1.4. Характеристика грузоподъемных средств, применяемых
при капитальном ремонте
Всякая технология может быть реализована при наличии соответствующих этой технологии технических средств. В предыдущей главе в числе расчетных параметров помимо высоты подъема и изгибных напряжений рассматривались перерезывающие силы, которые указывают на расчетную величину подъемного усилия.
Величина подъемного усилия может быть сдерживающим фактором теоретически обоснованной технологии ремонта, связанной с подъемными операциями.
Основным техническим средством для производства подъемных операций при работе с трубопроводами являются трубоукладчики. Создавались они применительно к строительству, однако со временем, с развитием ремонта, их стали использовать и для ремонтных работ на трубопроводах, так как потребность в грузоподъемных средствах там имеется в неменьшей степени.
Применительно к капитальному ремонту трубопроводов использование трубоукладчиков имеет свою специфику.
1.4.1. Характеристика трубоукладчиков при строительстве и ремонте трубопроводов
В технические характеристики трубоукладчиков входят максимальная грузоподъемность, момент грузовой устойчивости, вылет стрелы и другие параметры. Рассмотрим особенности использования трубоукладчиков по этим основным параметрам.
Трубоукладчики конструктивно изготавливаются только на гусеничном ходу, при этом стрела относительно оси трубоукладчика не имеет возможности поворота. Все операции, связанные с поворотом стрелы, осуществляются за счет разворота гусеничной пары, что существенно ограничивает их маневренность, но работа с таким протяженным объектом, как трубопровод, не требует постоянных поворотов стрелы.
Стрела трубоукладчика имеет возможность за счет поворота менять угол наклона и удлинять зону работы (вылет стрелы). Например, для трубоукладчика Катерпиллер-572 максимальный вылет стрелы составляет 5,5 м, но при этом пропорционально уменьшается подъемное усилие [33, 54]. Поэтому заявленная грузоподъемность, например 40 тс, обеспечивается при максимальном подъеме стрелы. Здесь необходимо рассматривать момент грузовой устойчивости, который является величиной постоянной и соответствует формуле:
М = Р (L 0,8), (1.11)
где Р – усилие подъема, тс;
L – вылет стрелы, м;
0,8 м – расстояние от гусеницы трубоукладчика при максимальной грузоподъемности.
На рисунке 1.7 приведена характеристика грузовой устойчивости трубоукладчика [16].
Трубоукладчики, как указано ранее, создавались главным образом применительно к строительству трубопроводов, и вышеуказанные технические параметры вполне соответствовали их назначению.
При строительстве трубопроводы диаметрами до 700…820 мм вписываются в траншею, отрытую экскаватором с ковшом «обратная лопата», на ширину ковша 1,0…1,2 м. При строительстве трубопроводов диаметром
1420 мм ширины ковша уже недостаточно, однако в [57] предусмотрено нормативное ограничение по ширине дна траншеи (Dтр + 0,5 м, Dтр диаметр трубы), что уже несколько ограничивает использование максимальной грузоподъемности трубоукладчиков. На рисунке 1.8, а приведена схема укладки трубопровода в траншею при его строительстве.
Технологический вылет стрелы с учетом профиля траншеи при строительстве трубопровода можно рассчитывать по формуле:
Lс=1/2 Dтр + 0,25 м + tg h + 1,0 м (1.12)
где Dтр – диаметр трубопровода, м;
0,25 м – расстояние между стенкой трубопровода и границей дна траншеи;
h – глубина траншеи, м;
коэффициент, учитывающий крутизну откоса, которая зависит от вида грунта (например глина, песок и т.д.) [69];
0,5 м – расстояние от края траншеи до гусеницы трубоукладчика.
Рисунок 1.7 – Диаграмма грузовой характеристики крана
трубоукладчика Д 355 С – 3 (коэффициент устойчивости
1,17 (85 %))
Применительно к специфике капитального ремонта ситуация меняется. Рассмотрим профиль траншеи при ремонте трубопроводов с подъемом в траншее [69] рисунок 1.8, б. Ширина ковша В современного экскаватора [54] составляет 1,2 м. Расстояние от края ковша до стенки трубопровода 0,2 м (грунтовая перемычка). Вылет стрелы можно рассчитать как:
Lp=1/2 Dтр + 0,2 м+В+ tg h + 1,0 м, (1.13)
где В – ширина ковша, м;
0,2 м – расстояние от боковой поверхности стенки трубы до ковша.
Сравнительный анализ формул (1.12 и 1.13) показывает, что Lр отличается от Lс на величину [(В + 0,2 м) – 0,25 м], что при стандартной ширине ковша
1,2 м составляет примерно 1,2 м. Применительно к трубопроводу диаметром 1420 мм при строительстве (рисунок 1.8, а) вылет стрелы составит Lc 2,2…2,4 м, тогда Lp 3,4…3,6 м, применительно к схеме (рисунок 1.8, б). Это существенно ограничивает грузоподъемность трубоукладчика. В работе [20] применительно к капитальному ремонту нефтепроводов предлагались конструкции «узкого» ковша, что снижает объемы земляных работ, уменьшает Lp, а значит расширяет возможности трубоукладчика.
В 80-ые годы прошлого века применительно к капитальному ремонту нефтепроводов диаметрами 720…1200 мм была разработана технология ремонта без подъема, с подкопом под трубу подкапывающей машиной [56]. Эта схема в качестве основной рекомендована и применительно к ремонту газопроводов больших диаметров с использованием 2-х трубоукладчиков [55] (рисунок 1.4). Расчеты по этой схеме показывают величину необходимой грузоподъемности 17…18 тс (раздел 2.4.2). На рисунке 1.8, в приведен профиль траншеи. Ширина траншеи отличается от приведенной в формуле (1.13) тем, что глубина разработки траншеи увеличивается примерно на 1 м, и формула имеет вид:
Ln = 1/2 Dтр + 0,2 м + В+tg (h + 1м) + 1,0 м. (1.14)
Из формулы (1.14) следует, что величина вылета стрелы Ln практически полностью исключает использование трубоукладчиков грузоподъемностью
40 тс и ниже из-за их ограниченной грузоподъемности при значительном вылете стрелы (применительно к диаметру 1420 мм Lp 4,4…4,6 м) [77]. Применение более мощных трубоукладчиков технически и экономически нецелесообразно, так как резко возрастают расходы на их эксплуатацию. Ремонтные колонны, как правило, комплектуются трубоукладчиками грузоподъемностью 40 тс и ниже.
в)
б)
а)
Рисунок 1.8 – Схемы работы трубоукладчика в зависимости
от профиля траншеи
Таким образом, рекомендуемая в качестве основной в [69] схема ремонта с подкопом, где для поддержания трубопровода применяются 2 трубоукладчика, не может быть реализована, так как трубоукладчики грузоподъемностью 40 тс при вылете стрелы Lp 4,4…4,6 м не могут обеспечить необходимое подъемное усилие 17…18 тс.
В качестве заменителей появились стрела-опора [1, 6], гидравлические крепи [28] и т.п.
На рисунке 1.9 приведены экспериментальные данные, характеризующие напряженное состояние стенки трубы от изгиба и усилия на крюках трех трубоукладчиков в зависимости от расстояния между ними в сравнении с расчетными значениями [85].
Из рисунка 1.9 следует, что усилие на крюке крайнего трубоукладчика (кривая 1), в зависимости от увеличения расстояния между трубоукладчиками растет практически линейно. Изгибные напряжения (кривая 2) снижаются до величины 12,5 м между трубоукладчиками, затем начинают увеличиваться, т.е. в данном конкретном случае имеется оптимальное расстояние между ними, которое составляет 12,5 м. В зависимости от высоты подъема, веса трубы это оптимальное расстояние смещается; при увеличении этих параметров увеличивается и оптимальное расстояние.
В таблице 1.1 приведены формулы для определения НДС трубопровода при его подъеме с рекомендуемыми параметрами ремонтной колонны. Там с целью ограничения изгибных напряжений приводятся оптимальные размеры между трубоукладчиками. Однако эти рекомендации не могут быть использованы, так как при таких расстояниях трубоукладчики не могут обеспечить необходимую грузоподъемность. На практике за счет сближения трубоукладчиков удается обеспечить высоту подъема, но при этом несколько увеличиваются изгибные напряжения.
1 – усилия под крюком крайнего трубоукладчика; 2 – напряжения
в трубопроводе под крайним трубоукладчиком; 3 – напряжение
в трубопроводе под средним трубоукладчиком; а – экспериментальные
значения усилий по динамометрам; б – экспериментальные значения
напряжений по тензометрам; в – экспериментальные значения
напряжений по тензодатчикам
Рисунок 1.9 – Графики зависимостей усилий на крюке трубоукладчика
и напряжений в заполненном трубопроводе при подъеме
его тремя трубоукладчиками на высоту h1 = h2 = 50 см,
от расстояния между трубоукладчиками С
.
Еще раз обращаем внимание, что расчетная схема ремонта с подъемом в траншее применяется для максимального диаметра 720 мм, а усилие подъема 17,4 тс (последний столбец) может быть достигнуто при использовании трубоукладчика грузоподъемностью 40 тс (см. параграф 1.3).
|
