一種新型大開口容器端蓋安裝拆卸裝置

【摘 要】本文對(duì)大開口容器端蓋安裝拆卸裝置的設(shè)計(jì)工況、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理做了簡(jiǎn)單的介紹，并著重對(duì)其中的端蓋移送機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】大開口；端蓋移送機(jī)構(gòu)；工作原理；結(jié)構(gòu)

在化工容器的端蓋裝配中，通常大部分采用立式裝配，即利用大型平衡吊具將端蓋吊起，通過機(jī)械導(dǎo)向裝置，將端蓋與筒體對(duì)中，最終實(shí)現(xiàn)較精確的裝配。該方式適合立式容器或端蓋裝拆不頻繁的臥式容器工況。但在某些情況下，臥式容器因功能需要，須頻繁裝拆端蓋，如仍采用立式裝配，大量的工時(shí)將會(huì)花費(fèi)在翻轉(zhuǎn)、卸載螺栓、吊裝、裝載預(yù)緊螺栓、再翻轉(zhuǎn)的過程中，占用大量人力物力的同時(shí)也缺乏經(jīng)濟(jì)性。本文介紹一種針對(duì)大開口臥式容器且端蓋裝拆頻繁的工況而設(shè)計(jì)出的新型端蓋安裝拆卸裝置，希望能為國內(nèi)同類工藝裝備的設(shè)計(jì)提供一定的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

1 設(shè)計(jì)工況及功能要求

某項(xiàng)目的容器為超大、超重的單體設(shè)備。工作狀態(tài)為臥式，并且需要較頻繁的端蓋裝拆。因此容器端蓋使用的不是傳統(tǒng)的螺栓法蘭的連接方式，而是通過斜面卡套的形式進(jìn)行連接和預(yù)緊，如圖1所示。此外，密封性形式不是普通的端面密封，而是凸緣和凹槽的配合式密封，且間隙很小，對(duì)于這種超大型容器，對(duì)中難度大大增加。

用戶要求實(shí)現(xiàn)端蓋的長距離運(yùn)輸，并完成筒體端蓋高精度自動(dòng)對(duì)中，合蓋時(shí)不得損傷密封凸緣，合蓋后卡套液壓預(yù)緊；在容器工作結(jié)束，壓力卸載后，卡套分離，端蓋也由相應(yīng)裝置分離。設(shè)備動(dòng)作很簡(jiǎn)單，但對(duì)于超大型壓力容器的工藝裝備，設(shè)備的成本和功能結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的可靠性顯得尤為重要，其具體的實(shí)現(xiàn)形式也需要周全的考慮。

2 設(shè)備組成及工作原理

根據(jù)用戶需求并全面分析端蓋安裝拆卸裝置在運(yùn)行中可能遇到的問題，設(shè)備設(shè)計(jì)完成后主要由以下三部分組成：端蓋移送機(jī)構(gòu)、卡套啟閉機(jī)構(gòu)、支撐裝置。

2.1 端蓋移送機(jī)構(gòu)

端蓋移送機(jī)構(gòu)主要由端蓋托架、作業(yè)平臺(tái)、液壓小車和端蓋托底裝置組成。它是端蓋裝配的調(diào)整單元，4臺(tái)液壓小車運(yùn)載著托架和端蓋，移送至筒體附近后，液壓小車可以完成6自由度方位調(diào)整，通過傳感器信號(hào)，最終達(dá)到高精度對(duì)中。

2.2 卡套啟閉機(jī)構(gòu)

卡套啟閉機(jī)構(gòu)主要由安裝框架、上卡套驅(qū)動(dòng)裝置、下卡套驅(qū)動(dòng)裝置、左右卡套驅(qū)動(dòng)裝置、下卡套支撐裝置、下卡套檢修裝置、端蓋預(yù)緊裝置、卡套分離裝置及作業(yè)平臺(tái)等組成。它是筒體與端蓋的預(yù)緊單元，即通過液壓缸驅(qū)動(dòng)4個(gè)卡套分段，進(jìn)行加載保壓，完成預(yù)緊和卸載功能。其中上下卡套分別使用2組驅(qū)動(dòng)液壓缸；左右卡套由于預(yù)緊力方向與重力方向垂直，所以需要2組驅(qū)動(dòng)液壓缸的同時(shí)配合頂部的隨動(dòng)裝置以保證卡套姿態(tài)的穩(wěn)定。在預(yù)緊后4個(gè)卡套之間使用螺栓連接，由工人在作業(yè)平臺(tái)上手動(dòng)完成。

2.3 支撐裝置

支撐裝置主要由筒體底座、筒體復(fù)位裝置、防竄裝置、橫向限位裝置等組成。它是筒體支撐調(diào)整單元，5個(gè)鞍座下面各均勻分布8個(gè)高度調(diào)整支撐油缸，在筒體落位前根據(jù)鞍座的高度和角度進(jìn)行微調(diào)，使筒體與鞍座接觸率提高，重量分布更均勻；容器在工作中因壓力變形，在其軸向方向會(huì)有一定位移，為保證支撐不被形變產(chǎn)生的力強(qiáng)行作用，在支撐油缸的下面連接盆式橡膠座，可以在自動(dòng)適應(yīng)軸線方向的位移；防竄裝置連接筒體與鞍座，保證每個(gè)鞍座與容器的相對(duì)位置不變；在容器工作完畢后，容器的整體位移通過安裝在鞍座之間的液壓復(fù)位裝置，調(diào)整回初始狀態(tài)，保證卡套啟閉機(jī)構(gòu)與筒體的相對(duì)位置也回到初始位置，以便于下次工作時(shí)卡套的啟閉。

3 端蓋移送機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

3.1 端蓋托架結(jié)構(gòu)分析

端蓋移送機(jī)構(gòu)是整個(gè)設(shè)備的核心動(dòng)部件，它對(duì)于端蓋的姿態(tài)調(diào)整關(guān)系到整個(gè)設(shè)備的精度，所以機(jī)構(gòu)必須有高強(qiáng)度和剛度，才能保證姿態(tài)調(diào)整的穩(wěn)定性。其中，端蓋托架是主要承載部件，相比普通托架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，端蓋托架有其特殊性。首先，端蓋的形狀雖然是旋轉(zhuǎn)體，但對(duì)于其在裝配時(shí)的角度和方位，無法找到規(guī)則的支撐面。其次，裝配時(shí)端蓋密封端面應(yīng)完全露出，端蓋必然會(huì)安放在托架的一端，易造成整體重心向端蓋端面偏心，所以托架應(yīng)在另一側(cè)裝載配重。此外，在容器工作現(xiàn)場(chǎng)空間有限的情況下，應(yīng)合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)并控制托架的體積。

針對(duì)以上設(shè)計(jì)難點(diǎn)，端蓋托架最終結(jié)構(gòu)如圖2所示。整體結(jié)構(gòu)采用網(wǎng)格型箱體結(jié)構(gòu)，箱體的結(jié)構(gòu)布置充分考慮了可焊性，保證每一塊筋板都能焊到雙面角焊縫。為解決支撐面的問題，在端蓋的3個(gè)方向焊接支撐塊，相當(dāng)于3個(gè)支撐點(diǎn)確定了1個(gè)支撐平面，支撐塊與托架采用螺栓連接。除此之外端蓋托架還有1個(gè)弧形的輔助支撐面，可以平衡因重心偏心向密封端面?zhèn)葍A斜的趨勢(shì)。托架的后半部留有配重倉，可以容納配重鐵砂，使托架與端蓋的整體重心位置盡量靠近托架幾何中心，以便布置下方的液壓小車?？紤]端蓋移送機(jī)構(gòu)在運(yùn)輸中的啟動(dòng)和停止，托架的強(qiáng)度用ANSYS進(jìn)行了動(dòng)載分析計(jì)算，強(qiáng)度安全系數(shù)6，完全滿足設(shè)備的精度要求。

3.2 液壓小車結(jié)構(gòu)分析

液壓小車是端蓋移送裝置調(diào)整端蓋姿態(tài)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，對(duì)于這種重載運(yùn)輸，一般采用軌道式運(yùn)輸車，該設(shè)備在船廠運(yùn)用得比較成熟，常見的有船體的分段焊接等，但相比于船廠對(duì)調(diào)整精度的要求，端蓋對(duì)中調(diào)整對(duì)精度的要求更為嚴(yán)格。

為了得到較高的調(diào)整精度，液壓小車設(shè)計(jì)成純液壓驅(qū)動(dòng)調(diào)整，只有在長距離運(yùn)輸時(shí)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，將端蓋運(yùn)輸至筒體附近后，完全依靠液壓傳動(dòng)進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，每臺(tái)小車配備3組液壓缸，配合球頭鉸接，4臺(tái)小車可完成6自由度的微調(diào)。但液壓系統(tǒng)會(huì)有因管路升壓變形而引起的行程誤差，這個(gè)現(xiàn)象在平移缸中非常明顯，重力方向的油缸由于本身處于帶載狀態(tài)，變形誤差已經(jīng)提前消除，所以平移缸的管路須選用低變形材料。在對(duì)中檢測(cè)方案的選取上，選擇了成本相對(duì)于激光檢測(cè)更低廉的全站儀。經(jīng)試驗(yàn)，端蓋移送機(jī)構(gòu)的對(duì)中精度完全滿足密封間隙要求。

3.3 托底裝置結(jié)構(gòu)分析

端蓋與筒體合蓋后，托架和端蓋是無法分離的，而容器工作時(shí)間較長，液壓小車的承載油缸長時(shí)間帶載會(huì)影響液壓系統(tǒng)的壽命，因此考慮使用機(jī)械支撐托底裝置代替液壓承載，如圖4所示。該機(jī)構(gòu)采用常見的楔形塊形式，由油缸頂出和收回。由于筒體在工作中的軸向變形將端蓋托架向外推出，巨大的干摩擦力會(huì)降低設(shè)備的穩(wěn)定性。所以楔形塊分為兩層，上層與托架接觸的為自潤滑材料滑板，下層為普通碳鋼材料，由鍵槽結(jié)構(gòu)與下墊板形成單向滑動(dòng)配合，而變形引起的滑動(dòng)只會(huì)在端蓋托架與滑板，或者滑板與下層滑塊之間發(fā)生，降低了摩擦系數(shù)，減少設(shè)備損耗。油缸與楔形塊的大間隙鉸接連接方式能有效的補(bǔ)償因設(shè)備安裝而帶來的位置誤差。

4 結(jié)束語

該容器端蓋拆卸裝置從具體工況出發(fā)，在設(shè)計(jì)中考慮全面，尤其是針對(duì)容器的壓力變形在設(shè)備的整條線都設(shè)計(jì)了適當(dāng)?shù)膽?yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)。設(shè)備的可靠性高，工作效率高，自動(dòng)化程度高，而且方案具有創(chuàng)新性，對(duì)化工行業(yè)工藝裝備的發(fā)展有積極的推動(dòng)作用。

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