當(dāng)前位置：首頁 > 新聞中心 新聞中心
碟簧機(jī)械加載實(shí)現(xiàn)密封液壓頂緊器如何設(shè)計(jì)？發(fā)布者：廈門力常彈簧有限公司 發(fā)布時(shí)間：2019-07-23 20:10
焦炭塔是石化行業(yè)延遲焦化裝置的重要設(shè)備 ,操作條件苛刻 ,是承受熱循環(huán)和機(jī)械應(yīng)力循環(huán)的壓力容器。焦炭塔內(nèi)部溫度達(dá)到 400℃左右,工人需每天拆卸一次來清除內(nèi)部的焦炭, 勞動(dòng)強(qiáng)度很大。采用自動(dòng)卸蓋裝置可實(shí)現(xiàn)焦炭塔底蓋自動(dòng)打開或關(guān)閉 ,可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工拆卸。底蓋和塔身連接處機(jī)械密封力加載安全、可靠。而液壓系統(tǒng)控制液壓頂緊器通過碟簧實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加卸載荷。
1 液壓頂緊器設(shè)計(jì)方案及選擇
根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案, 底蓋和焦炭塔塔身連接處密封結(jié)構(gòu)、液壓頂緊器裝配結(jié)構(gòu)如圖 1所示。
焦炭塔塔身內(nèi)部溫度較高 , 而采用液壓系統(tǒng)作為控制頂緊器頂桿伸縮動(dòng)作, 液壓系統(tǒng)最高工作溫度一般在 65℃左右, 金屬導(dǎo)熱好 , 因此頂緊器需要控制傳熱溫度 ,保證液壓系統(tǒng)正常工作 ; 液壓頂緊器結(jié)構(gòu)布置在半徑一定的圓周上, 兩個(gè)頂緊器之間的距離需保證安裝、調(diào)試 、維修方便; 而根據(jù)總體布置來看 ,控制液壓頂緊器軸向空間相對(duì)狹小 ,這使得液壓頂緊器軸向尺寸受限制。根據(jù)實(shí)際工作情況和碟形彈簧要求 , 擬制定設(shè) 計(jì)方案如下 [ 1 ～ 4]：
a .方案一( 圖 2a )。液壓頂緊器利用法蘭和底蓋連接 , 結(jié)構(gòu)上使用散熱片散熱、隔熱棒隔熱 ,采用兩級(jí)活塞串聯(lián)通壓力油控制碟簧伸縮, 用壓力傳感器測(cè)碟簧施加的密封力, 并用調(diào)節(jié)螺栓調(diào)節(jié)其大小。該方案缺點(diǎn)是軸向尺寸長 ,安裝不方便。
b .方案二 ( 圖 2b ) 。采用水套循環(huán)散熱, 散熱效果好,但是需要循環(huán)水 ,現(xiàn)場無法實(shí)施 。其它結(jié)構(gòu)、性能和方案一相同。
c .方案三 ( 圖 2c ) 。通過計(jì)算增加液壓頂緊器徑向尺寸 ,采用單作用活塞通壓力油控制碟簧伸縮, 用壓力傳感器測(cè)碟簧施加的密封力 ,雖然施加密封力調(diào)節(jié)方便,但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 另外傳感器受溫度作用會(huì)影響測(cè)力精度 。該方案缺點(diǎn)是需要在液壓頂緊器和底蓋之間加減調(diào)整墊片來調(diào)節(jié)密封力的大小,采用散熱片散熱使得液壓頂緊器軸向尺寸較長 ,但散熱效果好。
d .方案四 ( 圖 2 d )。液壓頂緊器安裝采用連接套上螺紋直接和底蓋的螺紋孔相連, 這種連接方式需要有專用工具 , 安裝方便 , 利用連接套上軸向孔散熱 , 散熱效果差但通過計(jì)算能夠滿足要求。
綜合比較 4組方案,力求結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用,優(yōu)選方案四。
2 液壓頂緊器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
液壓頂緊器的設(shè)計(jì)計(jì)算主要是碟簧的計(jì)算、選取 [ 5]以及根據(jù)整體設(shè)計(jì)方案確定每個(gè)液壓頂緊器施加密封力時(shí)通入液壓油的液壓系統(tǒng)的壓力。
根據(jù)碟簧工作環(huán)境(主要是工作溫度)和結(jié)構(gòu)空間-徑向尺寸的要求,選擇碟簧材料為30W4Cr2V,徑向尺寸 D=71mm , d=36mm ,利用文獻(xiàn)[5]提供的計(jì)算方法和數(shù)據(jù),確定串聯(lián)組數(shù)i,再根據(jù)i的取值和液壓頂緊器軸向空間的限制,確定碟簧的設(shè)計(jì)方案列于表1。
表 1中 B 、C型碟簧結(jié)構(gòu)相對(duì)較長。彈簧直徑較大時(shí), 在滿足載荷的條件下, 軸向相對(duì)較小 ;反之, 直徑較小時(shí), 在滿足載荷的條件下 ,軸向相對(duì)較大。
綜合各方面條件與要求 , 通過對(duì)碟簧所受應(yīng)力及壽命的計(jì)算 , 復(fù)合碟簧選擇參數(shù)為: D =71m m, d=36m m, n=7, i =5, t =4mm , H=148m m,h=6mm , F=143. 5k N , h m a x=8m m。
根據(jù)液壓頂緊器結(jié)構(gòu)、施加的密封力以及液壓系統(tǒng)中液壓元件額定壓力等級(jí)確定液壓頂緊器選擇控制結(jié)構(gòu)如圖 2d 所示的方案四。
3 液壓頂緊器調(diào)試
3. 1 液壓頂緊器壓力測(cè)試
液壓頂緊器零部件制造完后進(jìn)行組裝并利用制造廠現(xiàn)有的液壓泵站進(jìn)行測(cè)試 ,測(cè)試設(shè)備如圖3所示。
由于泵站最高壓力的限制 , 測(cè)試時(shí)最高壓力限定為 20MPa ,測(cè)試結(jié)果見表2。
3. 2 液壓頂緊器最大變形量調(diào)節(jié)
液壓頂緊器安裝在底蓋上,底蓋機(jī)進(jìn)行打壓密封試驗(yàn) ,整體打壓 0.5MPa ,檢查合格。但卸蓋后,液壓頂緊器卸壓發(fā)現(xiàn)頂緊器頂出密封圈高度不一致 ,全部卸下頂緊器, 發(fā)現(xiàn)每個(gè)頂緊器中復(fù)合碟簧自由長度不一致,累計(jì)誤差較大,而裝配碟緊器時(shí)保證復(fù)合碟簧壓縮量一樣, 這樣每個(gè)頂緊器復(fù)合碟簧預(yù)壓縮量差別大, 不能使每個(gè)頂緊器具有最大壓縮量。最后換泵站逐個(gè)頂緊器打壓到最大工作壓力28MPa ,調(diào)整預(yù)壓縮量 ,使最大壓縮量都大于6mm,以保證底蓋正常自動(dòng)開關(guān)。
4 結(jié)束語
焦炭塔下蓋采用自動(dòng)卸蓋裝置實(shí)現(xiàn)底蓋的自動(dòng)開閉,降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、改善了工作環(huán)境。焦炭塔塔身和底蓋連接處利用液壓頂緊器中的碟簧對(duì)密封件實(shí)現(xiàn)機(jī)械力加載,而液壓傳動(dòng)系統(tǒng)控制液壓頂緊器自動(dòng)加載,實(shí)現(xiàn)了底蓋的自動(dòng)拆卸。
1 液壓頂緊器設(shè)計(jì)方案及選擇
根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案, 底蓋和焦炭塔塔身連接處密封結(jié)構(gòu)、液壓頂緊器裝配結(jié)構(gòu)如圖 1所示。
焦炭塔塔身內(nèi)部溫度較高 , 而采用液壓系統(tǒng)作為控制頂緊器頂桿伸縮動(dòng)作, 液壓系統(tǒng)最高工作溫度一般在 65℃左右, 金屬導(dǎo)熱好 , 因此頂緊器需要控制傳熱溫度 ,保證液壓系統(tǒng)正常工作 ; 液壓頂緊器結(jié)構(gòu)布置在半徑一定的圓周上, 兩個(gè)頂緊器之間的距離需保證安裝、調(diào)試 、維修方便; 而根據(jù)總體布置來看 ,控制液壓頂緊器軸向空間相對(duì)狹小 ,這使得液壓頂緊器軸向尺寸受限制。根據(jù)實(shí)際工作情況和碟形彈簧要求 , 擬制定設(shè) 計(jì)方案如下 [ 1 ～ 4]：
a .方案一( 圖 2a )。液壓頂緊器利用法蘭和底蓋連接 , 結(jié)構(gòu)上使用散熱片散熱、隔熱棒隔熱 ,采用兩級(jí)活塞串聯(lián)通壓力油控制碟簧伸縮, 用壓力傳感器測(cè)碟簧施加的密封力, 并用調(diào)節(jié)螺栓調(diào)節(jié)其大小。該方案缺點(diǎn)是軸向尺寸長 ,安裝不方便。
b .方案二 ( 圖 2b ) 。采用水套循環(huán)散熱, 散熱效果好,但是需要循環(huán)水 ,現(xiàn)場無法實(shí)施 。其它結(jié)構(gòu)、性能和方案一相同。
c .方案三 ( 圖 2c ) 。通過計(jì)算增加液壓頂緊器徑向尺寸 ,采用單作用活塞通壓力油控制碟簧伸縮, 用壓力傳感器測(cè)碟簧施加的密封力 ,雖然施加密封力調(diào)節(jié)方便,但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 另外傳感器受溫度作用會(huì)影響測(cè)力精度 。該方案缺點(diǎn)是需要在液壓頂緊器和底蓋之間加減調(diào)整墊片來調(diào)節(jié)密封力的大小,采用散熱片散熱使得液壓頂緊器軸向尺寸較長 ,但散熱效果好。
d .方案四 ( 圖 2 d )。液壓頂緊器安裝采用連接套上螺紋直接和底蓋的螺紋孔相連, 這種連接方式需要有專用工具 , 安裝方便 , 利用連接套上軸向孔散熱 , 散熱效果差但通過計(jì)算能夠滿足要求。
綜合比較 4組方案,力求結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用,優(yōu)選方案四。
2 液壓頂緊器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
液壓頂緊器的設(shè)計(jì)計(jì)算主要是碟簧的計(jì)算、選取 [ 5]以及根據(jù)整體設(shè)計(jì)方案確定每個(gè)液壓頂緊器施加密封力時(shí)通入液壓油的液壓系統(tǒng)的壓力。
根據(jù)碟簧工作環(huán)境(主要是工作溫度)和結(jié)構(gòu)空間-徑向尺寸的要求,選擇碟簧材料為30W4Cr2V,徑向尺寸 D=71mm , d=36mm ,利用文獻(xiàn)[5]提供的計(jì)算方法和數(shù)據(jù),確定串聯(lián)組數(shù)i,再根據(jù)i的取值和液壓頂緊器軸向空間的限制,確定碟簧的設(shè)計(jì)方案列于表1。
表 1中 B 、C型碟簧結(jié)構(gòu)相對(duì)較長。彈簧直徑較大時(shí), 在滿足載荷的條件下, 軸向相對(duì)較小 ;反之, 直徑較小時(shí), 在滿足載荷的條件下 ,軸向相對(duì)較大。
綜合各方面條件與要求 , 通過對(duì)碟簧所受應(yīng)力及壽命的計(jì)算 , 復(fù)合碟簧選擇參數(shù)為: D =71m m, d=36m m, n=7, i =5, t =4mm , H=148m m,h=6mm , F=143. 5k N , h m a x=8m m。
根據(jù)液壓頂緊器結(jié)構(gòu)、施加的密封力以及液壓系統(tǒng)中液壓元件額定壓力等級(jí)確定液壓頂緊器選擇控制結(jié)構(gòu)如圖 2d 所示的方案四。
3 液壓頂緊器調(diào)試
3. 1 液壓頂緊器壓力測(cè)試
液壓頂緊器零部件制造完后進(jìn)行組裝并利用制造廠現(xiàn)有的液壓泵站進(jìn)行測(cè)試 ,測(cè)試設(shè)備如圖3所示。
由于泵站最高壓力的限制 , 測(cè)試時(shí)最高壓力限定為 20MPa ,測(cè)試結(jié)果見表2。
3. 2 液壓頂緊器最大變形量調(diào)節(jié)
液壓頂緊器安裝在底蓋上,底蓋機(jī)進(jìn)行打壓密封試驗(yàn) ,整體打壓 0.5MPa ,檢查合格。但卸蓋后,液壓頂緊器卸壓發(fā)現(xiàn)頂緊器頂出密封圈高度不一致 ,全部卸下頂緊器, 發(fā)現(xiàn)每個(gè)頂緊器中復(fù)合碟簧自由長度不一致,累計(jì)誤差較大,而裝配碟緊器時(shí)保證復(fù)合碟簧壓縮量一樣, 這樣每個(gè)頂緊器復(fù)合碟簧預(yù)壓縮量差別大, 不能使每個(gè)頂緊器具有最大壓縮量。最后換泵站逐個(gè)頂緊器打壓到最大工作壓力28MPa ,調(diào)整預(yù)壓縮量 ,使最大壓縮量都大于6mm,以保證底蓋正常自動(dòng)開關(guān)。
4 結(jié)束語
焦炭塔下蓋采用自動(dòng)卸蓋裝置實(shí)現(xiàn)底蓋的自動(dòng)開閉,降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、改善了工作環(huán)境。焦炭塔塔身和底蓋連接處利用液壓頂緊器中的碟簧對(duì)密封件實(shí)現(xiàn)機(jī)械力加載,而液壓傳動(dòng)系統(tǒng)控制液壓頂緊器自動(dòng)加載,實(shí)現(xiàn)了底蓋的自動(dòng)拆卸。