專利名稱:等直徑鋼制高煙囪氣頂?shù)寡b法的制作方法
(一)名稱等直徑鋼制高煙囪氣頂?shù)寡b法為一種現(xiàn)場安裝施工方法,主要用于高100米以上的等直徑(頂端可不等直徑)鋼(不銹鋼、合金鋼)煙囪或排氣筒的施工安裝。
(二)現(xiàn)有技術(shù)狀況根據(jù)水電部水電出版社1987年7月版“煙囪施工手冊”等資料記載,鋼煙囪就其結(jié)構(gòu)類型可分為自立式、塔架式和筒中筒三大類1、自立式鋼煙囪是用鋼管排煙,不用其他結(jié)構(gòu)扶持,自立于基礎(chǔ)(或基座)上,由于其抗風(fēng)荷載能力有限,這類煙囪高度只有幾米、幾十米,少有超過百米的。
2、塔架式鋼煙囪是由鋼塔架和鋼排煙筒(一至幾根)兩部分組成,利用鋼塔架承受各種載荷以扶持排煙管工作,最近我國已建成數(shù)座100~200米高度不等的塔架式鋼煙囪,據(jù)悉國外最高有達300米以上的。
3、在混凝土保護筒內(nèi)的鋼排煙管(一至幾管),即簡稱“筒中筒”型式,它是近年從國外引進的技術(shù),已知的有三座金山石化總廠乙烯分廠排氣筒,混凝土保護筒(外筒)和排煙鋼管(內(nèi)筒)以同心園布置,內(nèi)筒內(nèi)徑4.2米,高1.50米,重量176噸。
北侖發(fā)電廠1#60萬千瓦機組的煙囪,結(jié)構(gòu)與前者相同,鋼內(nèi)筒內(nèi)徑7米,高240米,重量為635噸。
上海石油洞口電廠正在興建的60萬千瓦機組煙囪,在一座混凝土保護筒內(nèi),直立兩座內(nèi)徑為6.5米的鋼煙囪,高度240米,每臺重量近600噸。
以上三座煙囪在外筒內(nèi)壁均設(shè)有盤梯,每一定高度有井字架平臺(約共有6層),混凝土筒身上部1/3呈直柱形,以下略呈錐形,因此在地面、外筒內(nèi)至鋼筒壁有足夠的空間便于施工操作。
第一類自立式鋼煙囪由于高度和重量均不大,用常用的鋼索、滑輪組、卷揚機構(gòu)成的桅桿吊,適當(dāng)參數(shù)的汽車吊、履帶吊,已能勝任,因此不作為本題研究的對象。
第二類塔架式鋼煙囪高度與重量較大(往往超過百米、百噸),若采用整體吊裝,一般吊機的高度與荷重難以勝任,因此常采用倒桿翻轉(zhuǎn)法,這個方法高空作業(yè)少,但所用的鋼索、滑輪組、卷揚機和桅桿均是重型號的,吊裝場面龐大、技術(shù)復(fù)雜。
在寶山鋼鐵廠燒結(jié)分廠四柱鐵塔式雙筒集合型200米高煙囪,由于施工單位實力雄厚,采用了液壓頂升技術(shù),每座煙囪組裝時,包括220噸1010毫米行程活塞油缸三臺,2.2米×1.3米×15.3米(長×寬×高)的鋼頂升柱三座,110噸500毫米行程的千斤頂6臺(兩座同時頂升,裝備加倍),并動用2臺300噸汽車吊。
第三類混凝土保護筒內(nèi)置自立式鋼排煙管的“筒中筒”型式,外筒先行施工,不能采用整體倒桿翻轉(zhuǎn)法,已經(jīng)建成的金山石化廠150米煙囪是采用外筒中間段設(shè)立滑輪組進行倒裝提升法。
根據(jù)以上情況,歸納起來,對鋼制高煙囪來說,一種是以索具、滑輪組、卷揚機為主體的,包括倒桿翻轉(zhuǎn)和逐段累加抬吊二型。另一種是以專門制造的液壓活塞油缸為主的一套裝備,采用逐段累加倒裝頂升,油缸、控制設(shè)備和輔助裝備價格昂貴,據(jù)說寶鋼那套設(shè)備引進部分高達百萬美元以上,以上兩種施工工藝,在設(shè)備投資上是巨大的,作為一個施工單位,對于高煙囪并非經(jīng)常性的業(yè)務(wù),專門為它而大量投資是難以收回的,即便收回,也是增加工程造價或國家的負(fù)擔(dān)。
(三)本發(fā)明構(gòu)想產(chǎn)生的基礎(chǔ)北侖發(fā)電廠1#60萬千瓦機組內(nèi)徑7米,高240米的鋼煙囪(內(nèi)筒、筒身重635噸)是促成我們創(chuàng)造本發(fā)明的動力。
我公司是浙江省屬安裝企業(yè),按照國家和省政府的有關(guān)規(guī)定企業(yè)要從創(chuàng)造的利潤中以50%以上以各種稅收上繳國家,而在自己的留利中來添置裝備,這與部屬企業(yè)由政府提供裝備費用是完全不同的,我們無力增添大型機具(何況是專用的)“窮則思變”我們決心“用常規(guī)武器打大仗”,在北侖發(fā)電廠1#煙囪工程議標(biāo)的競爭中,我們與浙江省第二建筑公司以相當(dāng)于國外同型工程價格的三分之一的報價,和以完全不同于以往煙囪施工方法的新構(gòu)想戰(zhàn)勝競爭對手而得標(biāo)。
1987年8月15-16日,在有北侖電廠建設(shè)公司,浙江省電力局、華東電力設(shè)計院、省建總公司、浙建二公司等單位領(lǐng)導(dǎo)與專家參加的會議上,由本發(fā)明的主要成員駱錫耀高級工程師介紹了“氣頂?shù)寡b法”的構(gòu)想,這是首次當(dāng)眾的說明,獲得與會者的贊同。
本發(fā)明的出發(fā)點是要用我公司已有的常規(guī)裝備與工具,把重達635噸的鋼筒組裝起來,它是我公司有史以來最重的一次起重量,也是我國安裝史上少有的起重量,因為北侖電廠1#機組煙囪是目前我國最高的煙囪。
本發(fā)明的途徑是在施工過程中,把逐節(jié)組對的加工件鋼筒自身轉(zhuǎn)化為起重工具,從而避免了使用大型起重工具。用工件自身件工具這是一種創(chuàng)新。
本發(fā)明的效益除了節(jié)省本單位的裝備投資之外,而且要在施工過程中對已建成的土建構(gòu)筑物(基礎(chǔ)和外筒)幾乎沒有作業(yè)載荷,從而可以節(jié)約建筑造價。此法即使與液壓頂升比較,液壓頂升所用頂升柱位置必須布置在鋼筒基礎(chǔ)的外圈,要承受全部負(fù)載因此必須增加打樁數(shù)和基礎(chǔ)量,而本發(fā)明的施工受力和將來的運行受力是完全一致的,所以這項節(jié)約也是可觀的,而且如果從設(shè)計上考慮,今后會產(chǎn)生不需要外筒的可能性。
(四)本發(fā)明的原理本發(fā)明是利用氣體因壓力差,而產(chǎn)生高壓側(cè)有向低壓側(cè)膨脹的物理性質(zhì),如果把鋼煙囪上面一段而把頂端封住,成為一個倒立的杯子(
圖1之1),而另一段管子直徑小于前者,底面封住,成為一個正立的杯子(2),把前一杯子(1)倒蓋在后一杯子(2)的外圈,在小杯子的口外邊,有一圈密封環(huán),與小杯子(2)是固定的,而與杯子(1)的內(nèi)壁卻可以主產(chǎn)生摩擦移動,在杯(2)的底部引入一根進氣管,壓縮空氣送入后,兩個相套杯子的內(nèi)部便形成一個壓力腔,它的壓力高于杯子外面的大氣壓力,如果杯子本身的耐壓強度是允許的,而小杯(2)是固定在地面的,大杯(1)便有向上升的趨勢以達到擴大正壓腔的容積,如果開始進氣壓力為P0,大杯(2)的內(nèi)徑為
,底面積為
A= (π)/4 d2向上的升力F0=P0×A如果F0≥G0+f0杯子(1)便向上移動(即膨脹)G0-初始杯子(1)的重量f0-密封環(huán)對杯子(1)的摩擦力當(dāng)杯子(1)上升一段距離后,我們控制進氣,而維持其高度不變,在杯子(1)的開口端之下,再用二瓣或三瓣圍成一節(jié),這一節(jié)的上口與杯子(1)的開口端牢牢對接而且嚴(yán)密,實際上把杯子(1)接長一節(jié),重量增加了,此時重量為G1,G1=G0+G△1G△1-為接上第一節(jié)的重量那樣,把進氣壓力提高到P1,P1=P0+P△1于是,向上的升力為F1F1=P1×A=(P0+P△1)×AF1≥G1+f1≥(G0+G△1)+f1
G△1-第一接長節(jié)的重量f1-密封環(huán)對杯子(1)此時的摩擦力,由于摩擦力變化較小,數(shù)值也不大,以后不作變動考慮。
以后續(xù)節(jié)增加,續(xù)節(jié)頂升,到最后∑F≥∑G+F≥(G0+G△1+G△2+……+G△n)+F≥(P0+P△1+P△2+……P△n)×A+f≥∑P×A+f因為每節(jié)的重量與最后的總重都是可以預(yù)先算出的,所以每次頂升的壓力和最后需要的最高壓力也是可以預(yù)計的,只要所加最高壓力使鋼筒身的受力在許用應(yīng)力范圍以下,這個頂升是可以繼續(xù)的。只是對于其頂端的最薄段的計算要參考壓力容器監(jiān)察規(guī)程執(zhí)行,根據(jù)煙囪直立穩(wěn)定性的設(shè)計,高度較大鋼煙囪的壁厚由頂而下總是逐步增加的。
(五)本發(fā)明“氣頂?shù)寡b法”的實際作法1、用一般吊具把鋼煙囪由頂而下組對初始段(段高不少于10米,吊具能力可以采取60噸以下,吊裝高度40米以下),在頂端內(nèi)壁加上個加強圈,在加強圈的直徑位置,架設(shè)兩根平行橫梁(圖之一),橫梁頂上設(shè)置成直線布置的四個滑輪座(1),兩兩對稱,兩個靠近園筒中心,另兩個靠近園周,預(yù)穿上鋼絲繩,當(dāng)隨后裝上帶有封頭(2)的筒節(jié)后,使正中的動滑輪與封頭頂端的吊耳相掛住,以上是根據(jù)煙囪為完全自立而考慮的,倘若是筒中筒形式的鋼內(nèi)筒,以上滑輪座與橫梁應(yīng)設(shè)在混凝土外筒的頂端之上(構(gòu)成龍門架的定滑輪組)以適應(yīng)裝盤梯與平臺的需要(一機多用),這些吊具在此工序中有下列用處ⅰ、當(dāng)整個鋼筒組立完畢后,拆下封頭,用此吊具把封頭吊到地面內(nèi)底座上面,改變吊點,使封頭直立,然后從煙道口,由外設(shè)的吊具把封頭移走。同樣,用以拆除內(nèi)底座各部件,由煙道口送出。
ⅱ、用以升降內(nèi)工作吊蘭,以便進行筒內(nèi)壁的防腐,噴漿(搗漿)等內(nèi)部后續(xù)工序。
2、把初始筒段(3)吊到足夠高度,使地面有足夠的空間位置,以便把內(nèi)底座(6)裝到煙囪基礎(chǔ)的正中位置,而且使底面與基礎(chǔ)牢牢固定,此內(nèi)底座的法蘭形頂面上,裝有三個導(dǎo)向滑輪座(4),以保證頂升過程筒身與內(nèi)底座的同心度,頂面法蘭之下,有兩層耐磨橡膠密封環(huán)(5),它們可以通過進入的壓縮空氣氣壓改變其對筒內(nèi)壁的壓緊程度,使其既保證足夠的密封性能,又不致過速磨損。
密封環(huán)之下,通過一個錐形段,接著為園筒形座身,其直徑小于鋼煙囪內(nèi)徑,即留有1米左右寬的環(huán)形空間,用以讓焊工焊內(nèi)壁焊縫的,最底下是園形大底面,也即是煙囪自身的底面,在焊工操作環(huán)形范圍內(nèi),底面上要開一進出入口,以便人員必要的進出,再開一個排風(fēng)口,以便與引風(fēng)機聯(lián)結(jié),把環(huán)形操作室內(nèi)的煙氣排出。
園筒形座身上有一人孔,平時應(yīng)是密封的,不應(yīng)漏氣,此孔是在必要時進到里面便于對密封環(huán)等進行檢修。
內(nèi)底座應(yīng)設(shè)計成數(shù)段聯(lián)結(jié)成的,以便完成時拆除,可以分段從煙道口吊出,但聯(lián)結(jié)段接口在頂升時應(yīng)達到嚴(yán)密性要求,避免漏氣。
在底板中心位置范圍內(nèi)引入頂升壓縮空氣總管,直徑為75-100毫米,以滿足大量進氣的要求,還要引進二根密封環(huán)控制管和其他安全和壓力表管,這些管直徑小,應(yīng)用粗鋼管保護,以免施工過程受到碰擊破壞。
3、把帶有封頭的初始段徐徐放下,套在內(nèi)底座的外圈位置,因為導(dǎo)向輪的作用和密封環(huán)此時處于收縮狀況,只要操作小心,放下初始段可以保持與內(nèi)底座同心。
4、在適當(dāng)?shù)木嚯x之外,布置著一個氣源裝置,可以放2-3臺電動空壓機(0.785MP、6NM3/min),一臺羅茨鼓風(fēng)機(0.078MPa、80NM3/min),一臺20m3的貯氣罐,以上設(shè)備的參數(shù)是參考的,并非絕對的,因為氣頂?shù)膲毫σ话阍?.196MPa以下,氣頂過程的控制主要是通過容積來實現(xiàn)的,密封環(huán)絕對不漏氣也不可能,密封性能由鋼筒內(nèi)壁的內(nèi)焊縫的粗糙度而定。所有閥件的操作把手也應(yīng)集中在一個操作臺面上,鼓風(fēng)機和空壓機等的按鈕也應(yīng)在此臺面上,標(biāo)明其功用,避免誤操作。
5、以上工作完成后,即可開始進氣頂?shù)寡b,從初始段以后,由2-3瓣圍成一節(jié),再與上段焊成整體,再氣頂上升……直至達到設(shè)計高度。以后便拆去封頭和內(nèi)底座。
這樣,最艱難筒身組裝便完成了,后續(xù)工序非本發(fā)明的范圍故此從略。
(五)本發(fā)明的專利要求從以上說明中已經(jīng)可以看出了本發(fā)明的特征在等直徑(氣頂以上的初始段可以變徑)鋼煙囪(排氣筒)的適當(dāng)斷面上加上封頭(或加強盲板)利用從內(nèi)底座的底部(或下部)通入適當(dāng)壓力的壓縮空氣,而依靠內(nèi)底座上部的密封環(huán)保住氣壓,使已構(gòu)成的鋼筒段貼著密封環(huán)上升,提供空間位置圍上后續(xù)瓣節(jié),再頂升……達到筒身組裝完成,即認(rèn)為引用本專利。
(六)本發(fā)明的應(yīng)用實例
在中國本發(fā)明者們首次應(yīng)用于北侖發(fā)電廠第1號60萬千瓦機組240米煙囪(筒中筒),估計在國外也無先例。
北侖發(fā)電廠該鋼內(nèi)筒內(nèi)徑7米,高240米,高出混凝土外筒5米,筒身重635噸,是在外筒內(nèi)壁組裝完盤梯和井字架平臺后施工的,因此利用設(shè)在頂端原有龍門架的吊具,可以在高度范圍內(nèi)吊重60噸,在氣頂時,用這套吊具掛住封頭的吊耳,是起導(dǎo)向的作用,氣頂完畢后,也用這套吊具拆除封頭及內(nèi)底座,并應(yīng)用于后續(xù)工序。
初始段約30米,氣頂段由1989·9·26日開始,至今(1989·10·29)已升高達150米,由于焊接工作的決定,每天約頂2-3節(jié),約為4米,預(yù)計11月底頂升完成。
由于此法對土建沒有增加施工額外受力,組裝順利,華東電力設(shè)計院對第二臺保護外筒設(shè)計已經(jīng)考慮到這些因素,因此將減少外筒的鋼筋用量和標(biāo)高120米平臺的鋼結(jié)構(gòu)承載強度,初略估計可節(jié)約鋼材150噸。
本公司三處北侖電廠工地只承擔(dān)一項煙囪工程,沒有有采用20噸以上的汽車吊或履帶吊,全部用一般機具完成任務(wù),所用空氣壓縮機也是鋼材噴砂除銹所需要的,所有機具都是通用性的,與其他方法比較節(jié)約裝備費百萬元。
由該實例中已證明等直徑鋼制高煙囪氣頂?shù)寡b法是安全穩(wěn)妥而可靠的,而且促進了質(zhì)量的提高,因為采用此法要保證氣密性,對筒身園度要求較高,7米內(nèi)徑,橢園度長短徑之差不得超過20毫米。
本發(fā)明也有不足之處,因為在裝置地點氣頂時必須進行瓣狀組對,而不能成節(jié)組對,因此預(yù)制量較小,現(xiàn)場作業(yè)時間較長,但在編制作業(yè)計劃時注意這個特點,對整體工期是沒有影響的。
應(yīng)當(dāng)肯定氣頂?shù)寡b法是煙囪施工中的一項有價值的創(chuàng)舉。
對附圖的說明圖1氣頂?shù)寡b法原理中1、大杯(大管段)2、小杯(小管段)3、密封環(huán)P為一定壓力的壓縮空氣F為壓縮空氣的壓力P對大杯底作用的向上合力圖2氣頂?shù)寡b法結(jié)構(gòu)的示意中1、頂端滑輪座2、封頭3、鋼筒筒身4、導(dǎo)向裝置5、密封環(huán)6、內(nèi)底座7、空氣壓縮機與鼓風(fēng)機8、貯氣罐h為足以組裝后續(xù)節(jié)的高度,即略大于鋼板寬度
權(quán)利要求
1.一種現(xiàn)場安裝鋼制高煙囪或排氣筒的方法。使用本發(fā)明的特征是采用壓縮空氣作為頂升力,在鋼煙囪或排氣筒適當(dāng)斷面加上封頭或加強盲板,利用從內(nèi)底座通入適當(dāng)壓力的壓縮空氣,依靠密封環(huán)保住氣壓,使已構(gòu)成的筒節(jié)貼著密封環(huán)上升,提供空間位置圍上后續(xù)瓣節(jié),反復(fù)加長后續(xù)筒節(jié),直至達到設(shè)計高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征導(dǎo)向裝置可設(shè)置在密封圈上下,或設(shè)置在混凝土保護外筒及鋼結(jié)構(gòu)保護架等已有專設(shè)的構(gòu)筑物上,或在筒身段的適當(dāng)高度,按等弧度預(yù)設(shè)多條纜風(fēng)繩,利用拉緊度按頂升過程勻速放出,以保持筒身在頂升過程中的垂直度。
3.通過權(quán)利要求1、2所述的鋼制高煙囪氣頂?shù)寡b法所安裝的鋼制高煙囪或排氣筒。
全文摘要
等直徑鋼制高煙囪氣頂?shù)寡b法是一種施工工藝,主要用于鋼制超過100米高的煙囪或排氣筒在現(xiàn)場進行組裝,該方法的特征是采用空氣作為頂升力,在等直徑鋼煙囪(排氣筒)的適當(dāng)斷面上加一封頭(或加強盲板),利用從內(nèi)底座的底部通入適當(dāng)壓力的壓縮空氣,依靠內(nèi)底座上部的密封環(huán)保住氣壓,使已構(gòu)成的鋼筒段貼著密封環(huán)上升而提供空間位置、再圍上后續(xù)瓣節(jié),周而復(fù)始,連續(xù)組裝,達到設(shè)計需要高度的鋼煙囪(或排氣筒)。
文檔編號E04H12/28GK1043973SQ8910828
公開日1990年7月18日 申請日期1989年11月6日 優(yōu)先權(quán)日1989年11月6日
發(fā)明者駱錫耀, 王有發(fā), 何鐵生, 唐挺進, 黃安康 申請人:浙江省工業(yè)設(shè)備安裝公司