Дипломная работа: Прокладка нефтепровода через водные преграды

Папильонажным способом работают все многочерпаковые и штанговые земснаряды; землесосы с механическими разрыхлителями и оснащенные папильонажными всасывающими наконечниками.

Траншейным способом работают землесосы с эллиптическими, уширенными и щелевидными всасывающими наконечниками, причем последние снабжаются гидравлическими разрыхлителями.

При разработке папильонажным способом прорезей на участках, где имеется течение воды, достаточно применения трех оперативных тросов – станового и передних папильонажных. При слабом течении или в случае направления течения под углом к прорези, а также при сильном боковом ветре завозится дополнительно один из задних папильонажных тросов. Закладку якорей надо производить так, чтобы в процессе папильонирования в обе стороны на всей ширине прорези была обеспечена возможность разворота корпуса земснаряда с некоторым опережением носа перед кормой.

Рабочий ход (папильонирование) осуществляют папильонажными лебедками поочередно вправо и влево. Перемещение (подачу) вдоль прорези с разработанной папильонажной ленты на новую производят с помощью становой лебедки или свайного устройства.

При разработке прорезей на участках с глубиной меньшей, чем осадка земснаряда, при подходе последнего к кромке прорези необходимо развернуть его на такой угол, чтобы корпус не вышел за кромку. В этом случае следует закладывать оба задних папильонажных якоря, с помощью которых, а иногда и с использованием задней становой лебедки производится разворот корпуса.

Чтобы облегчить разработку прорезей на участках с малой глубиной или на сухом берегу в случае не связных грунтов при подходе к кромке увеличивают заглубление рамы. При этом благодаря осыпанию грунта откос прорези отступает за ее кромку и создаются условия для похода корпуса земснаряда к самой кромке.

Работа землесосов, не имеющих механического разрыхлителя, папильонажным способом применяется для ускоренной разработки прорезей на перекатах с при папильонировании с подачами сверху вниз, для чего на кромках прорези для подачи на каждую следующую папильонажную ленту передний становой трос стравливается на величину подачи, Зев всасывающего наконечника у землесосов, работающих «сверху вниз», должен быть развернут назад с помощью углового патрубка, вставленного между наконечником и грунтопроводом.

При работе землесоса папильонированием «сверху вниз» величина подачи принимается значительно больше, чем при папильонировании «снизу вверх»,

от чего на дне могут оставаться поперечные гребни из грунта. Если обнаружится, что глубина на не разработанной части прорези понижается, необходимо своевременно подчистить эту часть, во избежание снижения глубины на перекате ниже допустимой.

При папильонажном способе работы без свай (гибкий папильонаж) земснаряд в процессе поперечного перемещения движется по дуге относительно точки сцепления станового троса с грунтом. В связи с неровностью дна и разной степенью натяжения станового троса зацепление за дно происходит на различном расстоянии от земснаряда. Поэтому траектории движения земснаряда по папильонажным лентам оказываются неупорядоченными, изменяются фактические величины подачи, колеблется производительность земснаряда и снижается средняя ее величина. Чтобы отдалить от земснаряда точку зацепления станового троса и этим уменьшить неравномерность работы земснаряда, под становой трос следует подводить специальный понтон, который при папильонировании перемещается вместе с тросом.

Неупорядоченность перемещения по папильонажным лентам особенно характерна для землесосов, так как при их работе не создается продольной силы, натягивающей становой трос подобно реакции черпаков у многочерпакового земснаряда. У землесосов становой трос натягивается только под действием течении воды на корпус снаряда и плавучий грунтопровод. Поэтому для производительной работы землесосов папильонажным способом в большинстве случаев требуется закладка задних якорей. В процессе папильонирования необходимо регулировать работу задних лебедок, с таким расчетом, чтобы их тросы были в натянутом состоянии, обеспечивая натяжение переднего станового троса.

При траншейном способе работы большинство землесосов могут извлекать грунт только в процессе одностороннего движения наконечником вперед. После разработки каждой траншее требуется спуск снаряда с приподнятым над грунтом наконечником к началу следующей траншеи.

Траншейным способом прорезь разрабатывают отдельными сериями, длина которых зависит от длины грунтопровода, места отвала грунта, длины

папильонажных тросов и определяется из условия прохождения серии без перекладок якорей. Если течение направлено вдоль прорези, достаточно закладки трех передних якорей – станового и двух боковых (папильонажных). На прорезях без течения, а также при боковом ветре или течении закладывают дополнительно один из задних боковых якорей. Задний боковой якорь требуется также в ряде случаев на землесосах, удаляющих пульпу через корпусный конический насадок, для противодействия реактивной силы струи пульпы.

В процессе разработки прорезей многочерпаковые земснаряды и землесосы осуществляют подачу вперед, продвигаясь, как правило, против течения. Чтобы облегчить перекладку якорей и перевод рефулера, прорезь разбивают на отдельные участки (серии), которые разрабатывают последовательно сверху вниз по течению, если этому не препятствует недостаточная глубина в месте работы. Первой проходится серия, расположенная в верхней части прорези, затем земснаряд спускают по течению к началу следующей серии, расположенной ниже по течению, и т.д. Перед началом разработки каждой серии земснаряд устанавливают в ее нижней части.

При наличии большого снимаемого слоя особо плотного или связного грунта и опасности повреждения рамы земснаряда от обрушивания грунта разработку прорези производят последовательно в несколько слоев. При этом каждый слой удаляют, как правило, сразу по всей прорези или по отдельной серии. Свайными землесосами все промежуточные слои в ряде случаев можно снимать на каждой папильонажной ленте, постепенно увеличивая заглубления сосуна. При этой последовательности разработки прорези перед подачей земснаряда на следующую ленту сосун поднимают на уровень верхнего слоя. Если у одной из кромок прорези снимаемый слой грунта значительно больше, чем у другой кромки, прорезь разрабатывают отдельными участками в два приема – вначале у одной, затем у другой кромки. В пределах каждого участка, исходя из средней на ней толщины снимаемого слоя, устанавливают свою величину подачи. Скорость сплывания снаряда под действием течения возрастает. Необходимо своевременно начинать постепенное его притормаживание, так как при резком торможении, особенно крупного земснаряда и на быстром течении, возможны обрыв каната и повреждение лебедки. Таким образом, разрабатывается прорезь на требуемую ширину. Границы участков определяют в процессе работы в зависимости от фактических глубин и местных условий.

При удалении толстого слоя грунта по завершении каждого папильонажного хода у кромки прорези необходимо производить «подработку» − удалять грунт, осыпающийся с кромки прорези. Для этого подачу земснаряда делают с малой скоростью становой лебедки и папильонирование к противоположной кромке начинают после извлечения осыпавшегося с кромки грунта.

Траншейный способ отличается тем, что за один проход снаряд отрабатывает месторождение на максимальную глубину опускания рамы грунтозаборного устройства, породу извлекают в процессе движения снаряда по продольной траншее. При одном положении папильонажных якорей снаряд разрабатывает одну серию, затем его переводят на смежную. Данный способ при работе сериями снизу вверх позволяет широко маневрировать транспортным судам в условиях ограниченных габаритов акватории.

Положение траншей на местности фиксируется продольными створами, которые разбиваются инструментально для каждой траншеи по ее оси либо с использованием приборов GPS – навигации.

Результаты работы землесоса зависят от заглубления всасывающего наконечника и скорости перемещения по траншее. Скорость всегда придерживается максимально возможной, заглубление регулируется в соответствии фактической глубиной залегания плотных подстилающих грунтов.

Боковые отклонения земснаряда от створа в процессе разработки траншеи приводят к значительным переборам грунта и к потере времени на разработку прорези, особенно при необходимости повторных проходок по отдельным пропускам. Поэтому в процессе работы необходимо тщательно следить за положением земснаряда в створе.

Для определения мощности разрабатываемого слоя измеряют глубину грунтозабора. Измерения ведут от горизонта воды с помощью эхолотов. Изменения горизонта воды для корректировки глубины опускания грунтозаборного устройства землесоса отслеживаются по водомерной рейке или по данным смежных водомерных постов интерполяцией.

Контроль за ходом рабочего процесса осуществляется с помощью специальных приборов: вакуумметра и манометра грунтонасосной установки, тягомера станового троса, глубиномера опускания рамы , тахометра двигателя, амперметра лебедки.

Производительность земснаряда зависит от многих факторов, изменяющихся в процессе работы, поэтому режим работы следует постоянно регулировать в зависимости от конкретных условий. Ход рабочего процесса контролируют по установленным на посту управления приборам. На различных объектах работы факторами, ограничивающими производительность, могут быть условия грунтозабора или условия транспортирования грунта по напорному грунтопроводу.

Снижение производительности обуславливается неравномерностью процесса разработки и всасывания грунта, колебаниями консистенции пульпы. Рывки, резкие изменения скорости лебедок, а также глубины опускания грунтозаборного устройства ведут к неоправданным нарушениям режима.

Процесс грунтозабора землесосных снарядов имеет неравномерный характер вследствие непостоянства грунтовых условий: различной плотности грунта, неровности дна, периодических обрушений стенок разрабатываемой траншеи. Поддержание режима максимальной производительности требует от оператора определенных навыков и постоянного внимания. Автоматизация процесса грунтозабора осуществляется для обеспечения максимально возможной производительности земснаряда в различных грунтовых условиях и для облегчения труда оператора.

Всасывание и транспортирование пульпы производятся грунтонасосной установкой, в которую входят грунтовой насос, грунтозаборное устройство и пульпопровод. Всасывание пульпы (грунтозабор) осуществляется за счет создаваемого насосом разрежения (вакуума), а ее транспортирование – (гидротранспорт) к месту складирования (свалки) – под давлением того же насоса. Каждая грунтонасосная установка имеет определенную производительность (расход) при перекачке чистой воды. При транспортировании пульпы с повышением ее консистенции расход снижается. Оптимальному режиму работы грунтонасосной установки соответствуют определенные значения технологических параметров, характеризующих ее состояние. Наивысшей производительности грунтонасосной установки по пульпе в зависимости от состава грунта соответствуют определенные консистенция и расход. Поэтому с помощью консистометра и расходомера можно в любых грунтовых условиях задать оптимальный режим работы грунтонасосной установки. Однако существующие консистометры и расходомеры весьма сложны конструктивно и мало надежны в эксплуатации. В связи с этим работу грунтонасосной установки оценивают по разрежению и давлению соответственно во всасывающей и напорной частях пульпопровода, т.е. по вакуумметру и манометру. Другим методом определения интенсивности работы грунтонасосной установки является контроль за слоем осадка грунта в пульпопроводе.

Достижение максимальной производительности при производстве грунтозабора обеспечивается за счет регулирования числа оборотов двигателя, насоса и скорости перемещения по становому тросу.

Для обеспечения производительной работы земснаряда необходим постоянный контроль за состоянием всасывающего пульпопровода. Часто ограничение производительности связано с забоем пульпопровода вследствие закупорки его грунтом, внезапным засорением наконечника и прососом воздуха. Часто угроза забоя возникает при несоблюдении плавного регулирования рабочего процесса. Слишком быстрое заглубление всасывающего наконечника в грунт, резкие боковые отклонения, быстрое наращивание скорости перемещения снаряда приводят к резкому возрастанию вакуума и падению расхода.

Чтобы предотвратить закупорку пульпопровода регулировать скорость перемещения снаряда, а при необходимости – приподнять раму. Признаком проникновения воздуха во всасывающую магистраль служит ограниченное значение вакуума, при попытке повышения которого форсированием грунтозабора наблюдается уменьшение показаний манометра. При этом показание вакуумметра остается ниже предельного значения для данного грунтового насоса. О неплотности магистрали свидетельствует затрудненный пуск гидротранспортной установки.

Технология разработки прорезей должна соответствовать специфике объекта (грунт, толщина слоя и др.). При составлении наряда-задания на производство работ следует предусматривать наиболее эффективные технологические приемы, ведущие к сокращению времени и улучшению качества дноуглубительных работ.

В процессе работы командир земснаряда обязан контролировать условия и результаты разработки прорези и своевременно корректировать технологию по согласованию с прорабом. Например, при обнаружении значительного размывающего действия потока на разрабатываемую прорезь следует применять сквозную проходку отдельных траншей через весь перекат, через траншейную разработку прорезей, неполную выработку глубины, увеличенные подачи (при папильонажном способе) и т.п., и наоборот, если обнаруживается отложение грунта на разработанной части прорези, то глубина разработки должна быть увеличена в расчете на заносимость. Может быть изменен и самый порядок разработки прорези, чтобы уменьшить вынос взмучиваемого при работе грунта на готовую часть прорези.

Выбор и регулирование всех технологических параметров: величины и подачи, заглубления грунтозаборных устройств, скоростей, черпаковой цепи, величины разворота корпуса земснаряда, количества и мест расположения якорей, скоростей рабочего перемещения земснаряда, последовательности разработки отдельных траншей и участков прорези, моментов перестановок плавучего грунтопровода, перезакалок свай и т.д. – производятся начальником вахты с учетом конкретных условий работы.

Для ориентировочного назначения технологических параметров в начале работы на новом объекте служат технологические карты. Они составляются на земснарядах каждого типа на основании специальных расчетов с использованием материалов испытаний в разнообразных условиях и теоретических зависимостей. В процессе работы начальник вахты обязан систематически коррективы в технологический режим, изменяя его в зависимости от условий, хода рабочего процесса и достигаемой фактической глубины на прорези. Основные задачи вахтенного при этом следующие: скорейшее выполнение работ; обеспечение заданных габаритов прорези и отвала грунта при минимальной неравномерности глубин в пределах прорези; обеспечение сохранности оборудования.

Командиры земснарядов и начальники вахт в своей работе должны стремиться к совершенствованию технологических процессов, применять передовой производственный опыт.

При обнаружении малейших нарушений в работе снаряда следует принять меры к немедленному их устранению.

прокладка нефтепровод земснаряд водное

3. Конструкторский раздел

3.1 Расчет тиристорных преобразователей электроприводов лебедок

Для питания якорных цепей электродвигателей используются нереверсивная трёх фазная мостовая симметричная схема выпрямления (рис. 10,6). Для питания обмоток возбуждения электродвигателей используется реверсивная двухкомплектная встречно – параллельная однофазная мостовая симметричная схема выпрямления с раздельным управлением (рис. 10.7).

Рисунок 10.6 - Тиристорный преобразователь для питания якоря электродвигателя

Рисунок 10.7 - Тиристорный преобразователь для питания обмотки возбуждения электродвигателя

Исходные данные, необходимые для расчета:

- тип двигателя: 2ПФ250 МГ УХЛ4;

- мощность двигателя ,  37000;

- номинальное напряжение якоря,  440;

- номинальный ток якоря ,  96;

- номинальное напряжение возбуждения , 220;

-номинальный ток возбуждения ,  2,96;

- номинальная угловая скорость ,  110,95;

- максимальная угловая скорость ,  260;

- параметры сети: ; ; .

а) расчет сглаживающего дросселя в цепи якоря

- определяем средневыпрямленное напряжение при угле регулирования равном нулю  

                                                                (3.1)

где  - фазное напряжение, =220

;

- определяем угол , соответствующий номинальному режиму, рад

,                                                       (3.2)

где  - номинальное напряжение выпрямителя, равное номинальному напряжению двигателя, =440

 - прямое падение напряжения на вентилях, =2

;

- определяем амплитудные значения гармонических составляющих выпрямленного напряжения

,                           (3.3)

где  – кратность гармоники, =1;

 – кратность пульсаций выпрямленного напряжения =6.

В симметричных мостовых и нулевых наибольшую амплитуду имеет основная первая гармоника =1. Гармоники более высокой кратности имеют малую амплитуду. Потому расчёт индуктивности дросселя проводим только по первой гармонике.

;

− необходимую величину индуктивности цепи выпрямленного тока  рассчитываем по формуле

 ,                                                      (3.4)

где  - круговая частота сети, ;

;

 - допустимое действующее значение основной гармоники тока, %, двигатель имеет компенсационную обмотку, принимаем =2%;

 - номинальный ток якоря двигателя, =96;

;

- определяем индуктивность якоря электродвигателя

,                                                                            (3.5)

где =0,25 – коэффициент для компенсированных двигателей;

 − номинальная угловая частота вращения двигателя, =110,95;

- число пар полюсов двигателя, =4.

;

- находим индуктивность катодного дросселя  

;                                                                 (3.6)

;

- принимаем индуктивность анодных реакторов  5% от

;                                                                 (3.7)

;

- индуктивное сопротивление реакторов  

 ,                                                          (3.8)

где  - частота сетевого напряжения, =50

.

б) расчет тиристоров для тиристорного преобразователя цепи якоря

Выбор тиристоров производится по трём параметрам: по среднему току, протекающему через тиристор, по обратному напряжению на тиристоре, по току глухого короткого замыкания в нагрузке.

- среднее значение тока протекающего через тиристор  

;                                                                        (3.9)

;

- определим среднее значение тока, приведенного к классифицированной схеме  

 ,                                                    (3.10)

где  - коэффициент запаса по току, =1,4;

− коэффициент, зависящий от схемы выпрямления, угла проводимости и от форы тока, =1,6;

 − коэффициент, учитывающий условия охлаждения,=2 .

;

− расчетное значение повторяющегося обратного напряжения на тиристоре

,                                                                     (3.11)

где  − коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможность возникновения перенапряжений на тиристорах, =1,5;

 − действующее значение линейного напряжения, подведённого к выпрямителю, =380

;

− амплитуда базового тока короткого замыкания

Анодные реакторы выполнены в виде питающих проводов, проходящих через кольцевой магнитопровод. При мощности тиристорного преобразователя до 500 кВт сопротивлением сети, питающей преобразователь можно пренебречь. Принимаем активное сопротивление реактора =0

;                                                                       (3.12)

;

− определяем ударный ток глухого внешнего короткого замыкания

,                                                                           (3.13)

где - коэффициент амплитуды тока в тиристорах, выбираем по графикам, в зависимости от соотношения между активным и реактивным сопротивлением фазы выпрямителя

;                                                                            (3.14)

;

- принимаем =1,4

;

- по справочнику выбираем тиристоры из условия, что паспортные значения ,  и  должны быть больше расчетных значений ,  и .

Выбраны тиристоры Т161-160. Предельные эксплуатационные данные:

- повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии =1000 ;

- максимально допустимый средний ток в открытом состоянии при

= 50 ; =+85   = 160;

- ударный неповторяющийся ток в открытом состоянии при = 0,

=10,=+125 =2000.

Внешний вид и габаритные размеры тиристоров изображены на рис. 10.8.

Рисунок 10.8 - Габаритные размеры тиристоров Т161-160

в) расчет параметров цепи обмотки возбуждения

- определяем средневыпрямленное напряжение при угле регулирования равном нулю  

                                                                  (3.15)

;

- определяем угол , соответствующий номинальному режиму

,                                                       (3.16)

где  - номинальное напряжение выпрямителя, равное номинальному напряжению возбуждения, =220 ;

 - прямое падение напряжения на вентилях, =2

;

- определяем амплитудные значения гармонических составляющих выпрямленного напряжения по формуле (3.3) 

=1; =2,

;

- необходимую величину индуктивности цепи выпрямленного тока  рассчитываем по формуле (3.4), где  - номинальный ток обмотки возбуждения двигателя, =2,96

.

Сглаживающий дроссель в цепи обмотки возбуждения не используется, т.к. величина индуктивности обмотки возбуждения больше необходимой величины индуктивности цепи выпрямленного тока:

- индуктивность анодных реакторов находим по (3.7)

;

- индуктивное сопротивление реакторов находим по (3.8)

;

г) расчет и выбор тиристоров для питания обмотки возбуждения

- среднее значение тока протекающего через тиристор

;                                                                        (3.17)

;

- определим среднее значение тока, приведенного к классифицированной схеме по (3.10)

;

- расчетное значение повторяющегося обратного напряжения на тиристоре находим по (3.11)

;

- амплитуда базового тока короткого замыкания по (3.12)

;

- определяем ударный ток глухого внешнего короткого замыкания по (3.13) . Принимаем =1,4

;

- выбираем тиристоры Т112-10-10.

Предельные эксплуатационные данные:

- повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии =1000 ;

- максимально допустимый средний ток в открытом состоянии при

= 50 ; =+85   = 10 ;

- ударный неповторяющийся ток в открытом состоянии при = 0,

=10,=+125 =150

Внешний вид и габаритные размеры тиристоров изображены на рис.10.9.

Рисунок 10.9 – Габаритные размеры Т112-10-10

Заключение

В данном дипломном проекте на основании обзора технической литературы для прокладки трубы через водное препятствие была выбран землесос.

В результате расчета эксплуатации данной машины и насосной установки получили наиболее рациональный способ прокладки нефтепровода через водное препятствие.

Список использованных источников

1.   Бородулин Я.Ф., Сущенко Б.Н. Дноуглубительный флот и дноуглубительные работы. - М.: Транспорт, 1973. - 432 с.

2.   Иванов В.А., Лукин Н.., Разживин С.Н. Суда технического флота. - М.: Транспорт, 1982. - 366 с.

3.   Власов А.А. Техническая эксплуатация дноуглубительного флота. - М.: Транспорт, 1986. - 256 с.

4.   Стариков А.С., Технологические процессы земснарядов. - М.: Транспорт, 1989. - 223 с.

5.   Рейнгольдт Ю.А., Шорин В.П. Электрическое оборудование шлюзов и дноуглубительных снарядов. - М.: Транспорт, 1974. - 264 с.