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碟簧机械加载实现密封液压顶紧器的设计
添加:2017-8-17 17:13:06    游览:928    来源:网络

  【摘要】焦炭塔塔身和底盖连接处利用液压顶紧器中的碟簧对密封件实现安全、可靠的机械力加载, 而采用液压传动结构控制液压顶紧器对碟簧自动加载, 实现了底盖的自动拆卸。另外, 优选液压顶紧器结构设计方案。

  【关键词】液压顶紧器;碟簧;焦炭塔;设计

  焦炭塔是石化行业延迟焦化装置的重要设备 ,操作条件苛刻 ,是承受热循环和机械应力循环的压力容器。焦炭塔内部温度达到 400℃左右,工人需每天拆卸一次来清除内部的焦炭, 劳动强度很大。采用自动卸盖装置可实现焦炭塔底盖自动打开或关闭 ,可代替传统的人工拆卸。底盖和塔身连接处机械密封力加载安全、可靠,而液压系统控制液压顶紧器实现自动加卸载荷。

  1 液压顶紧器设计方案及选择

  根据总体设计方案, 底盖和焦炭塔塔身连接处密封结构、液压顶紧器装配结构如图 1所示。

图 1 液压顶紧器装配结构图

  焦炭塔塔身内部温度较高 , 而采用液压系统作为控制顶紧器顶杆伸缩动作, 液压系统最高工作温度一般在 65℃左右, 金属导热好 , 因此顶紧器需要控制传热温度 ,保证液压系统正常工作 ; 液压顶紧器结构布置在半径一定的圆周上, 两个顶紧器之间的距离需保证安装、调试 、维修方便; 而根据总体布置来看 ,控制液压顶紧器轴向空间相对狭小 ,这使得液压顶紧器轴向尺寸受限制。根据实际工作情况和要求 , 拟制定设 计方案如下 [ 1 ~ 4]:

图 2 液压顶紧器设计方案

  a .方案一( 图 2a )。液压顶紧器利用法兰和底盖连接 , 结构上使用散热片散热、隔热棒隔热,采用两级活塞串联通压力油控制碟簧伸缩, 用压力传感器测碟簧施加的密封力, 并用调节螺栓调节其大小。该方案缺点是轴向尺寸长 ,安装不方便。

  b .方案二 ( 图 2b ) 。采用水套循环散热, 散热效果好,但是需要循环水 ,现场无法实施 。其它结构、性能和方案一相同。

  c .方案三 ( 图 2c ) 。通过计算增加液压顶紧器径向尺寸 ,采用单作用活塞通压力油控制碟簧伸缩, 用压力传感器测碟簧施加的密封力 ,虽然施加密封力调节方便,但是结构复杂, 另外传感器受温度作用会影响测力精度 。该方案缺点是需要在液压顶紧器和底盖之间加减调整贝斯特全球最奢华318来调节密封力的大小,采用散热片散热使得液压顶紧器轴向尺寸较长 ,但散热效果好。

  d .方案四 ( 图 2 d )。液压顶紧器安装采用连接套上螺纹直接和底盖的螺纹孔相连, 这种连接方式需要有专用工具 , 安装方便 , 利用连接套上轴向孔散热 , 散热效果差但通过计算能够满足要求。

  综合比较 4组方案,力求结构简单实用,优选方案四。

  2 液压顶紧器结构设计计算

  液压顶紧器的设计计算主要是碟簧的计算、选取 [ 5]以及根据整体设计方案确定每个液压顶紧器施加密封力时通入液压油的液压系统的压力。

  根据碟簧工作环境(主要是工作温度)和结构空间-径向尺寸的要求,选择碟簧材料为30W4Cr2V,径向尺寸 D=71mm , d=36mm ,利用文献[5]提供的计算方法和数据,确定串联组数i,再根据i的取值和液压顶紧器轴向空间的限制,确定碟簧的设计方案列于表1。

表 1 复合碟簧方案列表

  表 1中 B 、C型碟簧结构相对较长。弹簧直径较大时, 在满足载荷的条件下, 轴向相对较小 ;反之, 直径较小时, 在满足载荷的条件下 ,轴向相对较大。

  综合各方面条件与要求 , 通过对碟簧所受应力及寿命的计算 , 复合碟簧选择参数为: 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。

  根据液压顶紧器结构、施加的密封力以及液压系统中液压元件额定压力等级确定液压顶紧器选择控制结构如图 2d 所示的方案四。

  3 液压顶紧器调试

  3. 1 液压顶紧器压力测试

  液压顶紧器零部件制造完后进行组装并利用制造厂现有的液压泵站进行测试 ,测试设备如图3所示。

图 3 液压顶紧器试验

  由于泵站最高压力的限制 , 测试时最高压力限定为 20MPa ,测试结果见表2。

表 2 液压顶紧器测试数据

  3. 2 液压顶紧器最大变形量调节

  液压顶紧器安装在底盖上,底盖机进行打压密封试验 ,整体打压 0.5MPa ,检查合格。但卸盖后,液压顶紧器卸压发现顶紧器顶出密封圈高度不一致 ,全部卸下顶紧器, 发现每个顶紧器中复合碟簧自由长度不一致,累计误差较大,而装配碟紧器时保证复合碟簧压缩量一样, 这样每个顶紧器复合碟簧预压缩量差别大, 不能使每个顶紧器具有最大压缩量。最后换泵站逐个顶紧器打压到最大工作压力28MPa ,调整预压缩量 ,使最大压缩量都大于6mm,以保证底盖正常自动开关。

  4 结束语

  焦炭塔下盖采用自动卸盖装置实现底盖的自动开闭,降低了工人的劳动强度、改善了工作环境。焦炭塔塔身和底盖连接处利用液压顶紧器中的碟簧对密封件实现机械力加载,而液压传动系统控制液压顶紧器自动加载,实现了底盖的自动拆卸。

  【参考文献】

  [1] 蔡春源.机电液设计手册 [M].沈阳:东北大学出版社,1997.

  [2] 王志坤.预紧碟簧在炼油装置的应用[J].润滑与密封,2006, 2( 2) : 184 ~ 185.

  [3] 孟涛,卢保成,李鹏举.联轴器液压螺栓的应用[J].热力发电,2006, 6( 8) : 58 ~ 60.

  [4] 彭熙伟.流体传动与控制基础 [M].北京:机械工业出版社,2005.

  [5] GB/T1972-2005,碟形弹簧[S].北京:国家质量监督检验检疫总局与中国国家标准化管理委员会 ,2005.

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