蒸汽回旋干燥機機身制造的品質(zhì)控制

王成華

（南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械系，江蘇南京210048）

蒸汽回旋干燥機是一個對機身的制造精度要求特別高的大型動設(shè)備。整體設(shè)備的長度約30 m，設(shè)計要求直線度小于2 mm；直徑3800 mm，橢圓度小于2 mm；齒圈和滾圈的徑向跳動量小于2 mm，軸向的誤差小于2 mm。由于其制造難度較大，目前國內(nèi)蒸汽回旋干燥機機身的制造技術(shù)并不是很普及，能成功制造的廠家并不多。

1 干燥機簡介

1.1 主要用途和使用范圍

適用于大量處理連續(xù)干燥的物料。如：石膏、HDPE、PTA、POM、氯乙烯、ABS 樹脂、銅精粉、鐵精粉、鉛精粉等各種非粘性礦粉、煤粉、焦炭粉及硝酸銨、尿素、鈣鎂磷肥等各種無機肥。

1.2 主要特征參數(shù)

設(shè)備規(guī)格 Φ 3800 mm×29500 mm

設(shè)備斜度 2.5/100

設(shè)備轉(zhuǎn)速 3.8 r/min

主電機功率 450 kW/10000 V

盤車電機功率15 kW/380 V

設(shè)備總質(zhì)量 250 t

1.3 機身主要結(jié)構(gòu)

干燥機的結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，共有10部分組成，筒體材質(zhì)為316 L。

圖1 干燥機的結(jié)構(gòu)簡圖

2 機身制造難點分析

2.1 單節(jié)筒體的制造

筒節(jié)主材為316 L，厚δ=20 mm，δ=45 mm和δ=60 mm共3種規(guī)格（前后滾圈所在筒體下為板厚δ=60 mm，齒圈所在筒體下板厚δ=45 mm），內(nèi)徑Φ 3800 mm，單節(jié)筒節(jié)最大長度為2380 mm，單節(jié)筒節(jié)的橢圓度要控制在1 mm以內(nèi)。由于筒節(jié)較薄，在滾圓成型后，由于輥板機施加的壓緊力去除后，筒節(jié)自身彈性恢復(fù)及自重的原因，往往出現(xiàn)“鴨蛋形”，而且由于筒節(jié)縱縫的錯邊量和棱角度的存在，給橢圓度的控制帶來麻煩，這是極為重要的技術(shù)難點。

2.2 筒體整體直線度橢圓度難點分析

單節(jié)筒體在卷板機上滾制成形后，即使撐圓后還會有些橢圓度存在的，特別是設(shè)備筒體部分總長29.5 m，單節(jié)筒節(jié)長2.38 m，共有14節(jié)筒節(jié)組對在一起，極易造成累計誤差，筒體的直線度要控制在2 mm以內(nèi)，就不那么容易了。目前，國內(nèi)機械設(shè)備制造加工能力有限，沒有“液壓撐圓激光引導(dǎo)”組對設(shè)備，只能靠人工用原始的楔子、鐵錘、液壓器組對，面對如此高精度的動設(shè)備，制造過程是“精心細活”，不能有半點馬虎，否則就會前功盡棄。筒體的直線度、橢圓度超過2 mm，就是不合格產(chǎn)品。

其工藝分析及實施要點分述如下。

3 單節(jié)筒節(jié)的橢圓度控制

3.1 筒節(jié)下料尺寸公式

C=π×D中徑=3.1416×3820≈12001 mm，

考慮到筒節(jié)縱縫的焊接變性和收縮量，將C值增加5 mm，為C′=12006 mm。則筒節(jié)下料尺寸即為矩形2380 mm×12006 mm。

檢驗尺寸時，特別要注意長度方向尺寸偏差±2 mm，對角線方向尺寸偏差±2 mm，所有筒節(jié)下料必須用同一卷尺，誤差≤2 mm，才能保證矩形的誤差在允許值范圍內(nèi)。由于市場上沒有長度12006 mm的料，需要拼接成形，拼縫要求錯邊量≤0.5 mm，100%RTJB/T4730-2005Ⅱ級合格。焊縫表面目測不得有咬邊、棱角度、裂紋、氣孔等缺陷，且采用機械振動消除應(yīng)力。

3.2 筒節(jié)成型

將輥板機輥軸表面去除雜物，凸處清理平整，同時在成型前的鋼板上貼上保護紙膜，然后將材料吊上輥板機滾圓。在卷制過程中，要求用弦長L≥640 mm，R=1900 mm的樣板檢查。

滾圓要求：同一斷面上最大直徑Dmax與最小直徑Dmin之差，即橢圓度e≤1.0 mm，如圖2所示。棱角度E≤1.5 mm，如圖3所示。

圖2 橢圓度e

圖3 棱角度E

3.3 筒節(jié)的撐圓

（1）胎具工裝圖。如圖4所示，用材質(zhì)為Q235A寬B=200 mm，δ=22 mm的鋼板卷制成Φ外=3810 mm的圓，內(nèi)襯焊δ=30 mm，Φ 3364 mm/Φ 3406 mm的圓環(huán)板，整體熱處理消除應(yīng)力后，使用立車車外圓至Φ 3806 mm（注：胎具外圓略大于筒體內(nèi)徑，是防止筒節(jié)在撐圓后回彈），同時在三等分處環(huán)板上鉆圓臺形孔，再沿三等分線用數(shù)控切割機切割成3等份，切口寬B=10 mm，為胎具安裝和撐圓過程中增加余量，同時制作3個材質(zhì)為不銹鋼的圓臺形楔子（如圖5）。

圖4 筒節(jié)撐圓胎具

圖5 圓錐形楔子

（2）胎具安裝撐圓。一是在離筒節(jié)端口400 mm(注：留400 mm余量是考慮到便于環(huán)縫隙的焊接，RT，PT)處圓周均勻點焊上6塊材質(zhì)為304L或316L（注：為防止母材焊接污染，不可用碳鋼系列的材料）δ=8 mm的擋板，用于支撐胎具，注意擋板要點焊牢固，防止胎具在撐圓受力過程中墜落。

特別說明：厚δ=45 mm的齒圈段和δ=60 mm的滾圈段的筒節(jié)，需兩頭增加胎具撐圓，防止墊板焊接過程中出現(xiàn)焊接變形下沉，使筒節(jié)橢圓度超標。在安裝胎具之前，在胎具外圓與筒節(jié)的接觸面，貼上保護紙，避免胎具碳鋼部分與筒體不銹鋼長時間接觸，造成筒節(jié)表面“污染”或損傷。

二是將圓臺形楔子插入圓臺形孔中，并錘擊圓臺形楔子。同時測量不同位置的直徑值，做相應(yīng)記錄，不停地調(diào)節(jié)直到橢圓度e≤1.0 mm為止。為了測量距離準確，最好使用激光測距儀。

三是待撐圓，測量值達到合格數(shù)值后，點焊圓孔型楔子防止胎具松動，同時，在胎具中間焊接上透光定位板，透光定位板與胎具間用3根型鋼焊接固定如圖6所示。

四是筒節(jié)的兩端口加工單面坡口，同時以筒節(jié)外壁找正，加工透光定位板（如圖7）。這樣可以保證透光定位板與筒節(jié)同心，為后面筒節(jié)的組對調(diào)整筒體直線度工序精確無誤打好基礎(chǔ)。

圖6 透光定位板的固定

圖7 透光定位板簡圖

4 經(jīng)緯激光儀控制筒體組對的直線度

由于筒節(jié)較長，采取先分3小段組對，最后再整體組對成形的方案。

4.1 兩個筒節(jié)的組對“三點一線”法

如圖8所示。

圖8 “三點一線”組對示意圖

當經(jīng)緯激光儀發(fā)出的激光，穿過筒節(jié)1激光接收板的圓心，射在筒節(jié)2的激光接收板的圓心時，筒節(jié)1和筒節(jié)2就同心了，則筒節(jié)1和筒節(jié)的直線度就能保證≤2 mm。

筒節(jié)1與筒節(jié)2的胎具中心透光定位板中心處，安裝有激光接收板。兩塊激光接收板的材質(zhì)都是PVC厚δ=8 mm，Φ外=100 mm，中心有同心圓刻度線Φ 2，Φ 4，Φ 6，Φ 8。唯一的區(qū)別是，筒節(jié) 1上激光接收板的Φ 2 mm為通孔，筒節(jié)2上激光接收板的Φ 2 mm為不通。

4.2 多個筒節(jié)的組對“四點一線”法

如圖9所示。其原理與“三點一線”的原理是一樣的，其中筒節(jié)Ⅰ與Ⅱ，Ⅲ與Ⅳ先組對好后，再整體組對。Ⅲ與Ⅳ兩端口各加胎具撐圓并加裝透光定位板（方法同前），特別注意的是，要根據(jù)筒體的排版圖預(yù)先做好準備，繪制相應(yīng)的“筒節(jié)先后組對順序過程圖”。

圖9 多個筒節(jié)之間"四點一線"組對示意圖

（1）第一步組對。以筒節(jié)Ⅰ的激光接收板為基準，要求激光點位于筒節(jié)Ⅲ激光接收板的圓心處。筒節(jié)Ⅰ上激光接收板的Φ 2 mm為通孔，筒節(jié)Ⅱ上激光接收板的Φ 2 mm為不通。

（2）第二步組對。去掉以筒節(jié)Ⅱ上的激光接收板，以筒節(jié)Ⅰ的激光接收板為基準，要求激光點位于筒節(jié)Ⅳ激光接收板的圓心處。筒節(jié)Ⅰ上激光接收板的Φ 2 mm為通孔，筒節(jié)Ⅳ上激光接收板的Φ 2 mm為不通。

（3）第三步調(diào)整。當?shù)诙浇M對結(jié)束后，保持激光源和筒節(jié)原位置不動，在筒節(jié)Ⅱ上放中心孔Φ 2 mm不通的激光接收板，打開激光源并調(diào)節(jié)焦距看激光點是否在筒節(jié)Ⅱ的激光接收板的圓心。若在，則筒節(jié)同心；若不在，沿激光點在激光接收板的反方向調(diào)節(jié)筒節(jié)的位置，使激光點位于筒節(jié)Ⅱ的激光接收板的圓心。

再去掉筒節(jié)Ⅱ的激光接收板，看激光點是否在筒節(jié)Ⅳ的激光接收板的圓心。如此反復(fù)的調(diào)試，直到激光源能同時穿過筒節(jié)Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ的圓心。

5 環(huán)縫的焊接

兩個筒節(jié)組對好后，環(huán)縫的焊接很重要，焊接應(yīng)力不均勻分布，就會引起筒節(jié)向內(nèi)收縮，從而使直線度超標。相對較科學(xué)控制的做法是：

（1）在筒節(jié)組對好后，保持激光源一直亮著，先在環(huán)縫的四周先均勻點焊，再在四周等距離加焊4塊材質(zhì)為316 L厚δ=30 mm左右的筋板，接著在環(huán)縫打一道底焊，并觀察激光是否偏離激光接收板的圓心。

（2）埋弧自動焊。焊接時，應(yīng)嚴格按照焊接工藝，不能為了搶進度而采取大電流施焊，這樣只會導(dǎo)致焊接應(yīng)力集中，引起較大的焊接收縮變形。在焊接過程中，需要時刻觀察激光是否在激光接收板的圓心處，如有偏離圓心處，則停止施焊，并轉(zhuǎn)移到停止點的對面施焊，讓焊接應(yīng)力受力相互抵消，達到受力平衡。

（3）環(huán)焊縫施焊結(jié)束，再復(fù)檢一下激光是否在兩塊激光接收版的圓心。確認同心后，再去用等離子切割掉4塊筋板，并打磨光滑平整。

6 筒節(jié)環(huán)縫焊接變形的校正

當發(fā)生筒節(jié)環(huán)縫焊接變形，不同心時，且當H≤4 mm，如圖10所示。

圖10 發(fā)生筒節(jié)環(huán)縫焊接變形

采取的措施是：凹處A為中心環(huán)縫的2/3圓周，用碳弧氣刨刨去1/3～1/4的焊肉，而凸處B為中心環(huán)縫的1/3圓周，刨去全部的4/5焊肉。同時在B處左側(cè)筒節(jié)點焊上2～3塊材質(zhì)為316L的δ=30 mm左右的擋板。

在B處大電流焊接，集中產(chǎn)生較大的焊接變形，當B處凸出部分變得平整，或右側(cè)筒節(jié)與擋板相靠近貼實時，則變形校正成功。

按照經(jīng)驗值，若當H>4 mm時，用“大電流凸處施焊”的方案，很難達到預(yù)期的效果，所以在焊接過程中，特別要注意施焊工藝。

7 結(jié)束語

干燥機機身的制造能否成功，主要看制造企業(yè)的起吊能力、加工能力和工人師傅的制造經(jīng)驗。就目前我國的制造能力而言，只要能因地制宜地充分利用好現(xiàn)有的制造條件和技術(shù)人才，發(fā)揮我們的聰明才智，完全可以和國外發(fā)達國家相媲美，競爭干燥機的國際市場。

但與此同時，我們要清楚的認識到我們的不足，因為加工設(shè)備的條件限制，干燥機的生產(chǎn)制造周期較長，一般為3個月左右；組對筒節(jié)時主要依靠人力，效率低；焊接設(shè)備的落后，焊接品質(zhì)和效率不能百分百的控制；檢驗檢測設(shè)備不全面，要制作大量的輔助工裝，才能配合完成。

干燥機制造經(jīng)驗和檢測方案，可推廣到各類臥式大型動設(shè)備例如水泥礦產(chǎn)企業(yè)的回轉(zhuǎn)粉碎機、垃圾回收站的垃圾分類篩選裝置的制造方案中。

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[2]GB151-1998，管殼式換熱器[S].

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