论文部分内容阅读
[摘 要]大型设备的吊装，具有高投入、高风险、专业性强等特点。因此，如何有效控制设备吊装的质量，规避大型设备吊装风险，保证大型设备吊装的顺利进行是化工项目施工的重点。这就要求在设备吊装之前，必须进行吊车的选型、吊装承载计算、场地的处理等。本文以一工程为例，浅谈一下大型设备吊装的承载计算及平衡梁校核。
[关键词]大型设备 吊装 计算 平衡梁
中图分类号：F285 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）19-0088-02
1 前言
近年来，化工设备的大型化发展、工厂化预制和模块化安装是化工设备安装的主流，并且，随着吊车技术的发展，大型设备的吊装越来越多地采用大型吊车进行吊装。大型设备的吊装，具有高投入、高风险、专业性强等特点。因此，如何有效控制设备吊装的质量，规避大型设备吊装风险，保证大型设备吊装的顺利进行是化工项目施工的重点。这就要求在设备吊装之前，必须进行吊车的选型、吊装承载计算、场地的处理等。本文以一工程为例，浅谈一下大型设备吊装的承载计算及平衡梁校核。
2 工程概况
本工程为常州新日化工有限公司25万吨/年苯乙烯建设项目，大型设备主要分布在300#、400#、500#等装置内。本工程工号布置比较集中，吊车站位及设备卸车空间狭小；通道较窄，设备又大又重，要求吊车的回转半径较大，本工程地处江边化工园区，因此地质为淤泥质粉质粘土，地表土层含水量大，承载能力差，因此对于吊车的行走道路以及吊装站位点需进行硬化处理。设备主要技术参数见下表1。
3 设备吊装的承载计算
3.1 卧式设备吊装计算
3.1.1此设备是卧式换热器，设备净重为157.95吨，设备长度12.63米，直径4.2.米。安装位置在构3框架上，安装标高为7.9米。由于吊车只能站在离设备28米处，即回转半径为28米，拟选用400吨履带吊（LR1400-2）SDB工况。
3.1.2在AUTO-CAD中按1：1的比例画出设备E1301的吊装立面图（见图1）。
3.1.3设备吊装承载计算
选用LR1400型400吨履带吊，400吨履带吊性能参数选择：选用SDB工况（重杆+超级提升），臂杆长选L=56m，最大回转半径R=28m，额定载荷为171吨。
A. 吊车吊装能力选用校核：
过热器（E1301）吊装总荷重：
P=PQ+PF+PG =157.95+2.7+6=166.65t
式中：PQ — 设备吊装自重 PQ =157.95t
PF — 设备吊装吊索的附加重量，取PF =2.7t
PG — 吊车钩头自重，取PG=6t
吊装总荷重/起吊能力=P/Q=166.65/171=97.5%，能满足吊装要求。
B. 钢丝绳承受负荷计算：
主吊钢丝绳选用：φ65-6×37+1-1700
l=58 m， 2组，每组两弯四股使用，
AB=（l/4-D）=10.3m，BC間距为3m， α=arccos（BC/AB）=73.1°
钢丝绳高度H4=AC=AB* sinα=10.3*sin73.1°=9.86 m
单股钢丝绳受力F=Q/2/sinα/4=166.65/8/sin73.1°=21.8t
钢丝绳破断拉力为：P破=2665000N
安全系数为：K=2665000/（21.8t×9800）=12.5>6满足要求
C. 起升高度校核
臂杆倾角计算：
β=arc cos（R-E-E1）/L
= arc cos（28-1.5-0.7）/56
=62.57°
式中：R — 吊车回转半径：选R=28m
E — 臂杆底铰至回转中心的距离，E=1.5m
E1— 臂杆顶定滑轮偏离臂杆中心的距离，E1=0.7m
L — 吊车臂杆长度，选L=56m
吊车吊钩最大提升高度H=L*sinβ+H5-H7=56* sin62.57°+2.59-3.5=48.79 m
式中： H5 — 吊车臂杆支轴高度，H5=2.59m
H7 — 吊钩至顶滑轮的高度，H7=3.5m
安装所需提升高度： H0=H1+H2+H3+H4
=7.9+0+0.5+9.86
=18.26 m
式中：H1 —设备安装标高7.9m
H2 —设备支座高度0m
H3 —设备支腿高度0.5m
H4—钢丝绳高度9.86m
H - H0=48.79-18.26=30.53 m >2m，起升高度满足要求；
D. 净空距离C的计算：
本次吊装过程离臂杆最近处的位置在7.9米高横梁处；
C=L*cosβ+E1*sinβ-H1*ctgβ-A-B/2/sinβ
=56*cos62.57°+0.7*sin62.57°-7.9* ctg62.57°-20.72-1.25/sin62.57°
=25.8+0.62-4.1-20.72-1.41
=0.19 m
式中：A — 设备安装中心到框架边缘的距离，A=20.72m （见附图： E1301吊装平面图）
B — 臂杆宽度，H=2.5m
由以上抗杆计算、吊装起升高度以及吊装能力校核，说明所选的吊车性能能满足吊装需求。 3.2 立式设备的吊装计算
3.2.1设备E1409是一台立式换热器，设备净重181.69吨，设备高度15.35米，直径4.5米。安装位置在框架上，安装标高度为20米。拟选用400吨履带吊（LR1400-2）主吊， 250T汽车吊（LTM1250）溜尾，完成该设备的吊装工作。
3.2.2在AUTO-CAD中按1：1的比例画出设备E1409的吊装立面图（见图2）。
3.2.3立式设备吊装承载计算
立式设备吊装承载计算与卧式设备的计算类似，在此不再进行详述。
3.2.4，平衡梁的制作选用及强度校核：
立式设备吊装通常要使用平衡梁，平衡梁的制作需进行强度校核，确保平衡梁有足够的强度满足吊装时的受力。
平衡梁选择
由E1409设备吊装计算可知，两组钢丝绳夹角为56°，平衡梁选用φ325×10的钢管，材质20#钢，平衡梁长度需4.7米，其力学特性：截面积F=99cm2、回转半径r=11.1cm，两端的钢板厚度为δ=20mm，紧固螺栓选用M20×180的高强螺栓，平衡梁图见（图3）
强度校核：
a. 平衡梁受力计算
P1=P2= （Q1+Q2）/2* tg28.05°=（181.69+0）/2*0.533=48.42t=48420kg
式中：P1----------平衡梁所受正压力
平衡梁细长比： λ=μl/r=470/11.1=42
上式中u-----长度系数、两端铰支 u=1
l-----支撑梁长 l=470cm
查表得稳定系数
Φ=0.92
平衡梁应力为[σ]= P1/（ΦF）= 48420/（0.92×99）=532kg/cm2
钢管的屈服极限为：σs=2451.5kg/cm2取安全系数n=1.8
[δ] = δs /n =2451.5/1.8 = 1362kg/cm2>[σ] 平衡梁选用φ325×10的钢管满足要求
b. 两端夹板钢板计算
钢板所受应力
δ=P1/A
=48420/829cm2
=58.41kg/cm2
δ-----鋼板所受压应力kg/cm2
P1----吊装梁所受正压力kg
A------受压面积cm2
钢板δ=20 Q235 的屈服极限为：σs=2250kg/cm2取安全系数n=1.8
[δ] = δs /n =2250/1.8 = 1250kg/cm2>δ=58.41kg/cm2， 两端夹板的钢板满足要求.
4 地基承载计算与处理措施
地基承载载荷=（350+135+260+157.95）* 9.8/（1.2*9.34*2）=0.395Mpa，由于该工程所在地区为长江三角洲河流洪冲积平原，地表土层为淤泥质粉质粘土，降雨量大，地表土层含水量大，地基承载能力较差；设备吊装时，大型吊车行走和吊装站位的地面进行下列处理。吊车吊装站位区域，将回填松土挖出至原土，压实后填大块石层，厚度800mm；分层压实后，铺垫厚度为200mm的水泥石灰渣土层，再压实，然后在在吊车履带站位的位置铺垫30mm厚的钢板，上面加200mm的路基箱板；必须确保地基承载能力达到0.395Mpa以上。
5 结束语
本文以一工程为例，详述大型设备吊装的承载计算及平衡梁校核，保证大型设备吊装的顺利进行，有效控制设备吊装的质量，规避大型设备吊装风险。
参考文献
[1] 《大型设备吊装工艺标准》SHJ515
[2] 《化工工程建设起重规范》HGJ201
[3] 《起重设备安装工程施工及验收规范》GB50278
[4] 《钢丝绳》GB/T8918
[5] 三一重工LR1400-2吊车性能表
作者简介：
李明樟，男，1978年生，工程师，毕业于安徽理工大学机电工程专业，就职于中国化学工程第三建设有限公司.
[关键词]大型设备 吊装 计算 平衡梁
中图分类号：F285 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）19-0088-02
1 前言
近年来，化工设备的大型化发展、工厂化预制和模块化安装是化工设备安装的主流，并且，随着吊车技术的发展，大型设备的吊装越来越多地采用大型吊车进行吊装。大型设备的吊装，具有高投入、高风险、专业性强等特点。因此，如何有效控制设备吊装的质量，规避大型设备吊装风险，保证大型设备吊装的顺利进行是化工项目施工的重点。这就要求在设备吊装之前，必须进行吊车的选型、吊装承载计算、场地的处理等。本文以一工程为例，浅谈一下大型设备吊装的承载计算及平衡梁校核。
2 工程概况
本工程为常州新日化工有限公司25万吨/年苯乙烯建设项目，大型设备主要分布在300#、400#、500#等装置内。本工程工号布置比较集中，吊车站位及设备卸车空间狭小；通道较窄，设备又大又重，要求吊车的回转半径较大，本工程地处江边化工园区，因此地质为淤泥质粉质粘土，地表土层含水量大，承载能力差，因此对于吊车的行走道路以及吊装站位点需进行硬化处理。设备主要技术参数见下表1。
3 设备吊装的承载计算
3.1 卧式设备吊装计算
3.1.1此设备是卧式换热器，设备净重为157.95吨，设备长度12.63米，直径4.2.米。安装位置在构3框架上，安装标高为7.9米。由于吊车只能站在离设备28米处，即回转半径为28米，拟选用400吨履带吊（LR1400-2）SDB工况。
3.1.2在AUTO-CAD中按1：1的比例画出设备E1301的吊装立面图（见图1）。
3.1.3设备吊装承载计算
选用LR1400型400吨履带吊，400吨履带吊性能参数选择：选用SDB工况（重杆+超级提升），臂杆长选L=56m，最大回转半径R=28m，额定载荷为171吨。
A. 吊车吊装能力选用校核：
过热器（E1301）吊装总荷重：
P=PQ+PF+PG =157.95+2.7+6=166.65t
式中：PQ — 设备吊装自重 PQ =157.95t
PF — 设备吊装吊索的附加重量，取PF =2.7t
PG — 吊车钩头自重，取PG=6t
吊装总荷重/起吊能力=P/Q=166.65/171=97.5%，能满足吊装要求。
B. 钢丝绳承受负荷计算：
主吊钢丝绳选用：φ65-6×37+1-1700
l=58 m， 2组，每组两弯四股使用，
AB=（l/4-D）=10.3m，BC間距为3m， α=arccos（BC/AB）=73.1°
钢丝绳高度H4=AC=AB* sinα=10.3*sin73.1°=9.86 m
单股钢丝绳受力F=Q/2/sinα/4=166.65/8/sin73.1°=21.8t
钢丝绳破断拉力为：P破=2665000N
安全系数为：K=2665000/（21.8t×9800）=12.5>6满足要求
C. 起升高度校核
臂杆倾角计算：
β=arc cos（R-E-E1）/L
= arc cos（28-1.5-0.7）/56
=62.57°
式中：R — 吊车回转半径：选R=28m
E — 臂杆底铰至回转中心的距离，E=1.5m
E1— 臂杆顶定滑轮偏离臂杆中心的距离，E1=0.7m
L — 吊车臂杆长度，选L=56m
吊车吊钩最大提升高度H=L*sinβ+H5-H7=56* sin62.57°+2.59-3.5=48.79 m
式中： H5 — 吊车臂杆支轴高度，H5=2.59m
H7 — 吊钩至顶滑轮的高度，H7=3.5m
安装所需提升高度： H0=H1+H2+H3+H4
=7.9+0+0.5+9.86
=18.26 m
式中：H1 —设备安装标高7.9m
H2 —设备支座高度0m
H3 —设备支腿高度0.5m
H4—钢丝绳高度9.86m
H - H0=48.79-18.26=30.53 m >2m，起升高度满足要求；
D. 净空距离C的计算：
本次吊装过程离臂杆最近处的位置在7.9米高横梁处；
C=L*cosβ+E1*sinβ-H1*ctgβ-A-B/2/sinβ
=56*cos62.57°+0.7*sin62.57°-7.9* ctg62.57°-20.72-1.25/sin62.57°
=25.8+0.62-4.1-20.72-1.41
=0.19 m
式中：A — 设备安装中心到框架边缘的距离，A=20.72m （见附图： E1301吊装平面图）
B — 臂杆宽度，H=2.5m
由以上抗杆计算、吊装起升高度以及吊装能力校核，说明所选的吊车性能能满足吊装需求。 3.2 立式设备的吊装计算
3.2.1设备E1409是一台立式换热器，设备净重181.69吨，设备高度15.35米，直径4.5米。安装位置在框架上，安装标高度为20米。拟选用400吨履带吊（LR1400-2）主吊， 250T汽车吊（LTM1250）溜尾，完成该设备的吊装工作。
3.2.2在AUTO-CAD中按1：1的比例画出设备E1409的吊装立面图（见图2）。
3.2.3立式设备吊装承载计算
立式设备吊装承载计算与卧式设备的计算类似，在此不再进行详述。
3.2.4，平衡梁的制作选用及强度校核：
立式设备吊装通常要使用平衡梁，平衡梁的制作需进行强度校核，确保平衡梁有足够的强度满足吊装时的受力。
平衡梁选择
由E1409设备吊装计算可知，两组钢丝绳夹角为56°，平衡梁选用φ325×10的钢管，材质20#钢，平衡梁长度需4.7米，其力学特性：截面积F=99cm2、回转半径r=11.1cm，两端的钢板厚度为δ=20mm，紧固螺栓选用M20×180的高强螺栓，平衡梁图见（图3）
强度校核：
a. 平衡梁受力计算
P1=P2= （Q1+Q2）/2* tg28.05°=（181.69+0）/2*0.533=48.42t=48420kg
式中：P1----------平衡梁所受正压力
平衡梁细长比： λ=μl/r=470/11.1=42
上式中u-----长度系数、两端铰支 u=1
l-----支撑梁长 l=470cm
查表得稳定系数
Φ=0.92
平衡梁应力为[σ]= P1/（ΦF）= 48420/（0.92×99）=532kg/cm2
钢管的屈服极限为：σs=2451.5kg/cm2取安全系数n=1.8
[δ] = δs /n =2451.5/1.8 = 1362kg/cm2>[σ] 平衡梁选用φ325×10的钢管满足要求
b. 两端夹板钢板计算
钢板所受应力
δ=P1/A
=48420/829cm2
=58.41kg/cm2
δ-----鋼板所受压应力kg/cm2
P1----吊装梁所受正压力kg
A------受压面积cm2
钢板δ=20 Q235 的屈服极限为：σs=2250kg/cm2取安全系数n=1.8
[δ] = δs /n =2250/1.8 = 1250kg/cm2>δ=58.41kg/cm2， 两端夹板的钢板满足要求.
4 地基承载计算与处理措施
地基承载载荷=（350+135+260+157.95）* 9.8/（1.2*9.34*2）=0.395Mpa，由于该工程所在地区为长江三角洲河流洪冲积平原，地表土层为淤泥质粉质粘土，降雨量大，地表土层含水量大，地基承载能力较差；设备吊装时，大型吊车行走和吊装站位的地面进行下列处理。吊车吊装站位区域，将回填松土挖出至原土，压实后填大块石层，厚度800mm；分层压实后，铺垫厚度为200mm的水泥石灰渣土层，再压实，然后在在吊车履带站位的位置铺垫30mm厚的钢板，上面加200mm的路基箱板；必须确保地基承载能力达到0.395Mpa以上。
5 结束语
本文以一工程为例，详述大型设备吊装的承载计算及平衡梁校核，保证大型设备吊装的顺利进行，有效控制设备吊装的质量，规避大型设备吊装风险。
参考文献
[1] 《大型设备吊装工艺标准》SHJ515
[2] 《化工工程建设起重规范》HGJ201
[3] 《起重设备安装工程施工及验收规范》GB50278
[4] 《钢丝绳》GB/T8918
[5] 三一重工LR1400-2吊车性能表
作者简介：
李明樟，男，1978年生，工程师，毕业于安徽理工大学机电工程专业，就职于中国化学工程第三建设有限公司.