Машины и оборудование для гидравлического испытания газонефтепроводов

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт природных ресурсов

Нефтегазовое дело

Кафедра  транспорта и хранения нефти и газа

 

Отчеты по лабораторным работам:

 

№1(7) «ПРОВЕДЕНИЕ ПЛАНИРОВОЧНЫХ РАБОТ БУЛЬДОЗЕРОМ»

№2(4)«СООРУЖЕНИЕ ТРАНШЕЙ ОДНОКОВШОВЫМИ ЭКСКАВАТОРАМИ»

№4(6)«ПРОВЕДЕНИЕ ТРАНШЕЙ КАНАТНО-СКРЕПЕРНЫМИ УСТАНОВКАМИ»

 

Реферат на тему:

 

«Машины и оборудование для гидравлического испытания газонефтепроводов»

 

По дисциплине: «Машины и оборудование для строительства и ремонта  
объектов нефтегазового комплекса»

Вариант 28

 

 

Студент  гр. З2б21 Щетин К.П.	________________________
	(подпись)
	________________________
	(дата)
Руководитель:
к.т.н., доцент каф. ТХНГ	______________________
	(подпись)
	________________________
	(дата)

 

 

 

 

 

Томск – 2015

 

Лабораторная работа №1(7).

ПРОВЕДЕНИЕ ПЛАНИРОВОЧНЫХ РАБОТ БУЛЬДОЗЕРОМ.

 

Целью работы является ознакомление с конструкциями бульдозеров и приобретение навыков в расчете основных параметров бульдозеров.

 

Задание:

Из табл. 1.1., 1.2. и 2.1.  методических указаний выбираем исходные данные:

                          

Таблица 1. Исходные данные

 

Вариант      Параметры	8
dтр - диаметр трубопровода, мм	1220
Глубина залегания трубопровода, Н м	1
Ширина траншеи, м	1,08
Глубина траншеи, м	1,92
Наличие растительности и её размер	+
Длина участка траншеи, км	80
Скорость строительства трубопровода, км/год	250
Квалификация машиниста	средняя
Уклон местности, град	уклон
	11

 

Таблица 2. Исходные данные

 

Вариант	Категория грунта	Вид грунта	Плотность грунта, кг/м3	Число ударов плотно-мера ДорНИИ	Коэффициент разрыхления,  Кр	Удельное сопротивление резанию, кПа
2	3	Крепкий суглинок, глина средней крепости влажная разрыхленная, аргиллиты и алевролиты	1600-2000	9-16	1,24-1,3	120-200

 

1. Расчет основных рабочих параметров бульдозера

Для производства подготовительных работ выбираем гусеничный бульдозер Komatsu D275A-5 Galeo  (рис.3) со следующими техническими параметрами (табл. 3):

 

Рис.3. Бульдозер Komatsu D275A-5 Galeo

 

Таблица 3. Технические характеристики бульдозера

Мощность, л.с. (кВт)	410 (306 кВт)
Эксплуатационная масса, т	40,8
Масса бульдозерного оборудования, т	5
Тип отвала	полусферический с регулируемым углом перекоса
Объем отвала, м3	13,7
Ширина отвала, мм	4300
Высота отвала, мм	1960
Угол резания, град	55,6
Тип кабины	ROPS
Рыхлитель	поворотный однозубый
Транспортная длина, мм	9290
Габаритная высота, мм	3985
Габаритная ширина (без отвала), мм	2870
Давление на грунт, кг/см3	1,2
Опорная длина гусеницы, мм	3480
Ширина гусеницы, мм	610

 

 

1. Тяговый расчет бульдозера

Расчет основных рабочих параметров бульдозера

1. Тяговый расчет бульдозера.

 

Максимальное сопротивление перемещению бульдозера в момент окончания набора грунта отвалом:

 

 

где

РР – сопротивление грунта резанию;

Рпр – сопротивление перемещению призмы грунта (призмы волочения) перед отвалом;

Р1с – сопротивление от скольжения грунта вверх по отвалу;

Рн – сопротивление трению ножа отвала бульдозера по грунту;

Рm –сопротивление перемещению тягача.

 

• Сопротивление грунта резанию:

    (2.3.2)

где

Крез – удельное сопротивление грунта резанию, кПа, принимаем Крез=200 КПа;

В=4,3 м  - ширина отвала, м;

φ=63˚ - угол поворота отвала в плане, град;

h=0,1H=0,196 м  – средняя толщина стружки;

Н – высота отвала.

 

Рр = 200*4,3*0,196*0,891*103=15018,7 Н

 

• Сопротивление перемещению призмы  грунта перед отвалом:

 

    (2.3.3)

где

ρ – плотность грунта (табл. 1.2);

µ1 - коэффициент трения грунта о грунт, принимаем µ1=0,75 ;

i – уклон  местности, i=tg β, где β=11˚, i=0,19 (табл. 1).

 

Объем призмы волочения:

 

     (2.3.4)

где

φ0 – угол естественного откоса грунта, φ0=30˚;

Кр – коэффициент разрыхления грунта (табл..2).

 

Vпр == 9,3 м3

 

 

Рпр = 9,3*9,8*1600*(0,18+0,19)*0,891 = 48073,7Н

 

• Сопротивление от скольжения грунта вверх по отвалу:

 

     (2.3.5)

   (2.3.6)

где

α – угол резания, град, α=55,6˚ (табл. 3);

µ2 – коэффициент трения грунта о сталь, принимаем µ2=0,1.

 

Рс = 9,3*1600*0,1*0,319 = 474,6Н

 

Р1с = 474,6*0,891+=774,9Н

• Сопротивление трению ножа отвала бульдозера по грунту:

    (2.3.7)

К1 – коэффициент несущей способности грунта, К1=50кН/м2;

х – ширина нижней площадки ножа, трущейся о грунт, х=0,01 м;

µ2 – коэффициент трения грунта о металл, µ2=0,1;

m0 – масса отвала и толкающих брусьев, т (табл. 2.3.1)

 

Рн=(5*9,8+2,15)*0,1*103=5115Н

 

• Сопротивление перемещению тягача:

 

    (2.3.8)

где

М – масса бульдозера (табл. 2.3.1), т;

f=0,01 – коэффициент  удельного сопротивления перемещению  бульдозера.

 

Р = 15018,7+48073,7+774,9+5115+99568 = 168550,3Н

 

2. Мощность бульдозера (двигателя):

Расходуемая двигателем мощность:

 

      (2.3.9)

где

Vр – скорость резания, 2 км/ч;

η=0,75 – КПД.

 

N == 124852.074Вт

Полученная необходимая мощность не превышает мощности выбранного бульдозера, то есть бульдозер с данными техническими характеристиками целесообразно использовать для разработки заданной категории грунта.

 

3. Производительность бульдозера:

Найдем объем призмы волочения по формуле:

 

    (2.3.10)

где

Кпот – определяется по формуле Кпот=1-0,005Ln;

Lп = 24 м – расстояние, на которое перемещается грунтовая призма;

 

V = = 8,18м3

 

Найдем длину пути резания грунта:

 

(2.3.11)

Продолжительность работы машины t за один цикл слагается из следующих отрезков времени:

 

   (2.3.12)

где

tnn – время переключения передач (6 с);

t0 – время опускания отвала (2 с);

tпов – время поворота бульдозера (15 с);

 

  (2.3.13)

где:

Vр = 2¸6 км/ч - скорость движения при резании бульдозера, принимаем 2 км/ч;

Vп = 4¸8 км/ч - скорость движения при перемещении бульдозера, принимаем 4 км/ч;

Vо.x. = 5¸10 км/ч - скорость движения при обратном ходе бульдозера, принимаем 5 км/ч.

 

принимаем 90 с.

 

Производительность бульдозера при резании и перемещении грунта:

 

    (2.3.14)

где

Ки – коэффициент использования бульдозера по времени, Ки=0,9;

Ky – коэффициент, учитывающий влияние уклона местности на производительность бульдозера, Ky=1,33.

 

 

Пр.п. == 159,1м3/ч

 

Производительность бульдозера при планировочных работах (разравнивании грунта):

 

(2.3.15)

где

L – длина планируемого участка (80 км);

b1 – величина перекрытия прохода (0,5 м);

n – число проходов по одному  месту (1);

Vр – рабочая скорость движения бульдозера (0,556 м/с);

tпов – время поворота бульдозера (15 с).

 

 

Праз == 6004 м2/ч

 

4. Расчет количества бульдозеров:

Нормативная скорость выполнения работ по строительству трубопровода составляет 800 км/год , 50% времени (6 месяцев) отводится на проведение подготовительных работ.

• Время, требуемое для выполнения земляных работ на участке длиной 80 км, определяется из соотношения:

 

800 км – 6 мес

80 км – х мес

 

Х = (80*6)/800 = 0,6мес = 18,5дней

Принимаем 19 дней.

• Площадь участка, на которм производятся планировочные работы:

 

где

L – длина  планируемого участка, L=80000 м (табл. 1.1);

Ln-  ширина полосы земель несельскохозяйственного назначения, отводимых для одного подземного трубопровода, принимаем Ln=24 м [1, стр.457].

 

Fуч = 80000*24 = 1920000м2

 

• Объем грунта, снимаемого при резании:

(2.3.17)

где

h – тощина срезаемого слоя грунта, h=0,196.

 

Vрез = 80000*24*0,194*1,24 = 461875,2м2

• Принимаем, что планировочные работы выпоняются в одну смену по 12 часов. Необходимое время для выполнения работ составит:

 

tнеоб  = 12*19 = 228ч

• Необходимая производительность при выполнении планировочных работ:

 

 

Ппл

 

• Работы по резанию и перемещению грунта выполняются в 2 смены по 12 часов.

Необходимое время для выпролнения работ составит:

 

tобщ = 12*19*2 = 456 ч

 

• Необходимая производительность при резании и перемещении грунта:

 

 

 

• Необходимое количество бульдозеров:

- при планировочных работах:

 

 

 

следовательно, принимаем количество бульдозеров, равное 2;

- при резании и перемещении  грунта:

 

 

 

следовательно, принимаем количество бульдозеров, равное 7.

 

Вывод: значительную часть строительных работ при строительстве и  
ремонте магистральных трубопроводов занимают земляные работы.  
Значительный объем этих работ выполняется бульдозерами.

В ходе выполнения данной лабораторной работы было осуществлено ознакомление с  основными конструктивными элементами бульдозеров и произведен расчет их производительности с целью установления необходимых параметров бульдозера, а также их количества на строительной площадке.

Для проведения планировочных работ и резки и перемещения грунта необходимо 7 бульдозеров марки Komatsu D275A-5 Galeo.

 

 

Лабораторная работа №2(4)

«Сооружение траншей одноковшовыми экскаваторами».

 

Целью работы является ознакомление с конструкциями одноковшовых экскаваторов и определением их производительности и мощности для заданных условий.

Задание:

 

Из табл. 1.1., 1.2. и 2.1.  методических указаний выбираем исходные данные:

                          

Таблица 1. Исходные данные

 

Вариант      Параметры	8
dтр - диаметр трубопровода, мм	377
Глубина залегания трубопровода	1
Наличие растительности и её размер	+
Длина участка траншеи, км	80
Скорость строительства трубопровода, км/год	250
Квалификация машиниста	средняя
Уклон местности, град	уклон
	11

 

Таблица 2. Исходные данные

 

Вариант	Категория грунта	Вид грунта	Плотность грунта, кг/м3	Число ударов плотномера ДорНИИ	Коэффициент разрыхления,          Кр	Удельное сопротивление резанию, кПа
2	3	Крепкий суглинок, глина средней крепости влажная разрыхленная, аргиллиты и алевролиты	1600-2000	9-16	1,24-1,3	120-200

 

1. Расчет производительности и мощности одноковшового экскаватора

 

Разработку траншеи будем вести одноковшовыми экскаваторами циклического действия. Выбираем одноковшовый экскаватор KATO HD512III (Рис. 1).

 

 

Рис. 1. Одноковшовый экскаватор KOMATSU PC300-7

 

Таблица 3. Техническая характеристика экскаватора

 

Вместимость ковша, м3	1,1
Длина*ширина*высота, мм	6980*3190*3400
Тип ходового устройства	гусеничный
Скорость передвижения, км/ч	5,5
Мощность двигателя, л.с.	245
Управление механизмами	гидравлическое
Глубина копания, мм	6355
Масса экскаватора, т	30,8
Давление на грун, кгс/см2	0,63
Продолжительность цикла	15

 

 

  Таблица 4. Максимальные значения коэффициента наполнения Кн

Наименование грунтов	Коэффициент наполнения Кн для одно- ковшовых экскаваторов
	Прямая и обратная лопата	Драглайн
Песок и гравий сухие, щебень взорванная скала	0,95 - 1,02	0,80 - 0,90
Песок и гравий влажные	1,15 - 1,23	1,10 - 1,20
Суглинок сухой	1,05 - 1,12	0,80 - 1,00
Суглинок влажный	1,20 - 1,32	1,15 - 1,25
Глина средняя	1,08 -1,18	0,98 - 1,06
Глина влажная	1,30- 1,50	1,18 - 1,28
Глина тяжелая	1,00 - 1,10	0,95 - 1,00
Плохо взорванная скала	0,75 - 0,90	0,55 - 0,80

 

1. Техническая производительность  одноковшового экскаватора определяется  по формуле:

      (1)

где

q – вместимость  ковша (табл. 3);

Кр – коэффициент разрыхления породы (табл. 2);

Кн – коэффициент наполнения ковша для плохо взорванной скалы принимаем 0,9 (табл. 4);

tц – продолжительность цикла;

ПТХ=

Эксплуатационная производительность определяется по формуле:

      (2)

где

КУ – коэффициент, зависящий от уровня квалификации машиниста экскаватора (в нашем случае – низкая, табл. 1), принимаем 0,94;

КВ – коэффициент использования экскаватора в смену принимаем 0,64 (при отгрузке в транспортные средства).

ПЭ=266,1*0,94*0,64=160,08м3/ч

 

Теоретическая производительность применяется только как часовая:

     (3)

 

2. Мощность необходимая при наиболее  энергоемкой операции копания  грунта:

       (4)

где

А – удельная энергоемкость копания, равная работе, затрачиваемой на разработку 1 м3 грунта, А=200 кПа, так как грунт 3 категории;

       (5)

tк – продолжительность копания, с;

tц – продолжительность рабочего цикла (табл. 3), с;

km – коэффициент использования двигателя при копании с учетом привода вспомогательных устройств, принимаем 0,75;

η – коэффициент полезного действия привода и рабочего оборудования,  принимаемый для экскаваторов с гидравлическим приводом 0,52 - 0,64.

Полученная мощность не превышает мощность выбранного экскаватора KOMATSU PC300-7, которая составляет 245 л.с. (табл. 3), поэтому дальнейший расчет ведем по данному типу экскаватора.

 

3. При разработке предварительно  разрыхленных пород величина  размеров ковша экскаватора определяет  допустимые размеры отдельных  кусков разрыхленной породы:

• допустимый размер куска при отсыпке отвала:

     (6)

• допустимый размер куска при отсыпке в транспорт:

     (7)

• оптимальный размер куска:

 

     (8)

 

4. Расчет количества экскаваторов:

С учетом эксплуатационной производительности экскаватора и количества рабочих дней, выделяемых на разработку траншеи, количество часов работы равно:

      (9)

t=

Принимаем 24-часовой рабочий день.

n=

(10)

Для разработки траншеи принимаю 6 единиц техники экскаваторов KOMATSU PC300-7.

 

Вывод: в ходе выполнения данной лабораторной работы было осуществлено ознакомление с  основными конструктивными элементами одноковшовых экскаваторов и произведен расчет их производительности с целью установления необходимых параметров экскаватора, а также расчета их количества на строительной площадке.

Для разработки траншеи необходимо 6 единиц техники экскаваторов KOMATSU PC300-7.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа №4 (6).

«Проведение траншей канатно-скреперными установками»

 

Целью работы является ознакомление со схемами и приобретение навыков в расчете рабочих параметров КСУ.

 

Задание:

 

Из табл. 1.1., 1.2. и 2.1.  методических указаний выбираем исходные данные:

                          

Таблица 1. Исходные данные

 

Вариант      Параметры	28
dтр - диаметр трубопровода, мм	377
Глубина залегания трубопровода, м	1
Ширина траншеи, м	1,08
Глубина траншеи, м	1,92
Наличие растительности и её размер	+
Длина участка траншеи, км	80
Скорость строительства трубопровода, км/год	250
Квалификация машиниста	средняя
Уклон местности, град	уклон
	11
Длина участка скрепирования , м	400
Переменный параметр х и его величина	Кн 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00

 

Таблица 2. Исходные данные

 

Вариант	Категория грунта	Вид грунта	Плотность грунта, кг/м3	Число ударов плотномера ДорНИИ	Коэффициент разрыхления,          Кр	Удельное сопротивление резанию, кПа
2	3	Крепкий суглинок, глина средней крепости влажная разрыхленная, аргиллиты и алевролиты	1600-2000	9-16	1,24-1,3	120-200

 

2. Расчет производительности и мощности одноковшового экскаватора

 

Разработку траншеи будем вести канатно-скреперной установкой. Выбираем канатно-скреперную лебедку КСО1001 (Рис. 1).

 

 

Рис. 1. КСО1001

 

 

Таблица 3. Технические характеристики канатно-скреперной лебедки

 

Показатели	КСО1001
Двигатель: тип	Д-320
Мощность, кВт (л.с.)	250 (343)
Частота вращения, об/мин	1220
Число барабанов	2
Канатоемкость барабана, м	500
Диаметр тягового каната, мм	42
Максимальное тяговое усилие на 1 слое, кН	680
Вместимость ковша, м3	8
Масса порожнего ковша, кг	600
Производительность, м3/час	25
Ширина траншеи (по дну)	3
Якорь: тип диаметр, мм длина, мм число	труба 325 5000 2
Наибольшая длина скрепирования	500
Масска, кг	4000

 

Разработка траншеи на болотистом участке ведется по схеме, представленной на рис.2,3.

Рис.2. Схема установки скреперной лебёдки с комплектом  
скреперного оборудования

 

Рис. 3. Схема работы канатно-скреперной установки:

а - с одним ковшом; б - с двумя  ковшами

 

 

1. Тяговое усилие:

      (1)

где

Р1 – сопротивление грунта резанию,

Р2 – сопротивление перемещения грунта по грунту,

Р3 – сопротивление ковша по грунту,

Р4 – сопротивление волочению каната  по грунту.

• Сопротивление грунта резанию Р1 определяется зависимостью:

       (2)

где

b – ширина  слоя грунта, вырезанного ковшом, b=3;

h – толщина  срезаемого грунта (глубина резания) – 10 см;

k – коэффициент  удельного сопротивления грунта  резанию.

Величина k зависит от свойств грунта и формы ковша (принимаем 150 кПа для заболоченного участка).

 

Р1=3*0,1*100*1500=45000Н

• Сопротивление перемещению грунта о грунт:

     (3)

где

mгр – полная масса грунта в ковше;

µ1 – коэффициент трения грунта по грунту 0,6;

β – угол продольного уклона местности 11˚;

g – ускорение  свободного падения, 9,81.

      (4)

где

γ – плотность грунта 1600-2000 кг/м3;

Vк – объем ковша, м3, (табл. 2);

Кн – коэффициент, учитывающий наполнение ковша грунтом, Кн=1,0.

 

mгр=1600*8*1=12800кг

 

P2=9.81*12800*0.6*0.99=74587H,

 

• Сопротивление перемещению ковша по грунту:

     (5)

где

Мк – масса ковша (табл. 3.2.1);

µ2 – коэффициент трения ковша по грунту 0,6.

 

• Сопротивление волочению каната по грунту:

      (6)

где

l – длина  участка каната, волочащегося по  грунту при перемещении ковша, м;

mк – масса 1 м каната;

f – коэффициент  трения каната по грунту, 0,5.

      (7)

где

Dк – диаметр тягового каната, м;

ρк – плотность материала каната, 7800 кг/м3.

Тяговое усилие:

Р=45000+74857+3497+4982,2=128066,2

 

2. Мощность, затрачиваемая на скрепирование:

       (8)

где

Р – суммарное тяговое усилие при скрепировании;

v – скорость  перемещения ковша с грунтом, 1,4 м/с;

η – КПД, 0,7;

Кс – коэффициент неучтенных сопротивлений, 1,2.

 

 

N=

 

 

3. Производительность канатно-скреперной  установки: