大型金属储罐电动葫芦提升倒装法应用分析.docx

大型金属储罐电动葫芦提升倒装法应用分析摘要：本文通过对某工程30000 nf污水金属储罐电动葫芦倒装法提升时的提升系统进行受力分析，论述了提升系统的选型设计，为现场施工提供了理论技术支撑，取得了良好的社会经济效益。关键词：大型金属；储罐倒装法；电动葫芦；应用分析引言随着我国工程技术的快速发展，建设工程领域的新颖施工方法不断涌现，极大提升了施工技术水平，取得了显著的经济效益，明显改善了施X工安全环境条件，如工程数字建模、工程仿真分析、炼化系统的模块化建造、大型金属储罐的倒装法施工等。其中大型金属储罐的施工方法有正装法和倒装法两种，倒装法施中工又分为液压顶升倒装法和葫芦提升倒装法；葫芦提升倒装法施工根据提升能源来源的不同又分为手动葫芦提升倒装法和电动葫芦提升倒装法。本文以某工程3台钢制大型立式拱顶罐中的30000 nf事故罐为例，来探讨大型金属储罐电动葫芦提升倒装法的施工应用。该工程的3台钢制大型立式拱顶罐的设备基础采用预应力管桩的钢混凝土基础，设计污水容量分别是30000m3和20000m3 ,其中30000行事故罐的规格参数为：基础直径中46m、罐体直径中44m、高25m、储罐总重约700t、数量1台，罐顶为固定自撑式拱顶，采用钢网壳，其储存介质为废污水，设计参数为常压、常温，污水储罐施工按立式圆筒形钢制焊接储罐施工及验收规范进行制造、试验和验收，提升用电动葫芦规格为20To1工艺流程钢制立式储罐电动葫芦提升倒装法施工是在储罐底板敷设完成后，先制作安装顶圈壁板和拱顶，然后利用均布在储罐内侧装在边柱上的电动葫芦，通过胀圈等工装卡具，提升壁板，依次围设组焊顶圈下部其他各圈壁板，最后完成底部壁板与底板角焊缝的组对焊接。（1）复检储罐基础无误后，依次铺设组焊底板、安装临时支座、围设组焊顶圈壁板（即第1圈壁板）和第2圈壁板；（2）第1、2圈壁板安装完后，把提升边柱、电动葫芦、胀圈工装卡 具、中心桅杆、平衡钢丝绳和电气照明等设施吊运至罐内；（3）安装拱顶及其附件，并在安装提升边柱的拱顶处留好缺口； （4）拱顶安装完成后，在第1圈壁板下缘处安装胀圈工装卡具，用于罐体的撑圆和提升；接着安装边柱、中心桅杆、电动葫芦及平衡钢丝绳等提升机构，并把电动葫芦的倒链挂在胀圈工装卡具的吊钩上，然后对提升机构进行预紧；（5）倒装提升系统安装完成，并经检查无误后，即进行罐体的提升；（6）提升到位后，围设第3圈壁板，并在罐壁圆周方向上均匀布置两道活口；组对第3圈壁板与第2圈壁板的环缝,并切除第2圈壁板活口组对收紧时的多余部分；（7）第3圈壁板组焊完成，并经检查无误后，进行罐体的提升，自此循环往复，直至底部最后一圈壁板围设组焊完成；（8）最后一圈壁板围设组焊完成后，稍微提升罐体，拆除底板上的临时支座，然后使提升机构下降，罐体落在底板上，组焊最后一圈壁板与底板的角焊缝.由于最后要拆除储罐制作安装时的临时支座，所以提升的最大重量G即为储罐总重减去储罐底板的重量，而底板重盥占储罐总重的比例很小，故在计算提升机构的受力分析时以储罐总量计算，相当于放大了荷载校核安全系数。2提升机构安装布置形式提升机构平面布置形式见图lo图1提升机构平面布置示意图图2提升机构立面布置示意图根据20T电动葫芦实际情况，设定：提升边柱H=4000mm、临时支座高500mm、胀圈吊点至壁板下缘距离H2=500、提升边柱距至储罐内壁距离L=900mm、胀圈吊点至储罐内壁距离L1=150mm、电动葫芦吊点距提升边柱中心L2=350mm,需要重点校核的是提升电动数量、提升边柱规格型号以及平衡钢丝绳规格型号。3提高边柱受力分析及稳定性校核3.1 建立力学模型根据提升机构布置示意图，选取其中任一提升边柱组合，建立力学模型（见图3）。图3电葫芦提升机构提升边柱力学模型图以3台储罐中最大的30000m3储罐为例进行受力分析，储罐总重量为700t,储罐直径44m,包括拱顶高度25m,共11圈壁板，单圈壁板高为2米。3. 2. 1电动葫芦数量确定电动葫芦数量的确定需要核算两个点.一个是在拆除临时支座的受力点，一个在围设底圈壁板前电动葫芦提升最高处的受力点，选其中的较大者。(1)拆除临时支座的受力点 依据现场条件，现采用20t电动葫芦，单台额定起升重里Fe为20t,电动葫芦安全系数M取0. 75m。由于最后要拆除储罐制作安装时的临时支座，只需把储罐稍微升起把支座拿出即可，其提升距离可忽略不计，所以提升的最大重量G为储罐总重减去储罐底板的重量，而底板重量占储罐总重的比例很小，故在计算提升机构的受力分析时以储罐总重700t计算，相当于放大了荷载校核安全系数，选取图3电动葫芦提升机构边柱力学模型图的胀圈吊点进行受力分析，可知：G=nFl=nF2 x cosA=nF12 x cosA=nF12 x cosA (arctan (L3/H3)=nP2 x cosA (arctan ( (L-L1-L2) / (H-H1-H2)F12二G/ (n*cos (arctan ( (L-L1-L2) / (H-H1-H2) ) ) ) (1)由 Fi2WuFe 可知，G/ (n*cos (arctan ( (L-L1-L2) / (H-H1-H2)< H Fen2G/ ( u Fe*cos (arctan ( (L-L1-L2) / (H-H1-H2) ) ) ) (2)其中，F2与F12是电动葫芦的用力和反作用力，n是电动葫芦数量，F1是储罐总重G分摊到胀圈 每个吊点的重量；最后在拆除临时 支座时，只需把储罐稍微升起即可，故储罐底部最后一圈壁板下缘到底板的距离H,可视为不F13=F12xsinA变,已知：L=L=900mm、L 1=150mm、L2=350mm、H=4000mm、Hl=500mm、H2=500mm；以上数据带入公式(2),可得：n 247.14,圆整为48；把 n =4 代入公式(1 ),可得：F12=14. 73 u Fe=0. 75 x 20t=15t；(2)围设底圈壁板前电动葫芦提升最高处的受力点在围设底圈壁板前电动葫芦提升最高处，即提升一个壁板的高度，壁板高度是2000mm,此时的提升重G为储罐总重减去底圈壁板重量和底板重量，底板重量为953底圈壁板重量为70t,此时G=535t,那么此时公式(1)和公式(2 )就变为：n2G/ ( UFe*cos (arctan ( (L-L1-L2) / (H-H1-H2-2000) ) ) ) =39. 63 圆整为40F12=G/ (n*cos (arctan ( (L-L1-L2) / (H-H1-H2-2000) ) ) ) =14. 86t<u Fe通过(1 )拆除临时支座的受力点和(2)围设底圈壁板前电动葫芦提升最高处的受力点的对比分析，可知电动葫芦数量选取为n=48,此时(1)情况下的F12二14. 73t、 ( 2 )情况下的受力点的F12为12.26t,所以下面的选型设计以n=48、/2=14. 73t为准。3. 2. 2平衡钢丝绳设计选型由平面力系平衡法则，可得：=F12xsin (arctan ( (L-L1-L2) / (H-H1-H2)二(G/ (n*cos (arctan ( (L-L1-L2) / (H-H1-H2) ) ) ) ) *sin (arctan(L-L1-L2) / (H-H1-H2)=(G/n) x ( (L-L1-L2) / (H-H1-H2) ) =1.94t ( 3 )力P3由中心桅杆拉过来的钢丝绳提供，由其荷载推算钢丝绳的最小破断拉力，根据钢丝绳最小破断拉力选择对应的钢丝绳。根据钢丝绳最大许用拉力计算公式F WXSPxA/K式中：F一钢丝绳允许用拉力(kN) ； ESP钢丝绳破断拉力(kN) ； K一钢丝绳的安全系数；A一折减系数。可得：ESP2 F XK/A查表1和表2,可知：K=6, A=0.85,故：ESP2 F XK/A=1. 94tX6/0. 85=13. 694t查表3,可知选用直径18mm的6X19纤维芯钢丝绳即可。3. 2. 3边柱穗定性校核及设计选型从图3电动葫芦提升机构边柱力学模型图，选取提升边柱进行受力分析，可知提升边柱受到的轴向压力，即是F”的反作用力，记为FF1”；图中的甲3是为了平衡电动葫芦所受拉力W2的水平分力、由平衡钢丝绳绳提供的拉力。由于提升边柱分担了电动葫芦传递的绝大大部分拉力，自身受到的是轴向压力，需要对提升边柱的稳定性进行分析，进而选取提升边柱的规格。提升边柱底部固定、上端自由，其长度较长，因此可将提升边柱视为材料力学中的一端固定、一端自由的细长压杆，对其进行稳定性计算。压杆稳定取决于压杆的细长比入和临界载荷Fer,由于同样截面积的情况下，空心圆管的临界载荷要比实心圆杆大得多，故提升边柱选用无缝钢管。当细长比大于临界值时，即入入p的大柔度压杆，失稳是压杆失效的主要形式，其稳定性条件是轴向载荷FWFer/ nsl,式中nsl为细长压杆的规定稳定安全因数，常用细长压杆规定稳定安全因数见表4。说明：表4所述的规定压杆稳定安全因数是静载荷条件下的，动载荷情况下的细长压杆规定稳定安全因数取得都比较大，如机床丝杠的规定稳定安全因数取2. 2-4、矿山和冶金设备压杆的规定稳定安全因数取4-8,活塞杆的规定稳定安全因数取4-8o从图3电动葫芦提升机构力学模型图，可知提升边柱受到的轴向压力为：FFiil=Fil=F12xcos (arctan ( (L-L1-L2) / (H-H1-H2)=G/ (nXcos (arctan ( (L-L1-L2) / (H-H1-H2)Xcos (arctan ( (L-L1-L2) / (H-H1-H2) ) ) =G/n=14. 58t假设提升边柱属于大柔度压杆，则有：FF"lWFcr/ nsl , Fcr FF11l X nsl 2 (G/n) X nsl 2(700t/48) X5 (4)(注：提升边柱属于施工动载下的压杆，nsl按矿山设备压杆取5)272.92t即提升边柱临界载荷必须大于等于72.92t,才满足压杆稳定性要求，取Fcr =72.92to由欧拉公式Fcr=rPEi/ （ rL） 2/ （TPe）,可得提升边柱截面惯性矩I ： I二Fer （ uL） 7（n2E）（注：无缝钢管弹性模量E=200GPa,提升边柱压杆长度因数 u=2） =2319. 23 cm2查表5,可知6219X6. 5即满足稳定性要求。现在需要验证大柔度压杆的假设是否正确，因此需求选定提升边柱的细长比入：入：入= u *L/ i（u是一端固定一端自由的压杆长度系数，口二2； i是截面惯性半径）；入：X = u *L/i=106查表6,可知X>Xp,故大柔度压杆的假设正确，选型合理。3. 2. 4中心桅杆设计选型分析由于钢丝绳需垂直于提升边柱，保持水平方向，故中心桅杆的高度与提升边柱相同；同时，由于提升边柱数量是偶数，中心桅杆所受各钢丝绳拉力正好相互抵消，在施工过程中只要保持垂直稳定即可，考虑到施工过程中的扰动因素，其规格尺寸选与提升边柱相同。由此可知，在选用电动葫芦倒装法制作安装圆筒形立式金属储罐时，电动葫芦数量应圆整为偶数，以便中心桅杆所受钢丝绳拉力相互抵消。4