包装机械:大型蒸汽管式干燥机的组装与分析

  • 2021-05-19 17:11:15
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大型蒸汽管式干燥机的组装与分析尤清华S孙焕锋2,任贺2(1.北京电力设备总厂,北京102401;。中国能建集团装备有限公司,北京100007)管式干燥机重大部件的组装方法。洋解了中心轴和管板组装中需注意的事项,对同类大型旋转机械设备的安装和检修工作具有一定意义。

0概述截止2010年底,我国已探明的褐煤保有储量约1903亿吨,占全国煤炭储量的13%.目前,褐煤主要用于坑口电厂的发电以及煤化工。由于褐煤具有水分高、挥发分高、发热量低等特点,褐煤的大规模开发利用和作为原料转化利用都受到较大限制。近年,我国已提出将褐煤干燥后再进行煤制气、煤制烯烃、发电等重大技术方针。

大唐国际多伦煤化工项目是我国“十一五”规划重大化工项目之,涵盖气化、变换、低温甲醇洗、甲醇压缩合等四大工序。该项目从2008年开始建设,整个工艺系统的**步就是将褐煤干燥。我国早在上世纪90年代末,在化工行业对PTA进行干燥时,采用引进国外的内加热蒸汽管式干燥机,该设备单台处理量约100t/h,设备进口的费用较高,又因该设备的干燥效果未能使褐煤水分<10%,没能达到煤制气的要求,所以,该设备不能应用于该项目。

通过调研,德国研制管式干燥机的历史已有100多年。由于管式干燥机运行安全可靠,干燥程度较高,在褐煤气化方面得到了广泛应用,决定采用管式干燥机。但是,国外管式干燥机的价格高(是国产价格的3倍),因此,从2006年开始,我公司开始研发和设计管式干燥机。

3m,倾斜倾角为12°,单台设备的蒸汽管数量为1548根,单管长8m,总体重量225t,是煤气化关键设备之。管式干燥机的设计与组装质量,直接关系到该项目的整体建设。

1干燥机组装方案的确定1.1干燥机的组装管式干燥机是一个倾斜的多管式回转圆筒,其筒体直径较大,1548根干燥管通过前后端的管板固定。中心轴长约10.3m,支撑在筒体外两端的轴承座上,大齿圈安装在干燥机前端,电机通过减速器带动小齿轮,小齿轮再与大齿轮啮合传动,干燥机的额定转速为8r/min,管式干燥机的结构外形,如所示。根据输煤车间的布置,干燥机前端安装在11m钢梁平台,后端安装在9m平台。

1.进料口;2.进汽管路;3.进料端轴承箱;4.大齿圈;5.传动装置;6.筒体;。带螺旋片的换热管;8.载湿气体出口;9.出汽管路;10.出料端轴承箱;11.出料口;12.轴管式干燥机的结构由于干燥机单机重量大,整体直径达5. 3m,结构较复杂,若在制造厂内组装,可节省不少在现场安装的费用,且制造厂的工装器具较为齐全。但在制造厂组装后,需整体运输,设备加上车体的高度达6m,超过我国公路运输限高的要求。经讨论,决定将干燥机的中心轴、干燥管、管板、筒体(分三段)、进出料装置、进出汽管路、传动装置等部件,在制造厂内加工成组件,再运输到现场进行组装。

1.2中心轴组装方案选择根据受力分析,中心轴承载着设备的重量,所以,中心轴的组装精度,直接关系到干燥机的平稳运行。关于中心轴的组装主要有2种工艺方法,**种:将中心轴制造成1根整轴进行热处理和机加工,这样能保证干燥机的各段轴颈有较好的同轴度。根据对国外干燥机制造的调研,是将中心轴做成1根整轴,制造厂需具备大型轴类设备的机加工能力。

但是,此工艺方案使管板同轴环缝的焊接形式改为立焊,增加了焊接难度,且消除焊接应力的难度较大。第二种,通过干燥机的受力分析,干燥机的载荷主要集中在中心轴前后端的轴颈处。因此,可将中心轴分为三段制造,再现场组焊。前端轴颈及后端轴颈材料,米用了ZG35GrMo高合金钢。此种方案中,对中心轴同轴度的调整、空心轴内外焊接及消除应力是关键的控制工序。根据现有的制造条件,决定采用第二种工艺方法进行中心轴的组装。中心轴组装的划分,如所示。

1.3管板组装方案选择5管板制造和组装的精度要求较高,是干燥机安装时的重要工序。管板直径为5.3m,厚90mm,材质为16MnR,需加工1 548个管孔。*初方案是拟采用3块120料进行拼接。经受力分析,干燥机在转动时,转动力矩较大,这种拼接方法将引起管板强度的下降。通过比较,*终决定采用1块长方形板,宽大于1.4m(板中间需开孔01 400),另外再用2块钢板补圆,拼成整圆。管板组装方案的对比,如所示。管板的拼焊完成后,采用模具定位的方法,在机床上加工1548个基孔,然后再扩孔至管孔尺寸。这种加工工艺较繁复,但保证了管板的整体性。

1.4干燥机的组装流程干燥机前端横梁安装中心轴组装?管板焊接、组装?对中、校准同轴度焊接筒体?穿管焊接出汽管路组装?水压试验?安装前后端轴承箱、轴承座?干燥机运输、吊装干燥机后端横梁安装调整标高及倾斜度?安装驱动装置?对中、校准传动部件?安装干燥机进、出料装置?安装进汽管路?安装保温层。

2干燥机吊装方案干燥机体积大而重,吊装方案需经专项论证。

国外安装管式干燥机时,在干燥机下方置有小车,此小车可承托干燥机,也可用于检修干燥机轴承。为此,技术人员提出采用“拖排”就位干燥机的方案。

根据厂房的设备布置,干燥机安装在厂房B列到D列之间,进料端标高11.0m,出料端标高9.燥机的吊装步骤:根据总体吊装荷载计算,支撑架基础的载荷不小于360t;运输滑道总载荷按310t考虑。

根据设备尺寸及厂房结构,制作专用的干燥机吊装支撑架、行走架、吊装扁担、运输滑道等工艺装备,准备4台100t液压提升装置及钢绞线、猫爪等附属工具,准备1台10t卷扬机和1对30t滑轮组。

安装液压提升装置及支撑架、行走架、运输滑道,穿钢绞线,用钢丝绳连接吊装扁担与干燥机、运输滑道与支撑架。

将15台干燥机组装后,运输至吊装现场,采用1台500t履带吊将干燥机起吊至9.5m高度,然后用1台30t汽车吊,斜拉干燥机进入厂房,再平稳地吊放在支撑架上。

用卷扬机将行走架拖动至厂房内干燥机的就位位置,利用4台100t液压提升装置,调整干燥机的安装位置,安装支撑梁后,吊放干燥机就位。

3干燥机组装3.1中心轴与管板的组装将分为三段的中心轴对准后进行焊接,再整体加工到设计尺寸,保证轴的同轴度。然后,将管板装在2个胎具工装上与中心轴组装在起。使用胎具工装是为了保证孔板与中心轴组装的垂直度和同轴度,用螺栓及钢管将胎具和中心轴锁固,使中心轴和2块管板按图纸要求进行连接。先焊接中心轴环焊缝,再进行筒体焊接。

3.2筒体卧式组对及找正工装筒体环缝的对接采用卧式组对,为方便筒体对接,可制作筒体外夹胎具工装。将外夹胎具放在自制的平台上,利用外夹胎具控制筒体的整体的对接,对接后的筒体直线度AS<4mm.在筒节0°、90°、180°、270°四个方向焊上定位块。钢丝绳放在定位块90的直角槽中,用M10的螺栓拉紧00.5mm钢丝绳进行测量,如所示。

筒体的对接与装配是整个设备能否正常运转的关键,所有附件均需同步加工,各附件的同轴度应具有一致性。采用四点激光找准的方法,可确保筒体机身的同轴度。在筒体4个胀圈中焊接固定环,固定环的内圆应与筒体的外圆同心。固定环内圆与筒体坡口的加工应同步进行,保证同心度不大于0. 2mm.在固定环的中间,需套上1个定位块,在定位块中心,钻有1mm的穿透孔,利用激光直线传播的特点,保证4个定位块的中心保持在同一直线上。以保证筒体安装的直线度及同心度。利用定位块找正的示意图,如所示。

3.3干燥机的管子管板焊接国外管式干燥机的管子与管板连接,是采用胀接形式,但根据我国目前的技术状况,认为采用管子管板焊接的方式比较稳妥。由于干燥管的数量较多,人工焊接耗时大,焊接质量难以保证,决定采用不填丝自动钨极氩弧焊进行焊接,焊接电源为直流正接,焊接电流的脉冲较高且持续时间较短的(峰值电流)和较小的基值电流(维弧电流),这样可稳定焊接电弧,减少了焊缝夹渣等缺陷。干燥机的管子管板焊接,如所示。

3.4轴承座与轴承箱的安装组装轴承前,首先应确定轴承的初始游隙。组装后,采用塞尺检查剩余游隙,并对过盈量进行调整干燥管与管板的焊接(在轴承的自然状态下测量初始游隙,然后逐渐压入锥套测量剩余游隙,用初始游隙减去剩余游隙就是过盈量)。

轴承箱组装应在干燥机本体组装完成后进行,轴承箱内零件已在制造厂装妥,无需在现场进行任何调整。为了轴承箱就位方便,先将出料端轴承箱按装配位置进行初步定位。轴承箱在厂内组装后是经过封存防锈处理的,现场安装过程中,不要随便打开轴承箱盖和各个进油管路接口,避免湿空气进入使内部零件发生锈蚀。

3.5传动装置安装在传动部分的滚动轴承内,涂抹占1/3轴承空间的钙基润滑脂(黄油),所有螺栓的螺纹表面应涂抹MS2锂基润滑脂,然后再拧入螺孔。

组装前,应将各零部件清洗干净。检查传动装置内部,应无杂质存在。

大齿轮是安装在干燥机筒体上,运行时,干燥机内部将接入约170C的蒸汽。因此,大齿轮会有轴向和径向的位移和热变形。首先,将已组装完成的传动部分,以大齿轮齿宽中间为准,与小齿轮的齿宽对齐,再转动大齿轮12周,观察齿轮的啮合情况,应保证齿轮侧隙为0.7801.181mm,进一步细调小齿轮的位置。然后,将传动部分整体向大齿轮右侧移动。以大齿轮右端面为准,确定小齿轮右端面位置。必要时,依靠传动部分整体的细微移动,将齿轮安装在正确的位置上。

齿轮幅的接触检查用红丹粉涂色于小齿轮的齿上,转动大齿轮1周后,观察大齿轮的着色区,保证接触区位于大齿轮齿高和齿长方向的中部,小齿轮齿高的中部。干燥机冷态时,大齿轮还未产生热位移,所以,小齿轮在齿高方向的接触区,可在中间偏上的区域内。

齿轮传动位置确定后,不需再调整。此时,可将调整垫铁与系统基础焊接固定。

4干燥机水压试验管式干燥机属于低压容器,根据压力容器设计规范,应进行水压试验。由于工期紧张,曾提出将干燥机组装就位后,再进行水压试验。水压试验前,需向筒体内注水约60t,增加了干燥机轴承的受力,使干燥机的弯曲挠度增加,可能影响干燥机同轴度。*终决定,将筒体两端安放在与筒体相同弧度的凹槽内,在地面进行水压试验。

4.1试验准备将干燥机水平放置在凹槽托架上,确保中心轴与地面平行;干燥机机体各连接部位的紧固螺栓必须装配齐全,紧固妥当。

试验用水应洁净、无腐蚀性,温度不低于5C;安装泵水试验的排水管道;试验用压力表在校检期内,量程为试验压力的1.5倍,精度1.5级,且在排气管1和机体两处安装完毕。水压试验的示意图,如所示。

水压试验示意。2试压用水充满干燥机筒体,排净筒体内的气体,筒体外表面应保持干燥。当筒体璧温与水温接近时,缓慢升压至设计压力0. 5MPa,确认无泄漏后,继续升压至试验压力0.625MPa,稳压30min,再将压力降至0.5MPa,然后进行保压并检查是否存在泄漏。检查期间压力应保持不变。

设定安全溢流阀压力值为0.(下转第29页)从信号的包络谱中,可以看出频率为2.频率成分及其倍频,对应于磨煤机的小牙轮转频,因此,诊断故障发生位置为小牙轮。为了验证分析结果的正确性,在机组大修时,对磨煤机进行解体,解体后发现小牙轮已有部分断齿现象,实物如所示。

(上接第20页)试压后,若无变形及泄漏等现象,则水压试验合格。

试压过程中如出现漏点,应做好标记,卸压消缺后重新进行水压试验。

5结语对管式干燥机的组装工艺进行了分析,将干燥机的中心轴分为三段在现场进行组装和焊接,解决了不具备大长轴的机加工问题。通过制作外夹胎具,控制筒体对接时的直线度,采用四点激光找准的工艺方法,确保筒体机身装配的同轴度。采用不填丝自动钨极氩弧焊工艺,对管子与管板进行焊接,调整了焊接参数,保证了干燥机整体性强度。吊装时,利用拖排支撑架,采用卷扬机拖动的方式,将管式干燥机吊装至厂房内的正确位置。

4结语磨煤机通常工作在低速重载、伴有冲击的恶劣环境中,且工作环境嘈杂,测得信号信噪比低,时域信号中故障信息被淹没在背景噪声中,无法准确实现其故障诊断。为此,利用希尔伯特解调原理,通过仿真验证了其有效性,准确诊断了磨煤机的小牙轮故障。

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