一种新型大开口容器端盖安装拆卸装置

　　【摘 要】本文对大开口容器端盖安装拆卸装置的设计工况、结构特点和工作原理做了简单的介绍，并着重对其中的端盖移送机构的结构进行了分析。 　　【关键词】大开口；端盖移送机构；工作原理；结构 　　在化工容器的端盖装配中，通常大部分采用立式装配，即利用大型平衡吊具将端盖吊起，通过机械导向装置，将端盖与筒体对中，最终实现较精确的装配。该方式适合立式容器或端盖装拆不频繁的卧式容器工况。但在某些情况下，卧式容器因功能需要，须频繁装拆端盖，如仍采用立式装配，大量的工时将会花费在翻转、卸载螺栓、吊装、装载预紧螺栓、再翻转的过程中，占用大量人力物力的同时也缺乏经济性。本文介绍一种针对大开口卧式容器且端盖装拆频繁的工况而设计出的新型端盖安装拆卸装置，希望能为国内同类工艺装备的设计提供一定的借鉴经验。 　　1 设计工况及功能要求 　　某项目的容器为超大、超重的单体设备。工作状态为卧式，并且需要较频繁的端盖装拆。因此容器端盖使用的不是传统的螺栓法兰的连接方式，而是通过斜面卡套的形式进行连接和预紧，如图1所示。此外，密封性形式不是普通的端面密封，而是凸缘和凹槽的配合式密封，且间隙很小，对于这种超大型容器，对中难度大大增加。 　　用户要求实现端盖的长距离运输，并完成筒体端盖高精度自动对中，合盖时不得损伤密封凸缘，合盖后卡套液压预紧；在容器工作结束，压力卸载后，卡套分离，端盖也由相应装置分离。设备动作很简单，但对于超大型压力容器的工艺装备，设备的成本和功能结构强度的可靠性显得尤为重要，其具体的实现形式也需要周全的考虑。 　　2 设备组成及工作原理 　　根据用户需求并全面分析端盖安装拆卸装置在运行中可能遇到的问题，设备设计完成后主要由以下三部分组成：端盖移送机构、卡套启闭机构、支撑装置。 　　2.1 端盖移送机构 　　端盖移送机构主要由端盖托架、作业平台、液压小车和端盖托底装置组成。它是端盖装配的调整单元，4台液压小车运载着托架和端盖，移送至筒体附近后，液压小车可以完成6自由度方位调整，通过传感器信号，最终达到高精度对中。 　　2.2 卡套启闭机构 　　卡套启闭机构主要由安装框架、上卡套驱动装置、下卡套驱动装置、左右卡套驱动装置、下卡套支撑装置、下卡套检修装置、端盖预紧装置、卡套分离装置及作业平台等组成。它是筒体与端盖的预紧单元，即通过液压缸驱动4个卡套分段，进行加载保压，完成预紧和卸载功能。其中上下卡套分别使用2组驱动液压缸；左右卡套由于预紧力方向与重力方向垂直，所以需要2组驱动液压缸的同时配合顶部的随动装置以保证卡套姿态的稳定。在预紧后4个卡套之间使用螺栓连接，由工人在作业平台上手动完成。 　　2.3 支撑装置 　　支撑装置主要由筒体底座、筒体复位装置、防窜装置、横向限位装置等组成。它是筒体支撑调整单元，5个鞍座下面各均匀分布8个高度调整支撑油缸，在筒体落位前根据鞍座的高度和角度进行微调，使筒体与鞍座接触率提高，重量分布更均匀；容器在工作中因压力变形，在其轴向方向会有一定位移，为保证支撑不被形变产生的力强行作用，在支撑油缸的下面连接盆式橡胶座，可以在自动适应轴线方向的位移；防窜装置连接筒体与鞍座，保证每个鞍座与容器的相对位置不变；在容器工作完毕后，容器的整体位移通过安装在鞍座之间的液压复位装置，调整回初始状态，保证卡套启闭机构与筒体的相对位置也回到初始位置，以便于下次工作时卡套的启闭。 　　3 端盖移送机构的结构分析 　　3.1 端盖托架结构分析 　　端盖移送机构是整个设备的核心动部件，它对于端盖的姿态调整关系到整个设备的精度，所以机构必须有高强度和刚度，才能保证姿态调整的稳定性。其中，端盖托架是主要承载部件，相比普通托架的结构设计，端盖托架有其特殊性。首先，端盖的形状虽然是旋转体，但对于其在装配时的角度和方位，无法找到规则的支撑面。其次，装配时端盖密封端面应完全露出，端盖必然会安放在托架的一端，易造成整体重心向端盖端面偏心，所以托架应在另一侧装载配重。此外，在容器工作现场空间有限的情况下，应合理设计结构并控制托架的体积。 　　针对以上设计难点，端盖托架最终结构如图2所示。整体结构采用网格型箱体结构，箱体的结构布置充分考虑了可焊性，保证每一块筋板都能焊到双面角焊缝。为解决支撑面的问题，在端盖的3个方向焊接支撑块，相当于3个支撑点确定了1个支撑平面，支撑块与托架采用螺栓连接。除此之外端盖托架还有1个弧形的辅助支撑面，可以平衡因重心偏心向密封端面侧倾斜的趋势。托架的后半部留有配重仓，可以容纳配重铁砂，使托架与端盖的整体重心位置尽量靠近托架几何中心，以便布置下方的液压小车。考虑端盖移送机构在运输中的启动和停止，托架的强度用ANSYS进行了动载分析计算，强度安全系数6，完全满足设备的精度要求。 　　3.2 液压小车结构分析 　　液压小车是端盖移送装置调整端盖姿态的驱动机构，对于这种重载运输，一般采用轨道式运输车，该设备在船厂运用得比较成熟，常见的有船体的分段焊接等，但相比于船厂对调整精度的要求，端盖对中调整对精度的要求更为严格。 　　为了得到较高的调整精度，液压小车设计成纯液压驱动调整，只有在长距离运输时采用电机驱动，将端盖运输至筒体附近后，完全依靠液压传动进行姿态调整，每台小车配备3组液压缸，配合球头铰接，4台小车可完成6自由度的微调。但液压系统会有因管路升压变形而引起的行程误差，这个现象在平移缸中非常明显，重力方向的油缸由于本身处于带载状态，变形误差已经提前消除，所以平移缸的管路须选用低变形材料。在对中检测方案的选取上，选择了成本相对于激光检测更低廉的全站仪。经试验，端盖移送机构的对中精度完全满足密封间隙要求。 　　3.3 托底装置结构分析 　　端盖与筒体合盖后，托架和端盖是无法分离的，而容器工作时间较长，液压小车的承载油缸长时间带载会影响液压系统的寿命，因此考虑使用机械支撑托底装置代替液压承载，如图4所示。该机构采用常见的楔形块形式，由油缸顶出和收回。由于筒体在工作中的轴向变形将端盖托架向外推出，巨大的干摩擦力会降低设备的稳定性。所以楔形块分为两层，上层与托架接触的为自润滑材料滑板，下层为普通碳钢材料，由键槽结构与下垫板形成单向滑动配合，而变形引起的滑动只会在端盖托架与滑板，或者滑板与下层滑块之间发生，降低了摩擦系数，减少设备损耗。油缸与楔形块的大间隙铰接连接方式能有效的补偿因设备安装而带来的位置误差。 　　4 结束语 　　该容器端盖拆卸装置从具体工况出发，在设计中考虑全面，尤其是针对容器的压力变形在设备的整条线都设计了适当的应对结构。设备的可靠性高，工作效率高，自动化程度高，而且方案具有创新性，对化工行业工艺装备的发展有积极的推动作用。 　　参考文献： 　　[1]GB50017-2003《钢结构设计规范》，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 　　[2]《重型机械标准》，中国重型机械工业协会，2007 　　[3]《材料力学》，刘鸿文，高等教育出版社。2007