S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f [626480]
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
1 CAPITOLUL 1 . NOȚIUNI GENER ALE PRIVIND
PLATFORMELE M ARINE
1.1. Scurt istoric privind pl atformele m aritime
Datorită creșterii r apide a domeniului offshore, în speci al explo atarea
zăcămintelor de țiței și g aze naturale în zonele cu ape adânci ale oce anelor acest
fenomen a dus l a o dezvolt are rapidă din punct de vedere tehnologic a industriei
platformelor petroliere offshore.
Industri a de exploatare offshore necesită o dezvolt are continuă să poată
permite explo atarea zăcămintelor de petrol și g aze în regiuni in accesibile , astfel
acest tip de exploatări încep să devină neatrăgăto are cu tehnologiile actuale.
Odată cu epuiz area energiei d in zăcăminte le din zonele de apă de mică
adâncime, explo atarea și producere a de petrol în zonele de apă adâncă a devenit
o provoc are pentru industri a offshore. Acest lucru a condus l a producere a de noi
tipuri de structuri cu grad ridicаt de complexitate și noi concepte de pl atforme
marine de for aj.
Platformele de foraj reprezintă structuri metalice offshore utilizate pentru
operațiuni de extragere a produselor petroliere sau gaze naturale, care nu au căii
de acces către usc at și care trebuie să ste a în poziție fixă în orice fel de condiții
meteorologice.
Explo atarea de petrol și g aze naturale datează încă din secolul al XIX -lea,
iar primele puțuri de petrol au fost for ate în d anele Oce anului P acific din portul
Summerl ands, C aliforni a în anii 1890, tot in acceași perio adă s -a început
explo atarea în zon a Baku, Azerbaijan din M area Caspică.
Începutul industriei explo atărilor offshore este consider ată a fi în 1947 când
Kerr-McGee a efectu at primul foraj în Golful Mexic l a o adâncime de 4.6 m în
apele statului Louisi ana. De l a prim a instalare a platformelor în Golful Mexic cu
mai bine de 50 de ani în urmă, industri a offshore a cunoscut o dezvol atare rapidă
a platformelor fixe s au plutito are amplasate în ape din ce în ce mai adânci și
agitate . Până în anul 1975 adâncime a maximă de for aj a fost de 144 de metri, acest
record a rezist at încâ trei ani până l a apariția platformei COGN AC care er a
capabilă să efectuieze oper ații de for aj la o adâncime m aximă de 312 metri.
Datorită dezvolt arii tehnolgiei și a creșterii cererii de produse petroliere în anul
1991 comp ania olandeză Shell re alizează construcți a celei m ai mari platforme
petroliere de până atunci Shell Bullwinkel având o adâncime de for aj de 412 metri .
Din 1945 și până în prezent au fost construite și amplasate peste 10.000 de
platfome m aritime de diferite tipuri și dimensiuni, i ar din 1995, 30% din producți a
mondi ală de produse petroliere este d atorată platformelor petroliere. În 2003 3%
din producția mondială de produse petroliere și gaze naturale a venit din forajele
maritime efectuate în ape adânci (peste 350 de metri) și în ape foarte adânci.
Marile companii de extracții petroliere au în plan ca în următorii ani 10% din
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
2 producția mondială de petrol să fie extrasă din „Triunghiul de aur” ( Golful Mexic,
Africa de Vest și Brazilia). [1]
Fig.1.1 Evoluți a platformelor de for aj în funcție de adâncime [19]
Fig. 1.2 Numărul puțurilor efectu ate în Golful Mexic [1]
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
3 1.2. Dezvolatarea platformelor offshore
Platformele maritime se pot clasifica astfel:
a) După adâncimea de foraa, pot fi platforme care realizază operații în:
– ape de mică adâncime, până în 100 m;
– ape adânci, cuprinse între 100 -300 m;
– ape foarte adânci peste 300 m.
b) În funcție de tipul platformei, acestea pot fi:
– platforme marine fixe (pot fi instalat la o adâncime de până în 100 m);
– platforme marine fixe cu structură turn;
– platforme marine mobile semisubmersibile;
– platforme marine mobile plutitoare.
Construcția și montarea platformelor maritime fixe a devenit din ce în mai
dificilă în apele adânci și foarte adânci ceea ce a condus la crearea unei structuri
alternative denumită Lena Guyed Tower în 1983, platforma este construită în așa
fel încât struct ura superioară să se miște în funcție de puterea valurilor și a
vântului, fiind prevăzută cu piloni flexibili care pot rezista și celor mai puternice
uragane. Platforma Lena a fost instalată la o adâncime de 305 m, pe lângă aceasta
încă două astfel de plat forme au fost instalate în Golful Mexic în 1998 Amerada
Hess Baldpate (502 m) si Chevron Texaco Petronius (535 m), cel din urmă fiind
și cea mai înalta structură liberă din lume.
Fig. 1.3 Platform a Lena Guyed Tower [20]
Deși majoritatea platformelor co nstruite sunt realizate din oțel, există peste
douăzeci de platforme având o structură din beton amplasate în condiții extrem de
dificile în apele Mării Nordului între anii 1980 și 1990, și alte câteva în Brazilia,
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
4 Canada și zona Insulelor Filipine. O astf el de platformă cu structură din beton
este Troll A fig. 1.4 care a fost amplasată în apele Mării Nordului în anul 1996
având o adâncime totală de 369 m și conține 245.000 m3 de beton, echivalentul a
215.000 fundații pentru locuințe. [1]
Un alt tip de p latforme sunt cele gravitaționale, care spre deosebire de
platformele cu structură fixă acestea sunt ținute în loc de greutatea proprie, spre
exemplu platforma Troll care perforează fundul mării datorită propriei greutăți.
Prima platforma marină plutitoare a fost instalată în 1975 în Marea Nordului, iar
în 1977 a fost amplasată prima platform mobilă de către Shell International în
zona Castellon având forma unei nave care era capabilă extragă și să stocheze
materia primă. Până în anul 2003 existau peste 40 de platforme petroliere
plutitoare și 91 de platforme petroliere mobile în operare și construcție
Fig. 1.4 Platformă petrolieră tip Troll A [1]
Majoritatea platformelor maritime de foraj extrag țiței și gaze naturale din
puțuri aflate în fundul mă rii, acestea se compun dintr -un izvor, învelișul puțului
și un sistem de valve pentru a controla și opri debitul în cazul unei scurgeri.
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
5 Depistarea și amenajarea unui puț reprezintă operații foarte costisitoare dar nu la
fel de costisitoare ca și plasarea platformei în zona puțului. În cazul în care se
dovedește că puțul respectiv nu este capabil să producă o anumită cantitate care
să justifice învestițiile efectuate, este necesar să se aducă o unitate mobilă de foraj
pentru a muta platforma în altă locație , iar în cazuri extreme cand costurile acestor
operații sunt extrem de mari operatorii aleg să abandoneze puțul, ca o consecință
a acestor operații majoritatea țițeiului și a gazului este abandonat. Acești factori
determină operatorii să prefere platformel e plutitoare în daună celor fixe, deoarece
acestea pot susține sonda pe petrol la suprafață, spre deosebire de cele fixe care
se află în submersie.
În trecut platformele fixe erau preferate de către companii deoarece acestea
putea proteja puțul respectiv în cazul unor furtuni, spre deosebire cele cele
plutitoare care datorită forței valurilor nu putea realiza forjul în condiții
neprielnice. Un grup de ingineri de la Întitutul de Tehnologie California a înventat
un sistem de plutire care putea fi ancorat de fundul mării ceea ce a dus la
construcția platformelor mobile semisubmersibile și submersibile.
În prezent majoritatea forajelor la mare adâncime în Goful Mexic sunt
efectuate de către platformele semisubmersibile și cele submersibile, datorită
dezvolată rii interesului pentru realizarea forajelor maritime există un trend în care
mai mulți operatori împart aceeași unitate de producție ceea ce duce la construcția
platformelor cu capacități de stocare din ce în ce mai mari.
În ceea ce privește alegerea tipul ui de platfoma maritimă, această selecție
se desfășoară de obicei în decursul mai multor ani, deoarece sunt necesare
numeroase studii și analize. Factori principali în selecția conceptului platformei
sunt caracteristicile și infrastructura rezervorului de țiței sau gaze naturale, acesta
va dicta dimensiunile platformei, numărul de puțuri și tipul sondei. Forajul
reprezintă de obicei 50% din valoarea proiectului, astfel că modalitatea de foraj
dictează tipul de platformă (fixă sau mobilă). [1]
1.2.1 Funcții le structurilor offshore
Construcțiile offshore pot fi definite de către doi parametri interdependeți,
aceștia fiind funcția și configurația structurii. Spre exemplu configurația unei
platforme de foraj mobilă este determinată de încărcătura utilă pe car e o poate lua
la bord și de viteza de tranzit. În ceea ce privește funcțiile, o platformă de foraj
mobilă poate avea printre altele următoarele funcții: procesare, foraj, prelucrare,
cazarea personalului, depozitarea. Pricipalele variabile care determină f uncțiile
unei structuri offshore sunt: tipul rezervorului, caracteristicile fluidului extras,
adâncimea de foraj, dar și caracteristicile mediului înconjurător.
Cu toate că principalii factori care înfluențează caracteristicile unei platforme
maritime sunt funcțiile structurii, adâncimea de foraj și mediu înconjurător, există
și alți factori care sunt la fel de împortanți cum ar fi: înfrastructura locației,
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
6 filosofi a de m anagement și putere a financiară a operatorului , dar și reglementările
și legile țării în apele căreia se fac operațiile de foraj.
1.3 Princip alele tipuri de pl atforme de for aj
1.3.1. S tructurile „Jacket”
Acest tip de structuri sunt în continu are cele m ai comune structuri offshore
utiliz ate pentru for aj și producție. Anumite structuri co nțin picio are mărite.
Structurile fixe de tip „Jacket” sunt alcătuite din elemente tubul are interconect ate
pentru a form a un cadru sp ațial tridimension al (fig. 1.5) . Aceste structuri au de
obicei de l a patru până l a opt picio are pentru a obține o st abilitate împotriv a
răsturnării în v aluri. Acești membri acțione ază ca o grindă cu zăbrele, susținând
greut atea echip amentului de prelucr are, precum și forțele de mediu din v aluri,
vânt și curent. Structurile construite cu fund sunt numite "fixe", atunci când ce a
mai mică frecvență n aturală a mișcării de încovoiere este peste ce a mai mare
frecvență de excit ație semnific ativă a valurilor. Aceste structuri se comportă
ca un corp rigid și trebuie să reziste forțelor din amice complete ale mediului.
Structurile constr uite cu fund "conforme", de obicei, sunt proiect ate astfel încât
frecvenț a lor n aturală ce a mai joasă este sub energi a valurilor. .Aceste pl atforme
susțin, în gener al, o supr astructură având 2 s au 3 punți cu echip ament de for aj și
de producție și inst alații de prelucr are. Utiliz area acestor pl atforme a fost în
gener al limit ată la o adâncime a apei de aproxim ativ 500 -600 ft (150 -180 m), în
mediul dur al Mării Nordului (v alul norm al de proiect are de 100 ft – 130 m). În
mediul intermedi ar al Golfului Mexic (v alul norm al de proiect are de 75 ft – 23
m),. O structură „Jacket” form ată din trei părți cântărind 34,300 de tone a fost
instalată în 1979 în zon a Cogn ac în Golful Mexic, în l argul co astei Louisi ana, într-
o adâncime de apă de 1000 ft (300 m). Această struct ură c are a depășit recordurile
a fost urm ată de alte pl atforme, inclusiv Cervez a și Cervez a Ligüer a (935 ft / 285
m), Pomp ano (1290 ft / 393 m), i ar titul arul recordului curent este Pl atform a
Bullwinkle. O singură piesă a structurii Bullwinkle cântărește 49,375 de tone și a
fost inst alată la un sit cu adâncime a apei de 1350 ft (412 m) în 1988. Greut atea
inițială a punții pentru Bullwinkle a fost de 2033 de tone. P atru mii de tone au fost
adăug ate în 1996 pentru a găzdui o producție m ai mare. O pl atformă plutito are
pentru a se adapta la această sarcină utilă ar cântări în jur de 6000 -10.000 de tone.
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
7
Fig. 1.5 Platformă m arină cu structură fixă [21]
1.3.2. Platformele marine mobile autoridicătoare (fig 1.6), sunt alcătuite dintr -un
corp plutitor etanș și 3 -4 picioare. La instalare, în funcție de adâncimea apei,
picioarele sunt coborâte până se sprijine sau se pot înfige pe fundul mării, iar
corpul platformei se ridică deasupra nivelului apei. Picioarele platformei pot fi
realizate d in grinzi cu zăbrele sau tubururi de diametre mari. Mecanismul de
ridicare coborâre al platformei poate fi hidraulic sau mecanic. [1]
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
8
Fig. 1.6 Platformă autoridicăto are M aersk [22]
1.3.3. Platformele marine mobile semisubmersibile.
Un alt tip de pla tforme marine fixe sunt cele cu structură de tip turn . O astfel
de structură este proiect ată cu mijlo acele de a se comport a atât ca o structură fixă
cât și c a o structură conformă. Conformit atea este re alizată utilizând opțiuni cum
ar fi firele întinse con ectate la lanțurile grele de pe fundul mării s au la conexiuni
deconect abile bucl ate. Astfel, atunci când vântul l ateral aplicat, valurile și forțele
curentului depășesc limit a de proiect are, lanțurile sunt ridicаt e de pe r acordurile
de pe fundul mării s au conexiunile bucl ate sunt eliber ate, pentru a transform a
structur a fixă într -o structură conformă din punct de vedere al rotațiilor (de l a zero
grade de libertate la două gr ade de libertate de pe fundul mării).
1.3.4. Structurile plutitoare. Structurile pl utitoare neutre, cum ar fi semi –
submersibilele, Spars și Drillships sunt în mod dinamic neîngrădite și li se permite
să aibă până la șase grade de eliberare (deplasare laterală, deplasare verticală,
deplasare longitudinală, tangaj, ruliu și girație).
Structurile plutitoare pozitive, precum platformele de tensiune cu picior
(TLP -urile) și turnurile legate plutitoare (TBT -uri plutitoare) sau structurile
flotante pentru picioare (BLS -uri), sunt ancorate la fundul mării și sunt asigurate
împotriva deplasării î n plan orizontal. Toate aceste structuri cu o conformitate
globală sunt din punct de vedere structural rigide. Conformitatea este realizată cu
sistemul de acostare. Dimensionarea structurilor plutitoare este dominată de
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
9 elemente considerabile precum flota bilitatea și stabilitatea. Greutatea părții
superioare a acestor structuri este mai importantă decât pentru o structură fixă.
Semisubmersibilele și carcasele în formă de navă se bazează pe zona de plutire
pentru stabilitate.
Centrul de greutate este de obicei deasupra centrului flotabilității. Platforma
Spar este proiectată astfel încât centrul de greutate să fie mai mic decât centrul
său de flotabilitate, prin urmare, este intrinsec stabil. Structurile plutitoare pozitive
depind de o combinație de rigid itate cu o suprafață cu linie de plutire pentru a
atinge stabilitatea. [1]
Fig. 1.7 Platformă cu structură tip TLP [23]
Structurile plutitoare sunt de obicei construite din panouri de plăci rigide,
care formează un corp de deplasare. Această metodă d e construcție implică
procese diferite spre deosebire de cele utilizate în construcții tubulare pentru
structurile construite cu fund. Mișcările structurii plutitoare în mod neutru poate
fi determinată cu precizie ca un sistem cu șase grade de libertate su pus unor forțe
de excitație. Structurile plutitoare pozitive flotabile în apă adâncă vor avea sisteme
de restricție cu masă substanțială, iar, de asemenea, sistemele de reținere sunt
supuse unor forțe de excitație. Mișcările platformei sunt cuplate cu dina micile
sistemului de ancorare. Cuplarea mișcărilor între platformă, conducta ascendentă
și sistemele de ancorare devine din ce în mai importantă pe măsură ce crește
adâncimea apei.
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
10
1.3.6 Turnul „Compliant”
Un turn „Compliant” este similar cu o platformă tradițională și se extinde
de la suprafață la fundul mării, și este destul de transparent pentru valuri. Cu toate
acestea, spre deosebire de predecesorul său, un turn „Compliant” este proiectat să
se curbeze împreună cu forțele de valuri, vânt și curent. Acesta folosește mai puțin
oțel decât o platformă convențională pentru aceeași adâncime a apei. Tabelul 1.4
compară ponderile structurale pentru Bullwinkle, cea mai profundă platformă fixă
din lume, cu cele mai înalte structuri “Compliant”e în Gol ful Mexic.
Recent, Petronius este cea mai înaltă structură de sine stătătoare din lume
(este de aproximativ 300 ft sau 91 m mai înaltă decât Turnul CN din Toronto).
Fig 1.8 Structur a platformei Bullwinkel [24]
1.3.7 Turn ancorat
Un turn ancorat este o structură subțire, formată din membri pentru cadru,
care se sprijină pe fundul oceanului și este ținut în loc de o matrice simetrică de
linii de ancorare catenare. Un turn ancorat poate fi aplicabil în apele ostile, adânci
unde sarci nile pe bază de gravitație sau structurile de tip „Jacket” din mediu sunt
interzise datorită mărimii. Liniile de ancorare au de obicei mai multe segmente.
Partea superioară este un cablu de plumb, care acționează ca un arc rigid în mările
moderate. Porțiun ea inferioară este un lanț greu cu greutăți adunate, care sunt
ridicаt e din partea de jos în timpul mării agitate și se comportă ca un arc moale,
ceea ce face turnul mai conform. Exxon a instalat ,în 1983, primul turn ancorat
numit Turnul Ancorat Lena în M ississippi Canyon Block într -o adâncime a apei
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
11 de 1000 ft (300 m). Aceasta seamănă cu o structură „Jacket”, dar este conformă
și este acostat peste 360 ", prin linii de ancorare catenare. [1]
1.3.8 Platforme plutitoare
Structurile plutitoare pot fi grup ate ca Plutitoare Neutre și Plutitoare
Pozitive. Structurile plutitoare neutre includ Spars -urile, semi -submersibile,
MODU -urile (Mobile Offshore Drilling Unit, unitate mobilă de foraj) și FPS -urile
(Floating production systems, unitate plutitoare stocare) , FPSO -urile (floating
production and storage systems ,unitate plutitoare de foraj și stocare în formă de
navă ) și Drillships -urile. Exemple de structuri plutitoare pozitive sunt TLP -urile,
TLWP -urile și turnurile plutitoare. Funcțiile platformei plutitoar e pot fi grupate
în funcție de utilizarea lor după tipul de foraj de tip mobil sau după tipul de
producție. Numărul de unități din aceste categorii, instalate în întreaga lume este
prezentat în tabelul 1.5 din 2003. Există puțină standardizare a unităților de pod
plutitor. Shell off -shore și partenerii lor au făcut economii semnificative de costuri
atunci când au proiectat multiple TLP -uri care sunt similare cu practicile de
proiectare (Auger, Ram -Powell, Marte, Ursa și Brutus). Kerr -McGee a realizat
unele economii prin proiectarea Spars -urilor Nansen și Boomvang identice. Cu
toate acestea, pentru cea mai mare parte, fiecare câmp de adâncime a fost
dezvoltat cu o proiectare "adecvată scopului".
Fig. 1.9 Platformă m arină semisubmersibilă [25]
1.3.9 Unit ăți de foraj
Forajul exploratoriu precede forajul de dezvoltare și producția începe
atunci când sonde de dezvoltare sunt forate și finalizate. Astfel, este firesc că au
existat mai multe unități de foraj înainte ca una dintre aceste unități să primească
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
12 un modul de producție pentru a iniția producție limitată. Astfel de MODU -ri sunt
din necesitate unități plutitoare. Barjele de foraj sunt în general potrivite pentru
operarea în medii ușoare. Ele sunt favorizate pentru forajarea delicată în Asia de
sud-est, de exemplu. Cele mai versatile MODU -ri sunt fie în formă de navă sau
semi -submersibile. Aceste unități sunt de asemenea ideale nu numai pentru
dezvoltarea domeniului, ci și pentru a produce din acest domeniu. [1]
1.3.10 Unități de producție (FPSO și FPS )
Cele mai multe unități plutitoare de producție sunt structuri plutitoare
neutre (care permit șase grade de libertate), care sunt destinate să producă un cost
eficient și să exporteze petrolul și gazele. Din moment ce aceste structuri au
mișcări semnifi cative, puțurile sunt de obicei complet subacvatice și conectate la
o unitate plutitoare cu conducte ascendente flexibile, care sunt fie un material
compozit sau un oțel rigid cu o configurație flexibilă (adică Conducte ascendente
Verticale Conforme de Acc es). În timp ce unitatea de producție poate fi prevăzută
cu o unitate de foraj, de obicei, puțurile sunt pre -forajate cu un MODU iar unitatea
de producție adusă transportă doar un sistem de foraj prelucrat.
FPSO, în general, se referă la structuri în formă de navă cu mai multe
sisteme de ancorare diferite. FPSO -urile timpurii, în apele de mică adâncime și în
mediul ușor, au răspândit sisteme de ancorare. Cu atât mai mult cu cât FPSO -urile
au fost proiectate și construite sau transformate (de la o ciste rnă) pentru medii cu
ape adânci și dure, s -au dezvoltat noi sisteme mai eficiente de ancorare, inclusiv
turnulețe interne și externe. Unele turnulețe au fost create pentru a fi capabile de
a se deconecta, astfel încât FPSO -ul poate fi mutat într -un mediu p rotector în cazul
unui uragan sau taifun.
Utilizarea de FPS în dezvoltarea petrolului offshore și a gazelor este din ce
în ce mai crescută în întreaga lume. Tehnologia FPS a avut un uz comercial încă
de la începutul anilor 1970, când Hamilton Bros a utili zat producerea unui MODU
convertit din Argyll Field în sectorul Regatul Unit al Marii Nordului. Cu toate
acestea, Petrobras își asumă creditul pentru aplicarea pe scară largă a conceptului
de FPS care începe la sfârșitul anilor 1970. Combinația dintre preț urile petrolului
deprimat și progresele în tehnologia de producție submarină a făcut conceptul FPS
mai atractiv. Un alt motiv important pentru popularitatea sa a fost că Petrobras a
avut o perspectivă cu privire la avantajele de cost și program ale convers iilor
MODU și a aranjat închirierea MODU -lui, acordă privilegii contractelor pentru a
asigura transferul de proprietate al MODU -rilor la Petrobras la sfârșitul
contractelor lor (de obicei, un contract de doi sau trei ani). Tehnologia FPS a
devenit o soluți e eficientă pentru dezvoltarea atât a câmpului de ape marginale,
cât și adânci. Cu toate că avantajul de a converti semi -submersibile și alte unități
mobile de foraj marin (MODU -rile) în FPS a existat în anii 1980, cu surplusul de
astfel de MODU -ri, cele m ai multe FPS -uri puse în funcțiune în anii 1990 s -au
bazat pe unități noi de semi -submersibile construite și unități Spar. Aceste
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
13 structuri au avantajele de versatilitate, mobilitate (în re -locație, condițiile
meteorologice nefavorabile sau politici), cos tul relativ scăzut și auto -izolarea.
Fig. 1. 10 Schem a de lucru a unități de stoc are mobile [26]
Printre națiunile care sunt implicate în dezvoltarea și instalarea de FPS,
Brazilia a fost cea care a accelerat dezvoltarea la frontiera de la mare adânci me.
Au stabilit în primul rând obiectivul de a produce de la 1000 m adancime si a
stabilit un program de cercetare și dezvoltare cu mai multe fațete pentru a atinge
acest obiectiv. Odată ce acest obiectiv a fost atins, au ridicаt ștacheta și a stabilit
un nou obiectiv de a produce de la 2000 m adâncime. Pentru a atinge acest
obiectiv, Petrobras a creat Procap 2000, Programul pentru Capacitatea
Tehnologică pentru Producția la Ape Adânci, pentru a dezvolta extragerea din ape
adanci si ultra -adânci ale Bazinul ui Campos.
Unitățile Sistemului de Producție Plutitor au fost instalate și în Statele
Unite, în Golful Mexic. Din păcate, primele trei unități urmând să fie instalate (Oil
Green Placid Canyon Block 29, Enserch Garden Banks Block 387/388, Tatham
Oil Ewing Bank Block 958959) au avut o rată de succes mai mică din cauza
condițiilor precare ale cisternei. Golful Mexic a avut o rată a descoperiri de mai
mult de 50 de zăcăminte de petrol și gaze, cu rezerve recuperabile de mai mult de
40 de milioane BOE în ape ad ânci mai mari de 1968 ft (600 m). Este posibil ca
cele mai multe dintre aceste domenii vor fi dezvoltate folosind FPS si probabil
sisteme FPSO. [1]
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
14 1.3.11 Unitățile de foraj și de producție
De obicei unitățile plutitoare sunt proiectate să funcționeze fie ca unități de
foraj sau unități de producție, pentru a minimaliza încărcarea utilă a punții și
mărimea totală / deplasarea unității. Excepțiile de bază la această regulă sunt
platformele de tensionare cu picior (TLP -urile) și Spars -urile. A ceste unități au
mișcări limitate și oferă o instalație adecvată pentru puțurile complete de
suprafață. Pentru un FPSO în formă de navă cu o deplasare foarte mare, o creștere
a încărcării utile a punții, ca urmare a introducerii unui sistem de foraj, nu es te o
problemă. Cu toate acestea, mișcările navelor au fost motivul principal pentru
ezitarea de a dezvolta unitățile de Producție Plutitoare, Forajare, Stocare și
Descărcare (FPDSO). Progresele tehnologice și potențialul de dezvoltare a sit –
urilor de ape a dânci offshore din Africa de Vest într -un mediu relativ ușor, pot
avea ca rezultat FPDSO -uri cu un arbore prin partea de jos a navei de foraj pentru
coborârea și ridicarea echipamentelor în sau din apă (moonpool), care să fie în
funcțiune în următorii câți va ani. [1]
1.3.12 Platforma semisubmersibilă
Semi -submersibilele sunt structuri plutitoare cu mai multe picioare, cu o
punte mare. Aceste picioare sunt interconectate sub fundul apei, cu membre
plutitoare orizontale numite pontoane. Unele dintre cele s emi-submersibilele mai
timpurii seamănă cu forma navei cu pontoane duble având un arc și o pupă.
Această configurație a fost considerată de preferat pentru deplasarea unității de
foraj de la o sondă la alta, fie prin mijloace proprii sau prin tractarea de către
remorchere. Timpuriu, semi -submersibilele au inclus, de asemenea,
contravântuiri transversale diagonale semnificative pentru a rezista încărcărilor
indiscrete și grele induse de valuri.
Introducerea de nave de transport grele, care permit o remorcar e uscată a
MODU -urilor, necesitatea pentru unități mult mai mari pentru a opera în apă
adâncă, precum și necesitatea de a avea în permanență unități staționate pentru a
produce de la un teren de petrol și unul de gaze, au dus la dezvoltarea în continuare
a conceptului de semi -submersible. Următoarea generație de semi -submersibile,
de obicei, par a fi un pătrat cu patru coloane și pontoane în formă de cutie sau
cilindrice care leagă coloanele. Pontoanele în formă de cutie au de obicei o formă
aerodinamică, e liminând colțuri ascuțite pentru o mai bună păstrare a stației.
Contravântuirea în diagonală este adesea eliminată pentru a simplifica construcția.
1.3.13 Spar
Conceptul de Spar este un proiect mare de adâncime, proiectat cu Caisson
plutitor cilindric co nceput pentru a sprijini operațiunile de foraj și de producție.
Flotabilitatea sa este utilizată pentru a sprijini facilități deasupra suprafeței apei
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
15 [Glanville, și alții 1991; Halkyard 1961. Este, în general, ancorat la fundul mării
cu mai multe linii în tinse de acostare.
La mijlocul anilor șaptezeci, Shell a instalat un Spar de stocare de petrol și
descărcare la Brent Field, în Marea Nordului. Carcasa este de 95 ft (29 m) în
diametru, formează o parte îngustată la 55 ft (17 m) la planul de apă, iar proi ectul
de operare este de 357 ft (109 m). Agip a instalat un semnal luminos Spar în afara
Africii de Vest în 1992. Spar este de 233 ft (71 m) lungime, cu un diametru de 7,5
cm (2,3 m), care se îngustează la 5,5 cm (1,7 m) prin planul de apă. În 1993, Shell
a instalat un Spar de încărcare la Draugen. Diametrul carcasei este de 28 ft (8,5
m), iar proiectul de operare este aproximativ 250 ft (76 m). Prima producția
mondială Spar a fost Neptun Spar instalat în 1996 de către Compania Oryx Energy
(acum Kerr -McGee) și GNC (fig. 1.15). Neptun Spar are o carcasă lungă de 705
ft (215 m), cu centrul sondei de 32 x 32 ft 2 (10 x 10 m2) și un diametru de 72 ft
(22 m). Sistemul de ancorare este format din șase linii constând din frânghie de
sârmă și a lanț (fig. 1.15).
În momentul acestei scrieri, există 13 Spar -uri în producție sau în
construcție. Figura 1.16 arată evoluția Spar -urilor construit de Technip Offshore,
iar Inc Three Spar -uri suplimentare au fost construite de J. Ray McDermott.
Primele trei producții Spar au constat dintr -un înveliș exterior cilindric lung
cu "tancuri grele", lângă partea de sus pentru a furniza flotabilitate. Secțiunea de
mijloc a fost goală, liber pentru inundare iar partea inferioară a constat din
"rezervoare moi", care au fost folosite d oar pentru a permite flotația orizontală a
Spar-ului în timpul instalării, cât și pentru ținerea balastului fix, în cazul în care
este necesar.
Ulterioarele Spar -uri au înlocuit secțiunea de mijloc cu o structură de
memebre de corp pentru a reduce greutat ea și costul, precum și pentru a reduce
rezistența la înaintarea curentului. Plăci orizontale au fost incluse între cadrele
stabilirilor pentru a prinde masa în direcția verticală pentru a minimaliza mișcări
săltate. Figura 1.17 prezintă aceste două tipuri de Spar -uri, "clasicul" și "cu
membre de corp".
O a treia generație de Spar "cu celule" a fost introdusă în 2004. Acesta
funcționează similar cu celelalte Spars -uri, dar este construit în mod diferit.
Carcasa este formată din mai multe tuburi rigidizate cu inel, sau "celule", care
sunt conectate prin plăci orizontale și verticale. Această metodă de construcție
este mai ieftină decât metodele tradiționale de placă și cadru. Din cauza lungimii
unui Spar, carcasa unui Spar nu poate fi remorcat în poziție ver ticală. Prin urmare,
este remorcat off -shore pe partea sa, echilibrat la o atitudine verticală și apoi
ancorat în loc. Partea superioară nu este luată cu carcasa și este cuplată în larg
odată ce Spar se află la locul de la sit -ul său. Cablurile de acostare sunt conectate
cu acostări pre -dislocate. [1]
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
16
Fig 1. 11 Platformă m arină tip Sp ar [27]
1.3.14 Platforma tensionată cu picior
O Platformă Tensionată cu Picior (TLP) este o platformă conformă acostată pe
verticală. Platforma plutitoare cu excesul său de flotabilitate este acostată vertical
de linii întinse de acostare numite tendoane (sau funii). Structura este imobilizată
pe verticală, excluzând mișcări pe verticală (săltate) și în mod rotațional (smoală
și rolă). Este conformă în direcția orizontală, permițând mișcări laterale
(supratensiune și legănare).
Mai multe tipuri de TLP au fost instalate în mai multe părți ale oceanelor
lumii (tabelul 1.6). Primul tip de TLP a fost instalat în Câmpul Hutton la
aproximativ 148 m de adâncime a apei în sectoru l Regatului Unit al Marii
Nordului în 1984. Operatorul Conoco ar fi putut dezvolta acest teren mult mai
ieftin, cu o platformă fixă, dar a utilizat conceptul TLP în cazul în care intervenția
scafandrilor era fezabilă, astfel încât experiența ar conduce la utilizarea unui TLP
în zona de apă adâncă. Conoco a autorizat proiectarea unei platforme mici la gura
puțului (TLWP), în 1986, iar unitatea a fost instalată în câmpul Jolliet (1755 ft sau
535 m de adâncime a apei), în 1988. Alte unități care au urmat Joll iet în Golful
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
17 Mexic sunt TLP -urile de ape adânci ale lui Shell. Auger a fost instalat în 1994, în
2867 ft sau 874 de m în adâncimea apei, urmat de Mars în 1996, în 2930 ft sau
893 m, RamiPowell în 1997, în 3215 ft sau 980 m, Ursa în 1999, în 3950 ft sau
1204 m și Brutus în 2001, în 2998 ft sau 914 m de adâncime a apei (vezi fig. 1.18).
Sectorul norvegian al Mării Nordului a văzut două TLP -uri: Snorre în 1992
(1017 ft sau 310 m adâncime de apă) și Heidrun TLP în 1148 ft sau 350 m
adâncime de apă. Heidrun TL P este primul TLP care are o carcasă de beton. O
provocare pentru designerii de TLP este de a păstra perioadele naturale și smoala
sub gama de energie semnificativă a valurilor. Perioada săltată poate fi controlată
prin creșterea grosimii peretelui țevii t endoanelor. Perioada de smoală poate fi
redusă prin plasarea tendoanelor pe distanțe mari pentru a crește rigiditatea. Cu
toate acestea, aceasta este ceea ce face suportul punții cu deschideri mari, scumpe.
TLP-ul cu picior extins, sau ETLP (fig. 1.19) a f ost introdus de ExxonMobil pe
terenul său Kizomba A în 2003. Acest concept are patru coloane pe o distanță mai
mică decât cea normală, pontoane cu inel și extensii de pontoane cu grindă în
consolă pentru a sprijini tendoanele pe un braț larg de moment [Hua ng, și colab,
20001. Tehnologia unei Platforme Tensionată cu Picior păstrează multe din
avantajele operaționale ale unei platforme fixe reducând în același timp costurile
de producție în adâncimi de apă de până la aproximativ 4900 ft sau 1500 m.
Operațiun ile sale de producție și întreținere sunt similare cu cele ale platformelor
fixe.
Cu toate acestea, TLP -urile sunt sensibile în greutate și pot avea limitări
privind cazarea și încărcări utile grele.
Un TLP convențional este remorcat la un sit al puțului în larg în poziție
verticală, la proiectul său de deplasare, și apoi legănate în jos, astfel încât
tendoanele pot fi atașate la TLP la cele patru colțuri ale sale. Modul de transport
al TLP -ului permite punții să fie unită cu TLP -ul la partea docului înai nte de a fi
luată carcasa în larg. [1]
1.3.15 MiniTLP -uri: SeaStar și Moses
SeaStar este o mini -platformă de producție pentru apă adâncă și de utilitate
[Kibbee, 1996, 19991. Se împrumută de la conceptul platformei de tensiune cu
picior și asigură o apl icație rentabilă a terenului marginal. SeaStar este un TLP
mic, cu o singură coloană de perforare de suprafață (fig. 1.20). Coloana se
îngustează în apropierea suprafeței mării pentru a reduce încărcările de suprafață
asupra structurii. Carcasa imersată se extinde în trei elemente structurale în partea
de jos într -o manieră triunghiulară, elemente folosite pentru a sprijini și separa
tendoanele tubulare din oțel întinse. Carcasa asigură o flotabilitate suficientă
pentru a sprijini puntea, facilitățile și co nductele ascendente flexibile. Excesul de
flotabilitate oferă pretensionare tendonului.
SeaStar este, în general, remorcat sau izgonit pe sit într -o poziție verticală.
Dar, din cauza zonei mici de apă -plan al singurei carcase în formă de coloană și
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
18 din ca uza centrului de flotabilitate, acesta nu poate transporta puntea cu ea. În
general, puntea este cuplată pe sit -ul, la fel ca și cu Spar, odată ce tendoanele sunt
conectate și tensionate.
Moses MiniTLP pare a fi un TLP miniaturizat precum structura punții este
sprijinită de patru coloane, iar coloanele sunt conectate prin pontoane.
Caracteristicile de mișcare ale lui Moses sunt similare cu cele ale lui SeaStar și,
spre deosebire de TLP -urile standarde, miniTLP -urile trebuie să dedice un procent
mare deplas ării acestora (3545%) pentru pretensionare. [1]
Fig. 1.12 Platform a mini TLP Se a Star [28]
1.4 Dezastre offshore
Majoritatea structurilor offshore construite până în prezent au rezistat la
testul timpului, în decursul anilor au existat câteva dezastre catastrofale ale
platformelor maritime. Vremea nefavorabilă, defecte de structură sau de
proiectare cât și greșeli umane au dus la distrugerea unui număr considerabil de
platforme fixe dar și mobile. Între anii 1955 și 1968 peste 20 de unități mob ile de
foraj au fost distruse, iar între 1957 și 1959 uraganele Hilda și Betzy au provocat
pagube de milioane de dolari îndustriei offshore. Cel mai grav accident sa petrecut
în 1988 când platforma Piper Alpha a luat foc, ducând la moartea a peste 1000 de
vieți, iar în martie 2001, cea mai mare platformă plutitoare la acea vreme
Petrobras P -36 sa scufundat în bazinul Campos ducând la pierderea a 10 vieți. [1]
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
19
Fig. 1.1 3 Incendiul asupra platformei Piper Alpha [29]
1.5 Rolul instalațiilor de ridicаt în cadrul platformelor marine de foraj
În scopul realizării unei productivități cât mai ridicаt e și al unui cost de
operare cât mai scăzut este necesar ca operațiunile de foraj să se desfășoare fără
întrerupere astfel este absolut necesară prezența unor instalaii de ridicаt pe
platformele de foraj, datorită spațiului limitat rolul macaralelor este de a efectua
operațiuni de încărare, descărcare și de transbordare a echipamentelor,
conductelor de foraj, proviziilor sub formă containerizată prin preluarea acestora
de la nave, și manipularea acestora pe platformă, dar nu în ultimul rând rolul de a
manevra echipamentul de foraj subapă. Astfel, este necesară ca și capacitatea de
ridicare a macaralei să poată satisface cerințele activităților de exploatare
petrolieră.
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
20 CAPITOLUL 2. CONSIDER AȚII GENER ALE PRIVIND
INST ALAȚIILE DE RIDICАT
2.1. Prezent are gener ală a instalațiilor de ridicаt
Mașinile de ridicаt reprezintă instalații utilizate pentru deplasarea sarcinilor
(orice tip de obiecte cu valoare materială care pot fi manipulate de către instalațiile
de ridicаt ) la o anumită distanță și înălțime față de punctul de preluare, având un
regim de funcționare ciclică și intermitentă.
Datorită mutitudinii ti purilor de mașini de ridicаt acestea pot efectua una
sau mai multe mișcari de lucru simultan, sarcina poate fi manipulată pe verticală
(mașina de ridicаt efectuiază o singură mișcare de lucru, pe o traiectorie plană sau
pe traiectorie spațiale fii nd necesare efectuarea mai multor mișcari simultane. În
cazul operării mașinilor de ridicаt un ciclu de funcționare se referă la momentul
când operatorul începe manevrele de ridicare a sarcinii până în momentul când se
începe ridicarea sarcinii următoare. [2]
2.2. Clasificarea mașinilor de ridicаt
Datorită multitudinii criteriilor de clasificare a macaralelor cum ar fi: forma
constructivă, destinația, traiectoria sarcinii, numărul și felul mișcărilor de lucru,
conform STAS 9064/1 – 82 în care sunt precizate denumirile, schițel e și tipurile
de mașini de ridicаt . Standardul împarte mașinile de ridicаt mecanisme de ridicаt
simple (care pot efectua o singura mișcare) și macarale (a căror mișcări de lucru
pot varia în funcție de destinație).
2.2.1. Mecanismele simple de ridic are reprezintă mec anisme cu acționare
manuală sau mecanizată care asigură efectu area unei singure mișcări de depl asare
a sarcinii, de regulă pe vertic ală (ridic are – coborâre), uneori pe o tr aiectorie
înclin ată sau orizont ală (tr actarea sarcinilor). [2]
Clasificarea mecanismelor simple de ridicаt :
– vinciuri ( cu șurub, cu crem alieră s au hidr aulice);
– palane (cu c ablu, cu l anț);
– trolii (reversibile, nereversibile, c abestane și trolii cu fricțiune);
– trifoare;
– platforme de ridic are (mecanice cu șurub, hidr aulice).
2.2.2. Maca ralele reprezintă instalații de ridicаt care pot efectua mișcări complexe
de deplasare a sarcinilor, gradul de complexitate al macaralelor depinde de tipul
mecanismelor cu care sunt echipate, t ipul de acționare (motoare cu a rdere internă,
motoare electrice sau hidraulice) și de destinația instalației de ridicаt . [2]
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
21 2.2.2.1 Clasificarea macaralelor:
a) macarale cu br aț;
b) macarale rulante;
c) macarale funicul ar;
d) alte tipuri.
a) După modul de depl asare macaralele cu br aț pot fi:
– nedepl asabile (de bord, de perete, de planșeu, de fund ație, Derrick);
– deplasabile (m acarale turn, pe pneuri, pe șenile, autom acarale, lansatoare
de conducte, de c ale fer ată, portu are, plutito are).
Datorită diversivicării tipurilor de marfă în prezent cele mai comune
instalații de ridicаt sunt macaralele cu braț deoarece acestea pot efectua atât
mișcări de ridicare – corobâre a sarcinii, rotire a brațului, înclinarea brațului,
deplasarea dispozitivului de manipularea a sarcinii de -a lungul brațului (în cazul
brațelor orizontale), iar în cazul mecanismelor care pot efectua mișcări de
deplasare raza de acțiune este amplificată semnificativ deoarece este posibil
aceasul în spații înguste. [2]
b) Macaralel rul ante se cl asifică astfel:
– poduri tr ansbordo are;
– poduri rul ante;
– macarale port al;
– macarale semiport al;
– macarale consolă.
Macaralele rul ante au particul aritatea de re alizare a tuturor mișcărilor de
lucru prin tr anslații reciproc perpendicul are, astfel că în gener al, dispozitivul de
suspend are a sarcinii are acces în oric e punct al unui câmp de acțiune
paralelipipedic. Mișcările posibile sunt: ridic area – coborâre a sarcinii, tr anslația
căruciorului de s arcină, tr anslația întregii m acarale. To ate aceste mișcări sunt
concepute c a mișcări de lucru. [2]
Macaralele funi cular sunt inst alații de ridicаt la care căruciorul de care este
suspend at dispozitivul de ridic are a sarcinii se depl asează pe unul s au mai multe
cabluri purtăto are întinse între două structuri de ancorare fixe, s au depl asabile. [2]
2.3. Construcți a metalică a mаcaralelor
Pe construcți a metalică a mаcaralelor se monte ază tot ate mec anismele de
lucru aparatura electrică s au hidr aulică, moto arele s au aparatele de co mаndă ale
mаcaralei, contr agreutăți. Construcți a metalică prei a solicitările exterio are
provoc ate de greut atea proprie, greut atea sarcinii de ridicаt , forțele de inerție,
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
22 forțele d ate de vânt, c are transmite aceste solicitări prin intermediul roților de
rulare la calea de rul are cu șin a sau direct l a teren în funcție de construcți a și modul
de lucru a instalației de ridicаt .
Rolul construcției met alice este de a asigur a rezistenț a și stabilitatea întregii
mаcarale, cee a ce înse amnă că forțele c are apar în elementel e componente ale
mаcaralei nu trebuie să dep așească rezistențele admisibile. Defor mаțiile apărute
să rămână sub limit a elastică, acesta fiind și un a dintre condițiile de funcțion are
în sigur anță a instalației de ridicаt .
2.3.1. Construcți a barelor
Construcțiile met alice folosite pentru re alizarea structurii de susținere a
mаcaralelor se po ate re aliza din diferite tipuri de grinzi, și anume: grinzi cu
zăbrele, grinzi cu pereți subțiri și grinzi tip cheson, l ate sau înguste. Grinzile cu
zăbrele sunt utiliz ate în c azurile în c are apare ner aționalitatea folosirii grinzilor cu
secțiune plină, acest lucru se întâmplă în c azul deschiderilor mаri, la care este greu
de asigur at stabilitatea locală a inimii, precum și în c azul încercărilor mici, l a care
mаterialul grinzilor cu secțiune a plină ar fi neeconimic folosit.
2.3.1.1 Elementele construcției met alice
2.3.1.2 Brațul mаcaralei
Brațul mаcaralei reprezintă o construcție met alică sp ațială, sud ată articul at
la platformа rotito are a mаcaralei. Br ațul mаcaralei po ate fi prelungit prin
mont area unor tronso ane intermedi are sau prin telescop are (c azul br ațelor
telescopice). Extindere a sau retr agerea tronso anelor br ațelor telescopice se po ate
realiza hidraulic, mec anic s au hidromec anic. Br ațul telescopic prezintă avantajul
că inst alația de ridicаt are acces în spații greu accesibile, i ar brațul po ate fi extins
cu sarcina în cârlig. Brațele c are se prelungesc prin adăug area de tronso ane
intermedi are au avantajul că fiind construcții ușo are (grinzi cu zăbrele), au
greutăți reduse și se pot obține lungimi mаre. L a mаjoritatea mаcaralelor se pot
mont a se pot mont a în vârful br ațelor prelungito are, care măresc r aza de acțiune
și înălțime a de ridic are. În anumite c azuri, br ațul mаcaralei se po ate transfor mа în
echip ament de turn, l a partea superio ară lucrând prelungito rul articul at.
2.3.1.3. Platformа rotito are
Platformа rotito are se sprijină pe pl atformа fixă prin intermediul unui
rulment de construcție speci ală. De asupra platformei rotito are se monte ază
echip amentul de lucru cu br aț sau turn, contr agreut atea, mec anismele de
acțion are, înst alația de co mаndă. Pl atformа rotito are împreună cu to ate elementele
și sub ansamblele c are se monte ază pe e a forme ază supr astructur a mаcaralei.
Platformа fixă și ce a rotitio are au partea centr ală liberă pentru a permite
trecere a diverselor inst alații sau transmisii mec anice.
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
23 2.3.1.4. Infrastructur a mаcaralei
Se referă l a autoșasiul, pl atformа fixă și dispozitivele de c alare în c azul
instalațiilor de ridicаt deplasabile.
Autoșasiul de l a automаcaralele cu c apacitatea de ridic are de până l a 20 tf
se po ate utiliz a la șasiul autocamionului de tr ansport. Pentru c apacități mаi mаri
de ridic are, c adrul autocamionului se rigidize ază sau reprezintă o construcție
metalică speci ală în concord ață cu tipul de mаcara.
Platformа fixă repre zintă construcți a metalică execut ată prin sud are și
fixată pe c adrul autoșasiului. Fix area platformei pe autoșasiu se po ate face prin
șuruburi pentru c apacități de ridic are mici și medii, și prin sud are pentru c apacități
de ridic are mаri.
Dispozitivele de calare se utilize ază pentru a asigur a stabilitatea mаcaralei
în timpul lucrului. Aceste a const au din p atru picio are de sprijin c are forme ază un
poligon de sprijin, cu cât aceste a reazeme vor fi pozițion ate la distanță mаi mаre
de centrul de rot ație al platformei rotito are, cu atât poligonul de sprijin v a fi mаi
mаre.
Calajele sunt construcții met alice cheson ate acțion ate mec anic, hidr aulic
sau combin at. Supr afața de sprijin a calajelor trebuie astfel demension ată încât să
nu po ată produce t asarea terenului.
2.3.1.5. Grinzi pentru poduri rul ante
Grind a fiind un element solicit at, în princip al la încovoiere, adoptarea pe
întreaga lungime a unei secțiuni const ante, dimension ată pe b aza momentului
mаxim, conduce l a folosire a nerațională a metalului. Din această cauză se c aută o
soluție apropi ată de for mа solidului de eg ală rezistentă c are constă în v ariația
liniară, pe anumite dist anțe a înălțimii inimii, astfel încât prof ilul longitudin al al
grinzii să fie circumscris solidului de eg ală rezistență, construit pe b aza diagramei
de moment s au a înfășurăto arei di agramelor de moment. [3]
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
24 CAPITOLUL 3. NOȚIUNI PRIVIND INST ALAȚIA DE RIDICАT TG
6821 – 2013 – CM PT
3.1. Destin ația macaralei
Macara 120/100/75 t – 40/45/50 m este o m acara destin ată platformelor
maritime în vedere a manevrării diverselor s arcini susținute în cârligul de 120 t.
3.2. Componenț a macaralei
Macaraua se compune din următo arele ansambluri princip ale:
1. mecanisme;
2. construcți a metalică;
3. instalația electrică.
3.3. Descriere a macaralei
Macara 120/100/75 t – 40/45/50 m este o m acara cu br aț mobil amplasat pe
o platformă rotito are, este acțion ată și servește pentru m anipul area unor s arcini
susținute de cârligul m acaralei.
Comenz ile se efectui ază din c abina de com andă.
Mecanismele m acaralei sunt ansambluri cu funcțion are independentă, c are
asigură re alizarea unei anumite mișcări de lucru. Prin acțiune succesivă s au
simult ană, mec anismele re alizează mobilit atea neces ară macaralei.
Mecanismele m acaralei sunt următo arele:;
– mecanismul de ridic are;
– mecanismul de b asculare;
– mecanismul de rotire.
Mecanismele sunt dimens ionate pentru a asigur a parametri tehnici indic ați
la caracteristicile tehnice princip ale și mont ate pe pl atform a rotito are a
construcției met alice.
Sarcinile c are se m anevre ază cu mec anismul de ridic are sunt susținute de
mufl a de 120 t p revăzută cu cârlig dublu forj at.
Rotire a părții superio are a macaralei este asigur ată prin intermediul unui
rulment de sprijin și rotire c are face legătur a între p artea fixă și p artea rotito are a
macaralei. B ascularea brațului se re alizează prin intermediul unui sistem de
transmisii prin c ablu.
Construcți a metalică a macaralei este dimension ată corespunzător pentru a
prelu a sarcinile de lucru ale m acaralei, aceasta se compune din următo arele
subansamble princip ale:
– turn;
– platformă rotito are;
– catarg;
– braț;
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
25 – casa mecanismelor;
– cabina de com andă;
– contr agreut ate.
Macaraua este aliment ată la tensiune a de 3×400 V, 50 Hz printr -un cablu
NSHTOU -J 3×240+PE mmp, acțion at cu un motor de cuplu const ant. Circuitul de
aliment are continu a cu:
separator gener al pentru circuitele de 400V, 50 Hz;
sigur anțe gener ale;
întrerupător;
întrerupător pentru ilumin atul de b alizaj
Aceste echip amente sunt mont ate în dul apuri l a baza turnului, colo ana
electrică de aliment are 400 V, 50 Hz, continuă pe p artea rotito are a macaralei, cu
întrerupăto arele de protecție ale mec anismelor, amplasate în s ala electrică.
Dulapurile sunt alcătuite dintr -o structură met alică, monobloc, cu gr ad de
protecție IP55, aceste a sunt dot ate cu sisteme de ilumin at și ventil ație. [5]
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
26 CAPITOLUL 4. CONSIDER AȚII GENER ALE PRIVIND
PRINCIP ALELE MEC ANISME ALE INST ALAȚIILOR DE RIDICАT
4.1. Noțiun i teoretice privind pri ncipalel e tipuri de mecanisme de ridicаt
În general mecanismul de ridicare al macaralelor se constituie din
ansamblul format din troliu, transmisii prin cablu, palan și dispozitivul de
suspendare a sarcinii. Î n funcție de destinația instalației de ridicаt și de funcțiile
pe care le pot îndeplini mecanismele de rdicat pot intra în componența altor mașini
de ridicаt cum ar fi excavatoarele cu cablu, dragline, screperele cu cablu ș.a.m.d.
Troliile se pot definii ca fiind mecanisme folosite în scop ul ridicării sau
tractării sarcinilor, în funcție de gradul de complexitate, troliile pot lucra atât
independent, dar și în componența unui mecanism de ridicare. [2]
4.1.1 Clasificarea troliilor
1) După modul de acțion are troliile se cl asifică astfel:
a) troliu m anual;
b) troliu mec anic (po ate fi acțion at cu motor electri electric , hidr aulic
sau cu ardere internă).
Modul de acțion are are implic ații esenți ale în concepți a și alcătuire a
troliilor.
2) După posibilit atea de invers are a sensului de antren are a tamburului, troliile
pot fi:
a) trolii reversibile – ambele sensuri de mișc are sunt control ate prin
acțiune a motorului, fie că acesta își po ate schimb a sensul de rot ație
(cazul moto arelor electrice și a celor hidrost atice), fie că motorul nu
iși po ate schimb a sensul de rot ație (moto arele cu ardere internă), d ar
transmisi a este prevăzută cu inversor de sens;
b) trolii nereversibile – sunt antren ate în sensul ridicării prin ambre aj,
iar coborâre a se face prin debr aiere, d atorită greutății s arcinii și sub
controlul frânei de limit are a vitezei.
3) După numărul vitezelor de înfășur are a cablului se disting:
a) trolii cu o singură viteză;
b) trolii cu m ai multe viteze;
c) trolii u cu variație continuă a vitezei.
Realizarea mai multor viteze de lucru reprezintă o necesit ate care poate fi
determin ată atât de f actori tehnologici cât și de f actori de explo atare, pe c are
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
27 macaralele moderne tind să o s atisfacă din ce în ce m ai mult. Este evident că acesta
are implic ații fie asupra acționării, fie asupra transmisiei, fie – de rugulă – și
asupra acționării și asupra transmisiei. Din punct de vedere tehnologic atât la
macaralele de mont aj în construcții, cât și l a unele m acarale tehnnologice cum
sunt anumite poduri rul ante, pe lângă vitez a norm ală apare necesit atea realizării
unei viteze mici de așezare a sarcinii. Aceasta poartă denumire a de microviteză.
Troliul trebuie astfel conceput încât să permită trecere a de la microviteză
la vitez a norm ală și invers în orice moment: l a demaraj, la frânare sau pe p arcursul
ridicării și coborârii. Dem arajul sau frân area cu trecere prin microviteză devin
progresive, cu șocuri din amice reduse cee a ce reprezintă un avantaj care singur ar
putea justific a utiliz area microvitezei. Re alizarea unui număr m ai mare de vitee
viteze este justific ată în speci al la macaralele cu înălțime m are de ridic are cum
sunt m acaralele turn. Prin aceasta se asigură productivități m ari, concomitent cu
utiliz area rațională a puterii inst alate a triliului troliului (sarcinile subnomin ale se
ridică cu viteze m ari). V ariația continuă a vitezei în funcție de necesitățile
tehnologice s au de s arcină reprezintă o soluție ide ală, c are însă nu po ate fi
realizată decât în anumite tipuri de acționări și c are nu se justifică economic decât
în rare cazuri. [2]
4.1.2. Trolii acțion ate cu moto are electrice
4.1.2.1. Trolii cu o singură viteză
În prezent troliile cu o singură viteză acțion ate cu un moto r electric sunt
utiliz ate fie c a mecanisme independente, fie intră în alcătuire a mecanismului de
ridicare al unor m acarale simple, cum sunt m acaralele ușo are pentru construcții,
sau în cel al mec anismelor cu înălțime mică de ridic are, cum sunt m acaralele
rulante de uz gener al.
4.1.2.1.1. Alcătuire și funcțion are.
Alcătuire a unui troliu de acest tip po ate fi urmărită după schem a cinem atică
prezent ată in fig. 4.1.1, în care sunt puse în evidență princip alele elemente ale
acționării mec anice; elementele inst alației electrice, cu excepți a motorului nu sunt
figur ate.
Troliile pot fi echip ate în c az de necesit ate cu dirijor de c ablu și de
asemene a, la macaralele cu înălțime de ridic are const antă, cu limit ator de sfârșit
de curs ă cu șurub. Întregul ansamblu este amplasat pe un ș asiu s au direct pe
structur a portantă a macaralei.
Funcțion area troliului e ste următo area. La conect area motorului frân a
elibere ază ro ata de frână și mișc area se transmite prin intermediul reductorului de
turație tamburului de c ablu, astfel are loc ridic area sarcinii. L a deconect area
motorului frân a acțione ază autom at, iar depl asarea sarcinii este oprită. Coborâre a
se realizează prin conect area motorului corespunzător celuil alt sens de rot ație.
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
28 Elementele componente ale troliilor nu sunt dintre cele de uz gener al
întrucât trebuie să corespundă p articul arităților regimului intermitent de
funcțion are.
Fig. 4.1.1. Schema cinematică pentru trolii cu o singură viteză
1. motor electric;
2. cuplaj;
3. frînă frână ;
4. reductor de turație;
5. cuplaj ;
6. tambur;
7. lagăre;
Motorul electric se alege din seri a moto arelor asincrone de curent alternativ
trifazat pentru m acarale, caracteriz ate prin cuplu m are de pornire și posibilit ate
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
29 mare de spr aîncărc are; de asemene a el trebuie să corespundă frecvenței de
conect are și dur atei rel ative a perio adei active de conect are care caracterize ază
regimul efectiv de utiliz are. De regulă se utilize ază moto are cu rotorul bobin at
pentru asigur area pornirii și opririi progresive, în trepte (prin utiliz area reost atelor
de pornire) și limit area curentului de pornire. Pentru puteri mici, sub 5kW se pot
utiliz a și moto are cu rotorul în scurt -circuit.
Frâna este de tipul semi autom ată, norm al închisă, cu s aboți articul ați. Se
utilize ază frecvent c a element de acțion are a frânei împingătorul electrohidr aulic.
Reductorul de tur ație este în mod obișnuit un reductor orizont al, cu
angren aje cilindrice cu dinți înclin ați. În c azul troliilor de mică putere c are
echipe ază m acaralele ușo are la care se impun condiții limit ative de greut ate sau
gabarit pot fi utiliz ate reducto are cu angren aj melc at, care prezintă însă
dezavantajul uni r andament inferior.
Cupl area motorului cu reductorul se f ace cu ajutorul cupl ajelor cu element
elastic de c auciuc, cele m ai folosite cuplaje sunt cele el astice cu bolțuri. Se
folosesc de asemene a, dar mai rar – de rugulă în c azul puterilor m ari – cuplaje
elastice cu lamele nemet alice și cu pl aje Periflex. Se asigură în acest mod
atenuarea și amortiz area șocurilor și oscil ațiilor torsion ale produse de pornirile și
opririle repet ate.
Cupl area reductorului cu t amburul se f ace cu ajutorul cupl ajelor
compens atoare ung hiular. Se realizează o import antă reducere de g abarit pe
direcți a axei tamburului. D acă nu se dispune de elemente c are să permită utiliz area
acestei soluții, s au dacă se urmărește c a arborele de ieșire al reductorului să nu fie
solicit at la încovoiere, se po ate recurge l a un cupl aj dinț at standardizat, iar
rezem area arborelui t amburului se f ace în două l agăre cu rulmenți oscul anți.
În fig 4.1.2. este prezent ată vedere a de ansamblu a unui troliu de uz gener al,
parametri princip ali ai troliil or de uz gener al sunt preci zați prin ST AS 844 -79:
efortul nomin al în c ablu 10, 20, 32 și 50 kN, grup a de funcțion are M4 , vitez a
nomin ală de înfășur are a cablului 22,5 m/min, microvitez a de 5 m/min. [2]
1. motor electric;
2. cuplaj;
3. frînă frână ;
4. reductor de turație;
5. cuplaj ;
6. tambur;
7. lagăre;
10. dirijor de cablu;
11. limitator de sfâșit de cursă;
12. dulapuri cu rezistețe reostatice;
13. controler de comandă.
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
30
Fig. 4.1.2. Troliu mec anic de uz gener al [2]
Prin utiliz area angren ajelor pl anetare se pot re aliza construcții conp acte,
ceea ce permite amplasarea în sp ații restrânse , schem atizat în fig 4.1.3.
Fig. 4.1.3. Troliu de m anevră cu angren aje planetare
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
31 1. motor de cu acționare elctric ă;
2. frână de oprire;
3. transmisie cu angrenaje planetare;
4. frână de comandă;
Datorită multitudinii sarcinilor pe care le poate e fectua troliul din figura 4.1.3,
acesta poate realiza atât operațiuni de ridicare cât și de tracțiune.
Tracțiune a se re alizează prin conect area motorului și închidere a frânei de
comandă (4), frâ na (2) fiind deschisă. Oprire a se face prin debloc area frânei (4) și
acțion area frânei (2). Desfășur area cablului se re alizează prin tr acțiune m anuală,
ambele frâne fiind debloc ate. Com anda celor două frâne cu b andă se f ace m anual
prin intermediul a două pârghii de com andă.
4.1.2.1. Trolii cu viteză și cu microviteză
Realizarea unei microviteze tehnologice, implică și avantajele unei
comportări din amice superio are a mecanismului, a devenit o preocup are const antă
a proiect anților. Princip alele soluții pr actice sunt: re alizarea microvitezei prin
utiliz area frânelor cu ridicător electrohidr aulic regl abil, soluți a de utiliz are a
frânelor cu curenți turbion ari și soluți a acționării cu două moto are și tr ansmisie
cu mec anism pl anetar Cele mai intâlnite metode de realizare a microvitezei sunt:
utilizarea frânelor cu ridicător hidraulic reglabil și prin utilizarea unei acționări cu
două motoare și transmisie cu mecanism planetar. Realizarea microvitezei aduce
avantaje semnificative asup ra comportării dinamice a mecanismului . Prim a
soluție este ce a mai simplă d ar prezintă dez avantajul unei solicitări sporite a frânei
mecanice. A doua soluție complică inst alația electrică, întrucât frân a cu curenți
turbion ari este aliment ată în curent cont inuu; prezintă însă avantajul posibilității
realizării m ai multor viteze subnomin ale prin simpl a modific are a valorii
curentului de excit ație. Ambele soluții sunt dez avantajoase din punct de vedere
energetic, întrucât re alizează microvitez a prin efect de frân are (mecanică,
respectiv electrică). Soluți a cu două moto are: unul princip al pentru re alizarea
vitezei norm ale și unul auxiliar, de putere redusă, pentru re alizarea microvitezei
este r ațională din punct de vedere energetic, d ar complică și în consecință
scumpește construcți a, întrucât necesită supliment ar: un mec anism auxiliar, un
mecanism pl anetar și o frână. V aloarea microvitezei se alege în limitele 8 -12%
din v aloarea vitezei nomin ale.
Principiul după c are sunt concepute troliile con stă în utiliz area unui motor
de putere mică ( mototr auxiliar) pentru antren are cu viteză redusă, și a unui motor
princip al, pentru antren area cu viteză nomin ală. Prin utiliz area mecanismului
planetar plasat între cele două moto are se asigură posibilit atea trecerii în timpul
funcționării de l a regimul de lucru cu microviteză, l a regimul de lucru cu viteză
norm ală și invers. Rezultă că cele două motoare nu lucre ază simult an, ci succesiv:
când unul este conect at, celăl alt este deconect at și frân at. Mec anismul planetar, în
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
32 perio ada de comut are a regimului de funcțion are, d atorită comenzii prin frâne
asigură trecere a progresivă de l a o viteză l a alta. În scurt a perio adă a acestei
comutări când unul din moto are se găsește în regimul tr anzitoriu de frân are, iar
celăl alt în cel de dem arare, acest mec anism lucre ază în regim diferenți al. [2]
Fig. 4.1.4. Troliu cu viteză și microviteză și tr ansmisie cu mec anism pl anetar
Schem a cinem atică a unui astfel de troliu, utiliz at ca mecanism de
ridicare pentru p oduri rulante este prevăzută în fig 4.1.4.
1. motor auxiliar;
2. frână semiautomată inchisă;
3. frână;
4. motor principal;
5. tambur;
Conform [2] mișcarea se transmite prin angren ajul norm al 𝑍1, 𝑍2 coroanei
cu dantură interio ară 𝑍𝑘 a mecanismului pl anetar, iar de aici prin intermediul
sateliților 𝑍𝑠 brațului H, ro ata centr ală 𝑍𝑐 fiind imobilă. În continu are prin
angren ajele 𝑍3, 𝑍4 și 𝑍5, 𝑍6 mișc area se tr anmite t amburului de c ablu (5).
Raportul tot al de tr ansmitere în această situ ație este:
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
33 𝑖1=𝑍2
𝑍1∙𝑖𝑘𝐻𝑐∙𝑍4
𝑍3∙𝑍6
𝑍5.
(4.1.1)
𝑖𝑘𝐻𝑐 semnifică raportul de tr ansmitere de l a elementul 𝑘 la elementul 𝐻, când
elementul 𝑐 este imobil.
În regimul de lucru norm al se conecte ază motorul (4), frână (3) se deschide,
motorul (1) se deconecte ază, iar frân a (2) se închide. C a urmare coro ana 𝑍𝑘 se
bloche ază, iar elementul conducător al mec anismul devin e centr al 𝑍𝑐.
Raportul de tr ansmitere tot al va fi:
𝑖2=𝑖𝑐𝐻𝑘∙𝑍4
𝑍3∙𝑍6
𝑍5.
(4.1.2)
Raportul de tr ansmitere ale mec anismelor pl anetar în cele două regimuri de
funcțion are se st abilesc cu ușurință:
𝑖𝑘𝐻𝑘=2𝑍𝑐+𝑍𝑠
𝑍𝑐+2𝑍𝑠, 𝑖𝑐𝐻𝑘=2𝑍𝑐+𝑍𝑠
𝑍𝑐
(4.1.3)
Comp arând cele două r apoarte tot ale de tr ansmitere se obțin:
𝑖1
𝑖2=𝑍𝑐
𝑍1∙𝑍𝑐
𝑍𝑐+2𝑍𝑠=𝑍2
𝑍1∙𝑍𝑐
𝑍𝑘
(4.1.4)
Rezultă de aici că, în ipotez a utilizării unor moto are cu aceeași turație pentru
realizarea microvitezei este neces ar ca raportul 𝑍2/𝑍1 să fie cât m ai mare. Pentru
ca raportul subunit ar 𝑍𝑐/𝑍𝑘 să nu atenueze efectul r aportului 𝑍2/𝑍1 este neces ar
ca roata centr ală să fie cât m ai mare, iar sateliții cât m ai mici.
Puterile moto arelor și momentele de frân are ale frânelor se determină c a și
în cazul troliilor cu o singură viteză, considerând pentru fiec are din ele regimul
corespunzător ( c a viteză, frecvență de conect are). În ipote za lucrului cu s arcina
nomin ală.
Alte soluții pr acticate de asemene a la podurile rul ante sunt schem atizate în
fig. 4.1.5. Utiliz area angren ajului melc at reduce g abaritele; r andamentul redus al
acestui a nu der anjează, întrucât funcțion area cu microviteză este de scurtă dur ată.
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
34
Fig. 4.1.5. Trolii cu viteză și microviteză cu motor auxiliar
Fig. 4.1.6. Trolii cu viteză și microviteză cu angrenaj melcat
Fig. 4.1.7. Trolii cu viteză și microviteză și mec anism pl anetar
4.1.2.2 Trolii cu un singur motor și reductor de tur ație cu m ai multe trepte de
viteză.
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
35 La aceste trolii re alizarea diferitelor viteze de lucru se f ace cu ajutorul unui
reductor de tur ație cu m ai multe trepte de viteză – de obicei trei s au patru.
Cupl area sau decupl area angren ajelor fiecărei trepte de viteză se po ate face prin
comandă mec anică s au prin com andă eletrom agnetică.
Troliul cu trei viteze din fig 4.1.9., este prezăzut cu cupl aje
electrom agnetice cu discuri C1, C 2, C 3, norm al deschise, roțile Z 2, Z4, și Z 5 sunt
mont ate liber pe arborii lor și se găsesc în angren are perm anentă cu roțile pereche
Z1, Z 3, și Z 6. Solid arizarea roților libere cu arborii se asigură prin intermediul
cuplajelor. Schimb area vitezelor nu se po ate face în timpul funcționării motorului.
Ele sunt preselect ate prin com andă electrică, astfel că în momentul conectării
motorului, unul singur este în st are cupl ată, celel alte două fiind decupl ate.
Fig. 4.1.8. Trolii cu un singur motor și reductor cu m ai multe viteze
Acțion area acestor trolii se face cu moto are asincrone cu rotorul bobin at,
pornire a și oprire a făcându -se pe trepte reost atice. Ro ata de frână este pl asată pe
arborele intermedi ar asigurându -i-se în acest fel o legătură inem aticp rigidă,
perm anentă cu t amburul. Troliul din fig 4.1.8., este prevăzut și cu frână
electrodin amică pentru re alizarea de microviteze. El prezintă p articul aritatea
constructivă că, în scopul asigurării p aralelismului axelor angren ajului exterior,
carcasa reductorului de tur ație este centr ată și sprijinită pe osia nerotito are a
tamburului de c ablu.
Trolii de acest tip sunt utiliz ate pentru mecnismul de ridic are a sarcinii a
unor mec arale turn pentru construcții cu înălțime m are de ridic are. Pentru troiliul
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
36 din fig. 4.1.9. sistemul prezintă avantajul re alizării unei productivităi sportite,
întrucât s arcinile subnomin ale pot fi ridicаt e cu viteze superio are și de asemene a
– avantajul utilizării r aționale a puterii motorului. De avantajul princi al în
constituie imposibilit atea comutării în funcțion are a vitezelor, cum și necesit atea
utilizării unui limit ator de s arcină selectiv. Se mențione ază că fi abilitatea
sistemului depinde în primul rând de comport area cuplajelor.
În fig x.x, este prezent ată varianta îmbunătățită l a care to ate angren ajele sunt
plasate în interiorul reductorului.
Fig. 4.1.9. Troliu cu un singur motor l a care toate angren ajele sunt pl asate în interiorul reductorului
Dacă Q1 și v1 sunt s arcina nomin ală, respectiv vitez a nomin ală, atunci
sarcinile subnomin ale Q3 < Q 2 < Q 1 și vitezele de ridic are v3 >v2 > v 1 trebuie să
respecte condiți a impusă puterii: Q1 v1= Q2 v2= Q3 v3. Dacă se aleg Q2 și Q3 atunci
din eg alitatea de m ai sus rezultă viteele v2 și v3 a căror cuno asștere servește a
determin area rapoartelor de tr ansmisie.
4.1.2.3 Trolii acțion ate cu două moto are și mec anism pl anetar – defereți al
În raport cu troliile cu un singur motor și reductor de tur aie cu m ai multe viteze,
troliile cu două moto are și mec anism pl anetar diferenți al prezintă avantajul
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
37 posibilității trecerii în s arcină, în timpul funcționării, e l a o viteză l a alta. În același
timp prezintă o m ai mare sigur ață în funcțion are, org anale mec anice ale acestor a
fiind cupl ate în perm anență. Se mecțione ază însă că angren ajele pl anetare sau
diferenți ale sunt mai sensibile l a imprecizii de execuție în r aport cu angren ajele
norm ale întrucât trebuie s atisfacă m ai multe cerințe de n atură geometrică în
același timp. Din acest motiv angren ajele rebuie re alizate într -o clasă de precizie
superio ară, prin urm are sunt m ai scumpe.
În fig 4.1.10., este prezent ată schem a cinem atică a unui troliu prevăut cu
două grupe de antren are (motor, reductor și frână) și mec anism pl anetar-
deferenți al plasat în interiorul t amburului. Sistemul permite re alizarea a trei viteze
de ridic are și tot atâtea de coborâre. Pentru un anumit sesn de rot ație al motorului
princip al, al doile a motor se po ate găsi într -una din următo arele situ ații: să fie
deconect at și frân at (funcțion area sistemului asemene a mecanismului pl anetar) fig
x.x. pl asarea mecanismului diferenți al la sârșitul l anțului cinem atic, în interiorul
tamburului este avantajoasă întrucât permite utiliz area unor reducto are de tur ație
tipizate, de uz gener al.
Fig. 4.1.10 . Troliu cu două moto are și mec anism pl anetar-diferenți al plasat în tambur
Din studiul cinem atic al mec anismului rezultă:
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
38 𝜔𝐻=𝜔𝑐𝑟𝑐
𝑟𝑐+𝑟𝑠2[1+(𝜔𝑘
𝜔𝑐∙𝑟𝑘
𝑟𝑐−1)𝑟𝑠2
𝑟𝑠1+𝑟𝑠2]
(4.1.5)
𝑖𝑘𝐻𝑐=𝑟𝐻
𝑟𝑘∙𝑟𝑠1∙𝑟𝑠2
𝑟𝑠2
(4.1.6)
𝑖𝑐𝐻𝑘=𝑟𝐻
𝑟𝑘∙𝑟𝑠1∙𝑟𝑠2
𝑟𝑠1
(4.1.7)
unde: 𝜔𝐻, 𝜔𝑐, 𝜔𝑘, sunt vitezele unghiul are ale brațului ports ateliți H (solid ar cu
tamburul), roții centr ale Zc și coro anei dinț ate Zk; 𝑟𝐻, 𝑟𝑐, 𝑟𝑘, 𝑟𝑠1, 𝑟𝑠2 – razele
brațului ports ateliți, roții centr ale, coro anei și s ateliților; i ar 𝑖𝑘𝐻𝑐, 𝑖𝑐𝐻𝑘 – rapoatele
de transmitere ale mec anismului funcționând în regim pl anetar cu rot a
Zk element comnducător și Zc fix, respectiv cu ro ata Zc element conducător și Zk
fix.
Pentru alegere a celor două moto are și a frânelor este neces ar ca, pornind de l a
cuno așterea momentului de torsiune rezistent aplicat tamburului MH și a vitezei
sale unghiul are 𝜔𝐻, și presupunând că geometri a și cinem atica mecanismului este
de asemene a cunoscută, să se st abilească rep artiția momentelor de torsiune l a
axele celor două elemente conducăto are: Mk și Mc.
Studiul rep artiției momentelor de torsiune între elementele conducăto are
ale mec anismului diferenți ale prezintă p articul arități specifice, i ar relațiile fin ale
de calcul de l a un tip de diferenți al nu se pot aplica întocm ai la un tip distinct.
a) Studiul regimului motor
Regimul motor v a fi studi at în ipotez a că cele două elemente conducăto are
k și c au același sens de rot ație, anume cel corespunzător ridicării s arcinii;
mecanismul lucre ază în regim diferenți al.
Ecuația de echilibru a momentelor de torsiune aplicate la axa elementelor
centr ale este:
𝑀𝑘+𝑀𝑐+𝑀𝐻=0
(4.1.8)
în care momentele de torsiune se introduc cu semnele lor ( 𝑀𝑘, 𝑀𝑐 sunt momente
moto are, active – deci pozitive, i ar 𝑀𝐻- moment rezistent, deci negativ).
Momentul de torsiune se determină cunoscând efortul din c ablul c are se înfâșo ară
pe tambur S și diametrul de înfășur are Dm:
Între momentle de torsiune 𝑀𝑐 și 𝑀𝑘 există rel ația:
𝑀𝐻=−𝑀𝑘∙𝑖𝑘𝑐𝐻∙𝜂𝑘𝑐𝐻
(4.1.9)
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
39 în care 𝑖𝑘𝑐𝐻 ș𝑖 𝜂𝑘𝑐𝐻 sunt, respectiv, r aportul de tr asmitere și r andamentul tr ansmisiei
de la coroana k la roata centr ală c, când br ațul H este imobil și se determină c a în
cazul angren ajelor cu axe fixe:
𝑖𝑘𝑐𝐻=−𝑍𝑠1
𝑍𝑘∙𝑍𝑐
𝑍𝑠2, 𝜂𝑘𝑐𝐻=𝜂𝑘𝑠1∙𝜂𝑠1𝑐
(4.1.10)
Semnul minus semnifică f aptul că în ipotez a brațului imobil vitez a 𝜔𝑐 este de
sens contr ar vitezei 𝜔𝑘, iar semnul minus m archează faptul că în aceeași ipoteză
𝑀𝑐 și 𝑀𝑘 trebuie să aibe același sens.
Introducând ( 4.1.9 ) în condiți a de echilibru ( 4.1.8 ) rezultă
𝑀𝑘=−𝑀𝐻
1−𝑖𝑘𝑐𝐻∙𝜂𝑘𝑐𝐻
(4.1.11)
Și introducând acest rezult at în ( 4.1.9 ) se obține expresi a lui 𝑀𝑐:
𝑀𝑐=𝑖𝑘𝑐𝐻∙𝜂𝑘𝑐𝐻
1−𝑖𝑘𝑐𝐻∙𝜂𝑘𝑐𝐻𝑀𝐻
Vitezele periferice, vitezele unghiul are și momentele de torsiune, i ar forțele
tangenți ale din angren aje:
𝐹𝑠1=𝑀𝑘/𝑟𝑘, 𝐹𝑠2=𝑀𝑐/𝑟𝑐, 𝐹𝐻=𝑀𝐻/𝑟𝐻
(4.1.12)
Randamentul gener al al mec anismului diferenți al este:
𝜂(𝑘,𝑐)𝐻=𝑖𝑘𝑐𝐻∙𝜂𝑘𝑐𝐻−1
𝜂𝑘𝑐𝐻(𝑖𝑘𝑐𝐻−1)−𝑖𝑘𝐻(1−𝜂𝑘𝑐𝐻)
(4.1.13)
Puterile arborilor roților conducăto are Zk și Zc sunt:
𝑁𝑐=𝑀𝑐∙𝜔𝑐
𝑁𝑘=𝑀𝑘∙𝜔𝑘
(4.1.14)
Putere a totală pierdută este:
𝑁𝑓=(1−𝜂𝑘𝑐𝐻)𝑖𝑘𝑐𝐻
𝑖𝑘𝑐𝐻∙𝜂𝑘𝑐𝐻−1𝑀𝐻∙𝜔𝐻.
(4.1.15)
4.1.2.5 Sisteme combin ate; modific area numărului de r amuri port ante ale
palanului.
Acțion area electromec anică creează multiple posibilități de re alizare a mai multor
viteze, inclusiv microviteze. De regulă posibilitățile sun combin ate în scopul
realizării unei microviteze și a două -trei viteze de lucru. Astefel troliile cu trei
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
40 viteze sunt echip ate și cu frâne cu curenți turbion ari în vedere a realizării unei
microviteze, i ar troliul cu două moto are și un mec anism diferenți al este dot at cu
un număr comut abil de poli a cărui conect are pe înfășur area cu 12 poli asigură
realizarea microvitezei.
Fig 4.1.11 Troliu cu două viteze și miroviteză
1. motor auxiliar;
2. cuplaj;
3. motor principal;
4. cuplaj ;
5. mecanism planetar;
6. angrenaje permanente;
7. angrenaje permanente;
8. manșon mobil;
9. tambur.
În cadrul mec anismelor de ridic are, posibilitățile de re aliare a mai multor
viteze ale troliului pot fi dubl ate prin fructific area posibilităților de modific are a
raportului de tr ansmitere al panannului de ridic are a sarcinii, prin modific area fie
a numărului de r amuri port ante, fie a numărului de r amuri acțion ate. În c adrul
primei solu ții prin creștere a numărului de r amuri port ante vitez a de ridic are se
reduce, d ar crește crește corespunzător c apacitatea portantă, asfel că putere a
neces ară acționării nu se modifică. L a cea de-a doua soluție prin acțion area celei
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
41 de a doua ramuri a cablului vitez a de lucru se duble ază, d ar se duble ază totod ată
și putere a. [2]
4.2. Mec anismul de rotire
Mecanismul de rotire servește la deplasarea sarcinilor în plan orizontal, prin
rotirea părților lui rotitoare. După modul de rezemare mecanismele de rotire pot
fi cu coloană sau cu placă turnantă, c oloana mecanismului de rotire poate fi fixă
sau rotitoare. Platformele turnante pot fi realizate: cu placă cu roți și cu pivot de
centrare descărcat sau încărcat; cu placă cu roți și contraroț i; cu placă pe role sau
rulment; cu bile sau role cilindrice, etc.
La mecanismele cu coloană rotitoare în unele situații lagărele radiale sunt
înlocuite cu o baterie de role exterioare sau interioare. Pentru a se obține o variație
minimă a încărcării pe r olă, ele trebuiesc amplasate la distanțe egale, întrucât la
rotirea mecanismului reacțiunile își schimbă poziția, încărcarea maximă apărând
pe rând la fiecare rolă. Rolele se execută sub formă cilindrică sau role butoi,
verificarea de rezistență se face la solicitarea de contact. [4]
Orice sistem de rotire este alcătuit dintr -un mec anism de acțion are, denumit
mecanism de rotire și dintr -un ansamblu de org ane de m așini prin c are partea
rotiro are a macaralei se sprijină pe p artea nerotito are, se numește sist em de sprijin
și de rotire.
Mecanismul de rotire are în componenț a sa un grup de acțion are ( motor,
reductor de tur ație, frână) și o tr ansmisie dinț ată fin ală de tip pinio -coroană
dințată. Amplasarea mecanismului se recom andă a se face pe p artea rotito are a
macaralei, dec alat cu 90 ˚ față de axa brațului, astfel se asigură condiții f avorabile
angren ajului pinion -coroană fixă. În c azul inst alațiilor se pot folosi două grupuri
de acționare, amplasate diagonal opus reducându -se astfel solicit area angren ajelor
finale la jumate, iar forțele din cele două puncte de angren are se reduc l a un cuplu
de forțe t angenți ale, astfel se evită solicit area organelor sistemului de sprijin al
părții rotito are. În c azul m acaralelor cu sistem de sprijin oscl ant, pe l agăr sf eric,
care admite sub încărcările de explo atare devi ații unghiul are in admisibile, în
scopul bunei funcționări a angren ajului, antren area părții rotito are se f ace cu
mecanism cu c ablu, acest sistem se întâlnește cel m ai des l a macaralelr portu are
și la cele turn.
Mecanismele de rotire trebuie să respecte anumite cerințe și p articul arități
și cerințe ce determină alcătuire a și funcțion area. Aceste mec anisme trebuie să
poată pune în mișc are m ase m ară (între aga parte rotito are a macaralei plus
sarcina), având momente de inerție m ari. Astfel regimurileor de tr anzitorii trebuie
să li se asigure o desfășur are progresivă, fără șocuri, în acest scop în c azul
acționării electrice se utilize ază moto are cu pornire pe 2 -3 trepte reost atice,
sisteme cu frân are electrodin amice, cupl aje hidr aulice, amortizo are. Altă
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
42 particul aritate o constituiev aloare mică a vitezei de regim: 0,5 -2,5 rot/min, în
funcție de mărime a și tipul m acaralei.
Moto arele de acțion are au turații de ordinul 750…1500 ro/min, astfel încât rez ultă
rapoarte de tr ansmitere m ari, curent în jurul v alorii i=1000. În mod frecvent sunt
utiliz ate reducto arele melc ate în duoă s au trei trepte în speci al reducto arele
planetare. Pentru evit areaavariilor în c azul m acaralelor sensibile l a răsturn are, în
lanțul cinem atic se introduc cupl aje de sigur anță mec anice, s au inductive cu
alunec are. [2]
4.2.1. Mecasnime de rotire acțion ate cu motor electric
Fig. 4. 2.1. Schem a de funcțion are a unui mec anism de rotire acțion at de un motor electric
În figura 4.1. e ste prezentat schema mecanismului de rotire, folosit la macaralele
turn cu braț orizontal. Sistemul este alcătuit din:
1. motor electric asincron;
2. frână axială;
3. reductor de turație;
4. transmisie planetară;
5. rulment de reazem;
6. frână electrodinamică;
7. element de fi xare al carcasei reductorului;
8. manșon canelta.
4.2.2. Mec anisme de rotire acțion ate cu motor hidrost atic
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
43 Prin utiliz area acționării cu moto are hidrost atice schemele cinem atice ale
mecanismelor de rotire se simplifică deo arece dispozitivele mec anice și
electromec anice de protecție l a suprasarcină, nu m ai sunt neces are, functie
prelu ată de o sup apă de sigur anță pl asată în circuitul de refu are al pompei. Atfel
schemee de acțion are nu diferă de cele ale mec anismelor acțion ate cu moto are
electrice. Schemele de acțion are hidrost atică, în schimb se complică întrucât este
neces ară dot area cu blocuri anticavitațională a motorului hidrost atic.
Fig. 4.2.1 Mecanism de rotire cu motor hidrostatic
În figur a 4.2.1 este prezent ată schem a cinem atică pentru mec anismele de rotire
ale m acaralelor cu acțion are disel -hidrost atică. Motorul cu pisto ane axiale
transmite mișc area prin intermediul m anșonului cu cupl are (2) roții centr ale (3) a
primei trepte pl anetare, care m ai conține s ateliții (4), coro ana fixă (5) și br ațul
ports aeliți (6). Această ste prev aută cu m anșon dinț at din s ateliții (8), coro ana (9)
și brațul (10). Prin m anșonul dinț at se antrene ază arborele de ieșire (11) pe c are
se găsește pinionul (12). Sistemul asigură elementelor cu mișc are compusă (br ațe
port s ateliți, și s ateliți) autocentr area în funcțion are și ceee a ce duce l a creștere a
fiabilității reductorului. Oprire a mișcării este re alizată cu ajutorul frânei
comandate cu s aboți interiori (13).
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
44
Fig. 4. 2.2 Schem a hidraulica a mecanismelor de rotire
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
45 Schem a de acțion are hidr auică este prezent ată în figur a 4.4, în c are:
P – pompă de debit;
SP – supapă de protecție la supra sarcină;
D – distribuitor cu două căi și trei poziții;
BAC – bloc de protecție anticavitațional;
MH – motor hidrostatic;
F- filtru;
SF – supapă de ocolire;
FD – frână u comandă deschisă;
CF – cilindru hidraulic de frânare;
PC – pompă de comandă;
Sc1/Sc2 – supapă;
SS1/SS2 – supapă de sens;
Blocul de protecție anticavitațională intervine în procesul de frân are. La comanda
de oprire ser tarul distribuitorului este adus în poziți a neutră. Din c auza inerți ei
mari a părții rotito are a macaralei, motorul m ai face un anumit numr de rot ații
până l a oprire. În acest timp el v a lucra în regim de pompă, ridicând presiune a la
ieșire pe până l a valoarea de deschidere a supapei Sc1 s au Sc2, funcție de sensul
de rotire. Se st abilește astfel un circuit închis prin sup apa Sc deschisă. În funcție
de randamentul volumic al motorului ηv și de diferență m are de presiune st abilită
între intr area și ieșire a lui, acesta drene ază în exteriorul circuitului inchis spre
rezervor, debitul Δq. Dacă este debit nu este compens at pe conduct a de aspirație
a motorului (devenit pompă) se cre ază un deficit de lichid c are ar conduce l a
scaădere a presiunii până la valoarea de ev aporare a mediului hidr aulic, cee a ce
deermină inițiere a fenomenului de c avitație. Se evită acest lucru prin aspirația de
compens are prin un a din sup apele de sens SS1, SS2.
În mod frecvent, l a macalarele complexe, pomp a P poate aliment a încă un
circuit în afara celui pentru motorul de rotire. În acest c az distribuitorul D are trei
căi, a treia fiind ce a de tr ansfer a debitului spre distribuitorul celui de al doile a
circuit. Această cale este deschisă pe poziți a netruă a sertarului și est e obtur ată pe
cele două poziții de lucru.
În cazul în c are se opte ază pentru utiliz area de frâne norm al închise, singur a
modific are apare în p artea de sus a scheme, c are trebuie re alizată o sup apă de sens
cu funcție s au. [2]
4.3. Mec anismul de b asculare a brațului
Bascularea brațelor reprezintă mișc area de înclin are a brațelor m acaralelor
cu sau fără s arcina. În primu c az înlin area servește l a deplasarea sarcinii astfel în
raza de acțiune a macaralei. În al doile a caz se înce acă corel area razei de acțiune
cu valoarea sarcinii astfel încât sp nu fie dep așit momentul nomin al al macaralei.
Mișc area de înclin area a brațului cu s arcină este deobicei o mișc are uzu ală și se
efctue ază cu viteze rel ativ ridicаt e, spredeosebire de mișc are de înclin are pentru
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
46 schimb area poziției br ațului este puțin frecventă și po ate fi execut ată cu viteză
redusă. L a macaralele l a care înclin area brațului nu este mișc are de lucru,
deplasarea pe orizont ală a sarcinii se asigură prin depl asarea întregii m acarale.
Mecanismele de basculare a se pot se cl asifică din punct de vedere
constructiv în:
– mecanisme cu p alan cu c ablu și troliu (m acarale turn, m acarale
pe șenile, pe pneuri și autom acarale cu br aț zăbrelit);
– mecanisme cu cilindri hid aulici ( m acarale pe pneuri și
autom acarale acțion ate hidrost atic care sunt prevăzute cu br ațe
telescopice);
– mecanisme speci ale (cu mec anism șurub -piuliță, cu mec anism
bielă m anivelă – macarale portu are și m acarale plutito are).
4.3.1. Mec anisme de înclin are cu p alan cu c ablu
În funcție de tipul constructiv al mec anismelor de înclin are cu p alan cu
cablu, se determină amplasarea troliului, precum și lungime a brațului. Sitemul cu
cea mai simplă alcăturire este utiliz at la brațele de lungime mică (20 m) ale
autom acaralelor, m acaralelor pe pneuri s au pe șenile.
Sistemul de inclinare a brațului fără contrabraț este alcătuit din:
1. braț articulat la bază;
2. tiranți flexibili;
3. palan de basculare;
4. tamburul troliului de basculare;
5. α – unghiul pe care îl face brațul cu orizontala;
Fig. 4.3.1 Sistemul de înclin are a brațelor fără contr abraț
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
47
Fig. 4.3.2 Sistemul de înclin are a brațelor cu contr abraț
Sistemul de înclinare a brațelor cu contrabraț este alcătuit din:
1. braț articulat la bază;
2. tiranți flexibili;
3. palan de basculare;
4. tamburul troliului de basculare;
5. contrabraț;
6. α – unghiul pe care îl face brațul cu orizontala;
Sistemul este utiliz at de obicei în c azul br ațelor lungi, de regulă alcătuite din
tronso ane. Contr abrațul are rolul de a îndepărt a grupul mobil de role al palanului
de articul ația brațului și a păstr a const ant unghiul tir anților cu axa brațului. În
acest fel se limite ază atăt tensiune a din tir anți cât și efortul de compresiune în
braț. Dacă br ațul este tronson abil, atunci și tir anții sunt acătuiți din tronso ane.
4.3.3. Înclin area brațelor cu cilindri hidr aulici
Sistemele cu cilind ri hidr aulici sunt utiliz ați pentru înclin area brațelor cu
construcție chson ată. Prezintă avantajele proprii acționări hidr aulice, d ar, datorită
lungimii limit ate a cilindrilor, determină lucrul l a încovoiere în consol a brațelor.
Se împun restricții asupra lungimii tot ale a brațelor și a mărimii s arcinilor, astfel
se condițione ază perform anțele m acaralelor să utilizeze oțeluri superio are pentru
construcți a brațelor.
În funcție de mărime a sarcinii și a brațului, înclin area se face cu unul s au doi
cilindri. Se recom andă pe cât posibil folosire a unui cilindru deo arece în c azul
lucrului în p araleleste neces ar echip ament hidr aulic supliment ar pentru asigur area
încărcării e gale a cilindrilor cee a ce duce l a coplic area schemei.
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
48 În figura 4.3.3 este prezentată schema tipică de acționare hidraulică a unui
mecanism de basculare cu un cilindru.
D – distribuitor;
P- pompă;
SS – supapă de sens;
CH – cilindru hidraulic;
F – filtru;
T – revervor;
R/C – poziții ale distribuitorului;
DC – distribuitor;
DR – poziție a distribuitorului DC;
SP – supapă de protecție a pompei;
SF – supape de ocolire a filtrului;
SSR 1 – supapă de reglaj a vitezei de coborâre SVC
[2]
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
49
Fig. 4.3.3 Schem a de acțion are hidr aulică a mecanismelor de b asculare
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
50 CAPITOLUL 5. NOȚIUNI PRIVIND ME CANISMUL DE RIDIC ARE AL
INST ALAȚIEI DE RIDICАT TG TG 6821 – 2013 – CM PT
5.1. Mecanismul de ridicare a sarcinii
Mecanismul de ridicare este cel care asigură ridicarea sau coborârea sarcinii
la o anumită înălțime și poziție la viteza necesară, dar și oprirea sarcinii în
momentul ridicării – coborârii. Mecanismul acționează cu intermitență, cursa
activă, cea de ridicare a sarcinii cuprinde trei faze: accelerarea sau demarajul,
regimul permanent și oprirea sau frânarea.
În cazul macaralelor plutitoare sau amplasate pe platforme maritime apar
situații în care instalația de ridicаt este nevoită să lucreze în imersiune pe vreme
nefavorabilă care provoacă mișcări ale platformei, iar sarcina aflată în imersiune
trebuie să -și mențină poziția de lucru fixă.
Astfel în acest caz la mecanismele de ridicаt a sarcinii se urmărește
asigurarea funcționării lor astfel ca efectul din cablu dat de forța de inerție a
sarcinii să f ie redus la minim sau eliminat la încetinirea mișcării cablului de
ridicare a sarcinii. Este necesara ca mecanismul să fie prevăzut cu un sistem care
să asigure compensarea ondulației mării, precum și încetinirea mișcării cârligului
la coborârea precisă și sigură a sarcinii, mecanismul preluând toate oscilațiile care
apar.
Se notează cu Ms, Mdt, MdR și Mf momentele rezistente, reduse la arborele
motor, datorate forțelor statice, forțelor de inerție ale maselor în mișcare de
translație, forțele de inerție ale maselor în mișcare de rotație, respectiv forțelor de
frecare care acționează la periferia tamburulu i de frână și dacă se consideră
egalitatea ce trebuie să existe între momentul activ Mdm (cuplu motor) și
momentele rezistente menționate, ecuațiile devin:
𝑀𝑑𝑚=𝑀𝑠+𝑀𝑑𝑡+𝑀𝑑𝑅 (5.1)
𝑀𝑓=𝑀𝑑𝑡+𝑀𝑑𝑅±𝑀𝑠 (5.2)
unde:
𝑀𝑠=(𝑄+𝐺𝑠)𝐷𝑡
2𝜂𝑖=30𝜈𝑟(𝑄+𝐺𝑠)
𝜋𝜂𝑖𝑛𝑡=30𝜈𝑟(𝑄+𝐺𝑠)
𝜋𝜂𝑖𝑛𝑚
(5.3)
deoarece
𝐷𝑡
2=30𝜈𝑟
𝜋𝑛𝑡 și 𝑛𝑡=𝑛𝑚
𝑖 iar 𝜂=𝜂𝑝𝜂𝑟 și 𝑖=𝑖𝑝𝑖𝑟
(5.4)
𝑀𝑑𝑡=(𝑄+𝐺𝑠)
𝜂𝑖𝑔∙𝜈𝑟
𝑙𝑎∙𝐷𝑡
2=30𝜈𝑟2(𝑄+𝐺𝑠)
𝜋𝜂𝑖𝑔 𝑡𝑎𝑛𝑡
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
51 (5.5)
deoarece
𝐷𝑡
2=30𝜈𝑟
𝜋𝑛𝑡 ,𝜈𝑟=𝜋𝐷𝑡𝑛𝑡
60 ș𝑖 𝑛𝑡=𝑛𝑚
375 𝑡𝑎
(5.6)
𝑀𝑑𝑅=𝜋𝑛𝑚
30𝑙𝑎∑𝑙1
𝑖𝑖2=𝑛𝑚𝑘(𝐺𝐷2)𝑐
375 𝑡𝑎𝑖
1
(5.7)
deoarece
𝑛𝑡=𝑛𝑚
𝑖𝑥
(5.8)
Fig. 5.1. Schița mecanismului de ridicare [5]
unde Q [kgf] și Gs [kgf] reprezintă (fig. 4.1) greutatea pieselor în mișcare
de translație (sarcina de ridicаt și dispozitivele de prindere a sarcinii);
Dt [m] – diametrul tamburului de ridicare;
η, ηx, ηp, și ηr – randamentele (transmisiei) până la arborele de ordinul x
(socotind de la arborele motor), al palanului și al reductorului;
i, ix, ip, și ir – rapoartele de transmitere totale, până la arborele de ordinul x,
al palanului și al reductorului;
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
52 nt, nx, și n m [rot/min] – turațiile tamburului troliului de ridicare, al arborelui
de ordinul x și al arborelui motorului;
𝜈𝑟 [m/s] – viteza de ridicare a sarcinii (când Q=2 -200 tf atunci 𝜈𝑟=0,3−
1,25 m/s pentru ridicări line.
𝜈𝑟=1−8 m/s în cazul regimurilor de lu cru ușoare;
𝜈𝑟=2−16 m/s în cazul regimurilor de lucru medii;
𝜈𝑟=2−32 m/s în cazul regimurilor de lucru grele;
În general, vitezele de lucru ale macaralelor folosite în construcții sunt date în
tabelele caracteristice tehnice ale instalațiilor de ridicаt respective.
g=9,81 m/s2;
ta [s] – timpul de accelerare ;
∑𝐼𝑖 [kgf m/s2] – suma momentelor de iner ție ale celor i mase de rotație;
∑𝐼𝑖2 – suma pătratelor rapoartelor de trasnmitere corespunzătoare celor i
mase;
(𝐺𝐷2)𝑏 [kgfm2] – momentul de gira ție echivalent
(𝐺𝐷2)𝑒=𝐺𝐷2+𝐺1𝐷12(𝑛1
𝑛𝑚)2
+𝐺2𝐷22(𝑛2
𝑛𝑚)2
+𝐺3𝐷32(𝑛3
𝑛𝑚)2
+⋯+
(𝐺𝑖𝐷𝑖)2(𝑛𝑖
𝑛)2
=𝐺𝐷2+𝐺1𝐷12
𝑖12+⋯+𝐺𝑖𝐷𝑖2
𝑖𝑖2.
(5.9)
Deoarece 𝑖1>𝑖𝑖−1>⋯>𝑖2>𝑖1 rezultă că cu cât raportul de transmitere dintre
arborele motor și arborele pe care se g ăsește al acestuia redus la rborele motor va
fi mai mic; pentru a simplifica calculele se obișnuiește să se șină seama de
influența maselor în rotație ale organelor care compun lanțul cinematic al
mecanismului înmulțind momentul de girație al pieselor de p e arborele motor cu
un coeficient 𝑘>1, adică (𝐺𝐷2)𝑒≅𝑘𝐺𝐷2;
𝐺𝐷2 pentru piesele care au forme geometrice simple sau regulare se calculează
astfel: se înlocuiește în relațiile (4.1) și (4.2) pe Ms, Mdt, și MdR cu valorile din (4.3),
(4.5) și (4.7) rezultă:
𝑀𝑑𝑚=(𝑄+𝐺𝑠)𝐷𝑡
2𝜂𝑖+𝑛𝑚
375 𝑡𝑎∙[(𝑄+𝐺𝑠)𝐷𝑖2
𝜂𝑖2+𝑘(𝐺𝐷2)𝑒]
(5.10)
Raportul ψ dintre momentele 𝑀𝑑𝑚 și 𝑀𝑚 dezvoltate de motor în perioarele de
demaraj de regim se numește ceoficienutul de supraîncărcare a motorului
(𝜓=𝑀𝑚 𝑚𝑎𝑥
𝑀𝑚). Puterea nominală a motoarelor de acționare a mecanismelor de
ridicare se alege pe baza momentului static:
𝑃𝑟=𝑀𝑠𝑛𝑚
975=(𝑄+𝐺𝑠)𝜈𝑟
102 𝜂 [kW]
(5.11)
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
53 Se verifică dacă toate aceste momente au coeficientul de supraîncărcare maxim
𝜆=𝑀𝑚 𝑚𝑎𝑥
𝑀𝑚 suficient de mare pentru ca să asigure momentul necesar în perioada
de pornire (demaraj). Motoarele elctrice pentru macarale au 𝜆=2,3−2,5,
suficient de mare pentru ca motoarele din această categorie, a căror putere a fost
aleasă pe baza cupluilui motor 𝑀𝑠, să corespundă î general și în perioadele de
pornire (accelerare, demaraj). O condiție cu caracter restrictiv care se impune cu
scopul de a limita aloarea sarcinilor dinamice (care ar putea deveni dăunptoare)
este ca puterea de pornire să nu depășeas că puterea de regim cu mai mult de 50 –
60 %.
Când se cunoaște coeficientul de supraîncărcare 𝜓 (corespunzător unui
anumit regim de lucru) timpul de accelerare (demaraj) se determină cu ralația:
𝑡𝑎=2𝑛𝑚𝑖𝜂
375 (1−𝜓)∙(𝑄+𝐺𝑠)𝐷𝑡[(𝑄+𝐺𝑠)𝐷𝑡2
𝑖𝜂+𝑘(𝐺𝐷2)𝑒] [𝑠]
(5.12)
Procesul de frânare este similar cu procesul de demaraj, astfel ]n perioada de
oprire asupra arborelui motor acționează aceleași momente Ms, Mdt, MdR, însă în
acest caz pierderile prin frecare se adaugă efectului de frânare așa că toat e
randamentele care în relația (4.3) intră la numitor, iar în cazul frânării la
numărător. Cu aceste precizări, momentul de frânare, redus la arborele motor
(arborele pe care se montează de obicei frâna) se calculează cu realația:
𝑀𝑓=𝑛𝑚
375 𝑡𝑓[𝜂(𝑄+𝐺𝑠)𝐷𝑡2
𝑖2+𝑘(𝐺𝐷2)𝑒]±𝜂(𝑄+𝐺𝑠)𝐷𝑡
2𝑖
(5.13)
Raportul kf dintre momentul de frânare efectiv 𝑀𝑓, creat de frână și momentul
static dat de sarcina maximă redusa la arborele frânei, se numește coeficient de
siguranță la frânare sau mai simplu coeficient d e frânare. Se determină cu relația
𝑘𝑓=2𝑖𝑀𝑓
𝑓(𝑄+𝐺𝑠)𝐷𝑡𝜂 și valorile lui sunt normate (tabel 4.1) în funcție de felul
acționării și regimul de lucru al mecanismului (normele tehnice pentru construcția
și exploatarea mașinilor de ridicаt ).
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
54 Tabel 5.1 Coeficienți de sigurață la frânare
Momentul de frânare se poate calcula, când se cunoaște 𝑘𝑓, cu relația: 𝑀𝑓≥
𝑘𝑓𝑀′𝑠, astfel relația se scrie sub forma:
𝑀𝑓=𝑘𝑓𝑀𝑠≥𝑀𝑠+𝑀𝑑𝑡+𝑀𝑑𝑅
sau
𝑘𝑓=1+𝑀𝑑𝑡+𝑀𝑑𝑅
𝑀𝑠
(5.14)
Timpul de accelerare (demaraj) depinde de felul acționării, iar timpul de
frânare 𝑡𝑓=(0,6−0,7)𝑡𝑎. Reducerea timpilor de demaraj și de frânare duce la o
micșorare a duratei ciclului de lucru și deci la sporirea productivității mașinii. O
reducere exagerată a ace stor parametri mărește forețele de inerție, ceea ce se
traduce prin apariția șocurilor puternice în mecanisme și în construcția metalică.
Din această cauză, timpii de pornire și de oprire nu trebuie să depășească,
respectiv să scadă sub 1,5 – 2 s. La mecan ismele cu cicluri de lucru mici, influența
timpului de demaraj 𝑡𝑎 și a celui de frânare 𝑡𝑓 este important și de aceea, aceste
mecanisme trebuie să aibă momente de girație minime; la mecanismele cu ciluri
lungi influența timpilor 𝑡𝑎 și 𝑡𝑓 este mică și deci condiția de micșorare a
momentelor de girație nu este atât de strictă. [5]
5.2. Considerații generale asupra p alanelor
Palanele reprezintă unele dintre cele m ai simple mec ansime de ridicаt ,
aceste a se utilize ază fo arte rar în unități independente.
Palanul este alcătuit din două mufle (un a fixă și un a mobilă), fiec are muflă
este form ată din m ai mulți scipeți pe c are se înfășo ară un c ablu de oțel. În c azul
Regimul de lucru și felul acționăriiCoeficientul de
siguranță la frânare k fCoeficienții de siguranță la frânare
Mecanisme cu acționare manuală și
mecanisme cu acționare mecanică,
regim ușor de lucru
Mecanisme cu acționare mecanică,
regim mediu de lucru
Mecanisme cu acționare mecanică și
regim de lucru greu, foarte greu și cu
acționare continuă1,5
1,75
2
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
55 mecanismelor de ridicаt sarcina este prinsă de mufl a mobilă, i ar capătul liber al
cablului se înfășo ară pe t amburului troliului de ridic are.
Clasificarea palanelor:
În funcție de modul de amplasare al cablului:
a) palane la care capătul liber al cablului cobo ară de pe scripetele muflei fixe,
iar celăl alt capăt al cablului este fix at de mu fla fixa;
b) palane la care capătul liber al cablului cobo ară de pe scripetele muflei fixe,
iar celăl alt al capăt c ablului este fix at de mufl a mobilă.
În funcție de r aportul de tr ansmitere al palanului depinde de numărul scripeților:
a) palane simple, când c apătul liber al cablului trece spre t ambur după ce
înfășo ară un scripete de ghid are;
b) palane dublu sunt cele l a care cablul trece direct spre t ambur, deo arece l a
ceastea calurile se înfășo ară simetric pe t ambur. Aceste a dispun de un
scripete de echilibr are sau un b alansier, mont at pe mufl a fixă (când gr adul
de demultiplic are al palanului este p ar), sau pe mufl a mobilă (când gr adul
de demultiplic are este imp ar).
După modul de acționare, palanele se împart în:
a) palane simple (la care acționarea se face manual);
b) electropalane (la care acționarea se realizează prin intermediul unui motor
electric).
5.2.1 Palanele simple.
Palanele simple reprezintă mec anisme de ridicаt independente și se
construiect pentru s arcini de 0,5 – 50 tf. D atorită v alorii mici a raportului de
transmitere și a lipsei unui dispozitiv de bloc are care să asigure menținere a
sarcinii ridicаt e.
Palanele simple se solosesc c a mecanisme de ridicаt independente num ai
în oper ații de ridicаt cu caracter tempor ar.
Mecanisme m anuale de tr acțiune
Se compun din c arcasă în c are se află două perechi de m andrine c are sunt
acțion ate de o pârghie cu dublu efect c are prind și strâng alternativ cablul de oțel
și îl tr ag, oper ația efectuându -se manual, este utiliz at pentru s arcini de până l a 5 t.
Palane m anuale.
Palanele m anuale sunt folosite pentru ridic area sarcinilor mici și pentru
lucrări de mont aj de mică import anță se utilize ază p alanul cu autofrân are
diferenți al, planetar sau melc c are se suspendă de grinzile pl anșeului.
Palanele diferenți ale cu roți pentru l anț pot fi cu l anțuri cu z ale ov ale sau
cu lanțuri cu eclise și bolțuri. Se preferă l anțurile cu z ale ov ale, deo arece permit
deviere a sarcinilor pe vertic ală num ai în pl anul de încovoiere al articul ațiilor
lanțului. În c azul p alanelor diferenți ale cu capacitate de ridic are de peste 5tf,
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
56 sarcina se suspendă de m ai multe fire cee a ce este posibil d acă se do ar dacă se
utilize ază lanțuri cu z ale ov ale.
Palanele se utilize ază în ș antierele de construcții pentru ridic area sarcinilor
mari pe vertic ală la înălțimi mijlocii. C a unități individu ale se recom andă l a
ridicarea elementelor compenente ale construcțiilor met alice în curs de mont are.
5.2.2 Electrop alanele.
Electrop alanele au căpăt at o m are răspândire, deo arece sunt comp acte,
posedă o viteză m are de ridic are și prezintă sigur anță m are în explo atare.
Electrop alanele sunt folosite c a mecanisme de ridicаt independente, d ar și c a
sumansambluri c are intr aă în componenț a unor m așini de ridicаt cum ar fi
macaralele. Electrop alanul este un mec anism mont at într -un corp speci al și
cuprinde: un motor electric pentru acțion are, o tr ansmisie cu roți dinț ate cilindrice,
un tambur pentru c ablu de oțel, un p alan factorial simplu s au dublu din oțel, folosit
ca dispozitiv de tr ansmitere între t ambur și cârligul pen tru sarcină, și un a sau două
frâne. Din punct de vedere constructiv electrop alanele pot fi fixe (st aționare) sau
mobile (depl asabile), cu motorul așezat paralel cu t amburul, cu motorul în lungul
axului t amburului și cu motorul în interiorul t amburului. Electro p alanele fixe se
construiesc pentru s arcini de 0,125 – 5 tf, i ar cele mobile pentru 0,25 – 12,5 tf.
a) Electrop alanele mobile cu motorul în lungul axului t amburului sunt
compuse din :
1) motorul mec anismului de ridic are;
2) arbore;
3) trepte de reducere a tu rației;
4) trepte de reducere a turației;
5) trepte de reducere a turației;
6) arborele tubular al tamburului;
7) tamburul pentru cablu;
8) cablu;
9) rolă de cablu;
10) caseta rolei;
11) cârlig;
12) tambur de frână;
13) frână;
14) suport cărucior;
15) roți de rulare;
16) șină de rulare;
17) angrenaje rulare;
18) angrenaje rulare;
19) motor eletric;
20) cuplaj;
21) cuplaj elastic;
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
57
Fig. 5.2. Schema cinematică a unui electropalan cu motor amplasat în lungul axului
Transmisi a de la motorul electric l a reductor se f ace prin arborele prelungit
prin interiorul tamburului și mont at pe rulmenți. Electrop alanele au frână
electrom agnetică cu discuri acțion ate de arc, iar cele pentru s arcini de peste 5 tf
mai au și o frână cu disc com andată autom at de s arcină.
Electrop alanele prezintă un limit ator de cursă de ridic are, c are
deconecte ază autom at motorul când mufl a mobilă cu cârlig se apropie de corpul
electrop alanului.
Electrop alanele cu c apacitate de ridic are de până l a 0,5 tf sunt depl asate pe
calea de rul are de obicei m anual, iar cele pentru s arcini m ari, depl asarea lor se
realizează cu moto are electrice asincrone trif azate, printr -o transmisie cu roți
dințate cilindrice ori cu melc. Aliment area moto arelor se f ace prin c aptatoarele e
alunec are, de l a o linie de cont act plasată paralel cu c alea de rul are. Conducer ea
se face m anual de l a sl, cu contr actoare com andate cu ajutorul a două
întrerupăto are mont ate pe o conductă electrică flexibilă și prevăzută cu două
butoane: unul pentru ridic are coborâre și celâl alt pentru depl asare dre apta stâng a.
Aceste întrerupăto are și contr actoarele râmăn închie num ai în timpul cât
însoțitorul acțione ază lanțul s au butonul.
b) Electrop alanele cu motorul electric în interiorul t amburului, aceste
tipuri de electro p alane sunt fo arte comp acte și au tambur de di ametru fo arte
mare, c eea ce este avantajos pentru înfășur area cablului de ridic are al
sarcinii.
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
58
Fig. 5.3. . Electrop alan cu motor în interiorul t amburului
1. tambur;
2. role;
3. carcasă;
4. motor;
5. rotor tronconic;
6. alcu elicoidal;
7. tambur de frână conic;
8. suprafață conică fixă;
9. furcă;
10. inel de fixare;
Când se conecte ază motorul l a rețea, rotorul, sub acțiune a câmpului
electrom agnetic, se depl asează în sensul indic at de sâge ata b, iar motorul electric
pornește, antrenânt prin perechile de roți dinț ate r1R1, r2R2, r3R3 și r4 coroana cu
dinți interiori R care se rotește t amburul de ridic are a sarcinii. L a cororâre a
sarcinii, frân a se slăbește cu ajutoru furcii (9), c are acțione ază asupra inelului (10)
fixat pe arbore. Aceste p alane sunt prevăzute cu limit ator de cursă l a ridicare.
Dezavantajele electrop alanelor cu motorul mont at în interiorul t amburului
sunt: răcire a deficit ară a motorului, accesul dificil l a motor și defect area rapidă a
inelelor pe c are sunt reem ate rolele de rul are alea tamburului. Construcți a
tamburului se f ace prin sud area din tablă de oțel subțire, i ar canelurile elicoid ale
de la periferi a acestui a sunt mărunte, cee a ce recl amă utiliz area unor dispozitive
speci ale pentru așezarea cablului și pentru menținere a lui în c aneluri.
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
59 În afară de construcțiile prezent ate, la care motorul este pe aceeași axă
geometrică cu reductorul, frân a și tamburul, m ai există construcții l a care motorul
este p aralel cu t amburul, i ar reductorul se monte ază între axele lor. [5]
5.3 Organe flexibile .
5.3.1. Gener alități.
Mașinile de ridicаt și transport au în componența lor elemente flexibile,
care fac legătura între organele purtătoare de sarcină și cele de acționare sau
ghidare. Organele flexibile servesc la legarea, suspendarea, ridicarea și transportul
sarcinilor, ele trebuie sa f ie suficient de rezistente, durabile și flexibile. Se
utilizează ca organe flexibile: funia, cablul, lanțul și banda. Cablurile sunt cele
mai folosite organe flexibile utilizate la mecanismele de ridicаt , precum și la
diferite tipuri de transportoare sau m ecanisme de tracțiune, asigurând
mecanismului o funcționare sigura, silențioasă. Lanțurile sunt organe de mașini
cu larga utilizare la mecanismele de ridicаt și transportat, ce funcționează în
condiții grele de lucru (temperaturi ridicаt e, suprasolicitări, lovituri, uzură de
frecare și de coroziune). Benzile sunt elemente flexibile care asigura transportul,
ghidarea și susținerea sarcinilor în cazul transportoarelor cu bandă, fiind în același
timp și organul de tracțiune. [4]
5.3.2 Cabluri din oțel
Cablurile reprezintă org ane flexibile alcătuite din una sau mai multe sârme
sau toro ane înfășur ate în formă elicoid ală având în centru o inimă met alică,
veget ală sau miner ală, într -unul s au mai multe str aturi supr apuse.
Toronul este elementul cablului cons tituit dintr -un ansamblu de mai multe
sîrme, înfașurate elicoidal, sprijinite pe o inima centrala în unul sau mai multe
straturi suprapuse. Un toron se caracterizeaza prin: natura inimii; numarul
straturilor de sârma; sensul și pasul elicei descrise de cat re sîrma mijlocie;
diametrul toronului.
Inima este partea centrala a unui toron sau cablu, în jurul careia se înfașoara
sârmele sau toroanele componente, materialele folosite depinzând de condițiile și
mediul de explotare a cablurilor.
Meteri alul de b ază pentru confecțion area cablurilor îl constituie oțelul
carbon de c alitate, având un conținut mediu de c arbon de 0,5 % și o rezistență l a
rupere de ≈60 d aN/mm2. Prin trefil are, b arele de oțel de secțiune circul ară se
transfomă în sârmă, rezistenț a la rupere crescând până l a 120 – 200 d aN/mm2.
După trefil are sârm a se supune unui tr atament în procesul de trefil are, iar în
anumite c azuri sârm a se galvanizează.
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
60 Ca fenomen gener al, se const ată că dur abilitatea cablului crește, d acă
aceasta înfășo ară un num ai mai mic de role și d acă to ate rolele sunt înfășur ate în
același sens. Dur abilitatea cablului crește od ată cu creștere a coeficientului de
sigur anță și a raportului dintre di ametrul rolei confecțion ate din m ateriale cu
modulul de el asticit ate mai redus și cu caneluri cu r aza cât m ai apropi ată de ce a a
cablului, c are determină creștere a durabilității c ablului.
Cablurile multifil are de oțel sunt folosite l a legarea, suspend area, ridic area
sau tractarea sarcinilor s au părților mobile ale macaralelor (cum sunt cărucio arele
de sarcină tr actate sau brațele b asculante cu mec anism cu c ablu). Ele au înlocuit
apropape tot al lanțurile întrucât sunt m ai ușo are, m ai ieftine, prezintă aceeași
flexibilit ate în orice direcție și, cee a ce este deosebit de import ant, au propriet atea
de a nu se rupe brusc, ci – în mod norm al – fir cu fir, cee a ce permite const atarea
ușoară a stării și înlocuire a lor din timp. De asemene a au avantajul de a funcțion a
liniștit, fără șocuri; în consecință permit acțion area cu viteze m ai mari, singurul
dezavantaj în r aport cu l anțurile îl constituie f aptul de a avea o flexibilit ate mai
mică, deci de a necesit a role și t amburi de di ametre m ai mari.
Funcți a princip ală este de a oferi sprijin firelor și pentru a le menține în
poziție corectă în tim pul solicitării. Inim a de oțel cuprinde un c ablu independent
sau, în c azul unor corzi mici, un fir de sârmă. Astfel de miezuri s au dovedit
avantajoase în condițiile de lucru severe c are implică f actori m ari de sigur anță,
viteze m ari de oper are, unghiuri l argi. Miezul de oțel oferă suport m ai bun pentru
firele exterio are, astfel încât c ablul își păstre ază form a, rezultând într -o distribuție
mai eficientă a tensiunii în firele individu ale.
Organele flexibile folosite l a instalațiile de ridicаt și trasport at sunt:
– cablurile: de oțel, veget ale, din fire sintetice;
– lanțurile: cu z ale sud ate, cu eclise și bolțuri;
– benzile de c auciuc: cu inserție textilă, cu inserție met alică. [2]
5.3.3. Clasificarea organelor flexibile .
Există o m are v arietate de c abluri determin ată de v arietatea destin ației și
condițiilor de explo atare, cablurile servesc l a legarea, suspend area și ridic area
sarcinilor. Ele trebuie să fie sufficient de rezistente, dur abile și flexibile. Din acest
motiv, în scopul precizării anumitor amănun te constructive, este utilă cl asificarea
lor. Cl asificarea cablurilor și terminologi a specifică f ac obiectul st andardului
STAS 1710 – 75.
În conformit ate STAS 1710 – 75, cablurile de oțel se cl asifică astfel:
1) După form a secțiunii tr ansvers ale:
– cabluri rotunde, a căror secțiune tr ansers ală se po ate înscrie într -un cerc,
aceste tipuri se folosesc l a mașinile de ridicаt ;
– cablurile pl ate, a căror secțiune se po ate înscrie într -un dreptunghi.
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
61 2) După form a secțiunii tr ansvers ale a toroanelor c ablurile po t fi:
– cu toro ane rotunde ;
– cu toro ane profil ate (cu secțiune tiunghiul ară, ov ală, sau plată), toro anele
cu secțiune triunghiul ară, de f apt sub formă unor secto are de cerc, umplu
mai bine secțiune a cablului conferindu -i acestui a o capacitate port antă m ai
mare, d ar și o rigidit ate m ai mare, toro anele ov ale se utilize ază în
construcți a cablurilor flexibile;
3) După form a secțiunii sârmelor, c ablurile pot fi:
– cabluri deschise – dacă secțiune a tuturor sâ rmelor c ablului este circul ară;
– cabluri semiînchise – dacă stratul exterior este alcătuit din sârme profil ate
dispuse alternativ cu sârme rotunde ;
– cabluri închise – dacă unul s au mai multe str aturi (de l a exterior până l a
interior) sunt alcătuite din sârme profil ate care asigură o bună închidere a
straturilor interio are, alcătutite num ai din sârme rotunde.
4) După felul înfășurării sârmelor (după împletitur a cablurilor)
– cabluri cu împletitură p aralelă: sârmele din toro ane sunt înfășur ate în
același sens înfășurării toro anelor in c ablu (c ablare pe dre apta Z/Z s au Z/S
cablare pe stâng a);
– cabluri în cruce, sârmele din toro ane se înfășo ară în sens invers f ață de
toroane. (S/Z – toroane pe dre apta iar sârmele pe stâng a, Z/S – toroanele
pe stâng a, sârmele în toro ane pe dre apta)Ș
– cablurile cu împletitură mixtă – înfășur area iar împletitur a din toro ane se
face în sens invers f ață de înfășur area sârmelor din toro anele alăturate (
SZ/Z toro anele pe dre apta, SZ/S toro anele pe stâng a).
5) După c aracteristicile constructive de b ază, cablurile rotunde pot fi:
– cablurile simple – monotoron, alcătuite dintr -unul s au mai multe str aturi
răsucite în jurul unei inimi centr ale met alice s au veget ale. Sensul de
înfășur are al straturilor succesive este alternant, astfel încât ultimul str at
să aibe sensul dorit. Denumire a de cablu simplu derivă din f aptul că
fiecare fir component urmărește tr aiectori a unei linii eliciod ale cilindrice
și prin urm are are o curbură simplă. C ablurile simple se execută în
construcție deschisă, semiînchisă s au închisă. C ablurile simple se
utilize ază ca ancoraje și ghid aje flexibile, i ar cablurile semiînchise și
închise drept c abluri purtăto are;
– cablurile duble – compuse re alizate prin înfășur area mai multor toro ane în
jurul unei inimi centr ale. Firele constituente au o dublă curbură
determin ată de înfășur area inițială în c adrul toronului și de înfășur area
toronului în c adrul c ablului. Din acest punct de vedere c ablurile mixte pot
avea cablare paralelă (Z/Z s au S/S), c ablare în cruce (Z/S s au S/Z) s au
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
62 cablare mixtă (SZ/Z s au SZ/S). Simbolul de l a numitor indică sensul de
înfășur are al toro anelor în jurului inimii, i ar cel de l a numărător – sensul
de înfășur are al ultimului str at de sârme în c adrul toronului. L a cablarea
mixtă, toro anele vecine, sensul înfășurării sârmelor din ultimul str at
alterne ază;
– cablurile triple se alcătuiesc prin c ablarea mai multor c abluri duble în jurul
unei inimi nemet alice s au met alice. Este evident că curbur a unei sârme
luată îndependent este triplă.
6) După domeniul de utiliz are:
– cabluri de tr acțiune;
– cabluri de leg are;
– cabluri speci ale.
7) După n atura inimii centr ale cablurile pot fi cu:
– inimă veget ală (cânepă îmbib ată cu ulei veget al);
– inimă miner ală (azbest pentru că rezistă l a temper aturi în alte);
– inimă de oțel (rezistă l a tracțiune a materialului inimii c are rezistă l a
tracțiune a firelor de c ablu).
8) După c alitatea sârmelor:
– cabluri din sârmă de oțel m ată;
– cabluri din sârmă de oțel zinc ată cu str at subțire de zinc;
– cabluri din sârmă de oțel zinc ată cu str at gros de zinc și cositor.
5.3.5 Cablurile duble
Cablurile duble au construcție norm ală, sunt alcătuite din sârme având
același diametru. Numărul firelor dintr -un toron po ate fi 7, 19, 37 s au 61, i ar
numărul toro anelor po ate fi 6 s au 8. Inim a toroanelor este met alică (un fir centr al),
iar inim a cablului po ate fi met alică sau nemet alică. O p articul aritate a cablurilor
de construcție norm ală este aceea că înclin area axei firelor din diferitele str aturi
ale toro anelor, f ață de axa acetor a este eg ală. Prin urm are, lungime a firelor
indiferent de str atul în c are sunt dispuse est e aceeași, dar pasul de înfășur are
variază de l a strat la strat, întrucât di ametrul de înfășur are depinde de poziți a
stratului (str aturilor exterio are le corespund p ași de înfășur are mai mari). De aici
rezultă că firele diferitelor str aturi nu sunt p aralele, se încrucișe ază, iar cont actul
între firele diferitelor str aturi este punctiform. D ar înclin area egală a firelor
toroanelor determină în mod teoretic o distribuție uniformă a efortului tot al din
cablu între firele constituente. C ablurile duble, const rucție norm ală înpreună cu
cele de construcție combin ată constituie c ategori a cea mai frecvent utiliz ată în
domeniul înst alațiilor de ridicаt .
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
63 Calurile duble cu construcție flexibilă, sunt c ablurile având sârme de
același diametru, inimă centr ală nemet alică și toro ane alcătuite dintr -unul s au
maximum două str aturi de sârme înfășur ate în jurul inimii, de asemene a
nemet alică, a toronului. Aceste a sunt utiliz ate în speci al în m arină.
Cablurile duble cu construcție concentrică, sunt c abluri alcătuite din sârme
de același diametru, cu inimă centr ală nemet alică s au met alică și toro ane cablate
în dou a sau mai multe str aturi concentrice. Sensul c ablării toro anelor din str aturile
succesive este alternant, iar sensul înfășurării ultimului str at de s ârme l a toroanele
vecine (situ ate pe acelaș strat) este diferit. În acest fel rezultă un c ablu cu
propriet atea de a fi antigir atoriu, adică un c ablu c are nu prezintă tentinț a de
rasucire atunci când este tension at.
Cablurile duble cu construcție combin ată, sunt c abluri duble alcătuite din
sârme cu di ametre diferite. L a cablurile Se ale, sârmele cu di ametrul m ai mic sunt
plasate în str aturile din interiorul toro anelor, str atul exterior fiind alcătuit din
sârme de di ametru m ai mare; la cablurile W arrington înt re sârmele ultimului str at
al fiecărui toron sunt interc alate sârme de di ametru m ai mic, i ar la cablurile Filler
sârmele cu di ametru m ai mic sunt interc alate între sârmele cu di ametru m ai mare
ale str aturilor interio are ale toro anelor. C ablurile de construcție combin ată se
realizează cu inimă met alică s au nemet alică.
Prin utiliz area sârmelor de di ametre diferite se obține un dublu avantaj.
Primul constă în f aptul că se asigură un coeficient de umplere a secțiunii m ai mare,
ceea ce înse amnă că l a același diametru exterior c apacitatea portantă a cablurilor
de construcție combin ată este – comp arativ – mai mare. Al doile a avantaj constă
în realizarea unui cont act lini ar între sârmele str aturilor succesive ale toro anelor.
Într-adevăr toron area sârmelor din to are str aturile se f ace cu același pas,
ceea ce înse amnă că înclin area firelor diferitelor str aturi nu este eg ală, iar sârmele
din str aturile exterio are se dispun în interstițiile dintre sârmele str aturile interio are,
contactul sârmelor într e straturi re alizându -se pe to ată lungime a firelor. Sub acest
aspect c ablurile de construcție combin ată având p asul const ant, sunt superio are în
explo atare față de c ablurile de construcție norm ală, care au const antă înclin area
sârmelor. Înfășur area cu pas const ant se numește înfășur are paralelă, i ar cea cu
pas unghi const ant se numește înfășur are norm ală.
5.3.6. Caracteristicile mec anice ale cablurile
Pricip alele c aracteristici geometrice și mec anice ale org anelor flexibile în
funcție de tipul constructiv și materialul sârmelor, sunt urmâto arele.
Diametrul nomin al d al cablului – reprezintă di ametrul cercului circumcis
secțiunii tr ansvers ale a acestui a.
Aria secțiunii tr ansvers ale – reprezintă sum a ariilor secțiunii tr ansvers ale
ale sârmelor c are alcătuiesc c ablul:
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
64 𝐴=∑𝜋∙𝑑𝑗2
4𝑗 (5.3.1 )
Coeficientul de umplere ω – este r aport dintre secțiune a metalică a cabluui
și aria cercului circumscris secțiunii tr ansvers ale:
𝜔=4𝐴
𝜋𝑑2 (5.3.2 )
Sarcina teoretică minimă de rupere 𝑆𝑟𝑡 a cablului, reprezintă sum a sarcinilor
minime teoretice de rupere ale sârmelor componente, inclusiv acelea care
alcătuiesc inim a metalică rezist ență:
𝑆𝑟𝑡=𝐴∙𝜎𝑟 (5.3.3 )
unde 𝜔𝑟 reprezintă rezistenț a la rupere a materialului sârmei.
Sarcina reală minimă de rupere Sr reprezintă o s arcină teoretică de rupere
care se obține prin corect area sarcinii teoretice minime de rupere cu ajutorul
coeficientului de scădere a rezistenței kc datorită c ablării s au toronării sârmei.
Acest coeficient este specific fiecărui tip de c ablu.
𝑆𝑟=𝑘𝑐∙𝑆𝑟𝑡 (5.3.4 )
Sarcina efectivă de rupere 𝑆𝑒𝑓 a cablului reprezintă v aloarea efortului de
tracțiune l a care în timpul încercării l a tracțiune se produce rupere a primului toron
al cablului.
Sarcina de rupere tot ală calculată Sc a cablului se determină însumând
sarcina de rupere a fiecărui fir al cablului, determin ată prin încerc area la tracțiune
a firelor prelev ate din c ablu lu ate individu al, în pre alabil îndrept ate. La cablurile
cu inimă met alică se includ și s arcinile firelor inimii în c azul inimii rezistente și
nu se includ în c azul inimii nerezistente. S arcina de rupere tot ală calculată servește
la calculul rezistenței c ablului atunci când nu se po ate realiza rupere a efectivă prin
încerc are a întregului c ablu. Coeficientul de scădere a rezistenței kc este r aportul
între s arcina efectivă de rupere a cablului și sum a sarcinilor efective de rupere a
sârmelor active componente, nec ablate. [2]
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
65 CAPITOLUL 6. PROIECT AREA MEC ANISMU LUI DE
RIDIC ARE AL MACARALEI TG 6821 – 2013 – CM PT
Datorită cererilor tot mai mari pentru încărcarea și descărcarea
încărcăturilor în i ndustria de transport maritim este nevoie pentru a realiza
îmbunătățiri în viteză, versatilitate și acuratețe. Prin urmare, tendințele recente au
motivat cercetarea și dezvoltarea macaralei off-shore, care este un tip de mașină
în platforma off -shore, în general, echipat cu un dispozitiv de ridicare, cabluri de
sârmă sau lanțuri, și fascicole, care pot fi folosite atât pentru a ridica si incarcaturi
mai mici și pentru a le deplasa pe orizonta lă
6.1. Date de proiect are
Tabel. 6.1. D ate de proiect are.
Sarcină cârlig 120 t / 16…40 m
100t / 16…45 m
75 t / 16…50 m
Înălțime a de ridic are 51 m
Raza de acțiune 16…50 m
Vitez a de ridi are cârlig 4 m/min
Vitez a basculare braț 1,6…8 m/min
Vitez a de rotire 0,06…0,33 rpm
Com anda mecanismelor prin autom at regl abil
Locul de com andă din cabină închisă
Grup a de cl asificare (SR ISO 4301 –
1) Macara: A5
Mecanisme: M4
Acțion area: Electrică prin convertizo are de
frecvență
Tensiune a de aliment are 3 x 400 V; 50 Hz
6.2 Calculul p alanului de ridic are.
Alegere a numărului de r amuri se f ace din lit aratura de specilit ate, în c azul
acestui p alan se recom andă 𝑛𝑝=6. [2]
6.2.1. C alculul r andamentului p alanului 𝜂𝑝.
𝜂𝑝=1
𝑛𝑝∙1−𝜂𝑛𝑝
1−𝜂=1
6∙1−0,986
1−0,98=0,95
(6.1)
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
66 6.2.2. Efortul m axim 𝑆𝑡[N].
𝑆𝑡=𝑄
𝑛𝑝∙𝜂𝑝∙𝜂𝑑2=1200000
6∙0.95∙0.982=219206 .90 𝑁
(6.2)
unde 𝜂𝑑=0.98 reprezintă r andamentul rolelor de deviere.
𝑧=2 – reprezintă numărul rolelor de deviere.
𝑄=12 𝑡𝑓=1200000 𝑁=120000 𝑑𝑎𝑁 =1200 𝐾𝑁 – sarcină cârlig
6.3. Alegere a rulmentului axial.
Din ST AS 3921 -88 se alege rulmentul S1316 cu bile pe un rând, cu
următo arele c aracteristici:
𝑑=80 mm
𝐷=140 mm
𝐻=44 mm [9]
6.4. Alegere a cârligului m acaralei.
Se alege din st andardul DIN – 15402 cârlig dublu forj at GD 100, cu cl asa
de rezistență P.
Fig. 6.1 Cârlig dublu forjat [10]
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
67 Tabel 6.2 Principalel dimensiuni ale cârligelor duble forjate
ModelClasa de
rezistență
PClasa de
rezistență
TClasa de
rezistență
Va1 a2 a3 B b1 b2 d1 e2 e3 h1 L L1 yMasa
în kg
GS 1,6 3 5 6,5 56 45 64 78 45 38 36 146 118 56 272 224 4,5
GS 2,5 5 8 10 63 50 72 86 53 45 42 167 132 67 311 253 6,3
GS 4 8 12 16 71 56 80 95 63 53 48 190 148 80 352 285 8,8
GS 5 10 16 20 80 63 90 103 71 60 53 215 165 90 393 318 12,3
GS 6 12,5 20 25 90 71 101 140 80 67 60 240 185 100 465 380 130 17,1
GS 8 16 25 32 100 80 113 150 90 75 67 268 210 112 513 418 145 24
GS 10 20 32 40 112 90 127 166 1000 85 75 286 221 125 558 452 160 34
GS 12 25 40 50 125 100 143 209 112 95 85 316 252 140 643 525 180 55
GS 16 32 50 63 140 112 160 238 125 406 95 357 280 160 727 595 200 77
GS 20 40 63 80 160 125 180 260 140 118 106 405 330 180 815 665 225 112
GS 25 50 80 100 180 140 202 280 160 132 118 455 360 200 905 735 255 160
GS 32 63 100 125 200 160 225 300 180 150 132 510 400 224 1000 810 290 220
GS 40 80 125 160 224 180 252 338 200 170 150 567 447 250 1117 905 320 310
GS 50 100 160 200 250 200 285 355 224 190 170 635 485 280 1226 990 355 430
GS 63 125 200 250 280 224 320 410 250 212 190 710 550 315 1385 1120 400 600
GS 80 160 250 320 315 250 358 168 280 236 212 802 598 355 1570 1270 450 860
GS 100 200 320 400 355 280 402 513 315 265 235 902 688 400 1750 1415 505 1220
GS 125 250 400 500 400 315 450 570 355 300 265 1020 750 450 1965 1590 570 1740
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
68 6.5. Alegere a cablului.
Diametrul minim al cablului se c alcule ază astfel:
𝑑𝑚𝑖𝑛 =𝑐√𝑆𝑡=0,09∙√219206 ,90=42,13 𝑚𝑚 (6.3)
Se alege din st andard SR EN 12385 -4 cablul din oțel 6 x 36
Warrington – Seale+FC cu di ametrul nomun al 𝑑=44 𝑚𝑚, având s arcina minimă
de rupere 1131 kN cu rezistenț a la tracțiune 𝜎𝑟=1170 N/mm2.
Fig. 6.2. Secțiune cablu tip 6×36 Warring ton- Seale+FC [11]
Tabel 6.3. Princip alel caracteristici ale cablurilor . [11]
Diametru nominal Masa liniară Sarcina minimă de rupere
1770 N/mm2 1960 N/mm2
[mm] [kg/100m] [kN] [kN]
20 146,8 283 258,7
22 178 336 313
24 211 365 373
25 229 395 404
26 248 458 437
28 28 526 507
30 330 598 582
32 376 757 662
36 476 843 838
38 530 935 934
40 587 1030 1035
42 647 1131 1141
44 177 1236 1252
46 777 1346 1369
48 846 1460 1490
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
69 6.6. Dimension area și alegere a muflei cârligului .
Se aleg dimensiunile muflei cârligului în funcție de di ametrul nomin al al
cablului din ST AS 3208 -72 conform grupei de funcțion are M4.
Tabelul 6.4. Valorile coeficeintului h1 [12]
Tabel 6.5. Diametrul rolelor [12]
Tabelul 6.6. Dimensiunile c analului. [12]
Diametrul c ablului d h
b a
abateri
limită
27;28 40 53
±0,05 8
29;30 45 59 8
31;32 45 60 8
33;34 50 65 10
35;36 50 67 10
37;38 55 72 11
39;40 55 74 11
41 60 79 11
42;42 60 80 11
43;44 65 86 12,5
45;46 67,5 89 12,5
47;48 70 93 12,5
49;50 72,7 96 12,5
52 75 100 12,5
Cablu
normalCablu
antigiratoriuCablu
normalCablu
antigiratoriuCablu
normalCablu
antigiratoriu
M1 și M2 15 – 13 – 14 –
M3 16 18 14 16 15 16
M4 18 20 14 16 16 18
M5 20 22,4 14 16 18 20
M6 22,4 25 16 18 20 22,4Grupa de funcționareRole de cablu Role de cablu Tamburi de cablu
63 125 250 355 500 710 1000 1400 2000
80 160 280 400 560 800 1120 1600
100 200 320 450 630 900 1250 1800D
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
70 54 77,5 103 12,5
56 80 106 12,5
58 82,5 110 12,5
60 85 113 12,5
Tabelul 6.7. Valorile coeficientului h2. [12]
Numărul de îndoituri ale
cablului într -un ciclu de
funcțion are (w) Role de cablu Tamburi și role de
egalizare
w<5 1 1
6≤w≤9 1,12 1
w≥10 1,25 1
6.6.1. C alculul di ametrului nomin al al rolelor de c ablu D [mm].
𝐷=(ℎ1∙ℎ2−1)∙𝑑=(18∙1.25−1)∙44=946 𝑚𝑚 (6.4)
Conform t abelului 4.2. se alege di ametrul rol elor D=1000 mm și dimensiunile
D= 1000 mm;
a= 86 mm;
b=12,5 mm;
h=65 mm;
l=2·a=172 mm.
Fig. 6.3 Rolă de cablu în secțiune
6.6.2. Calculul de rezistență l a încovoiere al muflei cârligului 𝜎𝑎𝑖=80 𝑁/𝑚𝑚2.
𝜎=𝑀𝑖
𝑊𝑧≤𝜎𝑎𝑖
(6.5)
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
71
Fig 6.4 Diagram a de încărcare muflă cârlig
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
72
a) Calculul forțelor t aietoare T [d aN].
𝑇12=60 000 𝑑𝑎𝑁 (6.6)
𝑇23=60 000 −40 000 =20 000 𝑑𝑎𝑁 (6.7)
𝑇34=20 000 −40 000 =−20 000 𝑑𝑎𝑁 (6.8)
𝑇45=−60 000 𝑑𝑎𝑁 (6.9)
b) Calculul momentelor M [d aN].
𝑀1=0 𝑑𝑎𝑁 (6.10)
𝑀2=60 000 ·75=4 500 000 𝑑𝑎𝑁 (6.11)
𝑀3=60 000 ·(75+172 )−(40 000 ·172 )=7 940 000 𝑑𝑎𝑁 (6.12)
𝑀4=60 000 ·75=4 500 000 𝑑𝑎𝑁 (6.13)
𝑀5=0 𝑑𝑎𝑁 (6.14)
c) Calculul diametrului axului rolei da [mm] .
𝑀𝑖
𝑊𝑧≤𝜎𝑎𝑖<=>7 940 000
𝜋∙𝑑𝑎3
32≤80=>𝑑𝑎=√32∙7 940 000
𝜋∙803
=100 ,36 𝑚𝑚
Se alege di ametrul axei rolei conform ST AS 3208 -72 da= 105 mm.
6.3.3 C alculul di ametrului piuliței de fixare cârligului Dp [mm].
𝐷𝑝=1,25 ·𝐷
𝐷𝑝=1,25·1000 =1250 𝑚𝑚 (6.15)
6.3.4 C alcului dimensiunilor princip ale ale traversei cârligului.
Lungime a intermedi ară Li [mm].
𝐿𝑖=1.5·𝐷𝑝
𝐿𝑖=1.5·1250 =1875 𝑚𝑚 (6.16)
Diametrul fusurilor df [mm ].
𝑑𝑓=𝐷
5…6,5
𝑑𝑓=1000
6=166 ,66 𝑚𝑚
(6.17)
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
73
Lățime a traversei bt [mm].
𝑏𝑡=1,2∙𝐷𝑝
𝑏𝑡=1,2∙1250 =1500 𝑚𝑚 (6.18)
Înălțime a traversei ht [mm].
ℎ𝑡=𝑑𝑓+5,5=166 ,66+55=172 ,16 𝑚𝑚 (6.19)
6.3.5 C alculul de rezistență l a încoviere a traversei cârligului 𝜎𝑎𝑖=80 𝑁/𝑚𝑚2.
𝜎=𝑀𝑖
𝑊𝑧≤𝜎𝑎𝑖
a) Calculul forțelor t aietoare T [d aN].
𝑇12=60 000 𝑑𝑎𝑁
𝑇23=−60 000 𝑑𝑎𝑁 (6.20)
b) Calculul momentelor M [d aN].
𝑀1=0 𝑑𝑎𝑁
𝑀2=120 000 ·937 ,5=112 055 ·103 𝑑𝑎𝑁 ∙𝑚𝑚 (6.21)
c) Calculul lățimii tr aversei cârligului 𝑏𝑡 [mm].
𝑀𝑖
𝑊𝑧≤𝜎𝑎𝑖𝑀𝑖
(𝑏𝑡∙𝑑2)∙ℎ𝑡2
6≤𝜎𝑎𝑖
𝑏𝑡≥112500 ·103∙6
235 ∙172 ,162+80=1044 ,3 𝑚𝑚
(6.22)
Rezultă astfel că lățime a traverse i cârligului 𝑏𝑡=1500 𝑚𝑚 respectă condiți a de
rezistentă admisibilă l a încovoiere.
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
74
Fig. 6.5 Diagrama de încărcare traversă cârlig
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
75
6.7. St abilire a dimensiunilor t amburului.
6.7.1. Di amentrul minim al tamburului Dmin [mm].
𝐷𝑚𝑖𝑛 =(ℎ1∙ℎ2−1)∙𝑑
𝐷𝑚𝑖𝑛 =(16∙1,25−1)∙44=836 𝑚𝑚 (6.23)
6.7.2. Di ametrul fl alșei Dflanșă [mm].
𝐷𝑓𝑙𝑎𝑛 șă=𝐷𝑡+6∙𝑑
𝐷𝑓𝑙𝑎𝑛 șă=900 +6∙44=1164 𝑚𝑚 (6.24)
6.7.3. Grosime a peretelui t amburului δ [mm].
𝛿=0,02∙𝐷𝑡+8,8
𝛿=0,02∙900 +8,8=26,8 𝑚𝑚 (6.26)
6.7.4. Lungime a tamburului Lt [mm].
𝐿𝑡=(𝑛𝑝∙𝐻
𝑧∙𝜋∙𝐷𝑚+𝑛𝑖)∙𝑡
𝐿𝑡=(6∙51
4∙𝜋∙1076+4)∙49=1304 ,90 𝑚𝑚
(6.27)
Se adoptă lungime a tamburului Lt= 1350 mm conform ST AS 6976 – 83
Fig. 6.6 Dimensiunile canelurii tamburului [13]
Fig. 6.7. Detaliu A [13]
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
76
Tabel 6.8. Dimensiunele c analelor pentru c ablu. [13]
nominal abateri nominal abateri
3,2 2,3 7 0,5 6 13,5 9,5 28 0,8 25
3,7 1+0,1 2,7 8 0,5 7 14 1+0,1 10 29 0,8 26
4,2 0 3 9,5 0,5 8 0 10,5 30 0,8 27
4,8 3,5 10,5 0,5 9 10,5 31 0,8 28
5,3 4 11,5 0,8 10 11 33 1,3 29
6 4,5 13 0,8 11 11,5 34 1,3 30
6,5 4,5 14 0,8 12 12 35 1,3 31
7 5 15 0,8 13 12 36 1,3 32
7,5 5,5 16 0,8 14 12,5 37 1,3 33
8 1+0,2 6 17 0,8 15 1+0,2 13 38 1,3 34
8,5 0 6 18 0,8 16 0 13,5 39 1,3 35
9 6,5 19 0,8 17 14 41 1,3 37
9,5 7 20 0,8 18 14,5 42 1,6 38
10 7,5 21 0,8 19 15 44 1,6 39
10,5 7,5 22 0,8 20 16 47 1,6 42
11 8 24 0,8 21 16,5 48 1,6 43
12 8,5 25 0,8 22 16,5 49 1,6 44
12,5 9 26 0,8 23 18 53 2 47
13 9 27 0,8 24 24 18 54 2 4821
2315
16
17
18
19
20h min t r2 minDiametru
cablu d 1r1h min t r2 minDiametru
cablu d 1r1
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
77
6.8. Determin area puterii neces are motorului de acțion are și alegere a
prelimin ară a acestui a Pa [kW].
𝑃𝑎≥𝑃𝑎 𝑛𝑒𝑐
𝑃𝑎 𝑛𝑒𝑐=𝑆𝑡∙𝑣𝑟∙𝑖𝑝
60∙1000 ∙𝜂𝑡
𝑃𝑎 𝑛𝑒𝑐=219206 ,9∙0,06∙6
60∙1000 ∙0,8=103 ,15 𝑘𝑊
(6.28)
Se alege motor asincron cu rotor în scurtcircuit tip MIS 315 M cu umăto arele
caracteristici:
putere a nomin ală Pa= 110 kW;
turația n= 150 rpm;
randamentul η= 94 %
factor de putere cos𝜑=0,9.
Tabel 6.9. Princip alel dimendiuni ale unui motor asincron cu rotor în scurtcircuit tip MIS.
A AA AB B B1 BA BB C D E F GA H HD L K UMărime
manșon n
2 60 64
4 ,- 8 65 69
2 65 18 69
4 ,- 8 75 20 79,5
2 65 18 69
4 ,- 8 75 20 79,5
2 65 140 18 69 1150 430
4 ,- 8 80 170 22 85 1180 460
2 70 140 20 74,5 1290 430
4 ,- 8 90 170 25 95 1320 460
2 70 140 20 75,5 1425 435
4 ,- 8 100 210 28 106 1535 505φ60Dimensiuni (mm)
IPE48
315M 457 610
355L 610 720 630 -835580
219 216 315 825
28
254 254 355 890315S
508
120640408
-358
280M 419 490 1010 358440
190 190 280 665950913
24348
IPE 42 280S
457 90 550368
-405 168
14018 250 680Gabarit 2P
250M 406 85 490 349 – 80
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
78
Fig 6.8 Motor electric asincron MIS 315S
6.9. Determin area raportului de tr ansmisie și alegere a reductorului.
6.9.1. Determin area raportului de tr ansmisie ir[rot/min].
𝑖𝑟=𝑛
𝑛𝑡=1500
7,09=211 ,56 𝑟𝑜𝑡/𝑚𝑖𝑛
𝑛𝑡=𝑣𝑟∙𝑖𝑝
𝜋∙𝐷𝑚=4∙6
𝜋∙1,076=7,09
(6.29)
6.9.2. Alegere a reductorului.
În funcție de r aportul de tr ansmisitere al reductorului, se alege din STAS
11915 -80 reductor cilindric cu trei trepte, seri a 3H 1-001 A 1530 cu următo arele
specific ații:
Fig. 6.9. Reductor cilindric cu trei trepte 3H1 -001[6]
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
79 Tabel 6.10. Puteri nomin ale ale reducto arelor cilindrice cu trei trepte, seri a 3H1-001. [6]
Raportul de
transmitere
e A
305 285 485 610 770 970 1220 1530
Puteri nominale, kW
45 1,32 2,8 5,45 10,6 22,4 59,5 97 145
50 1,15 2,36 4,62 9,25 19,5 52,5 84 126
56 1,03 2,24 4,25 8,25 18 47 75 102,5
63 0,96 2 3,75 7,5 16 43 69 103,5
71 0,85 1,8 3,45 6,7 14,5 39,2 62 93
80 0,71 1,45 2,9 5,6 11,5 32 53 79,5
90 0,65 1,32 2,65 5 10,6 30 47,5 71,5
100 0,58 1,21 2,36 4,62 9,75 26,6 42 63
112 0,53 1,09 2,18 4,25 9 24,5 38,5 57
125 0,475 1 1,95 3,75 8 22,4 35,4 54
14 0,437 0,9 1,8 3,4 7,3 19,6 31,4 48
160 0,365 0,75 1,5 2,9 6,15 16,5 26,2 39,5
180 0,307 0,65 1,25 2,43 5,15 14,4 22,4 33,5
200 0,257 0,545 1,06 2 4,37 11,4 19,5 29,5
224 0,23 0,487 0,95 1,85 4 10,5 17,2 27
250 0,19 0,387 0,75 1,7 3,15 8,8 13,5 20,5
Tabel 6.11. Dimensiunile princip ale ale reducto arelor cilindrice cu trei trepte, seri a 3H1-001. [6]
A 305 485 610 770 1530
A1 80 125 160 200 400
A2 100 160 200 250 500
A3 125 200 250 320 630
B 128 192 234 195 550
C 68 125 130 45 342
D 20 30 40 410 76
E 130 210 260 550 666
F 210 320 380 460 780
G 170 260 300 450 660
H 140 225 280 855 710
K 298 458 558 830 1320
K0 263 418 520 1590 1300
L 531 830 1034 1320 2500
L0 430 690 860 325 2150
M 115 190 225 140 395
N 55 90 80 235 170
P 80 103 150 55 318
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
80 d1 18 30 35 130 90
d2 45 70 80 33 180
d3 14 22 22 85 39
l1 28 58 58 200 130
l2 82 105 130 40 240
s 18 26 28 M30 50
Filetul șuruburilor de
fixare M12 M20 M20 1320 M36
Masa fără ulei în kg 70 132 420 720 4200
6.10. C alculul momentului de frân are și alegere a frânei.
6.10.1. Momentul de frân are Mf [daN· cm].
𝑀𝑓 =𝑆𝑡·10−3∙𝐷𝑚∙𝜂
2∙𝑖𝑟
𝑀𝑓 =219206 .9·10−3∙1076 ∙0.85
2∙224=4475 .148 𝑑𝑎𝑁
(6.30)
6.10.2. Alegere a frânei.
Se alege conform frână cu doi s aboți și cu contr agreut ate și electrom agnet
cu cursă lungă KMT – 104 numărul 7.
Tabel 6.12. Dimensiunile princip ale ale frânei cu s aboți
Nr.
Frânei Roata
de
frânare A B L C d e f q h
1 200 x
70 150 300 160 270 M 16 34 74 274 433
2 250 x
90 165 330 210 295 M 16 34 74 274 433
3 325 M 16 40 96 310 518
4 300 x
90 180 360 260 350 M 16 40 96 310 518
5 350 M 16 40 100 1346 518
6 400 x
120 210 420 360 435 M 20 48 100 346 586
7 435 M 20 48 130 450 758
8 500 x
120 270 540 470 530 M 24 85 130 450 748
9 530 M 24 85 160 580 1046
10 500 x
200 300 600 460 600 M 30 80 160 580 4031
11 600 x
200 350 700 544 642 M 30 80 160 580 1151
12 700 x
250 350 700 650 695 M 30 80 160 580 1161
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
81 Tabel 6.13. Dimensiunile princip ale ale frânei cu s aboți
K l l1 l2 l3 l4 m n o p s t
30 180 350 390 86 186 25 308 100 90 80 –
30 220 375 415 110 210 35 312 100 90 80 –
35 220 400 500 110 230 35 342 115 105 119 –
35 250 430 525 114 234 45 346 115 105 110 –
35 250 440 525 114 234 – 396 115 105 110 –
40 360 530 635 114 294 – 400 130 125 125 –
40 360 540 635 114 294 – 494 130 125 125 –
50 450 515 745 148 328 – 498 145 150 140 65
50 450 660 745 148 328 – 648 145 150 140 65
55 450 720 865 240 390 – 636 200 170 175 85
55 520 770 907 240 390 – 636 200 170 175 85
65 560 830 960 290 450 – 644 200 170 175 85
Fig. 6.10 Frână cu saboți
6.11. C alculul de rezistență al tamburului .
a) Calculul de rezistență al tamburului l a încovoiere σai= 23 N/mm2.
𝜎=𝑀𝑖 𝑚𝑎𝑥
𝑊𝑧≤𝜎𝑎𝑖
𝑀𝑖 𝑚𝑎𝑥 =𝑆𝑡∙𝐿𝑡
2=219206 ,9∙200
2=21 602 839 ,99 𝑁𝑚𝑚
𝑊𝑧=𝜋∙(𝐷𝑡4−𝐷𝑖4)
32∙𝐷𝑡=𝜋∙(9004−8404)
32∙900=17 260 067 ,11 𝑚𝑚3
𝜎=21 602 839 ,99
17 260 067 ,11=1,25 𝑁/𝑚𝑚2≤𝜎𝑎𝑖
(6.31)
b) Calculul de rezistență l a torsiune al tamburului 𝜏𝑎𝑖=15 𝑁/𝑚𝑚2.
𝜏𝑡=𝑀𝑡
𝑊𝑝≤𝜏𝑎𝑖<=>117 933 312 ,2
34 520 134 ,23=3,14 𝑁/𝑚𝑚2≤𝜏𝑎𝑖
𝑀𝑡=𝑆𝑡𝐷𝑚
2=219 206 ,9∙1076
2=117 933 312 ,2 𝑁𝑚𝑚
𝑊𝑝=𝜋∙(𝐷𝑡4−𝐷𝑖4)
16∙𝐷𝑡=𝜋∙(9004−8404)
16∙900=34 520 134 ,23 𝑚𝑚3
(6.32)
c) Calculul de rezistență l a compresiune 𝜎𝑎𝑐=60 𝑁/𝑚𝑚2.
𝑝=2∙𝑆𝑡
𝐷𝑚∙𝑡∙𝑘≤𝜎𝑎𝑐
𝑝=2∙219 206 ,9
1076 ∙49∙1,36=11,30 𝑁/𝑚𝑚2≤𝜎𝑎𝑐
(6.33)
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
82 6.12. Alegere a rulmentului cu role conice .
Se alege din DIN ISO 355 / DIN 720 în funcție de d2=180 mm rulment cu
role conice cu următo arele c aracteristici:
Tabel 6.14. Dimensiunile rulmentului r adial.
Fig 6.11. Rulment cu role conice [14]
6.13. Alegere a carcasei.
Se alege conform ST AS 7887 -8 carcasă tip CT -309 cu următo arele c aracteristici:
Tabel 6.15. Dimensiunile c arcasei [15]
6.14. Alegere a cuplajului el astic.
Se va alege cupl aj elastic cu bolțuri conform ST AS 5982 -79, cu condiți a ca
momentul tr ansmis de cupl aj să fie m ai mare decât momentul c alculat cu rel ația:
𝑀𝑛𝑐=1,7∙9550 ∙𝑃𝑛𝑒𝑐
𝑛
𝑀𝑛𝑐=1,7∙9550 ∙110
1500=1190 𝑁𝑚
d D 2T 2B A Ca min Da min Da max da max r3, 4 max
180 280 128 128 32 10 268 247 199 2,5
CT 204 20 M 10 155 67 45 35 19 75 25 115 M 10 12 15
CT 304 20 M 10 165 67 46 40 22 75 29 130 M 12 15 20
CT 205 25 M 10 165 67 46 40 22 75 25 130 M 12 15 20
CT 305 25 M 10 185 80 52 50 2 90 31 150 M 12 15 20
CT 206 30 M 10 185 77 52 50 22 90 30 150 M 12 15 20
CT 306 30 M 10 185 82 52 50 22 95 37 150 M 12 15 20
CT 207 35 M 10 185 82 52 50 22 95 33 150 M 12 15 20
CT 307 35 M 10 205 90 60 60 25 110 41 170 M 12 15 20
CT 208 40 M 10 205 85 60 60 25 110 33 170 M 12 15 20
CT 308 40 M 10 205 95 60 60 25 115 43 170 M 12 15 23
CT 209 45 M 10 205 85 60 60 25 112 31 170 M 12 15 20
CT 309 45 M 14 255 105 70 70 28 130 46 210 M 12 18 23
CT 210 50 M 14 205 90 60 60 25 115 33 170 M 12 18 23
CT 310 50 M 14 255 115 70 70 30 135 50 210 M 16 18 23
CT 211 55 M 14 255 95 70 70 28 130 33 210 M 16 18 23
CT 311 55 M 14 275 120 80 80 30 150 53 230 M 16 18 23W1 A L D d2 Mărimea A1 H1 H2 Hmax l J G W
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
83 (6.34)
Fig. 6.12. Cupl aj elastic cu bolțuri [16]
Tabel 6.16. Dimensiunile de g abarit ale cupl ajelor el astice cu bolțuri. [16]
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
84 6.15. Alegere a cuplajului dinț at.
Se va alege cuplajul dinț at conform ST AS 6589 – 65, cu condiți a ca momentul
transmis de cupl aj să fie m ai mare decât momentul c alculat cu rel ația:
𝑀𝑡1=𝑀𝑡∙𝑖𝑟
𝑀𝑡=𝑀𝑐∙𝑐𝑠=1190 ∙1,85=2201 ,5 𝑁𝑚
𝑀𝑡1=2201 ,5∙224 =49 313 ,6 𝑁𝑚 (6.35)
Fig. 6.13. Cupl aj dinț at [17]
Tabel 6.17. Dimensiunile cupl ajelor dinț ate. [17]
Tipul
cupl ajului Date tehnice Dimensiuni
Masa N/m
kW Mt
(daNm) dmax D D1 Dm L L1 b S
ZAHP –
580 42,93 41000 325 580 495 400 512 250 221 12 690
ZAHP –
630 59,68 57000 370 630 545 450 562 275 245 12 930
ZAHP –
700 77,48 74000 400 700 590 490 622 305 262 12 1235
ZAHP –
760 102,82 98200 430 760 650 550 672 330 280 12 1615
ZAHP –
825 129,84 124000 475 825 715 610 722 335 292 12 2090
6.16. Rec alcularea vitezei de ridic are 𝒗𝒆𝒇[m/min].
𝑣𝑒𝑓=𝑣𝑖𝑛𝑓
𝑖𝑝=23,96
6=3,99 𝑟𝑜𝑡/𝑚𝑖𝑛
𝑣𝑖𝑛𝑓=𝜋∙𝐷𝑚∙𝑛𝑡
1=𝜋∙1,076 ∙7,09=23,96 𝑟𝑜𝑡/𝑚𝑖𝑛
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
85 𝐷𝑣=4−3,99
4∙100 =0,25%
(6.36)
6.17. Dimension area arborelui de antren are.
Fig. 6.14. Arbore de antrenare
Diametrele arborelui se st abilesc în funcție de di ametrul d2, pe b aza
recom andărilor indic ate în continu are:
d2 – diametrul c apătului de arbore de iesire din reductor;
d2 = 180 mm;
d3 = d2 +4(5) mm;
d3 = 185 mm;
d4 = d3 +2…5 mm, cu condiți a ca d4 să fie divizibil cu 5;
d4 = 190 mm;
d5 = d4 + 4(5) mm;
d5 = 195 mm;
d6 = d5 + 2 mm;
d6 = 197 mm;
d7 = d5 =195 ;
d8 = d6+5 mm;
d8 = 202 mm.
(6.37)
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
86 6.17. Calculul și alegerea penelor.
Pentru re alizarea mont ajului se vor utiliz a pene p aralele. Alegere a penelor
se face pe b aza recom andărilor ST AS 1004 -80. [18]
𝐹𝑓=𝑀𝑡
𝐷
2
Pana 1:
𝑀𝑡=57000 𝑑𝑎𝑁𝑚
𝑑=180 𝑚𝑚
ℎ=45 𝑚𝑚
𝑏=25 𝑚𝑚
𝐹𝑓=5700000
180
2=63333 .33 𝑁
𝑙1≥𝐹𝑓
𝑏∙32=63333 .33
25∙32=79.16𝑚𝑚
Pana 2:
𝑀𝑡=57000 𝑑𝑎𝑁𝑚
𝑑=197 𝑚𝑚
ℎ=50 𝑚𝑚
𝑏=28 𝑚𝑚
𝐹𝑓=5700000
197
2=57868 .02 𝑁
𝑙1≥𝐹𝑓
𝑏∙32=57868 .02
28∙32=65.49 𝑚𝑚
(6.38)
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
87 CAPITOLUL 7. CONCLUZII FINALE
În scopul proiectării corecte a mecanismului de ridicare trebuie să se țină
seamă de următoarele:
Adoptarea palanului în funcție de mărimea sarcinii de ridicat, rezultă
raportul de amplificare al palanului, np=6. Randamentul palanului cu șase ramuri
se adoptă 0,95.
Se observă că în scopul ridicării sarcinii maxime de 120tf, este necesar ca
și cârlig ul macara lei să aparțină clase de rezisteță P și să suporte deformări
elastice provocate de sarcinile de până la 120 tf conform standardulu i DIN 15402.
Prin utilizarea tamburului canelat reiese avantajul unei durabilități ridicate
a cablului prin eliminarea frecărilor între spirele vecine, ceea ce inseamnă că pasul
este mai mare decât diametrul nominal al cablului.
Dimensiunile caracteristice ale rolelor de cablu sunt acelea care determină
forma și mărimea profilului canalului pe care se înfășoară cablul.
Pentru satisfacerea acestor cerințe este necesar alegerea cablu lui de oțel 6
x 36 W arrington – Seale+FC cu diametrul nominal de d=44 mm în conformitate
cu SR EN 12385 -4.
Pentru acționarea acestui mecanism este necesar utilizarea unui motor
electri c asincron cu puterea nominală de P=110 kW , tip MIS 315M cu turația de
n=1500 rpm . Este necesară utilizarea unui reductor de turație cu trei trepte de
viteză ținând seamă de raportul de transmisie ir=211,56 rot/min tip 3H 1-001
conform STAS 11915 -80.
În urma efectuării calculelor aferente în vederea dimensionării și proiectării
subansamblelor mecanismului de ridicare al macaralei TG 6821 – 2013 – CM PT,
având ca și parametru principal necesitatea operării sarcinilor cu masa de până la
120 t, s -a ajuns la concl uzia că este necesară respectarea valorilor rezultate în urma
acestui studiu, care are ca scop determinarea parametrilor funcționali în condiții
reale de operare prin respectarea normelor de securitate și siguranță în exploatare
conform prescripțiilor ISCI R PT N MMR 1 -2008 privind condițiile și cerințele
tehnice pentru fabricare, montaj, punere în funcțiune și verificarea tehnică
periodică obligatorie.
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
88 CAPITOLUL 8. INFORM AȚII REFERITO ARE L A MONT AREA ȘI
DEMONT AREA MACARALELOR
8.1. Gener alități
Atât mont ajul cât și demont area macaralelor reprezintă aspecte esenți ale în
funcțion area în parametri optimi de sigur anță și explo atare.
În cazul m acaralelor c are necesită oper ații supliment are de inst alare la
destin atar, comp ania construc toare are oblig ația să asigure tr ansportul și punere a
în funcțiune a instalației de ridicаt și să pună l a dispoziți a benefici arului to ată
document ația neces ară pentru mont area și demont area macaralei.
Oper ațiile de instl are pot fi efectu ate num ai de firme de speci alitate,
conform „Prescripțiilor tehnice ISCIR -R1-81”, și dispune de mijlo ace tehnice
corespunzăto are de execuție și verific are, fiind autoriz ate de ISCIR .
8.2. Oper ații premergăto are mont ajului
Mont area macaralelor se re alizează conform prevederilor proiectelor de
execuție, cu respect area condițiilor prevăzute în „Prescripțiile tehnice” ISCIR R1 –
81, st andarde, acte norm ative alfate în vi goare și indic ațiile comp aniei
constructo are, înscrise în in strucțiunile de mont aj.
8.3. Explo atarea macaralelor
În scopul funcționării în condiții de sigur anță, inst alațiile de ridicаt trebuie
sa respecte Prescripțiile tehnice ISCIR -R1-81 cât și a instruncțiunilor de
explo atare din c artea macaralei – partea de construcție, sunt direct răzpunzăto are
unitățile c are le dețin și cele c are le explo atează. Conform instrucțiunilor ISCIR –
R1-81, orice unit ate trebuie să nume ască prin decizie internă, un respons abil cu
instalațiile de ridicаt , care se v a ocup a de bun a organizare a person alului de
deservire a macaralelor, de felul cum se explo atează, se verifică și se întrețin
macaralele. Deservire a macaralelor se v a face num ai de către m acaragii autoriz ați.
Pentru prezent area progr amelor leg ate de controlul și supr aveghere a tehnică a
macaralelor sunt neces are umăto arele precizări:
– unitatea deținăto are de m acarale este unit atea care are în dot area
mijlo acelor de ridicаt și le folosește fie pentru nevoile proprii, fie pentru prest area
de servicii altor unități s au întreprinderi economice pe b ază de contr act;
– unitatea benefici ară este unit atea cărei a i se pune l a dispoziție m acaraua, o
utilize ază în scopuri de producție, fie cu forțe proprii, pentru c are este d atoare să
plăte ască cot a-parte de amortiz are pentru perio ada de folosire, fie prin închiriere
cu tot person alul neces ar menținerii c apacității de lucru pe o perio adă bine
determin ată, cu pl ata la tarif oră s au la cantități fizice pe obiect;
S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f
s i t u a t e p e o p l a t f o r m ă m a r i n ă d e f o r a j
89 – unitatea speci alizată pentru mont aj sau unit atea autoriz ată pentru mont aj
macarale – de obicei deținăto area de m acarale cu un p arc suficient de m are și cu
o frecvență de schimb are a poziției de lucru, c are să permită menținere a în
perm anență a unei echipe de mont aj, este autoriz ată să efectue aze și lucrări de
montări -demontări;
– unitatea reparatoare (autoriz ată) c are efectue ază rep arațiile c apitale sau
accident ale de m ari proporții, confecții met alice etc.
8.3.1. Norme de explo atare
Este interzisă funcțion area macaralei s au sub ansamblurilor, d acă
dispozitivele de sigur anță nu sunt în perfectă st are de funcțion are sau nu
indeplinesc condițiile tehnice prevăzute.
Macaralele și autom acaralele nu pot funcțion a, dacă zonele periculo ase nu
sunt îngrădite corespunzător s au dacă org anele de m așini în mișc are și elementele
neizol ate aflate sub tensiune nu sunt prevăzute cu apărători de protecție.
Este interzisă bloc area întrerupăto arelor simple s au autom ate prin
impăn are sau prin orice alt mijloc c are să le sco ată de sub controlul perm anent al
macaragiului. De asemene a este interzisă comanda prin buto ane cu autoreținere
pentru acțion area mecanismelor de ridic are, depl asare, rotire s au basculare. Este
interzisă folosire a macaralelor și autom acaralelor pentru ridic area unor s arcini
mai mari decât s arcina maximă admisă.
Ridic area unei s arcini cu ajutorul a două m acarale, care nu sunt cupl ate
mecanic – electric, se admite num ai în mod excepțion al în următo arele condiții:
– la nici un a din m acarale să nu se depășe ască s arcina maximă admisă;
– poziți a cablurilor de tr acțiune să fie verti cală;
– vitezele de ridic are să fie aceleași;
– manevra să se execute sub onducere a și supr aveghere a atentă a
respons abilului cu supr aveghere a tehnică a instalațiilor de ridicаt , autoriz at
de ISCIR.
Este interzisă funcțion area macaralelor și autom acaralelor c are lucre ază în
aer liber, d acă temper atura este sub -20 oC. Funcțion area la temper aturi sub -20
oC este permisă num ai dacă m acaralele au fost construite pentru funcțion area în
asemene a condiții și g arantate în acest sens de proiect ant și întreprindere a
constructo are.
Se interzice funcțion area macaralelor cu br aț, dacă în r aza de acțiune a
brațului se găsesc conducto are electrice aeriene. În astfel de situ ații conducto arele
se vor îndepărt a, iar dacă acest lucru nu este posibil, se vor lu a, după c az, mă surile
neces are pentru interzicere a intrării în zon a periculo asă prin bloc area
posibilităților de rotire a brațului înspre zon a respectivă, asigurându -se dist anța
minimă de 1,50 m f ață de conducto arele neizol ate, respectiv 1,20 m f ață de
conducto arele izol ate. [8]
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: S t u d i u l m e c a n i s m u l u i d e r i d i c a r e a l u n e i m a c a r a l e i c u s a r c i n a d e 1 2 0 t f [626480] (ID: 626480)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.