CN106956129B - 一种调整lng储罐穹顶平衡钢丝绳拉力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于LNG储罐施工领域，具体涉及一种调整LNG储罐穹顶平衡钢丝绳拉力的方法。为了解决采用现有技术对LNG储罐穹顶平衡钢丝绳的拉力进行调整时，存在施工成本高、施工困难以及调节精度差的问题，本发明公开了一种全新的调整LNG储罐穹顶平衡钢丝绳拉力的方法。该方法包括，步骤一，安装平衡钢丝绳；步骤二，建立模型，确定平衡钢丝绳的调整力与变形量关系；步骤三，对平衡钢丝绳进行拉力调整。采用本发明的方法对LNG储罐穹顶平衡钢丝绳进行拉力调整，不仅降低施工成本，而且可以快速完成对所有平衡钢丝绳拉力的准确调整，从而保证所有平衡钢丝绳满足安全拉力值的要求，保证穹顶气顶升过程的稳定性和安全性。

Description

一种调整LNG储罐穹顶平衡钢丝绳拉力的方法

技术领域

本发明属于LNG储罐施工领域，具体涉及一种调整LNG储罐穹顶平衡钢丝绳拉力的方法。

背景技术

对LNG储罐穹顶的安装一般采用气顶升方法。在气顶升的过程中，为了保证穹顶可以保持水平向上移动，而不发生倾覆，必须对穹顶设置平衡装置。目前，通过沿储罐圆周方向设置多组对称平衡钢丝绳，实现对穹顶的平衡固定。结合图1所示，平衡钢丝绳1的一端与罐底2的边缘位置固定连接，另一端依次绕过位于穹顶3内部的同侧导向滚轮41和对侧导向滚轮41后，固定在对侧罐壁5的顶部。为了保证对穹顶3固定的稳定性，一般沿储罐的圆周方向均匀设置数量在3条或3条以上拉力相等的平衡钢丝绳1。因此，在进行穹顶3的气顶升操作前，需要对完成安装的平衡钢丝绳1进行拉力调整，使每根平衡钢丝绳1的拉力相等且达到安全拉力值，从而保证穹顶3保持水平状态稳定上升，以及平衡钢丝绳1拉力强度的安全性。

目前，对平衡钢丝绳1的拉力调整方法为：首先，在安装平衡钢丝绳1时，在罐壁5的顶部设置T型架6、调节装置7以及拉力计8，平衡钢丝绳1绕过T型架6后与调节装置7连接，拉力计8的一端与调节装置7连接，另一端与罐壁5连接。然后，根据穹顶3的重量以及平衡钢丝绳1的数量和强度要求，确定每根平衡钢丝绳1需要满足的安全拉力值。最后，通过调节装置7和拉力计8对平衡钢丝绳1进行拉力调整。以160000m³LNG储罐的施工为例，沿储罐圆周方向设有24根平衡钢丝绳，每根平衡钢丝绳需要满足最大4.5t(相当于44100N)的拉力要求，从而保证穹顶3上升过程的稳定性和安全性。

然而，在采用上述方法对平衡钢丝绳的拉力进行调整时存在以下问题：1、由于要对拉力值达到4.5t的平衡钢丝绳进行拉力调整，因此需要采用量程为5t的拉力计。但是每台5t的拉力计价格大约为1万元左右，这样安装24台拉力计将大大增加施工成本。如果减少拉力计的安装数量，则无法对所有平衡钢丝绳进行准确的拉力调整，无法保证穹顶上升过程的稳定性和安全性。2、由于平衡钢丝绳需要借助T型架进行转向后，再与调节装置和拉力计进行连接固定，并且施工过程中为了保证T型架的稳定强度，T型架的高度一般控制在1.5m以内，这样在1.5m的高度范围内进行拉力计和调节装置的安装和操作，存在空间狭小，操作困难的问题。3、在采用图1所示平衡钢丝绳的走线方式时，大概需要160m的钢丝绳，此时位于平衡钢丝绳端部的拉力计在进行拉力调整时，需要同时克服平衡钢丝绳的整个自身重量，这样会对拉力的调整产生影响，降低拉力的调整精度。

发明内容

为了解决采用现有技术对LNG储罐穹顶平衡钢丝绳的拉力进行调整时，存在施工成本高、施工困难以及调节精度差的问题，本发明提出了一种全新的调整LNG储罐穹顶平衡钢丝绳拉力的方法。该方法包括以下步骤：

步骤一，安装平衡钢丝绳；

穹顶的外表面设有滑轮组件，所述滑轮组件包括中心滑轮、两个导向滚轮以及滑车；其中，所述中心滑轮位于所述穹顶的中心孔位置，所述滑车位于所述穹顶的边缘位置，所述两个导向滚轮位于所述中心滑轮和所述滑车的中间位置，且所述中心滑轮、所述两个导向滚轮以及所述滑车沿所述穹顶的外表面同一弧线布置；

平衡钢丝绳的一端与罐底固定连接，另一端穿过所述穹顶的中心孔伸出至所述穹顶的外部，并通过所述中心滑轮、所述两个导向滚轮和所述滑车延伸至罐壁的顶部位置；所述罐壁的顶部设有T型架和调节装置，所述平衡钢丝绳绕过所述T型架后与所述调节装置连接，所述调节装置与所述罐壁的顶部连接；

步骤二，建立模型，确定平衡钢丝绳的调整力与变形量关系；

首先，建立一个三角尺寸模型，所述三角尺寸模型为等腰三角形且底角为α；其中，底线长度L₁为所述两个导向滚轮之间的距离尺寸，高线长度L₂为所述平衡钢丝绳的变形量；设定底线长度L₁与高线长度L₂之间的比例关系，对tanα和sinα进行近似处理，使sinα≈tanα＝(2*L₂)/L₁；

然后，建立一个三角力学模型，所述三角力学模型为等腰三角形且底角为α；其中，顶点所受沿边线方向的作用力F₁等于所述平衡钢丝绳的安全拉力值，顶点所受沿垂直于底线方向的作用力为调整力F₂，则sinα＝F₂/(2*F₁)；

最后，根据相似三角形定理，sinα＝(2*L₂)/L₁＝F₂/(2*F₁)，得出平衡钢丝绳的调整力与变形量之间的关系，F₂＝[(4*F₁)/L₁]*L₂；

步骤三，对平衡钢丝绳进行拉力调整；

首先，根据所述平衡钢丝绳的安全拉力值F₁，所述两个导向滚轮之间的距离尺寸L₁以及所述平衡钢丝绳的变形量L₂，确定所述平衡钢丝绳的调整力F₂；

然后，通过拉力工具对位于所述两个导向滚轮之间的平衡钢丝绳进行提拉操作，并通过调整所述调节装置使平衡钢丝绳的形变量为L₂；其中，对所述拉力工具施加的作用力大小等于调整力F₂。

优选的，所述底线长度L₁与所述高线长度L₂之间的比例关系为200:1～400:1。

进一步优选的，所述两个导向滚轮之间的距离尺寸L₁等于所述中心滑轮和所述滑车之间弧线长度的1/3。

优选的，所述两个导向滚轮之间的中间位置与所述中心滑轮和所述滑车之间弧线的中间位置对齐。

优选的，其特征在于，所述平衡钢丝绳与所述罐底的中心位置固定连接。

优选的，所述穹顶的外表面设有24组所述滑轮组件，且沿圆周方向均布。

优选的，所述中心滑轮采用定滑轮结构。

优选的，所述滑车采用开口单轮滑车。

采用本发明调整LNG储罐穹顶平衡钢丝绳拉力的方法，对穹顶平衡钢丝绳进行拉力调整，具有以下有益效果：

1、本发明通过将对平衡钢丝绳进行拉力调整时的拉力测试点，即拉力计与平衡钢丝绳的连接位置，由现有技术中的平衡钢丝绳端部改进为平衡钢丝绳的中部位置。这样不仅省去了前期对拉力计的安装操作，提高了平衡钢丝绳的安装效率，而且将现有技术中一个拉力计只能对一根平衡钢丝绳进行拉力调整改为一个拉力计可以对多根平衡钢丝绳进行拉力调整，从而提高拉力计的使用效率，减少拉力计的使用数量，降低施工成本。此外，通过将拉力测试点调整至平衡钢丝绳中间位置，将整个平衡钢丝绳的自身重量一份为二，从而减小拉力调整过程中平衡钢丝绳自身重量对拉力调整的影响，提高拉力调整的精准度。

2、本发明通过对两个滚动滑轮以及两者之间的平衡钢丝绳建立三角尺寸模型和三角力学模型，引入用于调整平衡钢丝绳拉力的两个参数：调整力和变形量，并且通过设置三角模型中底线长度与高线长度的尺寸比例，将调整力的数值降低至只有平衡钢丝绳安全拉力值的1％～2％。这样，通过采用数值更小的调整力与变形量的相互配合替代现有技术中直接采用安全拉力值作为调整平衡钢丝绳拉力的参照标准，不仅降低了对拉力计的使用要求，进一步降低施工成本，而且采用数值小的拉力计更便于人工操作，从而可以快速完成对所用平衡钢丝绳的拉力调整，保证所有平衡钢丝绳的拉力都满足安全拉力值的要求，提高穹顶气顶升过程的稳定性和安全性。

附图说明

图1为采用现有技术对LNG储罐穹顶平衡钢丝绳进行拉力调整时，穹顶平衡钢丝绳的安装结构示意图；

图2为采用本发明调整LNG储罐穹顶平衡钢丝绳拉力的方法流程示意图；

图3为采用本发明调整LNG储罐穹顶平衡钢丝绳拉力的方法时，穹顶平衡钢丝绳的安装结构示意图；

图4为采用本发明调整LNG储罐穹顶平衡钢丝绳拉力的方法时，建立的模型结构示意图；

图5是采用本发明的方法，对平衡钢丝绳进行拉力调整时的操作示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明中的技术方案进行详细介绍。

结合图2所示，采用本发明调整LNG储罐穹顶平衡钢丝绳拉力的方法，具体步骤如下：

步骤一，安装平衡钢丝绳。

结合图3所示，穹顶3的外表面设有滑轮组件，滑轮组件包括中心滑轮91、两个导向滚轮92以及滑车93。其中，中心滑轮91位于穹顶3的中心孔位置，滑车93位于穹顶3的边缘位置，两个导向滚轮92位于中心滑轮91和滑车93的中间位置，并且中心滑轮91、两个导向滚轮92以及滑车93沿穹顶3的外表面同一弧线布置。平衡钢丝绳1的一端与罐底2固定连接，另一端穿过穹顶3的中心孔后伸出至穹顶3的外部，绕过中心滑轮91伸向穹顶3的边缘方向，中间穿过两个导向滚轮92后，通过滑车93延伸至罐壁5的顶部位置。罐壁5的顶部设有T型架6和调节装置7，平衡钢丝绳1绕过T型架6后与调节装置7连接，调节装置7与罐壁5的顶部连接。其中，在本发明中，调节装置7采用花篮螺栓结构，并且在罐壁5的顶部设有预埋吊耳51，用于固定调节装置7。这样通过操作花篮螺栓可以改变平衡钢丝绳1的长度，从而实现对平衡钢丝绳1的拉力调整。此外，在平衡钢丝绳1穿过导向滚轮92时，优选采用绕过导向滚轮91一整圈的绕线方式，这样可以使平衡钢丝绳1与导向滚轮92保持稳定连接。

优选的，在本发明中，平衡钢丝绳1与位于罐底2中心位置的固定台21进行固定连接，并且固定台21与穹顶3的中心孔沿竖直方向对齐。这样可以减少位于穹顶3内部平衡钢丝绳1的布线长度，减少平衡钢丝绳1的使用量，降低施工成本和平衡钢丝绳1的自身重量对拉力调整精度的影响。

优选的，在本发明中，中心滑轮91采用定滑轮结构。这样不仅可以将平衡钢丝绳1的走向由竖直方向调整为沿穹顶3的外表面方向，而且可以使平衡钢丝绳1的走向保持稳定，从而避免在气顶升操作过程中由于平衡钢丝绳1的走向不稳定而影响穹顶3的平稳上升。此外，滑车93采用开口单轮滑车，其中滑车93的车钩部分与穹顶3外表面上的固定件连接，平衡钢丝绳1绕过滑车93的滑轮部分伸向罐壁5的顶部。

步骤二，建立模型，确定平衡钢丝绳的调整力与变形量关系。结合图4所示，将两个导向滚轮92以及之间的平衡钢丝绳1作为对象建立模型，并对该模型中的平衡钢丝绳1施加一个调整力使其发生形变产生变形量，形成以两个导向滚轮92以及调整力的施加点为三个顶点的三角模型。

首先，建立一个三角尺寸模型，且为等腰三角形。该等腰三角形的底线长度与两个导向滚轮92之间的距离尺寸相等为L₁，高线长度为L₂，底角为α，则等腰三角形的tanα＝(2*L₂)/L₁。在本发明中，将底线长度L₁和高线长度L₂的尺寸比例设定为200:1～400:1，使等腰三角形的tanα与sinα近似相等，即sinα≈tanα＝(2*L₂)/L₁。

然后，建立一个三角力学模型，以三角形的顶点作为受力分析点。由于，三角模型是通过对平衡钢丝绳1施加调整力，克服平衡钢丝绳1的拉力而成。因此，该三角形顶点所受的两个沿三角形边线的作用力F₁相等，并且与平衡钢丝绳1的拉力大小相等，垂直于底线的作用力F₂即为施加在两个导向滚轮92之间平衡钢丝绳1上的调整力。在对平衡钢丝绳1的安全拉力进行调整时，沿三角形边线的作用力F₁等于平衡钢丝绳1的安全拉力值，通过对调整力F₂的大小进行调整，使该三角力学模型的底角为α，即sinα＝F₂/(2*F₁)。

最后，根据相似三角形判定定理：两个等腰三角形，如果底角相等，那么这两个等腰三角形相似。这样三角尺寸模型与三角力学模型作为相似三角形，sinα＝(2*L₂)/L₁＝F₂/(2*F₁)。此时，三角尺寸模型中的高线长度L₂即为三角力学模型中由于施加调整力F₂而使平衡钢丝绳1产生的变形量。因此，对两个导向滚轮92之间的平衡钢丝绳1施加调整力F₂且该调整力位于该段平衡钢丝绳中间位置时，调整力F₂与由此产生的变形量L₂之间的关系为：F₂＝[(4*F₁)/L₁]*L₂。

步骤三，对平衡钢丝绳进行拉力调整。

首先，根据平衡钢丝绳1的安全拉力值F₁，两个导向滚轮92之间的距离尺寸L₁以及设定的形变量L₂，确定施加给平衡钢丝绳1的调整力F₂。

然后，通过拉力工具81对位于两个导向滚轮92之间的平衡钢丝绳1施加调整力F₂进行提拉操作使平衡钢丝绳1发生形变，借助测量尺100对平衡钢丝绳1的形变量L₂进行测量，并通过调节装置7对平衡钢丝绳1的形变量进行调整，最终使调整力F₂与形变量L₂之间的关系为F₂＝[(4*F₁)/L₁]*L₂。其中，拉力工具81施加调整力F₂的位置与两个导向滚轮92之间平衡钢丝绳1的中间位置重合。

结合图5所示，对平衡钢丝绳进行拉力调整的具体步骤为：

首先，在对平衡钢丝绳1进行提拉操作前，测量平衡钢丝绳1与穹顶3的外表面之间距离L₃。然后，对平衡钢丝绳1进行提拉操作并保持作用力为F₂，测量提拉位置与穹顶3的外表面之间距离L₄。如果平衡钢丝绳1的实际形变量(L₄-L₃)＞L₂，则形成的底角大于α，这样在保持作用力F₂不变的情况下，平衡钢丝绳1的实际拉力值小于安全拉力值。此时，对调节装置7进行调整，缩短固定台21和T型架6之间平衡钢丝绳1的长度，使平衡钢丝绳1的实际形变量减小、实际拉力值增大，直至(L₄-L₃)＝L₂，即平衡钢丝绳1的实际拉力值等于安全拉力值。反之，如果平衡钢丝绳1的实际形变量(L₄-L₃)＜L₂，则形成的底角小于α，这样在保持作用力F₂不变的情况下，平衡钢丝绳1的实际拉力值大于安全拉力值。此时，对调节装置7进行调整，增加固定台21和T型架6之间平衡钢丝绳1的长度，使平衡钢丝绳1的实际形变量增加、实际拉力值减小，直至(L₄-L₃)＝L₂，即平衡钢丝绳1的实际拉力值等于安全拉力值。

在天津和广西的LNG项目中，对30000m³储罐穹顶进行气顶升操作时，采用了本发明调整LNG储罐穹顶平衡钢丝绳拉力的方法对穹顶平衡钢丝绳进行拉力调整。其中，根据穹顶的重力以及所选用平衡钢丝绳的拉力强度要求，沿储罐的圆周方向在穹顶的外表面均布有24组滑轮组件，用于安装和固定24根平衡钢丝绳，这样每根钢丝绳的安全拉力值大约为15000N，即F₁＝15000N。此外，优选的，将两个导向滚轮之间的距离设置为中心滑轮和滑车之间弧线长度的1/3，并且使两个导向滚轮之间的中间位置与中心滑轮和滑车之间弧线的中间位置对齐，以便于均衡提拉点两侧平衡钢丝绳的长度，使提拉点两侧的平衡钢丝绳重量大致相等，进而在保持三角力学模型为等腰三角形的情况下使两个边线上的拉力值相等，从而减小拉力调整过程中平衡钢丝绳自身重量对拉力调整精度的影响。针对30000m³储罐来说，两个导向滚轮之间的距离L₁≈8000mm，根据L₁:L₂＝(200～400)，变形量的取值范围为L₂＝(20～40)mm，选取L₂＝30mm；根据F₂＝[(4*F₁)/L₁]*L₂，则施加的调整力F₂＝225N。这样借助量程为500N的拉力计即可以完成平衡钢丝绳的拉力调整，并且量程为500N的拉力计市场价格只有几百元，因此可以借助多个拉力计同时对24根平衡钢丝绳进行拉力调整，不仅大大降低了拉力计设备的投入成本，而且提高了对平衡钢丝绳的拉力调整效率。这样可以对所有平衡钢丝绳进行拉力调整操作，使其满足安全拉力的要求，同时保证了平衡钢丝绳相互之间的拉力相等。

在天津和广西的LNG项目中，采用本发明的方法完成平衡钢丝绳的拉力调整后，在穹顶气顶升过程中穹顶的倾斜偏差实测值在50mm以内，其中施工规范要求在350mm以内，穹顶升至安装位置时的实际旋转偏差在3mm以内，其中施工规范要求在20mm以内，从而大大提高了穹顶气顶升过程的稳定性，保证了穹顶施工的质量。

Claims (8)

1.一种调整LNG储罐穹顶平衡钢丝绳拉力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，安装平衡钢丝绳；

穹顶的外表面设有滑轮组件，所述滑轮组件包括中心滑轮、两个导向滚轮以及滑车；其中，所述中心滑轮位于所述穹顶的中心孔位置，所述滑车位于所述穹顶的边缘位置，所述两个导向滚轮位于所述中心滑轮和所述滑车的中间位置，且所述中心滑轮、所述两个导向滚轮以及所述滑车沿所述穹顶的外表面同一弧线布置；

平衡钢丝绳的一端与罐底固定连接，另一端穿过所述穹顶的中心孔伸出至所述穹顶的外部，并通过所述中心滑轮、所述两个导向滚轮和所述滑车延伸至罐壁的顶部位置；所述罐壁的顶部设有T型架和调节装置，所述平衡钢丝绳绕过所述T型架后与所述调节装置连接，所述调节装置与所述罐壁的顶部连接；

步骤二，建立模型，确定平衡钢丝绳的调整力与变形量关系；

首先，建立一个三角尺寸模型，所述三角尺寸模型为等腰三角形且底角为α；其中，底线长度L₁为所述两个导向滚轮之间的距离尺寸，高线长度L₂为所述平衡钢丝绳的变形量；设定底线长度L₁与高线长度L₂之间的比例关系，对tanα和sinα进行近似处理，使sinα≈tanα＝(2*L₂)/L₁；

然后，建立一个三角力学模型，所述三角力学模型为等腰三角形且底角为α；其中，顶点所受沿边线方向的作用力F₁等于所述平衡钢丝绳的安全拉力值，顶点所受沿垂直于底线方向的作用力为调整力F₂，则sinα＝F₂/(2*F₁)；

最后，根据相似三角形定理，sinα＝(2*L₂)/L₁＝F₂/(2*F₁)，得出平衡钢丝绳的调整力与变形量之间的关系，F₂＝[(4*F₁)/L₁]*L₂；

步骤三，对平衡钢丝绳进行拉力调整；

首先，根据所述平衡钢丝绳的安全拉力值F₁，所述两个导向滚轮之间的距离尺寸L₁以及所述平衡钢丝绳的变形量L₂，确定所述平衡钢丝绳的调整力F₂；

然后，通过拉力工具对位于所述两个导向滚轮之间的平衡钢丝绳进行提拉操作，并通过调整所述调节装置使平衡钢丝绳的形变量为L₂；其中，对所述拉力工具施加的作用力大小等于调整力F₂。

2.根据权利要求1所述的调整LNG储罐穹顶平衡钢丝绳拉力的方法，其特征在于，所述底线长度L₁与所述高线长度L₂之间的比例关系为200:1～400:1。

3.根据权利要求2所述的调整LNG储罐穹顶平衡钢丝绳拉力的方法，其特征在于，所述两个导向滚轮之间的距离尺寸L₁等于所述中心滑轮和所述滑车之间弧线长度的1/3。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的调整LNG储罐穹顶平衡钢丝绳拉力的方法，其特征在于，所述两个导向滚轮之间的中间位置与所述中心滑轮和所述滑车之间弧线的中间位置对齐。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的调整LNG储罐穹顶平衡钢丝绳拉力的方法，其特征在于，所述平衡钢丝绳与所述罐底的中心位置固定连接。

6.根据权利要求1-3中任意一项所述的调整LNG储罐穹顶平衡钢丝绳拉力的方法，其特征在于，所述穹顶的外表面设有24组所述滑轮组件，且沿圆周方向均布。

7.根据权利要求1所述的调整LNG储罐穹顶平衡钢丝绳拉力的方法，其特征在于，所述中心滑轮采用定滑轮结构。

8.根据权利要求1所述的调整LNG储罐穹顶平衡钢丝绳拉力的方法，其特征在于，所述滑车采用开口单轮滑车。