Проектирование трубопровода

Введение

Трубопровод можно  укладывать в траншею тремя способами: опуская плети (непрерывной ниткой) с бровки траншей; опуская отдельные  секции со сваркой их в траншее; опуская  сваренные плети с последовательным наращиванием их на бровке траншеи  в приподнятом положении или на лежках.

При опускании  с бровки траншеи участок трубопровода, покрытый изоляцией в течение  дня, укладывают в траншею на следующий  день рано утром и присыпают или  засыпают грунтом. В летние дни трубопровод  присыпают грунтом в наиболее холодное время суток.

Укладка секций трубопровода в траншею производится с помощью крана или трубоукладчика.

Трубоукладчиками (с англ. - Pipelaying crane) называют самоходные грузоподъемные машины, которые относятся к специальным видам тракторных кранов. Они предназначаются для подъема, транспортировки и монтажа труб и оборудования трубопроводов при прокладке различного назначения магистральных трубопроводов большой протяженности. Трубоукладчики в большинстве случаев эксплуатируют на значительном удалении от баз обслуживания и ремонта. Выход из строя одной машины, входящей в состав изоляционно-укладочной колонне, приводит к остановке большого комплекса механизмов. Это обстоятельство требует высокой надежности и хорошей ремонтопригодности всех без исключения узлов трубоукладчиков. При сооружении линейной части магистрального трубопровода трубоукладчики передвигаются по бездорожью, что предъявляет высокие требования к их проходимости, определяемой совокупностью ряда показателей: среднего давления на грунт, дорожного просвета и тяговой характеристики.

Одной из основных специализированных машин, работающих на строительстве магистральных  трубопроводов, является трубоукладчик. 
  Трубоукладчиком называется самоходная грузоподъемная машина, способная перемещаться с грузом на крюке и служащая для подъема и укладки трубопровода в траншею, а также для выполнения различных грузоподъемных и монтажных работ (погрузка и разгрузка труб и плетей, центровка труб при сварке и пр.). 

 Основное  назначение трубоукладчика — сопровождение очистных и изоляционных машин и укладка изолированного трубопровода в траншею. 

1. .ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ТРУБОУКЛАДЧИКОВ

Трубоукладчики  на базе гусеничных тракторов специальной  трубоукладочной модификации широко применяются для выполнения грузоподъемных операций при строительстве нефте-, газо- и других трубопроводов. 

Трубоукладчики  оборудованы А-образной стрелой  коробчатого сечения, расположенной  сбоку относительно продольной базы (на лонжероне гусеницы – у гусеничных машин, на нижней раме – у пневмоколесных) и удерживаемой либо полиспастной системой, либо гидроцилиндрами. Для обеспечения устойчивости с противоположной стороны установлен откидывающийся противовес (контргруз), вылет которого, в зависимости от реализуемого грузового момента, регулируют гидроцилиндром. У трубоукладчиков малой грузоподъемности противовес обычной невыдвижной. Отличительной особенностью трубоукладчиков является их способность передвигаться с грузом на крюке, соответствующим максимально возможному грузовому моменту.

Основное назначение трубоукладчиков – укладка в  траншею предварительно сваренного и изолированного трубопровода, одиночных  труб, запорной арматуры и других штучных  грузов. Эти машины используют также  на погрузочно-разгрузочных работах при перевозке труб и трубных секций (плетей) трубовозами и плетевозами, укрупненной сборке плетей из труб на трубосварочных базах и сварке в линию плетей перед укладкой трубопровода в траншею. В пределах своей технической характеристики трубоукладчики используют как краны общего назначения на монтажных работах при сооружении насосных и компрессорных станций и других объектов. Пневмоколесные трубоукладчики (грузоподъемностью 6,3 т) используют преимущественно в условиях городского строительства. Отечественная промышленность выпускает трубоукладчики с номинальной грузоподъемностью 6,3 … 50 т на минимальном вылете груза, составляющем 1,5 м, при высоте подъема крюка 4,5 … 7,5 м.

Для повышения  тяговых возможностей гусеничных трубоукладчиков, их проходимости и устойчивости гусеничные тележки удлиняют и уширяют, а в составе привода применяют ходоуменьшители. Рессорную или балансирную подвеску в передней части гусеничного хода заменяют жесткой. Грузовую и стреловую лебедки, механизм перемещения контргруза и гидравлическую систему устанавливают на прикрепленной к остову трактора верхней раме. Также жесткой подвеской соединяются колеса пневмоколесных трубоукладчиков с остовом базового трактора. Все крановые механизмы приводятся тракторным дизелем через механическую или гидравлическую трансмиссии. Для подъема грузов и изменения вылета стрелы используют двухбарабанные лебедки с независимым приводом барабанов либо от реверсивных гидромолотов, либо с помощью фрикционных муфт, подключающих барабаны к общей механической трансмиссии. Каждый барабан оборудован нормально замкнутым тормозом, автоматически растормаживаемым при включении гидромолота или фрикционной муфты.

Особенностью  работы трубоукладчиков на укладке  трубопровода в траншею является совместная работа нескольких машин с один грузовым объектом – поднятой над землей частью трубопровода. При этом нагрузка на крюке каждого трубоукладчика зависит от многих технологически изменяемых факторов: массы поднятого участка трубопровода, формы его прогиба, разницы в уровне подвеса между смежными в трубоукладочной колонне машинами при неровном рельефе местности и др. Если трубоукладчик достигает состояния неустойчивого равновесия с отрывом от основания гусеницы со стороны противовес, и при этом его крюк немного опустится, то произойдет перераспределение общей нагрузки между другими трубоукладчиками и дальнейшего опрокидывания трубоукладчиков, неизбежного для кранов, работающих с одиночными грузами, не произойдет. При этом дополнительная нагрузка при таком перераспределении будет тем больше, чем меньше машин в составе трубоукладочной колонны. Обычно последняя состоит из 4-6 трубоукладчиков. При большем их числе усложняется координация совместной работы.

Для выполнения погрузочно-разгрузочных и монтажных  работ трубоукладчики комплектуют такелажными устройствами универсальными канатными стропами для работы со штучными грузами, неизолированными трубами и трубными секциями; клещевыми автоматическими захватами для подъема, перемещения, стыковки неизолированных труб и секций при монтажно-сварочных работах; эластичными захватами (полотенцами) для подъема, перемещения и укладки в траншею изолированного трубопровода, отдельных труб и секций; троллейными подвесками для подъема, перемещения и укладки совмещенным способом (одновременно с изоляцией всего трубопровода или только их стыков в случае применения труб с заводской изоляцией); траверсами с торцовым захватом трубы для погрузки и выгрузки изолированных и неизолированных труб с трубовозов и их штабелирования на трубосварочных базах.

2. Характеристика кранов-трубоукладчиков

 
       Конструкция этих кранов учитывает то, что при прокладке магистральных трубопроводов основная нагрузка приходится на одну их боковую сторону, что определило их конструктивное исполнение как стреловых самоходных грузоподъемных машин без поворотной части с боковым расположением стрелы. Ходовая часть современных кранов-трубоукладчиков может быть двух типов: гусеничная и пневмоколесная.

Трубоукладчики на гусеничном ходу, наиболее распространенные (рис. 1), состоят из базового шасси и установленного на нем грузоподъемного оборудования, включающего лебедку 6, раму 5, противовес 8, стрелу 4, подвеску крюка, подвесную 2 и стреловую 3 обоймы и гидросистему 7.

Сейчас на строительстве  трубопроводов используются различные виды кранов-трубоукладчиков, конструкции которых и технические характеристики приведены ниже.

Краны-трубоукладчики ТГ-61 и  ТГ-62 предназначены для укладки  в траншею трубопроводов, сопровождения  очистных и изоляционных машин, выполнения различных подъемно-транспортных операций при строительстве трубопроводов диаметром до 426 мм и могут быть использованы на аналогичных работах (в пределах их технической характеристики) при сооружении трубопроводов больших диаметров. 

Краны-трубоукладчики ТГ-61 и ТГ-62 смонтированы на специальных гусеничных шасси, в которые входят силовая установка, трансмиссия и кабина трактора ДТ-75Р-СЗ, специальная гусеничная тележка с жесткой подвеской опорных катков от трактора Т-130, уширенной колеей, удлиненной базой и дополнительными бортовыми редукторами. Привод грузоподъемного оборудования гидравлический (от трех насосов НШ-46, установленных на редукторе отбора мощности). Два насоса предназначены для привода грузового барабана, а один — для стрелового. Лебедка трубоукладчиков одновальная, двухбарабанная с независимым приводом каждого барабана от своего цилиндрического трехступенчатого редуктора, что обеспечивает возможность совмещения любых операций крюком и стрелой.  
 
Рис. 1 Принципиальная схема устройства крана-трубоукладчика ТГ-61 и ТГ-62

Тормоза грузового  и стрелового барабанов нормально  замкнутые, автоматически размыкаемые  при включении гидропривода. Для  управления лебедкой и редуктором привода насосов установлены три рычага. Трубоукладчики не имеют откидных противовесов, что упростило их конструкцию и уменьшило число рычагов управления. На трубоукладчиках установлены следующие приборы безопасности: указатель грузового момента, визуальный указатель фактической нагрузки на крюке, автоматический выключатель подъема стрелы, указатель грузоподъемности и вылета крюка, устройство для освобождения крюка от нагрузки при выходе из строя привода, автоматический сигнализатор опасного напряжения. Кран-трубоукладчик ТГ-62 является модификацией трубоукладчика ТГ-61 и отличается от последнего уширенным траком гусениц. Эта машина имеет пониженное среднее давление на грунт и предназначена для прокладки трубопроводов на грунтах с пониженной несущей способностью. По проходимости трубоукладчик ТГ-62 не имеет аналогов ни в отечественной, ни в мировой практике. 
 
Кинематическая схема кранов-трубоукладчиков ТГ-61 и ТГ-62 состоит из двух трансмиссий: приводов гусеничного хода и лебедки. Трансмиссия привода гусеничного хода трубоукладчиков идентична трансмиссии трактора ДТ-75Р-СЗ и отличается от последней только наличием дополнительных одноступенчатых бортовых редукторов с внутренним зацеплением. Трансмиссия привода лебедки включает в себя двухступенчатый редуктор привода насосов и два трехступенчатых редуктора привода барабанов. Редуктор привода насосов получает вращение от вала отбора мощности трансмиссии трактора ДТ-75Р-СЗ.

Трактора трубоукладчиков  ТГ-61 и ТГ-62 состоят из двух частей: силовой установки и трансмиссии трактора ДТ-75Р-СЗ; специальной гусеничной тележки, включающей сварную раму, на которой смонтированы дополнительные бортовые редукторы, опорные и поддерживающие катки, натяжные колеса с механизмом натяжения. Силовая установка и трансмиссия трактора ДТ-75Р-СЗ состоит из двигателя, муфты сцепления, карданной передачи, реверс-редуктора, коробки перемены передач и механизмов заднего моста. На тракторе установлен дизель СМД-14МГ — четырехтактный, четырехцилиндровый, рядный двигатель жидкостного охлаждения с непосредственным вспрыском топлива в камеру в поршне. Дизель установлен на раме силовой установки и трансмиссии на эластичных резинометаллических амортизаторах и закреплен в трех точках. Запуск дизеля производят пусковым двигателем П-10УД через редуктор, а пускового двигателя П-10УД — стартером СТ-362. На дизеле установлена двухдисковая постоянно замкнутая муфта сцепления, обеспечивающая соединение коленчатого вала дизеля с трансмиссией через карданную передачу и ведущий вал реверс-редуктора. Карданная передача находится между выходным валом муфты сцепления и ведущим валом реверс-редуктора и служит для компенсации несоосности и перекосов между ними. Реверс-редуктор — механический одноступенчатый редуктор с реверсивным устройством. Он смонтирован на передней плоскости корпуса трансмиссии и имеет две передних и одну заднюю передачу. Коробка передач механическая, четырехходовая, семиступенчатая с подвижными шестернями и блокировкой механизма переключения передач. Она обеспечивает семь скоростей переднего и одну скорость заднего хода. При включенном реверс-редукторе число скоростей заднего хода увеличивается до семи.

Задний мост состоит из главной передачи, планетарных  механизмов поворота и тормозов. Механизмы  заднего моста передают крутящий момент от коробки перемены передач конечным передачам, осуществляют поворот и торможение трактора. Конечные передачи одноступенчатые цилиндрические. На выходных вдлах этих передач установлены зубчатые втулки, передающие вращение одноступенчатым дополнительным редукторам с внутренним зацеплением, предназначенным для повышения тягового усилия. В дополнительный редуктор входят стальной литой корпус, ведущая шестерня, ведомое зубчатое колесо, вал, крышка, уплотнение и ведущая звездочка.

Установка дополнительных редукторов на раме гусеничной тележки исключила нагружение корпуса трансмиссии трактора усилиями от ведущих звездочек гусеничного хода. Применение редуктора с внутренним защеплением сохранило направление движения трактора и позволило при значительном повышении тягового усилия получить компактную конструкцию.

Опорные катки  двухбортные на подшипниках качения, поддерживающие катки также на подшипнике качения. Гусеница сборная. Она состоит  из гусеничной цепи и соединенных  с ней болтами башмаков. На трубоукладчике ТГ-61 башмак имеет ширину 500 мм, на ТГ-62 — 920 мм.

Натяжное колесо установлено на подшипниках качения. Оно выполнено опорным. Механизм натяжения гидравлический. Механизм сдавания состоит из двух пружин.

Кабина такая  же, как на тракторе ДТ-75Р-СЗ. Незначительные доработки увеличивают площадь остекления. Для улучшения обзорности фронта работ сиденье и механизмы управления базовым трактором перенесены влево (по ходу машины).

Редуктор привода  насосов предназначен для привода  трехшестеренчатых насосов НШ-46У, питающих гидромоторы лебедки. 
Гидравлические системы кранов-трубоукладчиков ТГ-61 и ТГ-62 предназначены для привода грузового и стрелового барабанов лебедки. Отличительная особенность гидравлической системы — оригинальная конструкция тормозного клапана, установленного в подсистеме привода грузового барабана. Обычно по такой схеме тормозные клапаны регулируют на давление, которое равно давлению, создаваемому массой максимального груза на входе в тормозной клапан при его опускании (тормоз выключен). Следовательно, при опускании меньших грузов или отсутствии нагрузки насосы должны создавать давление, равное разнице между давлением настройки тормозного клапана и давлением, создаваемым массой опускаемого груза, т. е. давление, создаваемое насосом, обратно пропорционально величине опускаемого груза: чем меньше нагрузка на крюке при его опускании, тем выше давление насоса. Это приводит к интенсивному нагреву жидкости и требует установки гидробаков увеличенной вместимости. В тормозных клапанах, установленных в подсистеме привода грузового барабана трубоукладчиков ТГ-61 и ТГ-62, давление, создаваемое насосами при опускании крюка, не зависит от нагрузки на крюке и составляет 1—1,2 МПа. 
Лебедка трубоукладчиков ТГ-61 и ТГ-62 используется для подъема, опускания и изменения вылета крюка. Она состоит из двух установленных на оси барабанов (грузового и стрелового) и двух редукторов, один из которых предназначен для привода грузового барабана, второй — для привода стрелового барабана. Корпуса редукторов жестко связаны между собой осью барабанов и двумя специальными стяжками. Отличительные особенности лебедки — компактность и простота изготовления. Компактность обеспечивается установкой гидромоторов между редукторами, корпуса которых не имеют разъемов в горизонтальной плоскости. По аналогичной конструктивной и кинематической схеме промышленностью освоен выпуск широко используемых на практике кранов-трубоукладчиков Т-3560М, ТГ-201 и Т0-1224Г (рис. 2, 3 и 4), отличающихся повышенными показателями грузоподъемности, момента устойчивости, вылета крюка и высоты его подъема (см. табл. 21.118). Последним по времени начат выпуск наиболее мощного крана-трубоукладчика ТГ-502. 
 
Кран-трубоукладчик ТГ-502 предназначен для укладки в траншею трубопроводов, сопровождения очистных и изоляционных машин и выполнения различных подъемно-транспортных операций на строительстве магистральных трубопроводов диаметром 1220 и 1420 мм. Он может быть использован на аналогичных работах (в пределах его технической характеристики) при сооружении трубопроводов больших диаметров. Трубоукладчик подобного класса в нашей стране создан впервые. По основному показателю — моменту устойчивости он превосходит зарубежные трубоукладчики 594Н (США) и Д355С-3 (Япония). 
 
 
Рис. 2. Кран-трубоукладчик Т-3560М: 1 — грузовая стрела, 2 —двигатель 3 — лебедка, 4 — контргруз, 5 — верхняя рама, 6 — ходовое устройство, 7 — силовая  
 
передача, 8— механизм отбора мощности 
 
 
Рис. 3. Кран-трубоукладчик ТГ-201 
Рис.4.Кран-трубоукладчик ТО-1224Г