壓力容器筒體校圓裝置的研究

熊恒

摘 要： 在化工行業技術不斷發展的情況下，化工設備不斷的邁向大型化、高質量化。在化工制造業中，大型筒體也具有越加廣泛的應用，但是也具有較多的問題，諸如不容易控制筒體尺寸、不容易明確筒節組對焊接時定位等等。進行機械組裝期間，筒體校圓裝置屬于重要的裝置，發揮的意義巨大。本文對于壓力容器筒體校圓裝置相關內容進行研究。

關鍵詞： 壓力容器；筒體校圓裝置；自動組對焊接

壓力容器進行加工成型和焊接組裝期間，很容易出現一些缺陷問題，使得容器的質量以及性能大大降低。所以，實施筒體制造和組對中，應該科學的對筒體的不圓度進行控制，實現壓力容器筒體組對質量以及效率的提升。在裝備制造業內，組裝過程機械化非常關鍵，應用機械組裝，不僅可以將勞動條件大大的改善，而且能夠明顯的增強勞動生產率。因此，應該采取高質高效的、帶有校圓裝置的筒體組提升焊接工作站實用性以及經濟性。

一、筒體校圓裝置研制的理論基礎

控制好壓力容器筒體橢圓度是非常關鍵的，因為筒體的橢圓度和所形成錯邊量能夠對于筒體對焊的效率、質量水平以及安裝等等方面產生較大的影響。所以，我國化工行業已經對于筒體橢圓度提出了相應的標準要求。也就是在進行設計和制造壓力容器期間，必須要嚴格的按照標準規定實施，如果為違背標準，需要承擔相應的責任。各國的橢圓度標準各具有差異性，有學者基于材料力學方面，實施研究內壓容器橢圓度的最大允許值并獲得到計算橢圓度公式，結果顯示橢圓度許用值和工作壓力、材料屈服極限和彈性模量存在明顯的關聯性，橢圓度許用值和工作壓力以及材料屈服極限之間具有更顯著的關聯性，材料彈性模量不會對于計算的結果構成較大的影響。

有限元法屬于一種在求解工程中有關數學物理問題的通用的數值分析方法，即建立在近似分割和能量極值原理前提下分解求解的連續系統為有限個分區或單元，對于各分區的單元特性分析并且組裝各單元，最后簡化復雜的問題為線性方程組再求解。在各種軟件中，應用最廣泛的以及受用度最高的就是ANSYS軟件。

根據調查統計顯示，我國化工壓力容器行業中的ANSYS占據市場份額達到了百分之九十五，是設計壓力容器分析的標準。其具備較高精度、諸多功能以及輸出結果的清晰度，而且能同多種工程用計算機軟件的對接可行性，所以在設計以及優化壓力容器方面已經得到了普遍的實踐。另外，進行筒體有限元分析，包括形成筒體有限元模型、確定單元類型、劃分網格和設置材料屬性。

二、筒體橢圓度產生原因和有限元分析

產生筒體橢圓度的因素較多：首先，化工設備內的筒體制造工序方面上。筒體的加工流程涉及到的內容為備料劃線、檢驗切割、卷制、焊接以及檢測等。進行各項具體工序期間，需要對于附加的工藝過程控制文件進行編制，并且明確好零件加工期間所需設備以及方法、精度、質量標準等等指標。制造筒體時，要展開備料劃線，并且實施筒節計算、放樣以及標記，明確好坯料尺寸。加工筒體時，通常鋼板的中面為中性層。不一樣的校圓目的對校圓裝置的要求不一樣，做相應分析時的原理也各具差異性。其次，觀察筒體制造的工藝流程，能夠看出對筒體的圓柱度構成影響的就是筒體制造期間的劃線、切割、加工坡口、卷制等等，最終導致不同程度失圓問題。所以，卷圓、縱縫焊接之后，需要實施檢測圓柱度以及焊縫，一旦超出規定，則應該展開校圓工序，之后焊接環縫。另外，筒體的設計生產每一工序，和筒體物理環境狀態，均可以引發筒節截面失圓問題。

自重對筒體橢圓度影響的有限元分析：首先，進行建模以及施加載荷。應用到的軟件為ANSYS10.0軟件。模型單元類型選用Solid 45（PLANE42），筒體材料采取Q345R；其次，觀察厚度不同情況下，自重影響筒體橢圓度的效果。結果顯示，如果筒體直徑不變，則增大壁厚時，筒體會因自重產生的橢圓度越小；接下來，觀察直徑不同情況下，自重對筒體橢圓度的影響效果。結果顯示，厚度不變時如果直徑越大，則筒體因自重產生的橢圓度越大；最后，觀察壁厚為規定范圍內最薄時，筒體自重對橢圓度的影響，結果顯示，僅受重力作用時，厚徑比對筒體截面的變化有著明顯的影響。

三、筒體校圓裝置的設計研制及其具體結構

首先，對于校圓裝置基本結構進行明確。第一，確定好校圓裝置行為機構。支撐桿件的結構優勢諸多，包括改變動力方式、調節桿件長度、對于不同直徑筒體的適應度進行有效提升等，對支撐桿件的不同設計，進而確保符合各種不同要求的能力。所以，采取校圓裝置的行為機構為桿件式結構，可發揮出獨特的優勢；第二，明確校圓裝置動力機構。如果想要達到對筒體的高精度校圓的目的，應該設計大于兩根的桿件，多個液壓桿能夠通過一個液壓泵分別控制，達到工作壓力相同的多缸同時動作目標，以對稱管路分布和同步馬達等舉措完成。所以，采取液壓千斤頂為動力元件，達到精確和靈活的筒體校圓工作；第三，明確校圓裝置支撐結構。采取空心圓盤式內支撐，也就是大于環板式內外徑差的圓盤式內支撐形式。為使校圓裝置可以符合大的直徑范圍的筒體的校圓工作，把桿件與空心圓盤的連接方式更改成螺栓連接舉措。如下圖1所示，為我公司應用的校圓防變形的星形支撐。

其次，設置好校圓裝置支撐桿數。采取相應軟件進行不同支撐桿數下的筒體校圓效果的有限元分析。全部分析是遵循支撐桿個數的不同，分為各種載荷步。分析直徑相同和壁厚不同情況下，支撐桿數的不同對撐圓效果的影響等。最終，從不同結構裝置的矯形效果和筒體的應力考慮，支撐桿數分別為2和4時，裝置矯形形成的變形效果和裝置矯形形成應力改善最明顯。

最后，構建起校圓裝置結構三維圖。采取UG8.0對校圓裝置各個構件實施合理的建模，同時對于各構件根據實際情況展開裝配，完成最后的校圓裝置結構三維圖。

四、筒體橢圓度測量裝置的確定

檢測筒體橢圓度的方式較多，最常用的就是接觸式測量、非接觸式測量。前種方式就是指測量工具和測量對象直接接觸，對于測量工具進行調節，以匹配測量對象，進而獲得測量結果。此舉措能夠達到以小測大的目標，但工件和滾輪之間很容易出現滑失問題，不能直觀地體現工件的具體橢圓。非接觸式測量將光電、磁為基礎，無需接觸被測工件的表面就可獲得被測工件的一系列參數。應用這種舉措聯合輔助計算機功能，可以得到更高精度的檢測效果。通過綜合的考慮，采取光學非接觸測量方式實施測量元件選擇傳感器。通過查找有關激光位移傳感器的支架的文件以及圖片，對于校圓裝置配套使用的檢測機構支架要求進行分析，最后選擇通用傳感器支架并且對傳感器支架和校圓裝置支撐盤的連接方式進行了設計，符合校圓期間傳感器對中以及固定問題，達到實時監測校圓時針對不同角度以及位置校圓效果目標。

結語：

選擇高質高效的、帶有校圓裝置的筒體組，可以明顯的將焊接工作站實用性以及經濟性進行提升。所以，未來要不斷的進行探索，進一步的分析筒體環縫組對工序中校圓裝置和相關配套的檢測裝置，獲得最先進的校圓裝置結構。

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