蒸汽回旋干燥机的制造分析

蒸汽回旋干燥机的制造分析

陈亮

（南京中建化工设备制造有限公司）

摘要：蒸汽回旋干燥机是一个对机身的精度要求特别高的大型动设备。整体设备的长度约30米，直线度设计要求小于2mm；直径3800mm，椭圆度小于2mm；齿圈和滚圈的径向跳动量小于2mm，轴向的误差小于2mm。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。

本文主要以蒸汽回旋干燥机机身实际制造、组装、质量控制过程中产生的具体的问题和难点为切入点，进行分析研究改进，得出了一些可行性及可控性相对较好的方法。本文所提出的一些方法能举一反三地应用于其他大型动设备的制造，使得更多的人了解其制造过程，熟悉各种化工容器和设备的制造规范和标准，不断提高运用专业知识分析问题、解决问题的能力。

关键词：棱角度，焊接变形，椭圆度，直线度

Abstract：The steam rotary dryer is the large size moving equipment, which requires for high accuracy in the manufacture of the fuselage. The length of the whole equipment is about 30 meters, and the design requirement for straightness is less than 2 mm. The diameter is 3800 mm, and the ovality is less than 2 mm. The radial runout of ring gear and the rolling ring is less than 2 mm and the axis error is less than 2 mm. There are many difficulties in the manufacture, so the technology of making the steam rotary dryer is not very popular at home. That is to say, the factory that could be succeed in manufacturing this equipment can be numbered.

This paper mainly concretes the problems and difficulties in practical manufacturing, assembling, and quality control of the steam rotary dryer as the breakthrough point. According to the analysis, study and improvement, some feasibility and controllable method are obtained. Some methods proposed in this paper can be applied in other large moving equipment manufacturing. It is hoped that more and more people understand its manufacturing process, and be familiar with the manufacturing specifications and standards of all kinds of chemical containers and equipment, and then constantly improve the abilities of analyzing and solving problems by use of specialized knowledge. Key words: Arris Angle, the welding deformation, ovality, straightness

引言

首先了解一下我国与国外发达国家相比，设备加工制造能力的差距。

国外：欧美日等发达国家其先进的制造技术，设备加工制造能力高于我国。早在上世纪80年代左右，德国已使用液压机械设备组对筒节，其筒节的椭圆度能控制在1mm内，设备的直线度都能控制在2mm以内。蒸汽回转干燥机机身（以下简称“干燥机”）的制造对于他们来说，不是一个技术难题。现在国外出现了焊接机械人，智能控制焊接的电流、电压、速度，使焊接这一关键的技术程序化，输入相关的操作命令就可完成焊接工作，焊接质量和效率得到保证。加工制造的化工设备最大的直径在十几米左右，一次起吊能力达数千吨。

国内：上世纪90年代南化公司化工机械厂（以下简称“南化机”）首次为上海宝钢集团制造成功一台蒸汽回转干燥机机身，而之前我国的干燥机一直依赖

国外进口。

现在国内组对筒节的方法主要还是依靠人力，焊接设备除了南化机与哈工大联合研制的“鞍马焊接机械人”，其它的焊接方法还是主要靠人工操作，这与欧美日等发达国家相比确实有差距。以南化机为例，目前在国内他的加工制造能力是排在前列，加工制造的最大的化工设备的直径小于10米，一次性起吊能力仅为600吨。但是南化机人不畏困难，发挥自己的聪明才智，克服技术难点，终于熟练掌握了干燥机的制造技术，并于2010年5月份成功向比利时出口一台直径φ3200mm，长约L=25m的干燥机，我们坚信随着以后的技术发展，我国与欧美日等发达国家在机械设备制造方面的差距会逐渐减小，甚至超越。

1干燥机的情况介绍

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，铁青粉，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 主要技术参数

1.2.1各类规格型号干燥机的工作性能

各类规格型号干燥机的工作性能具体统计

1.2.2课题研究的干燥机主要特征参数

设设备规格φ3800×29500 mm

设备斜度 2.5/100

设备转速 3.8 r/min

主电机功率450kW / 10000 V

盘车电机功率15kW / 380 V

设备重量250吨

1.3 干燥机身主要特点

1.传热面积大，热效率高，高达80%-90%。

2.处理能力大，适用于连续操作。

3.干燥机温度低，操作简单，使用方便。

4.气体仅作为带走物料挥发部分的携带气，气体用量小，粉尘回收设备简单。

5.密闭性能好，非常适于乙烷等有机溶剂的回收。

1.4 干燥机身主要结构

1.4.1干燥机的结构简图

1.4.2名称材质

各部分名称材质规格

1.5干燥机工作原理特点

在干燥机内部安置了蒸汽加热管，加热管贯穿整个干燥机，以同心圆方式排成4个圈，干燥机所需的热量由蒸汽加热管提供。

进入干燥机的物料受到加热管的搅拌作用，加热管同时提供热量干燥，再借助干燥机的倾斜度，物料从加热口向出料口移动，从出料口排出。

物料中汽化的二次蒸汽从排气口进入尾气处理系统，除去粉尘或回收溶剂；对易燃易氧化的物料，还可以用惰性气体闭路循环，使其不被氧化，从而提高产品的质量和产量。

2 干燥机机身制造难点分析

2.1 单节筒体的制造

筒节主材为316L，厚δ=20mm,δ=45mm 和δ=60mm三种规格（前后滚圈所在筒体下为板厚δ=60mm，齿圈所在筒体下板厚δ=45mm），内径φ3800mm，单节筒节最大长度为2380mm，单节筒节的椭圆度要控制在1mm以内。

由于筒节较薄，在滚圆成型离开滚板机的压紧力后，筒节自身由于弹性回收及自重的原因，往往出现“鸭蛋形”。而且筒节纵缝的错边量，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 管板的焊接

管板的材质为316L，厚度δ=60mm，φ3800mm。由于市场上最大板幅仅为2380mm，管板需要拼接，保证焊接中完全焊透，拼缝坡口形式为两双面坡口，拼缝要求与母材平齐，板厚较大，焊肉不易完全熔合，且焊接周期长，产生的焊接应力较大，极易造成管板的焊接变形，设计要求管板的端面平整度《2mm。一旦管板的断面平整超标，即“凹”或“凸”，就会影响后面的换热管的穿引和焊接，甚至可能引起局部的质量超重，增加干燥机在转动过程的偏心力。

2.3筒体的整体直线度椭圆度难点分析

单节筒体本身滚制成形，即使撑圆后还是有些椭圆度存在。特别设备筒体部分总长29.5m，单节筒节长2.38m，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2mm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，制造过程必须是“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2mm，就是不合格产品。

3 干燥机制造工艺分析及实施要点

3.1 单节筒节的椭圆度控制

3.1.1筒节下料尺寸公式：

C=π* D中径

=3.1416 * 3820

≈12001mm

同时考虑到筒节纵缝的焊接变性和收缩量，C增加5mm，为C’=12006mm。则筒节下料尺寸即为矩形2380mmX12006mm。

检验尺寸时，特别要注意长度方向尺寸偏差±2mm，对角线方向尺寸偏差±2mm，所有筒节下料必须用同一卷尺，误差《2mm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12006mm的料，需要拼接成形，拼缝要求错边量《0.5mm,100%RT JB/T4730-2005Ⅱ级合格。焊缝表面目检不得有咬边、棱角度、裂纹、气孔等缺陷，且采用机械振动消除应力。

3.1.2筒节成型

滚板机卷圆，注意辊轴表面去除杂物，凸处需清理，同时筒节母材表面滚圆前需贴上保护纸膜。

卷制过程中，要求用弦长L》640mm,R=1900mm的样板检查，同时校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《1.0mm, 棱角度E 《1.5mm,如图：

椭圆度e 棱角度E

3.1.3筒节撑圆

3.1.3.1胎具工装图

如图下图：用材质为Q235A宽B=200mm，δ=22mm的板卷制成φ外=

3810mm的圆，内衬焊δ=30 mm，φ3364/ φ3406的圆环板，整体热处理消除应力后，用立车再外圆φ3806（注：胎具外圆略大于筒体内径，是防止筒节撑圆后回弹）。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三等份，切口宽B=10mm，为胎具安装和撑圆过程中增加余量，同时制作三个材质为不锈钢的圆台形楔子（如图）。

3.1.3.2胎具安装撑圆

A.在离筒节口400mm(注：留400mm余量是考虑到便于环缝的焊接，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=8mm的挡板，用于支撑胎具，圆台形楔子不按比例

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=45mm的齿圈段和δ=60mm的滚圈段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，在胎具外圆与筒节接触的面贴上保护纸，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。

B.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，作出相应记录，不停地调节直到椭圆度e《1.0mm为止。为了测量距离准确，最好使用激光测距仪。

C.待撑圆，测量值达到合格值后，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（如下图）：

透光定位板

不按比例

D.筒节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（如上图）。这样可以保证

透光定位板与筒节同心，为后面筒节组对调整筒

体直线度工序精确无误打好基础。

3.2 管板焊接变形的预防和校平方案

3.2.1 管板拼缝焊接

坡口形式为（如右图）清理焊接坡口，组对、点焊，

注意错边量C 《0.5mm

预防拼缝变形最好的方法是管板组对好后，正反面先打一道底，可以在管板上点焊“井”字形槽钢或工字钢固定防止焊接变形。先正面焊一半，机械振动消除应力，再反面焊一半，机械振动消除应力，如此反复焊接完。值得注意的是焊接电流不易过大，同时边焊边测管板的平整度。

测量方法如图所示：在管板上放同规格的垫块，粉线从垫块上拉直过圆心，测四点h1、h2、h3、h4。同样方法多测几条线，要求任意两值的差的绝对值《2mm 。

3.2.2若管板焊接变形后，校正的方案有两种：

①滚板机校平 ②水压机校平 3.2.2.1滚板机校平

如右图示，注意滚板机的上辊用力F 需循序增加，转速V 不易过大，因为转速V 越小，F 就越大。

凸面校完后，再反过来用同样的方式再校

一次，校正过程中，要边校边测管板平整度，测量方法同前面。

此方案特点：管板校平的效果比较理想，工序简单操作，时间短，不需要另外制造工装，仅需做好管板的表面保护即可。但是管板的厚度δ=60mm ，要求滚板机的辊轴直径较大、宽度较宽，此类大型的滚板机不多，校平的成本高。

垫块

3.2.2.2水压机校平

如下图示，在管板的下面均匀圆周垫6块同规格的垫块，在管板的上面加垫块，防止管板单位面积内受力过大，造成管板“局部过校”和损伤母材表面。

水压机校平时，注意可以将管板在水平的情况“过校”3-4mm ，这样可以避免压力F 撤去后管板回弹。

此方案的特点：校平的效果不理想，主要靠经验，操作反复的情况多，不易准确掌握，“度”不好控制。

3.3筒体组对时经纬激光仪控制直线度

由于筒节较长，采取先分3小段式，最后再整体组对成形。

两个筒节之间的组对“三点一线”示意图：

3.3.1两个筒节的组对“三点一线”法（如上图） 3.3.1.1原理

筒节2

筒节1

激光源

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《2mm 。 3.3.1.2激光接收板

筒节1与筒节2的胎具中心透光定位板中心处，加激光接收板。两块激光接收板都是材质为PVC 厚δ=8mm ，φ外=100mm ，中心有同心圆刻度线φ2,φ4,φ6, φ8。

唯一的区别是，筒节1上激光接收板的φ2为通孔，筒节2上激光接收板的φ2为不通。

3.3.2多个筒节的组对“四点一线”法(如下图)

多个筒节之间的组对“四点一线”示意图：

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称图”。 3.3.2.1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φ2为通孔，筒节Ⅱ上激光接收板的φ2为不通。 3.3.2.2第二步组对

激光源

Ⅳ

Ⅱ

Ⅰ

Ⅲ

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φ2为通孔，筒节Ⅳ上激光接收板的φ2为不通。

3.3.2.3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φ2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，至到激光源同时穿过筒节Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ的圆心。

3.3.3“三点一线”法与“四点一线”法的总结

两种方法原理都是一样的，“四点一线”实质是把“三点一线”法按同一基准重复使用了2次。它们共同点就是，激光源的位置要求不能变动，否则基准就不一样。

3.3.4环缝的焊接

两筒节组对好后，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筒节组对好后，保持激光源一直亮着，环缝四周先均匀电焊，再四周等距离加焊4块材质为316L厚δ=30mm左右的筋板,接着环缝打一道底，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待环缝施焊结束后，再复检以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四块筋板，并打磨光滑平整。

3.3.5筒节环缝焊接变形校正

当发生筒节环缝焊接变形，不同心时且当H《4mm，如图示：

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

δ=30mm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>4mm时就用“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。

3.4 换热管的组对焊接方案

换热管材质为316L，4种不同规格，且长度L=24.2m，需要拼接，注意拼缝最多只能2道。注意下料尺寸要比图纸尺寸长30mm，以便换热管水压试验后取

长度。

3.4.1换热管拼缝焊接

规格相同的四个托轮调整好水平，并且在同一条直线上。将加工好坡口的换热管放在托轮上对接，并且测量错变量C《0.5mm。采用氩弧焊焊接时，注意起收弧不能伤及母材，电流不易过大，否则使接缝处发蓝或发黑。

拼缝要求：

100%RT，JB/T4730. 2-2005II级合格；

100%PT，JB/T4730. 5-2005Ⅰ级合格。

3.4.2换热管各项性能试验

①水压试验。换热管逐根进行水压试验，P=3.0 Mpa，30分钟保压，不得出现泄漏，检验合格。

②反向压扁试验。试样不得出现裂纹或裂口。

③晶间腐蚀试验。符合ASTM A923 C法。

④扩口（卷边）试验。试样不得出现裂纹或裂口。

4干燥机出厂前的整体试车检测

干燥机在出厂之前的检验和测试，要求在空载无物料的机械运转情况下，检查、考核和测试整套设备制造的综合质量特性，考核试运转稳定程度，通过试运转完成技术条件中有关数据的检测，为产品正式投料运转提供可靠的质量保证。

本次试车要求干燥机在盘车系统的驱动下，进行低速运转，检测各部件位置的跳动值。安装的部件有进料端轴承支撑架、出料端密封轴承及支架、支撑系统及传动系统。干燥机主电机采用10000V高压电机，在制造厂没有该规格的工业

用电，不可能实现整体模拟试车，只能通过盘车电机进行驱动，测试各位置的跳动值及机械性能。

4.1试车方案简图

4.2基础找水平划线

以托轮挡轮基础中心为基准，依据设备条件图，进行传动系统、托轮系统基础划线。

4.3试运转前的准备工作试运转前的准备工作

4.3.1 确定实测滚圈之间的中心距尺寸，根据实测的尺寸作为托轮系、托轮挡轮系的实际安装跨距。

4.3.2采用四氯化碳洗涤剂或煤油清洗好托轮、滚圈、大齿圈、小齿轮、挡轮等结合表面，并调整挡轮间距待安装机身（未安装机身前应用塑料薄膜封盖）。

4.3.3按照干燥机总图检查有关部件的标高，跨度，安装尺寸，具备机身吊放到托轮系统之前的条件。

4.3.4上述工作完成后，经验收认可，再进行下序工作。

4.4预安装程序预安装程序

4.4.1检查清洗后的托轮、滚圈、大齿圈、小齿轮、挡轮等表面，不得有灰尘杂物，并在滚圈支撑受力点垫好厚度为8mm 的橡胶板，防止机身吊放过程中使托轮、滚圈表面产生局部压痕。

4.4.2 测量两托轮间水平方向的距离，测量值差绝对值《1.5mm；

测量两托轮间的对角线的距离，测量值差绝对值《1.5mm；

测量两托轮间垂直方向的高度差，测量值差绝对值《1.5mm。

4.4.3按照设计图纸要求尺寸，吊放机身（机身已组装汽室、换热管等），吊装过程中必须小心，避免损坏托轮及挡轮；相关测量的数据符合公差要求后，筒体需要安装就位，支撑托轮需要进行相应调整。调整时，可用塞尺检查托轮与滚圈的啮合情况，要求整体托轮面与滚圈接触面间隙均匀。

4.4.4主传动系统按照总图要求就位安装

①主传动系统进入试运转场地安装前，应已在制造车间进行过调试，各部件均以按照图纸要求正确安装；

②安装时特别注意：以大齿圈径跳值最大方向进行大小齿轮之间的找正，二者之间的接触面积沿齿高方向不得小于60%，沿齿宽方向不得小于70%，用红丹粉涂在齿面手动盘车调整合格后，固定主传动底座。主传动底座必须可靠固定，以免发生意外事故；

4.4.5托轮轴承、挡轮轴承、传动轴承、主减速机、盘车电机减速机等须添加足够的润滑油。

4.4.6滚圈与托轮结合面转动时，需要添加相应润滑油、大齿圈与小齿轮的啮合面应涂适量的润滑脂，但不要太多，以免转动时打滑。

4.4.7按总装工艺和设计图要求在安装过程中对下列各部位进行跳动值测定，手动盘车试运转实测数据填入下表：

4.5正式空载试运转前必要条件

4.5.1参加试运转人员须熟知干燥机试车全过程的操作要领、检察要求，且能及时发现故障，并及时处理。

4.5.2试运转必备的电控操作系统必须调试合格，安全可靠。

4.5.3临近开车前的短时间内再次清理现场，作好防尘。

4.5.4 检查减速机、轴承等处的润滑油是否添加充足。

4.5.5 再次检查各部件基础连接有无松动，并及时加以紧固。

4.5.6前滚圈、后滚圈及托轮、挡轮、大齿圈与小齿轮啮合，采用人工加油，由专人负责，并加强保护，防止异物掉进各旋转面出现事故，在试运转过程中不得私自离开岗位。

4.6试运转步骤：

4.6.1手动盘车

打开盘车电机后风扇罩，旋转盘车电机冷却风扇叶轮，使主机缓慢转动，转动方向应为从进料侧看主机机身逆时针方向为正确，盘车转动应至少使齿圈的每个齿与小齿轮啮合一次，盘车的过程中应用油壶往齿轮啮合面上浇足够的润滑油。在盘车的过程中注意观察不能有任何妨碍机身运转的任何因素。盘车结束后安装好盘车电机后风扇保护罩。

4.6.2点车

4.6.2.1 通知控制室接通盘车电机电源。

4.6.2.2由专业操作工人负责现场点车试车，点车试车之前现场所有技术人员、施工人员、安全人员等应在离机身三米线以外，由主操作人员在尽可能短的时间内接通电源并随即切断电源造成点车，检查盘车电机的旋转方向是否正确，如不正确，切断电源，通知电工改变接线，之后再次点车，直至盘车电机的旋转方向与设计旋转方向一致。机身的设计旋转方向为从进料侧沿干燥机轴线方向看以逆时针方向旋转为正确。

注意：点车前应确保盘车电机与主电机的转向正确，如不能保证，在点车前应将主电机、液力偶合器与主减速机之间的联轴器连接部分拆除，待点车结束后再正确地连接上，以免损坏电机、减速机。

4.6.3连续开车

启动盘车电机，因制造厂无10000V 动力电源，试运转只启动盘车电机即可，连续开车2-4 小时。

4.7试运转过程中检查

4.7.1无卡阻、异常振动等现象。