新型钢结构二层撬装台架的设计

2018-07-30白晓捷张辰光赵凯来

西部探矿工程 2018年7期

白晓捷，张辰光，赵凯来

(1.大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院欠平衡钻井技术研究所，黑龙江大庆163413；2.大庆装备制造集团力神泵业，黑龙江大庆163000)

随着新型钻井地面装备、井控设备、钻机设备、井下仪器的研发和维修服务工作的开展，钻探设备车间内摆放了大量的设备，车间内十分拥挤，已无法摆放新增设备。近年来，钢结构件在机械领域的发展较快，大量的简易钢结构件被应用在车间改造及钻井管串支撑之中[1]。本文介绍了一种新型钢结构二层台架，其设计目标是单组钢结构二层台架上摆放8套撬装设备，扩展120m2的设备摆放空间。见图1。

1 技术方案

1.1 方案优选

通过对车间现有撬装设备尺寸进行研究，创新设计了3种方案：独立式支架、整体钢结构式支架、镶嵌式支架。图2为镶嵌式支架三维模型，图3为台架组装效果图。

通过方案对比、强度校核及经济效益分析，独立支架稳定性不足，用料最多，成本最高。整体钢结构式支架加工部件较多，无法独立拆卸，后期吊装困难。镶嵌式支架稳定性高，抗震性能佳，韧性强，用料最少，成本最低[2]。优选了镶嵌式支架方案，该方案利用设备之间1m间隙，镶嵌0.9m的支架，在支架上部排布24个导轨，各支架及导轨均可便捷拆装，台架上下均可摆放设备。经校核单个支架可以安全的承受40t重量，经强度校核，抗挤、抗弯曲安全系数不小于10。

1.2 工作原理及主要参数

图1 钻探车间布置图

图2 嵌入式支架三维模型

自主设计的钢结构二层台架镶嵌式支架方案由支架和导轨两部分组成。单套支架重2.52t，单套导轨重0.23t。一套钢结构二层台架需要支架9套，导轨24根，通过镶嵌拼装形成一套牢固的钢结构二层台架。支架和导轨的主体材料均选用Q235材质的250×250H型钢，通过Ansys受力仿真校核，使用最少的原材料，并优化了拉筋的位置，具备较高的安全系数。主要技术指标：

（1）单体支架承受40t压力载荷，整体钢结构二层台架承受320t压力载荷；

（2）总重28.1t，单件重2.52t，镶嵌式插装，无需额外固定部件。

图3 台架组装效果图

2 安全性及强度分析

2.1 挤压强度分析

撬装设备重13t,配件及撬体重2t,合计重13t。

（1）Q235钢件：25×14.2×4=1420（cm2）

（2）地面：40×14.2×4=2272（cm2）

Q235钢件受压应力=13t/1420cm2=0.89MPa

地面受压应力=13t/2272cm2=0.56MPa<水泥地面抗压应力；

经校核，Q235钢材和地面在空压机13t重量下挤压强度合格，安全系数大于10。

2.2 稳定性分析

为了防止发生倾斜现象，在1m宽的设备空间内设计0.9m宽的支架，支架摆动或平移0.05m就会被13t重的空压机限位，因此支架不会发生偏移。

在结构稳定性方面采用图4的拉筋布置结构，有效防止钢结构连接处和直角弯处开焊和扭转变形。

2.3 导轨抗弯抗翻性分析

图4 稳定性结构示意图

导轨长3.3mm，两侧支撑中部受压。导轨为250×250 H型钢，3组导轨受13t力作用，单根受力13t/4=4.33t，受力点靠近两侧。H型钢250×250尺寸可以有效防止导轨翻转。经调研，250×250H型钢在5t载荷下可以正常使用，不会发生变形。由于空压机等撬体均为两侧工字钢底撬，导轨受压点在两侧，抗弯性能更好。