работ по данномукомплекту машин и оборудования.
Машины, которые должны оставаться по рекомендациизаводов-изготовителей под защитной смазкой, не расконсервируют.
Детали, узлы иповерхности машин и оборудования очищают от консервирующих защитных смазок спомощью деревянных скребков и обтирочного материала, смоченного в растворителе,дизельном топливе или керосине.
Подшипники освобождают от защитной смазки, погружая их вспециальные ванны для рассконсервации. После снятия защитной смазки поверхностидеталей и узлов протирают насухо и предохраняют от возможного коррозийногоповреждения в процессе монтажа.
Полностью скомплектованное технологическое оборудованиедоставляют на
место монтажа.
Все операции по доставке машин и оборудования к месту монтажа(погрузку,
разгрузку, перемещение, установку в проектное положение)проводят так, чтобы
исключить какие-либоповреждения рабочих узлов, механизма передач и других конструктивных элементов.
1.2 Погрузка, транспортировка на монтажную площадку иразгрузка оборудования с указанием строповки
Наиболее сложными процессами в перевозке аппаратовявляются их погрузка и разгрузка.
Многие аппараты могут быть погружены на транспорт и сняты снего с помощью выпускаемых промышленностью грузоподъемных средств, но для рядааппаратов разработаны специальные устройства.
Пример погрузки аппаратана автотранспортное средство с помощью крана показан на (рис.9). Послезапасовки строповочного каната один конец аппарата приподнимают на высоту,позволяющую подкатить тележку с помощью тягача. После этого аппарат опускают наседловину тележки, освобождают стропы и закрепляют аппарат хомутами. Затемперемещают кран на второй конец аппарата, и операция повторяется. При такомметоде погрузки можно использовать один кран, если грузоподъемность его больше0,5 Gа или два крана, но грузоподъемностькаждого должна быть больше 0,25 Gа. Кнедостаткам этого способа надо отнести необходимость подготовки площадки нетолько для транспортных средств, но и для кранов. Кроме того, требуютсязначительные размеры площадки для установки кранов.
/>
Рис.9 Схема погрузкиаппаратов на автодорожный транспорт
Разработан инвентарныйгидравлический подъемник для погрузки и разгрузки аппаратов (рис. 10). Такойподъемник имеет вид портала, стойки которого представляют собой гидравлическиедомкраты. В пролете портала могут размещаться транспортные средства вместе саппаратом. Высота портала позволяет поднимать аппарат над тележками на высоту,необходимую для подката тележек. Работает такой подъемник для погрузкиследующим образом. Аппарат (1) подвешивается на стропах к порталу (2). Затемвключается электродвигатель (3), приводящий в движение насос (4). Насос подаетмасло в гидроцилиндр (5), шток цилиндра поднимает верхнюю часть стойки, а она всвою очередь — траверсу с аппаратом. После того, как аппарат поднят на высоту,при которой можно подкатить тележки, подъем прекращают, подкатывают тележки ина них опускают аппарат. Тележки с аппаратом выкатывают из-под порталов, послечего верхнюю часть стоек вместе с порталами опускают в исходное положение, длячего устанавливают золотник гидрораспределителя в положение слива масла изцилиндра в масляной бак. Если необходимо разгрузить аппарат, то, освободив открепления с тележками, его предварительно приподнимают, выталкивают из-под неготележки и затем опускают аппарат. Большим достоинством такого подъемникаявляется то, что при одних и тех же стойках, меняя портал, можно менять ширинупросвета, а следовательно, устанавливать его для погрузки аппаратов нажелезнодорожные платформы и разгрузки с них. Применение таких порталовзначительно экономичнее, чем кранов большой грузоподъемности, а работабезопасней.
/>
Рис.10 Схема погрузкиаппарата гидравлическим подъёмником
1-аппарат; 2-портал;3-электродвигатель; 4-насос; 5гидроцилиндр.
Процесс строповки является трудоемкой и ответственнойоперацией, так как узлы строповки воспринимают всю нагрузку. Узлы крепления исам процесс строповки должны обеспечивать высокую прочность и надежностьсоединения. Узлы крепления должны позволять выполнять расстроповку с земли,быть простыми по конструкции, иметь наименьшее число деталей для большейнадежности и меньшие трудозатраты при строповке.
Строповка с помощьюзахватных устройств на аппарате имеет широкое применение. Это способ строповкизаключается в том, что на аппарате закрепляют штуцера, к которым в свою очередьприкрепляют строп. Если аппарат поднимают двумя кранами, то используютстроповку с помощью монтажных штуцеров. Достоинством этого способа являетсясравнительная его простота и надежность. Недостаток способа заключается вустановке на аппаратах штуцеров. Не ко всем аппаратам можно привариватьштуцера: возникают значительные напряжения на участках аппарата, где закрепленыштуцера, и эти участки часто требуют усиления.
1.3Разработка этапов подъема реактора
Различают следующие основные способы подъёма аппаратов.
По применяемому оборудованию:
стреловыми кранами;
стреловыми кранами с устройствами повышающими ихгрузоподъёмность;
такелажными средствами, мачтовыми подъемниками, шеврами,порталами.
По способу подъема:
подтягиванием (скольжением);
поворотом вокруг шарнира.
Краны являются основными средствами подъема аппаратов. Преимущественноеприменение стреловых кранов для монтажа аппаратов объясняется большой высотойподъема крюка, маневренностью, малым временем подготовки крана для началамонтажных работ, малым объемом подготовительных работ, необходимых дляустановки крана в рабочее положение (зачистки площадки иногда установкиподстилов). Однако грузовые характеристики имеющихся кранов, т.е. изменениегрузоподъемности в зависимости от вылета крюка (длины стрелы), крутопадающие.Это значит, что с увеличением длины стрелы резко падает грузоподъемность. Этаособенность ограничивает возможности монтажных кранов при большой длинеаппаратов (высоте), особенно если они устанавливаются на высокие фундаменты илипостаменты. Например, грузоподъемность крана СКГ-160 при длине стрелы 30 м равна 160 т, при длине стрелы 50 м она составляет только 100 т. Применение двух кранов позволяетподнимать аппараты массой вдвое большей и высотой на 30-40 % больше, чем высотаподъема крюков используемых кранов. Для подъема двумя кранами необходимобалансирная траверса, обеспечивающая равномерную нагрузку на краны.
В основном краны имеют грузоподъемность от 160 до 1000 т свысотой подъема не более 50 м, что не позволяет целиком поднимать аппаратыдлиной более 50 м.
Монтировать эти аппаратыприходится по частям. Кроме того, для переброски с одного объекта на другойкранов большой грузоподъемности требуется несколько тягачей и грузовыхавтомобилей. Стоимость эксплуатации таких кранов очень велика, из-за чего онирентабельны только при значительной нагрузке. Поэтому чаще всего аппаратымассой более 100 т монтируют такелажными средствами. Так же, как и при монтажекранами, основными способами подъема являются подтаскивание аппарата и поворотего вокруг шарнира. Кроме этих основных способов имеются несколькоразновидностей применения мачт: так называемый способ падающего шевра, портала,безъякорного метода и способ выжимания. Однако монтаж с помощью мачт имеет своинедостатки: например необходимо монтировать и демонтировать мачты, для чегонужны краны. А тяжёлые мачты монтируют с помощью мачт меньшей грузоподъемностии высоты, которые в свою очередь монтируют кранами. Краны грузоподъёмностью 320т и более могут перемещаться собственным ходом, мачты же приходится перевозить,а при большей их длина перед транспортированием их еще разбирают на секции.Несмотря на все перечисленные недостатки, мачтовые монтажные подъёмникиявляются пока наиболее более распространенным средством для монтажа аппаратовмасс более 100 т.
Выбирая средство и метод для подъёма аппарата, необходиморешить следующие задачи:
какими из имеющихся устройств могут быть подняты аппараты,т.е. позволяет ли устройство поднять аппарат заданной массы и длины;
каким из возможных средств и методов наиболее рационально, снаименьшими трудозатратами и стоимостью и наибольшей безопасностью можноподнять аппарат;
на какое основание следует установить аппарат (до 28% всехаппаратовустанавливают на основания значительной высоты — более 10 м);
учитывать компоновку аппаратов на площадке
Если аппараты размещают в один ряд вдоль постамента илиздания, то довольно просто подготовить площадку к монтажу и организовать еёпотоком. Но при этом увеличивается протяженность коммуникаций и объём монтажныхработ помимо подъемов аппаратов.
В последнее время химические и нефтехимические установкипроектируют таким образом, что аппараты располагаются одни от других насравнительно небольших расстояниях по всей площадке объекта. Это приводит кзначительной насыщенности площадки различным оборудованием, что усложняетразмещение необходимых для подъема аппаратов грузоподъемных и такелажныхсредств.
В различных монтажных организациях имеется, как правило,только часть оборудования из всего возможного, поэтому в первую очередь нужнопроверить и выбрать наиболее рациональный способ на основе имеющегосяоборудования. При этом следует рассмотреть варианты, когда более эффективнымявляется применение оборудования, которого нет в данном монтажном управленииили тресте, и требуется его доставить.
Экономическая и техническая эффективность монтажа тем илииным способом определяется затратами труда и средств на доставку, сборкуоборудования с проектное положение, установку грузоподъемных и такелажныхсредств, их разборку, а также трудоемкостью способа монтажа оборудования.Следовательно, эффективность зависит от конструкции подъемных средств, ихмассы, грузоподъемности, необходимого числа лебедок, полиспастов, якорей,диаметров и длин стальных канатов, площади, занимаемой устройствами, и взначительной степени от сроков монтажа.
Широкое применение получил способ подъема аппаратов поворотомвокруг шарнира. Этот способ заключается в том, что на нижней части аппарата закрепляютопорный шарнир, расположенный около фундамента, таким образом, что аппаратпосле подъема устанавливают сразу в проектное положение на фундамент.
При таком методе подъема уменьшается необходимаягрузоподъёмность кранов, так как в процессе подъема аппарат не отрывается отземли, а всё время одним концом опирается на шарнир. Конструкция шарниров можетбыть различна.
Преимуществами данногоспособа являются: значительно меньшие усилия необходимые для подъема аппарата,по сравнению с усилиями, развиваемыми при способе подъёма скольжения, гдетребуется отрыв от земли; существенное уменьшениеусилия в грузовых полиспастах; возможность контроля за работой грузоподъёмныхустройств при возникновении наибольших нагрузок, т.е. вначале
подъёма. Это позволяет избежать поломок до того, как аппаратбудет полностью, поднят и создает монтажникам более безопасные условия труда.
К недостаткам способанадо отнести большие затраты труда на устройство шарнира и его установку, атакже необходимость точной укладки аппарата перед подъемом. Эти сложностиувеличиваются, когда аппарат нужно установить на высоком фундаменте, поэтомуспособ поворота пока применяется при высоте фундамента до 2 м.
Подъём оборудования в два этапа.
Если невозможен подъем аппарата кранами из исходногогоризонтального сразу в нейтральное положение, т.е. при расположении центратяжести на одной вертикали с осью поворотного шарнира аппарата, то подъемследует произвести в два этапа: вначале кронами поднять аппарат на угол 50—60, а затем тракторами или лебедкой через полиспаст дотянуть донейтрального положения.
· Максимальнаянагрузка при дотягивании аппарата возникает в момент включения дотягивающейсистемы; в дальнейшем по мере подъема аппарата она уменьшается.
· Места строповки следуетрасполагать, возможно, ближе к вершине аппарата. Размещать их на верхнейобразующей аппарата при расстоянии от его опоры до места строповки меньшемудвоенного расстояния от опоры аппарата до его центра тяжести (К
· Аппарат следуетстропить либо снизу (подхватом), либо по оси.
· Для строповкивертикальных аппаратов, поднимаемых методом поворота спаренными кранами,рекомендуется применять балансирующие траверсы.
· Дотягиватьаппарат необходимо (в зависимости от величины тягового усилия) одним тросом илиполиспастом расположенными строго в плоскости подъема аппарата. Трос илиполиспаст для дотягивания следует крепить на аппарате как можно выше такимобразом, чтобы они не соприкасались с грузовыми полиспастами или стреламикранов. Второй конец троса крепится или через отводной блок на барабанелебёдки, или за серьгу трактора. Неподвижный блок полиспаста необходимо крепитьза временный инвентарный якорь, а ходовую нитку полиспаста с подвижного блокаследует соединить с лебедкой или трактором. При включении дотягивающей системынеобходимо внимательно следить за положением шарнира.
· В процессеподъема аппарата дотягивающую систему, (трос или полиспаст) до включения вработу следует периодически подтягивать, выбирая слабину.
· Для удерживанияаппарата после прохождения нейтрального положения и плавной установки нафундамент следует применять расположенную в плоскости подъема аппарататормозную оттяжку, натяжение которой регулируется лебедкой или трактором черезполиспаст.
· Перед подходомаппарата к нейтральному положению необходимо выбрать слабину тормозной оттяжки,постепенно ее, отпуская при дальнейшем движении аппарата. После прохожденияаппаратом нейтрального положения и по мере его подхода к проектномувертикальному положению необходимо следить за натяжением боковых расчалок.Дляудерживания аппарата в вертикальном положении перед закреплением анкернымиболтами необходимо применять две боковые расчалки, закрепленные к инвентарнымякорям или тракторам.
· После проверкисоответствия технологической карте расположения кранов и поднимаемого аппарата,узлов строповки аппарата и крепления на нем боковых расчалок и тормознойоттяжки, необходимо вершину аппарата приподнять кранами на 100—200 ммнадопорой.
В этом положении аппарата следует проверить:
· состояние кранови оснований под краны;
· состояние иравномерность натяжения ветвей стропов, а также состояние сжимов, соединяющихтросы стропов;
· состояниеповоротного шарнира (осадку, положение оси, крепление к аппарату и фундаменту);
· расположение осиподнимаемого аппарата в плоскости подъема.
· Подъемвертикального аппарата следует осуществлять, с периодическими остановками черезкаждые 10—15°.
В процессе подъема и установки аппарата члены монтажнойбригады и руководитель подъема обязаны следить:
1. за тем, чтобыподнимаемый аппарат и краны не соприкасались между собой или с расположеннымирядом конструкциями и сооружениями;
2. за состояниемповоротного шарнира, его поворотом, а также за тем, чтобы не было просадки исмещения шарнира в плане, которые затруднят установку аппарата в проектноеположение;
3. за состояниемкрана и вертикальностью грузовых полиспастов, не допуская просадки, наклонакрана и скручивания тросов полиспастов;
4. за состояниемякоря тягового полиспаста;
5. за равномерностьюнатяжения боковых расчалок аппарата и работой тягового полиспаста при установкеаппарата в проектное положение;
6. за расположениемоси аппарата в плоскости подъема;
7. загоризонтальностью балансирной траверсы.
О замеченных отступленияхот нормального процесса подъема следует немедленно сообщить его руководителю,который примет решение о продолжении или приостановлении подъема и онеобходимости опустить аппарат в исходное положение для исправления дефектов.
1.4 Разработка необходимых монтажных приспособлений
Полиспаст — грузоподъемное устройство, представляющее собой системуподвижных и неподвижных блоков, огибаемых единым гибким органом (канатом,цепью). Блок — сборочная единица грузоподъемных машин в форме диска с желобомна поверхности окружности шкива под канат (цепь). Применяют в машинах имеханизмах для изменения направления движения гибкого органа (действия силы).
Полиспасты применяют для подъема и перемещения грузовсовместно с монтажными лебедками как самостоятельные устройства (такелажныесредства) или в качестве сборочных единиц механизмов ГПМ. Так как весподнимаемого полиспастом груза воспринимают одновременно несколько ветвейканата, Необходимо прикладывать пропорционально меньшее усилие, за счет чегополучается выигрыш в силе.
Полиспасты разделяют на силовые (прямые) и скоростные(обратные). В силовом полиспасте груз подвешен к подвижному блоку, а тяговоеусилие прилагают к свободной ветви гибкого органа, другой конец которогозакреплен подвижно. Применение силового полиспаста уменьшает усилие в ходовойветви каната (навиваемой на барабан) и нагрузку на барабан лебедки даёт выигрышв силе), а следовательно, и величину передаточного отношения механизма егомощность, габариты, массу и стоимость. Именно этим определяется широкое применениесиловых полиспастов в ГПМ.
Скоростные полиспасты отличает от силовых приложение тяговогоусилие к подвижному блоку и крепление груза к свободному (незакреплённому)концу каната (цепи). При проигрыше в силе такой полиспаст дает выигрыш вскорости, но требует мощного привода, роль которого обычно выполняет силовойгидроцилиндр, например привод грузоподъемника универсального погрузчика.
По исполнению различают простые (одинарные) и сдвоенные. Уодинарного полиспаста при навивании (свивании) каната на барабан лебёдки засчёт перемещения каната вдоль оси барабана изменяются нагрузки на опорыпоследнего. Кроме того, при отсутствии отводных блоков поднимаемый грузполучает нежелательные горизонтальные перемещения. Для обеспечения строговертикального подъема груза и постоянства нагрузок на опоры барабана применяютсдвоенные полиспасты с уравнительным блоком С или реже с траверсой А в которыхоба конца каната закреплены на одном барабане и навиваются на него совместно.Указанные полиспасты получили распространение в механизмах подъема грузовкранов мостового типа, где их преимущества реализуются полностью.
Основным элементом в цепи такелажных средств при монтажевертикальных аппаратов колонного типа способом поворота является шарнир,от степени рациональности конструкции и качества, выполнения которого зависитэффективность и безопасность монтажа. По конструкции шарниры делят на двегруппы: устанавливаемые на разрезанной и усиленной опорной части оборудования иустанавливаемые на фундаменте или на грунт около него. Устройство шарниров 1-ойгруппы сопряжено со значительными безвозвратными затратами на усилениеослабленной разрезом части оборудования.
Преимуществом данного решения является простота установки,выверки и крепления анкерными болтами к фундаменту легкой отрезанной нижнейчасти оборудования, а также простота совмещения монтажного стыка аппарата.
Шарнир представляет собой ребра с отверстиями, привариваемыек обеим частям оборудования, соединенные общей осью, установленной с зазором10...20 мм.
Очевидно, что рассмотренная конструкция шарнира неинвентарна. Кроме того, многие виды оборудования не позволяют отрезать опорнуючасть или имеют высокие фундаменты, что делает невозможным применение шарнировэтой группы. В этом случая применяют шарниры 2-ой группы. Так как онипредназначены для монтажа различного оборудования большой массы, то должны бытьболее универсальны, воспринимать большие нагрузки и равномерно передавать их нафундаменты.
Траверсы представляют собой жесткие грузозахватные приспособления, предназначенныедля подъема крупногабаритного и длинномерного оборудования, и конструкций принеобходимости строповки их за несколько точек. Основное назначение траверс —предохранить поднимаемые элементы от воздействия сжимающих усилий, возникающих в них при наклоне стропов.Они изготавливаются сплошного сечения в виде одиночных двутавров, швеллеров илистальных труб различных размеров, а также сквозного сечения (для значительныхнагрузок), состоящего из парных двутавров или швеллеров, соединёнными стальнымипластинами, или из стальных труб, усиленных элементами жёсткости.
В практике монтажа оборудования применяются траверсы двухтипов – работающие на изгиб и на сжатие. Первые конструктивно более тяжелы, нообладают значительно меньшими высотными габаритами, что имеет существенноезначение при подъеме оборудования в помещениях с ограниченной высотой, а такжепри недостаточных высотах подъема крюка грузоподъемного механизма. При подъёмеоборудования несколькими кранами разной грузоподъемности применяют разноплечиеуравновешивающие или балансирные траверсы.
В подготовительные работы входит: планировка площадки;расстановка якорей, лебедок; запасовка полиспастов; сварка корпуса колонны вканатном стенде, её гидроиспытания; приварка к колонне опорных штуцеров стойкии монтажных штуцеров к «юбке» аппарата; заводка основания колонны вопорно-поворотное приспособление; обстройка аппарата обслуживающими площадками,трубопроводами, изоляцией; заводка под аппарат опорной стойки и крепление ееболтами к штуцерам; соединение основания опорной стойки и опорно-поворотногоприспособления стягивающим полиспастом.
1.5 Техника безопасности при погрузочных работах иэксплуатации монтажных грузоподъемных машин и механизмов
Монтаж вертикальных аппаратов включает как весьма трудоёмкиеработы по подготовке и установке подъемных устройств и укрупнительной сборкесамих аппаратов, так и ответственные операции по перевозке, подъёму и установкекрупногабаритных и тяжеловесных грузов.
Существенное значение при монтаже аппаратов имеет надёжностьвсех элементов крановых и такелажных средств. Это касается не только самихкранов и мачт или другого такелажного оборудования, он иэлементов стропов,расчалок, оттяжек, грузовых полиспастов, якорей и др. Здесь должна бытьобеспечена исключительная надежность, так как разрушение любого элемента можетпривести к аварии и несчастным случаям.
В соответствии с требованиями технологического процессааппараты устанавливают на низких фундаментах высотой до 1 м, на железобетонных постаментах высотой до нескольких десятков метров или на стальныхтехнологических конструкциях высотой до 100 м. В большинстве случаев аппараты располагают на открытой, но весьма стесненной площадке, а иногда внутриконструкций и помещений.
Диаметр корпуса отдельных аппаратов достигает 14… 15 м, высота 100 м и более, а масса одного лишь металла 600… 1000 т. Для их подъема и установкитребуются мощные монтажные стреловые краны, такелажная оснастка большойгрузоподъемности или специальные грузоподъемные средства (вертолеты, дирижаблии др.).
В настоящее время в монтажной практике наиболее широкораспространены два способа монтажа вертикальных аппаратов: подъем аппаратовспособом скольжения с отрывом от земли; подъем аппаратов способом поворотавокруг шарнира.
С точки зрениябезопасности существенным недостатком способа подъема аппаратов методомскольжения с отрывом от земли в конце подъема является то, что максимальныенагрузки на такелажные и грузоподъемные средства возникают в конечной стадииподъёма, когда при недостаточной прочности какого-либо элемента такелажнойоснастки предотвратить аварию практически невозможно. В этом отношении способповорота вокруг шарнира значительно безопаснее так, как максимальные нагрузкина такелажные и крановые средства возникают здесь в начальной стадии подъёмапри отрыве верха аппарата от земли.
Подъем аппаратовспособами скольжения или поворота вокруг шарнира может осуществляться: однимили несколькими самоходными стреловыми кранами, в том числе с временнорасчаленными стрелами (неповоротными и манёвренными), со стрелами соединеннымиригелем, опирающимися стрелами и др., такелажными средствами — одной илинесколькими мачтами, порталами, падающими шеврами, в этом числе с применениембезъякорной системы монтажа и др.; гидравлическими подъёмниками, подъёмнымисредствами, установленными на ранее смонтированных аппаратах и конструкциях;вертолётами; другими грузоподъёмными средствами, в том числе эксплутационнымимостовыми кранами,кран-балками, монорельсами с талями и др. Наиболее предпочтителен монтажстреловыми кранами, при котором значительно снижаются затраты труда и повышается безопасностьработ.
Монтаж с помощью эксплуатационных грузоподъёмных средств необходимыйпри установке, аппаратов внутри помещений, является одним из наиболее безопасных.
Монтаж вертикальных аппаратов следует выполнять силамиспециализированных подразделений (такелажного участка, такелажноё бригады идр.) под руководством квалифицированного специалиста назначенногоответственного за его проведение приказом по монтажной организации.
Монтаж вертикальных аппаратов должен производиться строго всоответствии с ППР, при разработке которого с целью обеспечения безопасностиработ особое внимание необходимо уделить вопросам правильного выбора:грузоподъемных или такелажных средств и схемы подъема аппарата; надежностистроповки аппарата и закрепление всей такелажной оснастки; максимальногооснащения поднимаемых аппаратов и отдельных блоков и частей обслуживающими итакелажными устройствами внизу, до подъема их в проектное положение;организации монтажных работ таким образом, чтобы максимально сократить времяпребывания аппарата в неуравновешенном, поднятом или незакрепленном положении.
При выборе грузоподъемных средств и расчетах такелажнойоснастки для различных схем подъема необходимо учитывать действие динамическихнагрузок и возможность неравномерности распределения их в процессе подъема.
В целях повышения безопасности работ следует монтироватьцеликом собранный, оснащенный, изолированный и подготовленный к эксплуатацииаппарат; что значительно сокращает объем тяжелых и опасных верхолазных работ, атакже уменьшает подсобные и вспомогательные работы (подъем материалов навысоту, вооружение лесов и подмостей, установку дополнительных такелажныхсредств и др.). Поэтому установку на аппараты обвязочных трубопроводов,обслуживающих площадок и лестниц, различных приборов (при отсутствии илповреждения), нанесение тепловой изоляции и других покрытий следует производитьвнизу до подъема аппарата в вертикальное положение.
При монтаже вертикальных аппаратов наиболее трудоемкие иответственные операции — строповка (соединение поднимаемого аппарата сгрузоподъемным оборудованием) и расстроповка (освобождение грузоподъемногооборудования от установленного и закрепленного аппарата). К строповке аппаратовпредъявляют следующие требования: надежность строповочных устройств и ихкреплений к грузоподъемному оборудованию; возможность расстроповки без поднятиятакелажника к месту строповки или сравнительная высота расстроповки на высоте;минимальные трудоемкость и продолжительность операций расстроповки; возможностьмногократного использования строповочного устройства, т.е. его инвентарность.
Преимущественно следуетиспользовать бесканатные устройства как наиболее безопасные, в случае строповкиканатными стропами следует применять стандартные строповочные устройства, витыестропы и полуавтоматические захваты. При строповке аппаратов канатными петлями,охватывающими корпус,
Следует предотвратитьсоскальзывание каната с корпуса аппарата.
Опасную зону на территории строительства обозначают краснымифлажками. Её границы определяются расположением такелажной оснастки, а такжевысотой поднимаемого аппарата или используемых для подъёма мачт.
Воздушные линии электропередач, сигнализации, связи и радио,находящиеся в опасной зоне, на время производств работ по подъему аппаратавыключают или отводят в сторону.
Работы по монтажу вертикальных аппаратов являются оченьответственными. Применение при подъеме непроверенных или неисправныхгрузоподъемных и такелажных средств может привести к аварии с человеческимижертвами. Поэтому обязательно перед каждым подъемом грузоподъемные и такелажныесредства проверяют и испытывают согласно правилам Госгортехнадзора.
При подъеме вертикального аппарата методом поворота вокругшарнира монтируемый аппарат не отрывают от земли, как при подъеме методомскольжения, а поворачивают вокруг установленного вблизи фундамента шарнира, вкотором закреплена опорная часть аппарата. Благодаря этому нагрузка от весааппарата частично воспринимается шарниром, что позволяет применятьгрузоподъемные средства и такелажную оснастку меньшей грузоподъемности, чеммасса аппарата.
С целью обеспечениявозможности монтажа аппаратов методом поворота на высоких фундаментах высокиебетонные основания заменяют специальными фаллическими опорами необходимойвысоты, которые крепятся верхней частью к опорной части аппарата, составляя сним одно целое, а нижним — к поворотному шарниру.
Необходимаягрузоподъемность такелажных средств должна составлять примерно 55… .60 % отмассы поднимаемого аппарата.
2 РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Подбор монтажныхкранов
2.1.1 Строим монтажнуюсхему с расчётом в 1 см= 2 м.
2.1.2 Определяемтребуемую грузоподъёмность каждого крана при подъёме аппарата парными кранами.
Gк.тр = Glц.м./(lс nк), где
G0 — масса аппарата;
lс — расстояние от основания до места строповки;
lц.м — расстояние от основания до центра массы;
nк — количество кранов.
Gк.тр = 99,5*20/(35*2) = 28,4 т
2.1.3 По грузовысотнойхарактеристике (см. расчётную схему) подбираем краны CКГ- 63 с длиной стрелы 30 м и грузоподъёмностью Gк = 30 т и высотой подъёма крюка hк = 30 м при максимальном вылете крюка lк = 9 м. Такой кран позволяет поднимать оборудование массой доG0 = 100 т и высотой до H= 38,2 м, что обеспечивает подъём заданного аппарата в два этапа.
2.1.4 По монтажной схемеопределяем максимальный угол подъёма аппарата φ = 53
2.1.5 Находим усилие вдотягивающем устройстве, задаваясь местом крепления его к аппарату нарасстоянии lс= 35 м и углом наклона к горизонту ад = 30 и определяя графически размер плеч:
а = 5 м
b= 10,8 м
Рд=10 G0 а /b = 10*99,5*5/10,8 = 460 кН
2.2 Расчёт полиспаста
По усилию Рд рассчитываем дотягивающий полиспаст.
2.3.1 Выбираем блок БМ-50со следующими характеристиками:
грузоподъемность,т...........................................50
количествороликов............................................5
диаметр роликов, мм..........................................450
масса блока,кг....................................................775
Таким образом, в полиспасте, состоящем из двух блоков, общееколичество роликов mп= 5*2 = 10, масса Gб= 775*2 = 1550 кг.
2.3.2 Находим усилие в сбегающей ветви полиспаста: Sп = Рп /((mпŋ), где
Рп — усилие в стягивающем полиспасте Рп = Рд= 460 кН;
mп — количество роликов в полиспасте без учета отводныхблоков;
ŋ — коэффициент полезного действия полиспаста (ŋ = 0,783).
Sп= 460/(10*0,783) = 58,7 кН
2.3.3 Определяем разрывное усилие в сбегающей ветвиполиспаста:
Rк= SпКз, где
Sп — усилие в сбегающей ветви полиспаста;
Кз — коэффициент запаса прочности (Кз = 4).
Rк = 58,7*4 = 234,8 кН
2.3.4 По таблице ГОСТа подбираем для оснастки полиспастаканат типа
ЛК-РО конструкции 6 х 36(1+7+7/7+14)+1о.с с характеристиками:
временное сопротивление разрыву, МПа.........1764
разрывное усилие,кН.........................................258,5
диаметр каната, мм..............................................22
масса 1000 м каната, кг………………………..1830
2.3.5 Подсчитываем длинуканата для оснастки полиспаста, задаваясь длиной сбегающей ветви l1 = 64,2 м и считая длину полиспаста в растянутом виде равной высотеподъёма аппарата h = 7 м.
L = mп (h+ 3,14*dп )+ l1+ l2, где
h— длина полиспаста в растянутом виде;
dп– диаметр роликов в блоках;
l1– длина сбегающей ветви;
l2 – расчётный запас длины каната (l2=22 м).
L = 10 (7 + 3,14*0,45) + 64,2 + 22 = 170,3 м
2.3.6 Находим суммарнуюмассу полиспаста:
Gп= Gб+ Gк= Gб+ Lgк/1000, где
Gб – масса обоих блоков полиспаста;
gк– масса 1000 м каната;
Gк – общая масса каната.
Gп = 1550 + 170,3*1830/1000 = 1861 кг
2.3.7 Определяем усилиена канат, закрепляющий неподвижный блок полиспаста:
Рб+ 10Gп– Sп = 460 + 10*1,83 — 58,7 = 419,3 кН
2.3.8 Приняв канат длякрепления верхнего блока полиспаста из 8 ветвей и определив коэффициент запасапрочности (Кз = 6), как для стропа, подсчитываем разрывное усилие вкаждой ветви крепящего каната:
Rк = РбКз/8 = 419,3*6/8 = 314,5 кН
2.3.9 По таблице ГОСТа подбираем для оснастки полиспастаканат типа ЛК-РО конструкции 6 х 36(1+7+7/7+14)+1о.с с характеристиками:
временное сопротивление разрыву, МПа.........1764
разрывное усилие,кН.........................................352,5
диаметр каната, мм..............................................25,5
масса 1000 м каната, кг………………………...2495
2.3 Выбор тяговыхмеханизмов (лебёдок)
По усилию в сбегающейветви полиспаста подбираем электролебёдку типа 114 – ТЯОбозначения
Тяговое усилие
кН Диаметр каната, мм
Канатоёмкость
м Лебедка Расчётные данные 58,7 22 170,3 114 — ТЯ Принятые данные 75 29 185
2.4 Расчёт якорей
2.4.1 Определяем величины горизонтальной и вертикальнойсоставляющих усилия в полиспасте N:
N1 = N cos α
N2 = N sin α, где
N1иN2 — горизонтальнойи вертикальной составляющих усилия в тяге N= Рд, при угле наклона тяги к горизонту α= 30
N1 = 460*0,866 = 398,4 кН
N2 = 460*0,5 = 230 кН
2.4.2 Находим общую массу якоря, обеспечивающую его отсдвига:
G = 0,1(N1/f+ N2)Кус, где
f — коэффициент трения скольжения якоря по грунту (выбираем =0,9);
Кус- коэффициент запасаустойчивости якоря от сдвига (Кус= 1,5).
G = 0,1 (398,4/0,9 + 230) 1,5 = 99,4 т
2.4.3 Выбираембетонные блоки размером 0,9 x 0,9 x 4 м и массой g= 7,5 т и определяем их необходимое количество:
т = G/g = 99,4/7,5 = 13,2 шт.
Принимаем количество блоков т =14 шт., тогда массаякоря G = т g= 7,5*14 = 105т
2.4.4 Принимаем размеры опорной рамы дляукладки блоков в два ряда в плане 5,2 х 6,5 м и, зная, что плечо bсоставляет половину длины рамы (b= 2,6 м), определяем плечо а:
а = bsinα=2,6*0,5=1,3 м, где
а – плечо опрокидывающего момента от усилия Nв тяге;
b – плечо удерживающего момента от массы якоря.
2.4.5 Проверяем устойчивость якоря от опрокидывания:
10 Gb > Ку.оNа, где
Ку.о — коэффициент устойчивости якоря от опрокидывания (Ку.о = 1,4).
10*105*2,6 = 2730 кН*м> 1,4*460*1,3 = 837 кН*м
Это неравенствосвидетельствует об устойчивости якоря от опрокидывания.
2.5 Расчет тормознойоттяжки для установки аппарата на фундамент
2.5.1 Находим усилие в тормозной оттяжке в момент посадкиопорной части аппарата на фундамент, задаваясь высотой крепления её к вершинеаппарата
hт=45м и углом наклона её к горизонту ат = 30:
Рт= 10 G0,6 D / (hтcos ат), где
G — масса аппарата;
D — диаметр аппарата;
ат- углом наклона каната тормознойоттяжки к горизонту.
Рт= 10 * 99,5*0.6*4,58 /45*0,866) = 70,2 кН
По усилию Рт рассчитываем тормозной полиспаст:
2.5.2 Выбираем блок Б-10со следующими характеристиками:
грузоподъемность,т...........................................10
количество роликов............................................2
диаметр роликов,мм..........................................400
масса блока,кг....................................................135
Таким образом, в полиспасте, состоящем из двух блоков, общееколичество роликов mп= 2*2 = 4, масса Gб= 135*2 = 270 кг.
2.5.3 Находим усилие в сбегающей ветви полиспаста: Sп = Рп /((mп*ŋ), где
Рп — усилие в стягивающем полиспасте Рп = Рт =70,2 кН;
mп — количество роликов в полиспасте без учета отводныхблоков;
ŋ — коэффициент полезного действия полиспаста (ŋ = 0,884).
Sп= 70,2/(4*0,884) = 19,8 кН
2.5.4 Определяем разрывное усилие в сбегающей ветвиполиспаста:
Rк= SпКз, где
Sп — усилие в сбегающей ветви полиспаста;
Кз — коэффициент запаса прочности (Кз = 4).
Rк = 19,8*4 = 79,2 кН
2.5.5 По таблице ГОСТа подбираем для оснастки полиспастаканат типа ЛК-РО конструкции 6 х 36(1+7+7/7+14)+1о.с с характеристиками:
временное сопротивление разрыву, МПа.........1764
разрывное усилие, кН.........................................101,5
диаметр каната,мм..............................................13,5
масса 1000 м каната, кг………………………...697
2.5.5 По усилию всбегающей ветви полиспаста подбираем электролебёдку типа Л — 3003Обозначения Тяговое усилие, кН Диаметр каната, мм Лебедка Расчётные данные 19,8 13,5 Принятые данные 20 15 Л-3003
2.5.6 Рассчитываем якорь
Определяем величиныгоризонтальной и вертикальной составляющих усилия в полиспасте N:
N1 = N cos α
N2 = N sin α, где
N1иN2 — горизонтальнойи вертикальной составляющих усилия в тяге N= Рд, при угле наклона тяги к горизонту α= 30
N1 = 70,2*0,866 = 60,8 кН
N2 = 70,2*0,5 = 25,1 кН
2.5.7 Находим общую массу якоря, обеспечивающую его отсдвига:
G = 0,1(N1/f+ N2)Кус, где
f — коэффициент трения скольжения якоря по грунту (выбираем =0,9);
Кус- коэффициент запасаустойчивости якоря от сдвига (Кус= 1,5).
G = 0,1 (60,8/0,9 + 25,1) 1,5 = 13,9 т
2.5.8 Выбираембетонные блоки размером ,1,5 x 1 x 1,35 м и массой g= 4,5, т и определяем их необходимое количество:
т = G/g = 13,9/4,5 = 3,08 шт. Принимаемколичество блоков т = 4 шт., тогда масса якоря G = т g= 4,5*4 = 18т
2.5.9 Принимаем размеры опорной рамы дляукладки блоков в плане 2,8 х 4,7 м и, зная, что плечо bсоставляет половину длины рамы (b= 1,4 м), определяем плечо а:
а = bsinα=1,4*0,5=0,7 м, где
а – плечо опрокидывающего момента от усилия Nв тяге;
b – плечо удерживающего момента от массы якоря.
2.5.10 Проверяем устойчивость якоря от опрокидывания:
10 Gb > Ку.о Nа, где
Ку.о — коэффициент устойчивости якоря от опрокидывания (Ку.о = 1,4).
10*18*1,4 = 252 кН*м >1,4*70,2*0,7 = 68,8 кН*м
Это неравенствосвидетельствует об устойчивости якоря от опрокидывания.
2.6 Расчёт траверсы
2.6.1 Находим натяжение вкаждой канатной подвеске, соединяющей траверсу с крюком грузоподъёмногомеханизма, задавшись углом α = 45
N=10G0 /(2cos α), где
G0 — масса поднимаемого оборудования;
α — угол наклона тяги к вертикальнойвеличине.
N=10*99,5/(2*0,707) = 703,7 кН
2.6.2 Подсчитываемразрывное усилие, взяв канатную подвеску в две нити и определив коэффициентзапаса прочности, как для грузового каната с лёгким режимом работы; Кз = 5
Rк = NКз/2, где
Кз — коэффициент запаса прочности;
Rк = 703,7*5/2 = 1759 кН
2.6.3 Потаблице ГОСТа подбираем канат типа ЛК-РО конструкции 6 х 36(1+7+7/7+14)+1о.с схарактеристиками:
временное сопротивление разрыву, МПа.........1764
разрывное усилие, кН.........................................1790
диаметр каната,мм..............................................58,5
масса 1000 м каната, кг………………………...13000
2.6.4 Определяемсжимающее усилие в траверсе:
N1 = 10G0 кпкдtgα/2, где
G0 — масса поднимаемого оборудования;
кп — коэффициент перегрузки (кп = 1,1);
кд — коэффициент динамичности (кд =1,1)
N1 = 10*99,5*1,1*1,1*0,5/2 = 602 кН
2.6.5 Для изготовлениятраверсы принимаем стальную трубу
2.6.6 Находим требуемуюплощадь поперечного сечения трубы для траверсы, задаваясь коэффициентомпродольного изгиба φ0 =0,4
Fтр. =N1/(φm0,1 R), где
m — коэффициент условий работы;
R — расчётные сопротивления метала нарастяжение, сжатие, изгиб, срез и смятие.
Fтр = 602/(0,4*0,85*0,1*210) = 84,3 см2
2.6.7 По таблице ГОСТаподбираем стальную трубу сечением 245/14 мм с площадью сечения Fт = 102 см2 и радиусом инерции rт = 8,19 см
2.6.8 Находим расчетнуюдлину траверсы, определяя по прилож. коэффициент приведения длины μи считая, что концы траверсы закреплены шарнирно:
lс = μ l=1*700 = 700 см
2.6.9 Определяем гибкостьтраверсы:
λ= lс / rт =, где
λ — коэффициентпродольного изгиба;
lс — расчётная длина траверсы;
rт — радиусом инерции:
λ= 700/8,19= 85,5
2.6.10 По приложениюнаходим коэффициент продольного изгиба φ = 0,708
2.6.11 Полученное сечениепроверяем на устойчивость:
Nт/ (Fт φ) ≤ mR;
602/(91,6*0,708) = 9,2кН/см2 = 92 МПа ≤ 0,85*210 = 178,5 МПа
Соблюдение данногонеравенства свидетельствует об устойчивости расчётного сечения.
2.7 Расчёт стропа
2.7.1 Определяемнатяжение в одном канатном витке стропа, задаваясь углом а = 20 количествомканатных витков в одной ветви стропа n = 7 шт.
Sп = 10 G/(mn cos а) = 10*28,4/(2*7*0.94) = 21,6 кН, где
m — количество ветвей стропа (m = 2);
n — количеством канатных витков в однойветви стропа (n = 7);
G0 — масса поднимаемого оборудования.
2.7.2 Определяем разрывное усилие в сбегающей ветвиполиспаста:
Rк= SпКз, где
Sп — усилие в сбегающей ветви полиспаста;
Кз — коэффициент запаса прочности (Кз = 5).
Rк = 21,6*5 = 108 кН
2.7.3 По таблице ГОСТа подбираем стальной канат типа ЛК-РОконструкции 6 х 36(1+7+7/7+14)+1о.с с характеристиками:
временное сопротивление разрыву, МПа.........1764
разрывное усилие,кН.........................................116,5
диаметр каната,мм..............................................15
масса 1000 м каната, кг………………………...812
2.7.4 Находим расчётныйдиаметр поперечного сечения ветви стропа:
dc = 3 d= 3*15 = 45 мм
2.7.5 Подсчитываемминимальный диаметр захватного устройства:
D= кс dс, где
кс — коэффициент соотношения диаметров захватного устройства ипоперечного сечения ветви стропа (кс ≥4)
D = 4*45 = 180 мм
2.7.6 определяем длинуканата для изготовления стропа, задаваясь его длиной l = 1.5 м:
Lк= 2,2 nl+2 t, где
l — требуемая длина стропа поцентральному витку;
t — шаг свитки стропа (t= 30 d= 30*0,015 = 0,45 м)
Lк = 2,2*7*1,5+2*0,45 = 24 м
2.8 Подбор отводныхблоков
2.8.1 Определяем усилие,действующее на отводной блок:
Р = Sк0, где
S — усилие действующее на канат,проходящий через ролик блока;
к0 — коэффициент зависящий от угла а между ветвями каната(а = 150;к0 = 0,8)
Р = 460*0,8 = 368 кН
2.8.2 По найденномуусилиюР, пользуясь приложением подбираем блок БМ — 63
грузоподъемность, т...........................................63
количествороликов............................................1
диаметр роликов,мм..........................................630
масса блока,кг....................................................405
2.8.3 Взяв канат для крепления блока вдвойне и определив поприложению коэффициент запаса прочности (Кз = 6),как для стропа,находим разрывное усилие в каждой из двух ветвей каната:
Rк= Р Кз/2, где
Р — усилие действующее на отводнойблок;
Кз — коэффициент запаса прочности (Кз = 6).
Rк = 368*6/2 = 1104 кН
2.8.4 Порасчетному разрывному усилию.пользуясь таблицей ГОСТа подбираем для крепленияотводного блока стальной канат типа ЛК-РО конструкции 6 х 36(1+7+7/7+14)+1о.с схарактеристиками:
временное сопротивление разрыву, МПа.........1764
разрывное усилие,кН.........................................1180
диаметр каната,мм..............................................46,5
масса 1000 м каната, кг………………………...8400
2.9 Расчёт штуцера
2.9.1 Находим усилие отстропа, действующее на каждый монтажный штуцер
N =10 Gт кпкд кн/2, где
G0 — масса поднимаемого оборудования.
кп — коэффициент перегрузки (кп = 1,1);
кд — коэффициент динамичности (кд =1,1)
кн – коэффициент неравномерности нагрузки на такелажныеэлементы при подъёме и перемещении оборудования спареннымиподъёмно-транспортными средствами (кн =1,2).
N = 10*99,5*1,1*1,1*1,2/2 = 722,4 кН
2.9.2 Определяем величинумомента от усилия в стропе действующего на штуцер:
М = Nl, где
l — расстояние от линии действияусилия N до стенки аппарата.
М = 722,4*12 = 8668,5 кН*см
2.9.3 Подсчитываемминимальный момент сопротивления поперечного сечения стального патрубка дляштуцера:
Wмин= M/(m 0,1 R), где
m — коэффициент условий работы;
R — расчётные сопротивления метала нарастяжение, сжатие, изгиб, срез и смятие.
Wмин = 8668/(0,85*0,1*210) = 485 см2
2.9.4 Пользуясьприложением подбираем стальную трубу размером 299/14 мм с моментомсопротивления Wт = 853 см2 ≥ Wмин = 485 см2
2.9.5 проверяем прочностьсварного шва, крепящего штуцер к аппарату:
М/(Я hшπr2)≤mRсву, где
Я — коэффициент учитывающий глубинупровара (для ручной сварки Я = 0,7);
r — радиус штуцера;
hш — толщина шва, зависит от усилия на штуцер (hш = 14 мм).
Rсву — расчётные сопротивления сварочного шва на растяжение,сжатие, изгиб, срез и смятие (Rсву = 150 МПа)
8668/(0,71,4*3,14*15) =12,5 кН*см = 125 МПа ≤ 0,85*150 = 127 МПа
Соблюдение данногонеравенства свидетельствует об устойчивости расчётного сечения.
Литература
1. СНиП3.05.05.-84 «Технологическое оборудование и технические трубопроводы»
2. СНиП12.03.2001 «Безопасность труда в строительстве»
3. МатвеевВВ., Крупин Н.Ф. Примеры расчета такелажной оснастки. — Л.: Стройиздат, 1987 г.
4.Справочник строителя. Подъем и перемещение грузов. 3.Б.Харас и др. — М:Стройиздат, 1987 г.
5. Богорад А.А. Грузоподъемные итранспортные машины. — М: «Металлургия», 1989 г.
6. ФарамазовС.А. Оборудование нефтеперерабатывающих заводов и его эксплуатация: Учебноепособие для техникумов. — 2-е изд., перераб. И доп. — М.: Химия, 1984 г.
7. Гальперин МП и др. Монтажтехнологического оборудования нефтеперерабатывающих заводов: Учебное пособиедля техникумов / М.И. Гальперин, В.И. Артемьев, Л.М. Местечкин. — М.:Стройиздат, 1982 г.