新型鋼結構二層撬裝臺架的設計

白曉捷，張辰光，趙凱來

(1.大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院欠平衡鉆井技術研究所，黑龍江大慶163413；2.大慶裝備制造集團力神泵業，黑龍江大慶163000)

隨著新型鉆井地面裝備、井控設備、鉆機設備、井下儀器的研發和維修服務工作的開展，鉆探設備車間內擺放了大量的設備，車間內十分擁擠，已無法擺放新增設備。近年來，鋼結構件在機械領域的發展較快，大量的簡易鋼結構件被應用在車間改造及鉆井管串支撐之中[1]。本文介紹了一種新型鋼結構二層臺架，其設計目標是單組鋼結構二層臺架上擺放8套撬裝設備，擴展120m2的設備擺放空間。見圖1。

1 技術方案

1.1 方案優選

通過對車間現有撬裝設備尺寸進行研究，創新設計了3種方案：獨立式支架、整體鋼結構式支架、鑲嵌式支架。圖2為鑲嵌式支架三維模型，圖3為臺架組裝效果圖。

通過方案對比、強度校核及經濟效益分析，獨立支架穩定性不足，用料最多，成本最高。整體鋼結構式支架加工部件較多，無法獨立拆卸，后期吊裝困難。鑲嵌式支架穩定性高，抗震性能佳，韌性強，用料最少，成本最低[2]。優選了鑲嵌式支架方案，該方案利用設備之間1m間隙，鑲嵌0.9m的支架，在支架上部排布24個導軌，各支架及導軌均可便捷拆裝，臺架上下均可擺放設備。經校核單個支架可以安全的承受40t重量，經強度校核，抗擠、抗彎曲安全系數不小于10。

1.2 工作原理及主要參數

圖1 鉆探車間布置圖

圖2 嵌入式支架三維模型

自主設計的鋼結構二層臺架鑲嵌式支架方案由支架和導軌兩部分組成。單套支架重2.52t，單套導軌重0.23t。一套鋼結構二層臺架需要支架9套，導軌24根，通過鑲嵌拼裝形成一套牢固的鋼結構二層臺架。支架和導軌的主體材料均選用Q235材質的250×250H型鋼，通過Ansys受力仿真校核，使用最少的原材料，并優化了拉筋的位置，具備較高的安全系數。主要技術指標：

（1）單體支架承受40t壓力載荷，整體鋼結構二層臺架承受320t壓力載荷；

（2）總重28.1t，單件重2.52t，鑲嵌式插裝，無需額外固定部件。

圖3 臺架組裝效果圖

2 安全性及強度分析

2.1 擠壓強度分析

撬裝設備重13t,配件及撬體重2t,合計重13t。

（1）Q235鋼件：25×14.2×4=1420（cm2）

（2）地面：40×14.2×4=2272（cm2）

Q235鋼件受壓應力=13t/1420cm2=0.89MPa

地面受壓應力=13t/2272cm2=0.56MPa<水泥地面抗壓應力；

經校核，Q235鋼材和地面在空壓機13t重量下擠壓強度合格，安全系數大于10。

2.2 穩定性分析

為了防止發生傾斜現象，在1m寬的設備空間內設計0.9m寬的支架，支架擺動或平移0.05m就會被13t重的空壓機限位，因此支架不會發生偏移。

在結構穩定性方面采用圖4的拉筋布置結構，有效防止鋼結構連接處和直角彎處開焊和扭轉變形。

2.3 導軌抗彎抗翻性分析

圖4 穩定性結構示意圖

導軌長3.3mm，兩側支撐中部受壓。導軌為250×250 H型鋼，3組導軌受13t力作用，單根受力13t/4=4.33t，受力點靠近兩側。H型鋼250×250尺寸可以有效防止導軌翻轉。經調研，250×250H型鋼在5t載荷下可以正常使用，不會發生變形。由于空壓機等撬體均為兩側工字鋼底撬，導軌受壓點在兩側，抗彎性能更好。

3 結論

(1)創新地設計了鑲嵌式鋼結構二層臺架，臺架上下可擺放16部撬裝設備，擴展120m2的鉆探設備車間擺放空間。

(2)通過安全性及強度分析，單個支架可以安全的承受40t重量，經強度校核，抗擠、抗彎曲安全系數不小于10。能夠滿足現場使用。

(3)該鋼結構二層臺架強度可靠、安裝拆卸便捷，提高了鉆探設備車間內部空間利用率及規格化管理水平。

[1]范宇飛.對鋼結構件變形的處理措施[J].建筑知識，2016，20（8）：30-31.

[2]徐桀.關于現代鋼結構建筑的設計分析[J].建筑知識，2016，35（6）：42-43.