淺談大型回轉(zhuǎn)設(shè)備的制造

郎 勇 劉旺 林藏華 趙紅陽

（中航黎明錦西化工機械（集團）有限責任公司）

化機制造

淺談大型回轉(zhuǎn)設(shè)備的制造

郎 勇*劉旺 林藏華 趙紅陽

（中航黎明錦西化工機械（集團）有限責任公司）

以大型回轉(zhuǎn)干燥機制造為例，主要闡述了如何選擇合理的施工方式，從而確保筒體的制造精度，管支架管孔中心與筒體端板管孔中心的同軸度，出料螺旋各連接止口、平面相對于筒體回轉(zhuǎn)中心的形位公差等。這些重要的技術(shù)參數(shù)是保證設(shè)備良好運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵要素。

大型回轉(zhuǎn)設(shè)備 干燥機 制造 筒體 加熱管 端板 組裝

0 前言

大型回轉(zhuǎn)設(shè)備是化工、冶金、建材等行業(yè)生產(chǎn)的專用重要設(shè)備，主要有回轉(zhuǎn)干燥機、蒸汽加熱煅燒爐、重灰煅燒爐、輕灰煅燒爐、回轉(zhuǎn)窯等設(shè)備。這些回轉(zhuǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)基本相同，其共同點是規(guī)格尺寸大、轉(zhuǎn)速低、設(shè)備重、吊裝運輸很不方便，因此對制造場地的選擇、加工精度的控制、組裝工藝方法的選擇等都提出了更高的要求。本文以精對苯二甲酸 （PTA）裝置的大型回轉(zhuǎn)干燥機為例，介紹了施工中如何選擇合理的施工方式來保證筒體的制造精度、保證管支架管孔與汽室及端板管孔的同軸度、保證出料螺旋各連接部位相對于筒體回轉(zhuǎn)中心的形位公差等，確保設(shè)備最終的制造精度達標，設(shè)備運行平穩(wěn)可靠。

1 回轉(zhuǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)組成及工作原理

精對苯二甲酸 （PTA）裝置的大型回轉(zhuǎn)干燥機，主要由螺旋進料機、進料密封、筒體、傳動裝置、托擋輪裝置、汽室和出料端等主要部件以及相連接的輔助裝置組成，如圖1所示。

PTA干燥機的機體本身具有一定的斜度，濕的PTA物料通過交叉螺旋輸送機以及螺旋進料機被送入干燥機筒體內(nèi)進行加熱干燥。同時，在干燥機旋轉(zhuǎn)及自身安裝斜度的作用下，被干燥的物料邊干燥邊流向轉(zhuǎn)筒出料端。蒸汽則通過尾端的旋轉(zhuǎn)接頭、汽軸及汽室進入筒體內(nèi)的加熱管中，對加熱管間的含濕物料進行間接加熱，產(chǎn)生的蒸汽冷凝液在干燥機旋轉(zhuǎn)及自身安裝斜度的作用下流回汽室，經(jīng)過汽軸由旋轉(zhuǎn)接頭排出。從干燥機出料端通入的惰性氣體穿過整個筒體，帶走溶劑蒸汽從進料端排出，使物料中的含水量從15%減少到0.1%，最終達到干燥物料的目的[1]。

圖1 PTA裝置回轉(zhuǎn)干燥機

干燥機出廠前要在制造廠進行空負荷試運轉(zhuǎn)，各項檢測指標合格后才可解體包裝，發(fā)運到業(yè)主現(xiàn)場，到現(xiàn)場后再根據(jù)空負荷試運轉(zhuǎn)技術(shù)參數(shù)進行現(xiàn)場的組裝調(diào)試。設(shè)備在進行空負荷試運轉(zhuǎn)前，要完成筒體的半段加工與整體合攏、管支架的組對焊接、出料螺旋的組裝合攏，以及相關(guān)部件的組裝、調(diào)試等。

2 筒體的加工

筒體是該設(shè)備的核心，其直徑為3.8 m、長為32 m、質(zhì)量為130 t，如圖2所示。筒體也是組裝其他部件的載體，兩個滾圈采用烘裝的方式組裝，大齒圈采用螺栓連接方式，出料螺旋采用螺栓連接后并封焊。因筒體超長、超重，難以完成整體烘裝滾圈及加工，只能采取分段加工筒體、分別烘裝滾圈的加工方式。兩段筒體利用工裝法蘭止口定位，在螺栓把緊后施焊，焊后拆除工裝法蘭，最后合攏形成整體。采用分段施工可以交叉作業(yè)，在加工左段筒體的施工周期內(nèi)，可以有充分的時間組織右段施工，充分利用不同崗位、不同工段交叉作業(yè)縮短施工周期，科學合理地組織施工，提高生產(chǎn)效率。

圖2 PTA裝置干燥機筒體結(jié)構(gòu)

2.1 筒體的分段加工

筒體的分段加工精度決定了合攏后筒體的形位精度，保證筒體的形位精度是設(shè)備平穩(wěn)運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，因此筒體分段加工過程中工件的裝夾、找正及加工基準的選擇，都是生產(chǎn)控制中的重要環(huán)節(jié)。筒體的分段加工在5 m臥式車床上完成，該車床其最大回轉(zhuǎn)直徑為5 m，加工長度為30 m。

2.1.1 左段筒體的加工

（1）左段筒體的裝夾及找正如圖3所示。機床卡盤爪由內(nèi)向外夾緊工裝法蘭，另一端用頂尖頂住工裝胎板，找正點是厚壁段筒體外圓，以卡盤端和頂尖端為校正基準，采取四心找正、八心校正的方式，確保筒體回轉(zhuǎn)中心同軸，從而保證加工部位加工后表面圓整、對稱[2]。

圖3 左段筒體加工示意圖

（2）通過一次裝夾完成筒體端板止口、滾圈墊板外徑、齒圈支承座端面及連接止口、工裝法蘭端面及連接止口的加工，符合基準統(tǒng)一原則，可以很好地保證各配合部位的相對位置公差符合設(shè)計要求。

2.1.2 右段筒體的加工

（1）右段筒體的裝夾及找正如圖4所示。其裝夾的工藝方法與左段的工藝方法一致。

圖4 右段筒體加工示意圖

（2）同樣采用一次裝夾完成滾圈墊板外圓、工裝法蘭端面及連接止口、出料螺旋連接汽室法蘭止口與端面尺寸的加工。

2.1.3 筒體的劃線

為保證劃線的精度及便于操作，劃線工作在筒體卸下機床前完成。劃出兩段筒體兩端的四心、齒圈支承座螺栓孔位置線、工裝法蘭螺栓孔位置線、汽室法蘭螺栓孔位置線。

2.1.4 尺寸的檢測、記錄

檢測及劃線在機床裝夾狀態(tài)下完成，這樣可以防止操作人與檢查員之間產(chǎn)生測量誤差，避免工件二次裝夾。檢驗合格后作好檢測記錄，卸下筒體待后續(xù)施工。

3 管支架的組對

PTA干燥機換熱管共有192支，分為四種規(guī)格，分別為?141.3 mm、?114.3 mm、?101.6 mm和 ?88.9 mm，管長為 30 123 mm[3]。管支架共208塊，沿筒體內(nèi)圓呈蘭花瓣形均布，共計26組。在以往煅燒爐管支架的組對施工中，采用的是三根鋼絲定心的方式，施工中每個管支架都要穿在鋼絲上，在連續(xù)施工中組對、測量都很不方便，工效較低。因此，根據(jù)實際情況對干燥機管支架的安裝工藝進行了調(diào)整，采用經(jīng)緯儀透光定位的方式進行組對，以保證管支架管孔與汽室及端板管孔的同軸度。具體的操作方法如下：

（1）以筒體的四心為基準組對端板，采用小電流多層焊接，每層焊接過程中要進行錘擊消除應力。

（2）以筒體的四心為基準組對模板，采用經(jīng)緯儀透光校正模板孔與端板管孔的同軸度，并把模板固定好。

（3）分別以管支架上的?89孔和?141孔做兩個玻璃光靶板，劃上十字中心，同時在工裝模板孔及端板孔放上玻璃光靶板。

（4）以筒體四心為基準確定管支架組對方位。

（5）管支架采用數(shù)控水切割方法加工，確保管支架精加工余量均勻，解決了加工余量大、加工周期長的問題。管孔加工按標記定位成組施工，確保管支架的互換性，解決組對調(diào)整困難的問題。管孔采用二次精加工，很好保證了管孔與換熱管的配合間隙，避免換熱管與管支架接觸部位間隙過大，降低換熱管磨損率，提高其耐腐蝕性。

（6）采用兩個光靶板其工作原理是：首先光靶板Ⅰ確定了?89管孔的同軸度，然后以光靶板Ⅰ的中心為基準，采用鉛垂線確定垂線通過兩光靶板的中心，以此控制管支架中軸心的擺角，防止管支架出現(xiàn)偏擺誤差。

（7）管支架的焊接采用小規(guī)范完成，防止產(chǎn)生焊接變形或管支架焊接后傾倒，影響各管孔間的同軸度。管支架結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 筒體內(nèi)管支架結(jié)構(gòu)

（8）焊后復測，作好記錄，為組裝換熱管做好準備。

4 筒體的合攏

（1）以兩段筒體的四心為方位基準進行合攏。

（2）筒體的左、右段利用工裝法蘭的止口進行定位，螺栓預把緊控制兩段筒體合攏口處的同軸度。

（3）利用經(jīng)緯儀檢測兩段筒體的同軸度，采取四光靶定心，即進料端、出料端分別以兩個光靶的方式進行校正，調(diào)整筒體前端和尾端的回轉(zhuǎn)軸心在設(shè)計要求的同軸度范圍內(nèi)。采用四光靶定心，可消除兩段筒體軸心出現(xiàn)夾角偏差，保證筒體直線度。

（4）校正筒體管支架管孔的同軸度，合格后將工裝法蘭螺栓把緊。

（5）封焊筒體合攏口，拆除工裝法蘭，進行100%RT探傷檢測。

（6）筒體合攏完成后，采用經(jīng)緯儀透光的方法進行組對、焊接另半段筒體的管支架。采用先半段后整體組焊管支架的工藝方式，可很好地保證整體管支架管孔的同軸度，確保換熱管可以順利穿入，消除筒體分段組焊管支架后再合攏所產(chǎn)生的管孔同軸度偏差。

5 筒體的落成及調(diào)試[4]

筒體合攏后將筒體放置在托擋輪組上，為后續(xù)施工做準備。

（1）按圖紙要求，將同一組的兩托輪中心距調(diào)整到設(shè)計要求。

（2）保證四個托輪的軸承座中心高一致，將托輪組落在地平臺上，調(diào)整四個托輪的中心高在同一水平面上，并固定牢固。

（3）將筒體放置在托輪組上，調(diào)整擋輪與滾圈之間的間隙，使之符合設(shè)計要求。

（4）將傳動部分落成，調(diào)整小齒輪與大齒圈的中心距和嚙合率達到設(shè)計要求。

（5）調(diào)整托輪與滾圈之間的接觸率，使之達到要求值，以確保潤滑均勻及運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。

（6）檢測齒圈、滾圈及進、出料端的跳動值，標記好方位并記錄具體數(shù)值，作為下一步施工的參考。

6 出料螺旋的組裝合攏

出料螺旋主要是考核旋轉(zhuǎn)接頭連接法蘭止口處的軸向、徑向跳動及出料軸承連接座止口處的軸向、徑向跳動，經(jīng)過把合、調(diào)整、封焊合攏口最終達到設(shè)計要求，為下一步出料口密封件的安裝及主體的試運轉(zhuǎn)打好基礎(chǔ)。

（1）出料螺旋的連接配合尺寸在一次裝夾中加工完成，包括旋轉(zhuǎn)接頭連接法蘭的止口及端面、汽室連接法蘭的止口及端面、軸承連接座的止口及端面，以及填料密封處的外圓尺寸等，如圖6所示。

圖6 出料螺旋組裝

（2）在汽室連接法蘭的法蘭盤處增加4個調(diào)整螺釘。通過調(diào)整螺釘，可以在裝配出料螺旋時控制軸向跳動使其達到最佳值，為出料螺旋組焊后達到優(yōu)良指標打好基礎(chǔ)。

（3）出料端各部位跳動值調(diào)整、檢測符合設(shè)計要求后，把緊螺栓，封焊內(nèi)口。

（4）內(nèi)口焊接規(guī)范不能大，以防止焊接變形影響跳動指標。在焊接過程中要隨時監(jiān)控，尤其是監(jiān)控與旋轉(zhuǎn)接頭連接的平面，跳動值必須保證在規(guī)定范圍內(nèi)。

（5）焊接完成后，復測出料端各部位跳動值，標記方位并做記錄，準備后續(xù)施工。

7 設(shè)備的總組裝及調(diào)試

（1）在筒體端板跳動檢測合格的條件下，組裝、調(diào)試進料密封使之達到設(shè)計要求，并做好永久性方位標記，便于今后設(shè)備維修的復位安裝。

（2）在出料螺旋各部位跳動檢測合格的條件下，組裝出料箱。

（3）螺旋進料機的組裝、調(diào)試可以和安裝出料部分同時進行。

（4）連接冷卻潤滑部分等相關(guān)輔助裝置。

（5）連接電氣部分。

（6）檢測各連接部位是否可靠，符合試車工藝要求后準備設(shè)備整體空負荷試運轉(zhuǎn)。

8 結(jié)論

通過對加工工藝的調(diào)整，采用分段法加工筒體、烘裝滾圈，然后合攏成型，可以保證設(shè)備的制造質(zhì)量。分段施工交叉作業(yè)，既可以提高生產(chǎn)工效，同時又可以解決受空間限制無法整體安裝滾圈的難點。采用經(jīng)緯儀兩光靶組對管支架，便于操作及質(zhì)量控制，可以作為成熟的工藝推廣。出料螺旋與汽室法蘭的連接增加調(diào)整螺釘，保證了安裝的可調(diào)性和技術(shù)參數(shù)的可控性。進料密封增加工裝定位裝置，為現(xiàn)場的安裝及大修調(diào)試提供了方便。實踐證明，工藝的調(diào)整、加工方法的改變，在保證并提升產(chǎn)品質(zhì)量的同時，大大提高了生產(chǎn)工效。實踐也證明，新的工藝方案可以應用于同類型大型回轉(zhuǎn)設(shè)備的制造。

[1]金國淼.化工設(shè)備設(shè)計全書：干燥設(shè)備 [M].北京：化學工業(yè)出版社，2002.

[2]成大先.機械設(shè)計手冊 [M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.

[3]蒸汽加熱管式回轉(zhuǎn)圓筒干燥機：HG/T 3914—2006[S].2007.

[4]化工回轉(zhuǎn)窯設(shè)計規(guī)定：HG/T 20566—2011[S].北京：中國計劃出版社，2011.

Preliminary Discussion on the Manufacturing of Large Rotary Equipment

Lang Yong Liu Wang Lin Zanghua Zhao Hongyang

Illustrated by the example of the large rotary dryer manufacture,how to choose the reasonable construction method was mainly expounded.Thus,the manufacturing accuracy of the cylinder,the concentricity between the center of the pipe bracket tube bore and the center of the end plate tube bore on the cylinder,each outlet connected with a screw joint,and the geometrical tolerance of the plane relative to the rotation center of the cylinder were ensured.These important technical parameters were the key factors to ensure the good operation of the equipment.

Large rotary equipment;Dryer;Manufacture;Cylinder;Heating tube;End plate;Assemble

TQ 050.6

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2017.08.012

2016-10-20）

*郎勇，男，1985年生，工程師。葫蘆島市，125001。