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船用水泥罐充气滤网设计及加工工艺分析
作者:管理员    发布于:2017-05-31 09:03:23    文字:【】【】【

  t威尔达U无顺重工有限公司,辽宁抚顺113015;2.抚顺职业技术学院,辽宁抚顺1131分提出用不锈钢充气滤网取代格栅滤布的方法,对现有水泥罐格栅结构进行改进,达到降低滤布维护成本、延长过滤装置使用寿命、减轻操作者工作强度和提高运营效率的目的。通过分析,介绍了船用水泥罐结构原理,确定了设计思路和改进方案,分析了加工工艺过程。

  工程师,学士,研究方向:压力容器设计。

  船用散装物料系统主要由船用水泥罐、物料管路、动力源等几部分组成,主要功能是装卸、运输、贮存干粉水泥、膨润土、重晶石等干粉物料,供海上钻井平台施工使用。工作过程中,为了保证所运粉状物料在罐内保持絮状状态,压缩充气管道在罐底部充入高压气流,使罐内的絮状物料均匀分布并高速流动,在物料自身的重力作用下流向罐底部中心点低处。

  出料管路的入口通常设置在底部中心处,物料下落到罐底附近时,通过出料管路抽出罐外,输送至海上工作平台,从而完成海上远距离的物料传输作业。整个运输系统中,船用水泥罐起到计算物料流量的作用。目前,水泥罐格栅普遍采用流体帆布作为滤布,但其透气性差,船用水泥罐充气滤网设计及加工工艺分析影响絮状物料流动的均匀性,测量精度不准确,结构需进行改进。若采用不锈钢充气滤网代替格栅滤布,可提高测量准确性,延长设备使用寿命。

  1船用散装水泥罐结构原理船用水泥罐结构如所示,主要由封头、筒体、进气管路、排气管路、出料管路、充压管路、远程压力传感器、安全阀及压力表等组成。运料过程中,进入水泥罐的物料被压缩空气充分吹搅成絮状并均匀分布,通过传感器对罐内压力和出料管路流量的测量,计算出散装物料的总输出量。

  1-进料管路2-出料管路3-充压管路4-气室船用水泥罐结构船用水泥罐结构存在的问题及改进方案2.1存在问题2.1.1格栅滤布强度差,透气效果不好工作过程中,系统在罐底充入高压空气进行吹搅物料,使物料在罐内保持均匀流动状态,以防止因物料积聚而影响计量的准确性。为实现上述目的,水泥罐一般采用分腔进气的方式,即将下封头分为912个气室,采用多口进气,在气室上方用流体帆布作为滤布,由于滤布强度较差,如果增加滤布的密度和厚度来提高滤布强度,会阻挡气流的通过,透气效果不好,影响絮状物料的均匀分布,计量不准。

  2.1.2格栅滤布更换频繁,维护工作强度大水泥罐中为保证物料在罐内高速流动,充气管路入口处会有较大的气流冲击,使物料高速流动产生摩擦,影响滤布的使用寿命,需经常更换。滤布安装过程首先要在滤布周边钻孔,在滤布上下放置密封胶条,在上方密封胶条上还需要放置一个金属压板以保证螺栓压紧力的均匀分布,滤布下方密封胶条下需设置一个扇形板作为支撑。在支撑板、密封胶条、滤布及压板间采用大量的螺栓连接,以保证每个分腔的密封性。如果格栅边缘发生泄漏,将会分散通过滤布的高压气流,降低压力,影响使用效果。设备安装在船上后,罐内空间小,无法使用起重设备,仅能采用人工操作的方式装卸格栅,每组格栅重量约在80Kg左右,每台水泥罐通常有912组格栅,总重在7001间。可见滤布更换的安装过程复杂,工作强度较大,工作效率很低。

  2.1.3滤布边缘的密封性差工作中,物料的高速流动和滤布的频繁更换都会影响滤布边缘的密封性。每次更换格栅滤布,需要拆卸、紧固数千个螺母,水泥罐中通常采用全金属锁紧螺母,反复使用易造成螺柱螺纹损伤,而与锁紧螺母配合的螺柱为焊接螺栓,采用焊接的方式焊接在支撑板上,无法更换。因此,目前水泥罐的结构形式无法保证更换滤布后滤布边缘的密封性能,加之恶劣的工作环境,无法保证设备更换后的使用效果。

  2.2解决方案鉴于船用水泥罐结构上存在的问题,为满足系统的特殊工艺要求,在下封头内部采用特殊的结构设计,设计出一套用充气滤网取代原有格栅滤布的新型结构的船用水泥罐。新型船船舶职业教育B-B旋转现有格棚连接示意图支网过渡丝网组压网改进后格棚连接示意图用水泥罐的充压系统,采用新型模块化滤网,具有较高的通用性,提高格栅的互换性,改变格栅与气室必须配作的局面,不但保证物料在罐内可以均匀流动,而且提高了物料流量测量的准确度。本产品主要适用于单腔人字滑板式、多腔斜板式和单腔外锥斜板式船用水泥罐,可以降低滤布维护成本,延长过滤装置使用寿命,减轻操作者的工作强度,提高运营效率。

  3船用水泥罐充气滤网的结构设计及加工工艺分析3.1设计思路采用新型格栅,首先取消起支撑作用的钢格栅板,减轻水泥罐的整体重量,降低材料消耗。其次取消需要经常更换的滤布,采用多层不同规格的不锈钢滤网,根据系统工作状态下所要求的罐内压力值进行组合。在格栅与支撑板中间,采用丁腈橡胶密封胶条进行密封。不锈钢滤网边缘采用压力焊进行贴合,滤网与支撑板间采用螺栓压紧。在保证使用效果的同时延长了格栅的使用寿命,使格栅的使用寿命基本与罐体相同或超过罐体。这样不但延长了充气格栅的维护周期,免除了维护人员在罐内更换滤布的环节,减轻设备维护人员的工作负担,降低船用水泥罐的维护成本,提高效率;而且在水泥罐材料消耗方面,取消了一层密封胶条、原格栅中的压板及支撑格栅,在不影响使用性能的情况下减少制造成本。

  因新型格栅滤网选用了耐腐性强的不锈钢材料,在正常的工况下,罐内介质为水泥干粉及压缩空气,因此腐蚀及磨蚀几乎可忽略不计。

  相对于传统的格栅结构,可以免去因滤布磨损或格栅腐蚀而引起的频繁更换格栅组的麻烦,延长充气格栅的使用寿命,降低船用水泥罐的维护成本,提高系统的使用率。

  3.2结构图船用水泥罐充气滤网结构如所示。

  船用水泥罐充气滤网结构。3加工工艺过程分析3.3.1分析零件图,选择加工材料如所示,研究中的船用水泥罐充气滤网,采用三层不锈钢网状结构,上下两层为起支撑作用的支撑格栅,在两层格栅中间为一组不锈钢丝网。上下两层不锈钢格栅板,边缘为不锈钢材料的扁钢,要求其上下表面平滑、光洁,不能有皱褶、划痕等缺陷,以保证气室的密封效果。中间的不锈钢丝网,考虑制造成本及材料性能,可选用S30408,使其具有一定的耐腐蚀性。丝网组所选用丝网的规格及层数,应根据进口压力及系统要求的充气量来计算,采用不同数目的组合过程中,既要保证其有足够的强度,又要保证其气流的通过性,以确保水泥罐计量的准确性。

  3.3.2支撑格栅组焊支撑格栅组焊时,采用专用工装定位、装卡,采用小电流多道施焊的方式降低焊接应力。边框之间的焊接采用全焊透结构,边框组焊毕,待其在工装上完全冷却后,方可将其与预制好的格栅板焊接在一起。上下两层格栅板制造完成后,先检查其平面度,再检查上层格栅板是否能够镶入下层格栅板的定位槽中,两者之间不得有明显间隙。然后将滤网放入两者之间,并将上层格栅板压入。在两层格栅板的结合部位,可采用压力焊等方法密封,也可采用其他方式,使两者间具有一定的连接强度。检查格栅压板的下表面,不得有焊缝余高、飞等突起;检查两层格栅板的连接部位,不得有裂纹、漏焊、未焊透等缺陷。

  3.3.3螺栓连接装置的加工支撑格栅组焊合格后,利用预制的样板确定连接螺栓孔的位置,冲出螺栓孔待用。与水泥罐下封头焊接在一起、起支撑作用的支撑板螺栓孔,要求与格栅使用同一样板。在确定螺栓孔位置后,可采用钻床加工,但必须保证任意两螺栓孔的总偏差不大于0.5mm.在螺栓与支撑板的组对、焊接时,由于焊接螺栓数量较多,焊接后支撑板通常会发生变形,因此,在施焊的过程中,应控制支撑板的变形量,焊接后,对有明显变形的支撑板应校形后使用。将支撑板与隔板组对并点焊,再次检查支撑板上连接螺栓的位置是否与格栅板螺栓孔的位置一致,对于因焊接变形而影响安装的螺栓,应在施焊前进行调整,如无法调整,则该支撑板需要重新制作。

  3.3.4密封胶条的安装在支撑板与隔板施焊后封闭罐体,经过划线、开孔、安装接管、水压试验等工序,待罐体水压试验合格后,进行密封胶条的安装。密封胶条制成与格栅边框尺寸相同的梯形框,并在焊接螺栓位置预制通孔,将密封胶条安装在支撑板上方后进行格栅板的安装。格栅板与支撑板间的连接螺栓数量较多,而且经过多次施焊,通常会有一定的变形,此时应做好螺纹的保护,可对焊接螺栓的角度进行微调,在格栅板的安装过程中,严禁使用击打、扩孔等方法损坏格栅板,以免影响气室的密封效果。在格栅板镶入后,拧紧螺母压紧密封条。

  综上所述,目前的船用水泥罐格栅普遍采用滤布结构形式,透气效果不好,使用中更换频繁,影响使用效率。本项研究从结构上对船用散装水泥罐进行改进,提出采用不锈钢充气滤网取代原来的格栅滤布。设计中不锈钢滤网采用丝网组合的形式,既有足够的强度,又能保证气流的通过性,确保了水泥罐计量的准确性,提高了设备的利用效率。

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