蒸汽回旋干燥机机身制造的品质控制

王成华

（南京化工职业技术学院机械系，江苏南京210048）

蒸汽回旋干燥机是一个对机身的制造精度要求特别高的大型动设备。整体设备的长度约30 m，设计要求直线度小于2 mm；直径3800 mm，椭圆度小于2 mm；齿圈和滚圈的径向跳动量小于2 mm，轴向的误差小于2 mm。由于其制造难度较大，目前国内蒸汽回旋干燥机机身的制造技术并不是很普及，能成功制造的厂家并不多。

1 干燥机简介

1.1 主要用途和使用范围

适用于大量处理连续干燥的物料。如：石膏、HDPE、PTA、POM、氯乙烯、ABS 树脂、铜精粉、铁精粉、铅精粉等各种非粘性矿粉、煤粉、焦炭粉及硝酸铵、尿素、钙镁磷肥等各种无机肥。

1.2 主要特征参数

设备规格 Φ 3800 mm×29500 mm

设备斜度 2.5/100

设备转速 3.8 r/min

主电机功率 450 kW/10000 V

盘车电机功率15 kW/380 V

设备总质量 250 t

1.3 机身主要结构

干燥机的结构简图如图1所示，共有10部分组成，筒体材质为316 L。

图1 干燥机的结构简图

2 机身制造难点分析

2.1 单节筒体的制造

筒节主材为316 L，厚δ=20 mm，δ=45 mm和δ=60 mm共3种规格（前后滚圈所在筒体下为板厚δ=60 mm，齿圈所在筒体下板厚δ=45 mm），内径Φ 3800 mm，单节筒节最大长度为2380 mm，单节筒节的椭圆度要控制在1 mm以内。由于筒节较薄，在滚圆成型后，由于辊板机施加的压紧力去除后，筒节自身弹性恢复及自重的原因，往往出现“鸭蛋形”，而且由于筒节纵缝的错边量和棱角度的存在，给椭圆度的控制带来麻烦，这是极为重要的技术难点。

2.2 筒体整体直线度椭圆度难点分析

单节筒体在卷板机上滚制成形后，即使撑圆后还会有些椭圆度存在的，特别是设备筒体部分总长29.5 m，单节筒节长2.38 m，共有14节筒节组对在一起，极易造成累计误差，筒体的直线度要控制在2 mm以内，就不那么容易了。目前，国内机械设备制造加工能力有限，没有“液压撑圆激光引导”组对设备，只能靠人工用原始的楔子、铁锤、液压器组对，面对如此高精度的动设备，制造过程是“精心细活”，不能有半点马虎，否则就会前功尽弃。筒体的直线度、椭圆度超过2 mm，就是不合格产品。

其工艺分析及实施要点分述如下。

3 单节筒节的椭圆度控制

3.1 筒节下料尺寸公式

C=π×D中径=3.1416×3820≈12001 mm，

考虑到筒节纵缝的焊接变性和收缩量，将C值增加5 mm，为C′=12006 mm。则筒节下料尺寸即为矩形2380 mm×12006 mm。

检验尺寸时，特别要注意长度方向尺寸偏差±2 mm，对角线方向尺寸偏差±2 mm，所有筒节下料必须用同一卷尺，误差≤2 mm，才能保证矩形的误差在允许值范围内。由于市场上没有长度12006 mm的料，需要拼接成形，拼缝要求错边量≤0.5 mm，100%RTJB/T4730-2005Ⅱ级合格。焊缝表面目测不得有咬边、棱角度、裂纹、气孔等缺陷，且采用机械振动消除应力。

3.2 筒节成型

将辊板机辊轴表面去除杂物，凸处清理平整，同时在成型前的钢板上贴上保护纸膜，然后将材料吊上辊板机滚圆。在卷制过程中，要求用弦长L≥640 mm，R=1900 mm的样板检查。

滚圆要求：同一断面上最大直径Dmax与最小直径Dmin之差，即椭圆度e≤1.0 mm，如图2所示。棱角度E≤1.5 mm，如图3所示。

图2 椭圆度e

图3 棱角度E

3.3 筒节的撑圆

（1）胎具工装图。如图4所示，用材质为Q235A宽B=200 mm，δ=22 mm的钢板卷制成Φ外=3810 mm的圆，内衬焊δ=30 mm，Φ 3364 mm/Φ 3406 mm的圆环板，整体热处理消除应力后，使用立车车外圆至Φ 3806 mm（注：胎具外圆略大于筒体内径，是防止筒节在撑圆后回弹），同时在三等分处环板上钻圆台形孔，再沿三等分线用数控切割机切割成3等份，切口宽B=10 mm，为胎具安装和撑圆过程中增加余量，同时制作3个材质为不锈钢的圆台形楔子（如图5）。

图4 筒节撑圆胎具

图5 圆锥形楔子

（2）胎具安装撑圆。一是在离筒节端口400 mm(注：留400 mm余量是考虑到便于环缝隙的焊接，RT，PT)处圆周均匀点焊上6块材质为304L或316L（注：为防止母材焊接污染，不可用碳钢系列的材料）δ=8 mm的挡板，用于支撑胎具，注意挡板要点焊牢固，防止胎具在撑圆受力过程中坠落。

特别说明：厚δ=45 mm的齿圈段和δ=60 mm的滚圈段的筒节，需两头增加胎具撑圆，防止垫板焊接过程中出现焊接变形下沉，使筒节椭圆度超标。在安装胎具之前，在胎具外圆与筒节的接触面，贴上保护纸，避免胎具碳钢部分与筒体不锈钢长时间接触，造成筒节表面“污染”或损伤。

二是将圆台形楔子插入圆台形孔中，并锤击圆台形楔子。同时测量不同位置的直径值，做相应记录，不停地调节直到椭圆度e≤1.0 mm为止。为了测量距离准确，最好使用激光测距仪。

三是待撑圆，测量值达到合格数值后，点焊圆孔型楔子防止胎具松动，同时，在胎具中间焊接上透光定位板，透光定位板与胎具间用3根型钢焊接固定如图6所示。

四是筒节的两端口加工单面坡口，同时以筒节外壁找正，加工透光定位板（如图7）。这样可以保证透光定位板与筒节同心，为后面筒节的组对调整筒体直线度工序精确无误打好基础。

图6 透光定位板的固定

图7 透光定位板简图

4 经纬激光仪控制筒体组对的直线度

由于筒节较长，采取先分3小段组对，最后再整体组对成形的方案。

4.1 两个筒节的组对“三点一线”法

如图8所示。

图8 “三点一线”组对示意图

当经纬激光仪发出的激光，穿过筒节1激光接收板的圆心，射在筒节2的激光接收板的圆心时，筒节1和筒节2就同心了，则筒节1和筒节的直线度就能保证≤2 mm。

筒节1与筒节2的胎具中心透光定位板中心处，安装有激光接收板。两块激光接收板的材质都是PVC厚δ=8 mm，Φ外=100 mm，中心有同心圆刻度线Φ 2，Φ 4，Φ 6，Φ 8。唯一的区别是，筒节 1上激光接收板的Φ 2 mm为通孔，筒节2上激光接收板的Φ 2 mm为不通。

4.2 多个筒节的组对“四点一线”法

如图9所示。其原理与“三点一线”的原理是一样的，其中筒节Ⅰ与Ⅱ，Ⅲ与Ⅳ先组对好后，再整体组对。Ⅲ与Ⅳ两端口各加胎具撑圆并加装透光定位板（方法同前），特别注意的是，要根据筒体的排版图预先做好准备，绘制相应的“筒节先后组对顺序过程图”。

图9 多个筒节之间"四点一线"组对示意图

（1）第一步组对。以筒节Ⅰ的激光接收板为基准，要求激光点位于筒节Ⅲ激光接收板的圆心处。筒节Ⅰ上激光接收板的Φ 2 mm为通孔，筒节Ⅱ上激光接收板的Φ 2 mm为不通。

（2）第二步组对。去掉以筒节Ⅱ上的激光接收板，以筒节Ⅰ的激光接收板为基准，要求激光点位于筒节Ⅳ激光接收板的圆心处。筒节Ⅰ上激光接收板的Φ 2 mm为通孔，筒节Ⅳ上激光接收板的Φ 2 mm为不通。

（3）第三步调整。当第二步组对结束后，保持激光源和筒节原位置不动，在筒节Ⅱ上放中心孔Φ 2 mm不通的激光接收板，打开激光源并调节焦距看激光点是否在筒节Ⅱ的激光接收板的圆心。若在，则筒节同心；若不在，沿激光点在激光接收板的反方向调节筒节的位置，使激光点位于筒节Ⅱ的激光接收板的圆心。

再去掉筒节Ⅱ的激光接收板，看激光点是否在筒节Ⅳ的激光接收板的圆心。如此反复的调试，直到激光源能同时穿过筒节Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ的圆心。

5 环缝的焊接

两个筒节组对好后，环缝的焊接很重要，焊接应力不均匀分布，就会引起筒节向内收缩，从而使直线度超标。相对较科学控制的做法是：

（1）在筒节组对好后，保持激光源一直亮着，先在环缝的四周先均匀点焊，再在四周等距离加焊4块材质为316 L厚δ=30 mm左右的筋板，接着在环缝打一道底焊，并观察激光是否偏离激光接收板的圆心。

（2）埋弧自动焊。焊接时，应严格按照焊接工艺，不能为了抢进度而采取大电流施焊，这样只会导致焊接应力集中，引起较大的焊接收缩变形。在焊接过程中，需要时刻观察激光是否在激光接收板的圆心处，如有偏离圆心处，则停止施焊，并转移到停止点的对面施焊，让焊接应力受力相互抵消，达到受力平衡。

（3）环焊缝施焊结束，再复检一下激光是否在两块激光接收版的圆心。确认同心后，再去用等离子切割掉4块筋板，并打磨光滑平整。

6 筒节环缝焊接变形的校正

当发生筒节环缝焊接变形，不同心时，且当H≤4 mm，如图10所示。

图10 发生筒节环缝焊接变形

采取的措施是：凹处A为中心环缝的2/3圆周，用碳弧气刨刨去1/3～1/4的焊肉，而凸处B为中心环缝的1/3圆周，刨去全部的4/5焊肉。同时在B处左侧筒节点焊上2～3块材质为316L的δ=30 mm左右的挡板。

在B处大电流焊接，集中产生较大的焊接变形，当B处凸出部分变得平整，或右侧筒节与挡板相靠近贴实时，则变形校正成功。

按照经验值，若当H>4 mm时，用“大电流凸处施焊”的方案，很难达到预期的效果，所以在焊接过程中，特别要注意施焊工艺。

7 结束语

干燥机机身的制造能否成功，主要看制造企业的起吊能力、加工能力和工人师傅的制造经验。就目前我国的制造能力而言，只要能因地制宜地充分利用好现有的制造条件和技术人才，发挥我们的聪明才智，完全可以和国外发达国家相媲美，竞争干燥机的国际市场。

但与此同时，我们要清楚的认识到我们的不足，因为加工设备的条件限制，干燥机的生产制造周期较长，一般为3个月左右；组对筒节时主要依靠人力，效率低；焊接设备的落后，焊接品质和效率不能百分百的控制；检验检测设备不全面，要制作大量的辅助工装，才能配合完成。

干燥机制造经验和检测方案，可推广到各类卧式大型动设备例如水泥矿产企业的回转粉碎机、垃圾回收站的垃圾分类筛选装置的制造方案中。

[1]GB150-1998，钢制压力容器[S].

[2]GB151-1998，管壳式换热器[S].

[3]HG20584-98，钢制化工容器制造技术要求[S].

[4]TSG R0004-2009，固定式压力容器安全技术监察规程[S].

[5]JB/T4709-2000，钢制压力容器焊接规程[S].

[6]JB/T4747-2002，压力容器用钢焊条订货技术条件[S].

[7]TSG R0004-2009，固定式压力容器安全技术监察规程(2010版)[S].

[8]GB6654-1996，压力容器用钢板[S].

[9]JB4744-2000，钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验[S].