回轉(zhuǎn)窯筒體安裝之同心度測(cè)量探討

張 軍

(中國十九冶集團(tuán)工業(yè)建設(shè)分公司, 四川成都 610000)

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回轉(zhuǎn)窯筒體安裝之同心度測(cè)量探討

張 軍

(中國十九冶集團(tuán)工業(yè)建設(shè)分公司, 四川成都 610000)

在礦熱爐生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)中，其中回轉(zhuǎn)窯的生產(chǎn)工藝是最為關(guān)鍵之一。回轉(zhuǎn)窯筒體為多段，在現(xiàn)場(chǎng)組裝，同心度的測(cè)量控制是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文章通過工程實(shí)例，探索簡(jiǎn)單、高效、精度高的測(cè)量方法，利用全站儀激光發(fā)射源的激光束，直觀設(shè)定筒體的同心線，測(cè)設(shè)整個(gè)筒體的同心度，達(dá)到調(diào)節(jié)安裝筒體的目的。改變傳統(tǒng)筒體同心度的測(cè)設(shè)方法，提高筒體在施工過程中的安裝質(zhì)量和效率。

全站儀； 同心度； 筒體； 測(cè)量

北海誠德鎳鉻合金二期工程回轉(zhuǎn)窯設(shè)備共計(jì)2套，單套重量為1 650 t(不包括耐火材料和電氣)，本體長度118 m，傾斜度3.5 %，直徑為5.2 m。目前全國大型回轉(zhuǎn)窯有：鞍鋼制造出口長度40 m、直徑6.1 m回轉(zhuǎn)窯；河南香山水泥廠投產(chǎn)長度80 m、直徑4 m環(huán)保節(jié)能型回轉(zhuǎn)窯；湛江龍騰球團(tuán)工程長度52 m、直徑6.69 m回轉(zhuǎn)窯等。相比較，本工程回轉(zhuǎn)窯為目前國內(nèi)規(guī)模最大的特大型回轉(zhuǎn)窯設(shè)備。

常規(guī)窯體同心度的測(cè)量方法是在窯體0°方向和90°方向上，沿回轉(zhuǎn)窯筒體內(nèi)壁從窯頭到窯端分別拉一根細(xì)鋼線，以此來測(cè)量檢查筒體的同心度(圖1)。

注：①鋼線； ②筒體圖1 常規(guī)鋼線拉法

常規(guī)鋼線拉法給施工帶來了諸多不便。首先，常規(guī)方法客觀造成了測(cè)量誤差增大，甚至測(cè)量成果錯(cuò)誤。在距離118 m的兩點(diǎn)牽拉一根細(xì)鋼線，由地球引力產(chǎn)生的自重造成整根鋼絲成為弧線，而我們需要的是一直線，這是產(chǎn)生測(cè)量錯(cuò)誤成果的原因之一；其次，在施工現(xiàn)場(chǎng)都很難有理想的測(cè)量環(huán)境，如風(fēng)力過大，特別是我國沿海一帶，風(fēng)力過大引起鋼絲的擺動(dòng)也是造成測(cè)量成果錯(cuò)誤的重要因素；再次，理想環(huán)境中在筒體兩端0°到90°處拉掛兩根鋼線，但在實(shí)際施工過程中很難找出筒體兩端0°和90°的正確位置，從而出現(xiàn)圖2所示的情況。在理想狀態(tài)下，面1256應(yīng)垂直于面1234，但實(shí)際情況是面1256不垂直于面1234，面1234為一扭曲面123′4。

圖2 拉鋼線的面形成扭曲面

在這種情況下無法測(cè)量出筒體同心度的正確數(shù)據(jù)。使用拉掛鋼線的第三個(gè)弊端是：由于筒體是多段現(xiàn)場(chǎng)組裝，在運(yùn)輸和吊裝的過程中，為防止筒體變形，在內(nèi)部每隔一段距離就會(huì)焊接“米”字支撐架以防筒體變形(圖3)。筒體內(nèi)部復(fù)雜的環(huán)境嚴(yán)重干涉了拉鋼繩測(cè)量的方法。

圖3 筒體內(nèi)部“米”字架

結(jié)合工程實(shí)際情況，經(jīng)查閱有關(guān)資料，結(jié)合全站儀，尋求新的測(cè)量方法，即利用全站儀激光放射源發(fā)出的激光束作為筒體同心度測(cè)量的依據(jù)線。

1 測(cè)量原理

以筒體兩端的同心點(diǎn)為依據(jù)，測(cè)量、檢核筒體中間各個(gè)點(diǎn)的空間位移量，利用全站儀或電子經(jīng)緯儀紅外光源發(fā)射器，發(fā)射出的紅外線，使紅外光束的軌跡與筒體的中心線重合，同時(shí)儀器望遠(yuǎn)鏡中“十”字絲中心也與筒體中心線重合，也可通過儀器望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)筒體同心度(圖4)。

圖4 測(cè)量簡(jiǎn)圖

2 具體實(shí)施

2.1 施測(cè)前準(zhǔn)備

仔細(xì)閱讀施工圖紙，掌握安裝精度要求。根據(jù)圖紙和規(guī)范要求，筒體安裝的各項(xiàng)精度見表1。

表1 筒體安裝各參數(shù)

明確了安裝測(cè)量允許誤差范圍，我們對(duì)儀器的選用和測(cè)設(shè)方法做理論驗(yàn)算。選用Nivo2·M系列全站儀，儀器的主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 Nivo2·M系列全站儀技術(shù)參數(shù)

首先考慮水平角誤差位移量：

(1)

式中：Mα為儀器架設(shè)點(diǎn)到筒體最遠(yuǎn)端的位移量；D為儀器架設(shè)點(diǎn)到筒體最遠(yuǎn)端的距離；α為儀器水平角精度差。

筒體本身長度為118m，將儀器架設(shè)點(diǎn)設(shè)為離筒體端外30m。則儀器架設(shè)點(diǎn)到遠(yuǎn)端D筒體的距離為118+30=148m。

即：

Mα=148×sin2″≈1.435×10-0.3m=1.435 mm

(2)

從式(1)、式(2)得出的數(shù)據(jù)表明：筒體的最遠(yuǎn)端測(cè)設(shè)點(diǎn)位的水平位移量為1.435 mm，而筒體同心度最小誤差的設(shè)計(jì)是小于4 mm，從理論上來說，使用Nivo2·M全站儀完全滿足水平面上的位移誤差要求。

垂直面位移誤差量：

(3)

式中：Mβ為垂直面位移誤差量；H為儀器架設(shè)點(diǎn)到筒體遠(yuǎn)端高差；β為儀器垂直角精度差(6″)。

窯頭與窯尾的高差比列為3.5 %，筒體長118m，筒體傾角為2°0′21″(圖5)，儀器架設(shè)點(diǎn)離筒體近端距離30m，即：

H=(117.9277+30)tag2°0′21″≈5.18083m

(4)

將式(4)代入式(3)中，Mβ=1.50704×10-0.4m。即：儀器架設(shè)點(diǎn)到筒體最遠(yuǎn)端觀測(cè)點(diǎn)在垂直面上的位移量為0.150 704mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于筒體安裝允許誤差4mm的要求。

圖5 筒體傾斜度

2.2 儀器架設(shè)點(diǎn)的確定

在整個(gè)測(cè)量過程中，儀器架設(shè)點(diǎn)位的確定頗為關(guān)鍵。由于筒體內(nèi)部環(huán)境復(fù)雜，不利于架設(shè)儀器，我們采用筒體外部架設(shè)儀器法。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，將架設(shè)儀器的位置選擇在礦熱爐基礎(chǔ)平臺(tái)上。

2.2.1 筒體同心線的確定

根據(jù)安裝現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，我們以回轉(zhuǎn)窯中心線(全廠設(shè)備安裝控制線之一)為依據(jù)，先將窯尾端的筒體安裝固定，再使用劃規(guī)找出最尾端處筒體的同心度并做好標(biāo)記。再以回轉(zhuǎn)窯中心線為依據(jù)將全站儀架設(shè)在窯尾筒體內(nèi)，調(diào)節(jié)儀器俯角為3.5 %(圖6)。

圖6 儀器視準(zhǔn)軸斜率顯示

再將塔尺立于窯尾筒體內(nèi)最底部，從全站儀目鏡中讀取塔尺讀數(shù)并記錄，又以這個(gè)讀數(shù)為依據(jù)調(diào)整窯頭端筒體(圖7)。

注：③窯頭端塔尺; ④窯尾端塔尺; ⑤儀器視線; ⑥全站儀圖7 視準(zhǔn)軸斜率為3.5%的測(cè)設(shè)

如圖7所示，在窯頭筒體安裝中，將立在筒體內(nèi)的塔尺讀數(shù)(筒體前后兩點(diǎn))調(diào)整到窯尾內(nèi)塔尺讀數(shù)一樣時(shí)，窯頭筒體的同心度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。在窯頭筒體末端用劃規(guī)定出筒體中心，并做好記號(hào)。將窯頭、窯尾兩端的筒體中心點(diǎn)相連起來，這條以窯頭、窯尾筒體中心點(diǎn)相連的直線作為整個(gè)筒體同心度測(cè)量的依據(jù)。

2.2.2 同心線的延長

筒體同心線的引測(cè)關(guān)系到測(cè)設(shè)整個(gè)筒體的精度。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的測(cè)設(shè)環(huán)境，我們將同心線的延長線定為筒體下端外的10m處(圖4)。筒體下端外的10m為水平距離，可采用全站儀測(cè)定出來并做好埋點(diǎn)。筒體外延長線與整個(gè)筒體同心線保持在同一個(gè)垂直面上。

2.2.3 儀器高度的確定

將儀器的紅外線發(fā)射器中心架設(shè)高度與筒體同心度在同一條直線上，需要滿足：(1)紅外線發(fā)射器中心與筒體同心線在一個(gè)垂直面內(nèi)；(2)紅外線發(fā)射器中心與筒體同心線以3.5 %為傾斜的傾斜面上。通過同心線的延長，我們確定了紅外線發(fā)射器中心與筒體同心線在一個(gè)垂直面內(nèi)的要求。

確定儀器架設(shè)水平面的高度，首先要采用精密水準(zhǔn)儀測(cè)量出筒體下端(窯頭)與延長點(diǎn)的高差。窯頭端筒體按照設(shè)計(jì)要求，以窯尾筒體為依據(jù)安裝就位。因?yàn)橥搀w的直徑為5.2m，為了降低筒體端點(diǎn)與延長點(diǎn)的高差誤差，采用框式水平儀尋找、確定筒體同心度垂直面內(nèi)的最低點(diǎn)(圖8)，框式水平儀氣泡的中心即為筒體同心度在垂直面上的最低點(diǎn)，使用水準(zhǔn)儀(NA2)可測(cè)量出筒體端到延長點(diǎn)的高差。

圖8 確定垂直面最低點(diǎn)

(5)

式中：hY為儀器的架設(shè)高度；hZ為筒體下端處筒體中心相對(duì)水平高度(∮5.2÷2=2.6m)；hD為延長筒體外10m處點(diǎn)的相對(duì)水平高度；hT為筒體下端處底部相對(duì)水平高度；A為筒體的傾斜角度；hD-hT為筒體下端處與延長點(diǎn)的高差；10m為筒體下端處到延長點(diǎn)的水平距離。由圖9可求得儀器的架設(shè)高度。

圖9 儀器架設(shè)的幾何尺寸

2.3 測(cè)量記錄

測(cè)量記錄見表3。

表3 測(cè)量記錄 mm

3 結(jié)論

采用全站儀，利用全站儀的紅外線激光發(fā)射源對(duì)大型筒體進(jìn)行調(diào)整安裝測(cè)量，改變了傳統(tǒng)吊拉鋼線或經(jīng)緯儀觀測(cè)法，使測(cè)量更為直觀，提高了測(cè)量精度，保證安裝質(zhì)量而且降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

[1]GB50026-2007 工程測(cè)量規(guī)范[S].

[2]GB50551-2010 球團(tuán)機(jī)械設(shè)備安裝工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[3]GB/T50561-2010 建材工業(yè)設(shè)備安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[4] 樊兆馥. 機(jī)械設(shè)備安裝工程手冊(cè)[M]. 冶金工業(yè)出版社，2004.

[5] 趙旭光. 湛江EPC球團(tuán)工程回轉(zhuǎn)窯安裝技術(shù)探討[J]. 礦業(yè)工程，2011(1).

[6] 劉昌.超長超大型水泥回轉(zhuǎn)窯安裝[J]. 石油化工建設(shè), 2013(5).

[7] 夏鴻飛. 大型回轉(zhuǎn)窯安裝同心度測(cè)量控制方法[J]. 安徽建筑, 2010(1).

張軍(1970～)，男，本科，高級(jí)工程師，從事機(jī)械技術(shù)工作。

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[定稿日期]2017-03-10