CN115365756A - 一种变径筒水平回转夹持装置及应用其的变径筒加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变径筒水平回转夹持装置及应用其的变径筒加工方法，该装置包括套设在变径筒外侧的支承圈，在支撑圈内侧设置有多个可伸缩的夹持机构，通过该夹持机构低接夹紧所述变径筒，使得变径筒能够随着支撑圈同步转动，再将支撑圈放置在滚轮架上，通过驱动支撑圈来带动变径筒旋转。

Description

一种变径筒水平回转夹持装置及应用其的变径筒加工方法

技术领域

本发明涉及压力容器制造领域，具体涉及变径筒体在制造过程中的水平滚动装置。

背景技术

变径筒为压力容器设备常见承压筒体类型，容器内部根据介质的反应原理通过改变筒体不同位置直径可良好地控制内部流量和流速。其结构大体由上筒体71、下筒体72和锥筒73 体组成，筒体外壁上常安装有多种零件，例如接管74、垫板75、观察孔法兰76等。变径筒在单节筒体对接焊缝焊接以及装焊筒壁零件时需要反复在滚轮架上水平滚动来调节位置，从而满足安装精度和焊接要求，所以在滚轮架上转动频率较高，而变径筒因结构的原因在转动上存在以下困难：

1.由于变径筒两端筒体直径不同，需要根据筒体直径差对滚轮架进行高度调整和两滚轮间距的调整，调整精度难以保证筒体完全水平，在转动时会缓慢向较低滚轮架一侧移动，当筒壁零件离滚轮架滚轮和减速机较近时存在磕碰的风险；尤其是在筒体偏重偏大等情况下，传统方法不能保证精度和安全；

2.变径筒根据设计结构在筒壁要安装和焊接多种零件，当零件的形状、数量以及安装位置使滚轮架回转空间受限时，筒体将无法正常转动整圈，易造成零件的碾压损坏；

3.滚轮架滚轮材质通常为高硬度碳素合金钢，对于不锈钢、镍基等特殊材料因会受铁离子侵蚀在制造时不允许与碳素钢直接接触，所以对于特殊材料筒体制造时需要对滚轮与筒体件进行隔离，但是在频繁的滚动过程中隔离物易被碾碎继续造成污染。

变径筒根据设计要求尺寸繁多，为满足生产需求，制造厂往往要配备多种型号的滚轮架，并且需要花费大量人力和时间来调节滚轮架的高度和滚轮的防护，当调节不当时筒体上的零件存在与滚轮发生磕碰甚至碾压的风险，造成较大的经济损失。滚轮架滚轮与筒体为线性接触，一旦筒体在两滚轮架上产生倾斜，筒体与滚轮接触形式会变为点接触，增大了滚轮对筒壁的压强，当筒体重量较大时在滚轮上回转会在筒壁产生压痕，破坏了筒体表面。

上述问题在压力容器制造中都是严重的质量问题，一旦发生则需要重新更换零件甚至整个筒体报废。所以对于变径筒这种特殊结构筒体在滚轮架上的水平回转目前是一项亟待解决的难题。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种变径筒水平回转夹持装置及应用其的变径筒加工方法，该装置包括套设在变径筒外侧的支承圈，在支撑圈内侧设置有多个可伸缩的夹持机构，通过该夹持机构低接夹紧所述变径筒，使得变径筒能够随着支撑圈同步转动，再将支撑圈放置在滚轮架上，通过驱动支撑圈来带动变径筒旋转，从而完成本发明。

具体来说，本发明的目的在于提供以一种变径筒水平回转夹持装置，其特征在于，该装置包括套设在变径筒7外侧的支承圈1，在支撑圈1内侧设置有多个可伸缩的夹持机构，通过该夹持机构低接夹紧所述变径筒7，使得变径筒7能够随着支撑圈 1同步转动。

其中，该装置还包括设置在底部用以承托支承圈1的滚轮架8；优选地，还能够通过所述滚轮架8驱动支撑圈1旋转。

其中，所述夹持机构设置有三个，且均匀分布在支承圈1 的内侧。

其中，所述夹持机构包括丝杠2、连接梁3、支座4、螺套5 和铰座6；

所述丝杠2一端铰接在支承圈1的内侧，所述丝杠2另一端穿过并固定在螺套5上；

所述连接梁3一端铰接在支承圈1的内侧，另一端与支座4 铰接，

在所述支座4上可转动地安装有螺套5，在所述支座4上还铰接有所述铰座6。

其中，所述铰座6包括支承体61，在所述支承体61下端两侧都设置有支脚612，通过所述支脚612低接并夹持变径筒7；

优选地，所述两侧的支脚612都与变径筒7线性接触。

其中，所述铰座6还包括防滑橡胶板63，所述滑橡胶板63 包覆在支脚612外部，并位于支脚612与变径筒7之间，防止变径筒7与铰座6发生滑窜。

其中，横梁3与丝杠2之间支承角度在90°～140°之间。

本发明还提供一种变径筒加工方法，

该方法中通过上文所述的变径筒水平回转夹持装置来夹持并转动所述变径筒；

其中，通过丝杠2和螺套5之间的相对移动来调节铰座6与变径筒之间的距离，进而控制铰座6低接并夹紧所述变径筒，从而通过驱动支撑圈1旋转来带动所述变径筒同步旋转。

其中，所述变径筒包括上筒体71、下筒体72、锥体73和安装在筒壁上的零件；

该方法包括如下步骤：

步骤1，将上筒体71、下筒体72和锥体73单节成形，将三节筒体对接安装并点焊固定；

步骤2，在上筒体71、下筒体72和锥体73上标记外侧零件安装位置，并调整筒体环向位置避免支承圈1安装时与零件安装位置干涉；利用垫墩91和千斤顶92对筒体进行简单的水平支撑，使筒体处于水平卧式状态；

步骤3，通过计算确认丝杠伸出距离L所对应的上筒体直径，调节三组螺套5将丝杠2向外侧摆动，至三个铰座6底端围成的圆筒直径大于上筒体直径50～100mm，起吊支承圈1，从上筒体71端部缓慢套入至安装位置，分别按相同的L值调节三组螺套5使得丝杠2摆向筒体，直至铰座6通过防滑橡胶板63夹持住上筒体71；

步骤4，通过计算确认丝杠伸出距离L所对应的下筒体72 直径，以步骤3同样的方法安装下筒体72的夹持装置；

步骤5，同步起吊两个支承圈1，将整体水平吊放置在提前摆好的滚轮架8上，实现变径筒7的水平回转，随后进行上筒体、下筒体与锥体环缝的焊接以及筒体外壁各零件最佳位置的装焊。

其中，在步骤3完成后，在支承圈1与地面之间利用垫块93 进行支承，防止上筒体端偏重侧翻；随后便可拆除千斤顶，松脱天车对支承圈1的起吊，完成上筒体71夹持装置的安装。

本发明所具有的有益效果包括：

(1)根据本发明提供的变径筒水平回转夹持装置及应用其的变径筒加工方法，当变径筒的上筒体和下筒体分别被三组铰座稳定夹持并保持相同的丝杠伸出长度L时，两支承圈与变径筒相对固定连接且同轴，当两支承圈放置在滚轮架上时可使变径筒平稳转动；

(2)根据本发明提供的变径筒水平回转夹持装置及应用其的变径筒加工方法，铰座与变径筒仅占用很小的支撑空间，可合理避让开筒体上所有零件安装位置，即使筒体外壁为非圆形，通过调整横梁与丝杠的角度也可满足铰座对筒壁各位置的平稳夹持；

(3)根据本发明提供的变径筒水平回转夹持装置及应用其的变径筒加工方法，当筒体为不锈钢、镍基等特殊材料时，通过在铰座上安装的防滑橡胶板进行清洁隔离并能够更加稳定的夹持筒体进行回转；

(4)根据本发明提供的变径筒水平回转夹持装置的通用性强，适用于多种规格的变径筒、直筒以及非同心变径筒的水平回转；

(5)根据本发明提供的变径筒水平回转夹持装置通过螺纹调节筒体与支承圈同轴度，提高了零件安装位置的测量精度；

(6)根据本发明提供的变径筒水平回转夹持装置不会因筒壁零件结构和数量的原因限制筒体的整圈回转。

附图说明

图1示出变径筒水平回转夹持装置与变径筒夹持并水平回转时的三维示意图；

图2示出变径筒水平回转夹持装置与变径筒夹持并水平回转时的正视示意图；

图3示出变径筒水平回转夹持装置与变径筒夹持并水平回转时的左视示意图；

图4示出图3中A-A剖视示意图；

图5示出变径筒结构示意图；

图6示出支承圈主视图和B-B剖视示意图；

图7示出丝杠主视图和俯视示意图；

图8示出横梁主视图和俯视示意图；

图9示出支座主视图和C-C剖视示意图；

图10示出螺套主视图和D-D剖视示意图；

图11示出铰座主视图和E-E剖视示意图；

图12示出变径筒加工方法中步骤2的示意图；

图13示出变径筒加工方法中步骤3的示意图；

图14示出变径筒加工方法中步骤5的示意图。

附图标记

1-支承圈

11-环板

12-环形筋板

13-吊耳

14-丝杠连接孔

15-横梁连接孔

2-丝杠

21-丝杠连接轴

22-T形长螺纹

3-横梁

31-连接板

32-筋板

33-连接轴

34-连接通孔

4-支座

41-螺套连接孔

42-横梁连接轴

43-铰座连接孔

5-螺套

51-支架连接圆槽

52-外六角头

6-铰座

61-支承体

611-铰座连接轴

612-支脚

62-紧固螺栓

63-防滑橡胶板

7-变径筒

71-上筒

72-下筒

73-锥体

74-接管

75-垫板

76-观察孔法兰

8-滚轮架

91-垫墩

92-千斤顶

93-垫块

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

根据本发明提供的变径筒水平回转夹持装置，如图1中所示，该装置包括套设在变径筒7外侧的支承圈1，在支撑圈1内侧设置有多个可伸缩的夹持机构，通过该夹持机构低接夹紧所述变径筒7，使得变径筒7能够随着支撑圈1同步转动。从而转动和支撑该支撑圈即可完成对变径筒7的支撑和转动工作。

优选地，该装置还包括设置在底部用以承托支承圈1的滚轮架8；优选地，还能够通过所述滚轮架8驱动支撑圈1旋转。所述滚轮架8包括水平放置的底座和安装在底座上的两个滚轮，所述两个滚轮承托支撑圈，至少一个滚轮是与驱动机构相连的主动轮，通过滚轮的旋转来带动支撑圈旋转。

在一个优选的实施方式中，所述变径筒水平回转夹持装置中设置有两个支撑圈1，在每个支撑圈1中都设置有三个所述夹持机构，且三个所述夹持机构均匀分布在支承圈1的内侧。

在一个优选的实施方式中，如图1、图2、图3和图4中所示，所述夹持机构包括丝杠2、连接梁3、支座4、螺套5和铰座6；

所述丝杠2一端铰接在支承圈1的内侧，所述丝杠2另一端穿过并固定在螺套5上；

所述连接梁3一端铰接在支承圈1的内侧，另一端与支座4 铰接，

在所述支座4上可转动地安装有螺套5，在所述支座4上还铰接有所述铰座6。

进一步优选地，如图6中所示，所述的支承圈1为承载强度较高的环形体，由环板11、两个环形筋板12以及吊耳13组成。环形筋板12固连在环板11内侧，两个环形筋板12彼此平行且对称设置，环向均布有3～4组丝杠连接孔14和横梁连接孔15，优选为均布3组，目的在于在满足对筒体平稳支承的前提下能够提供较大的筒壁零件安装空间；吊耳13用于起吊支承圈1和将其套入筒体外侧；所述丝杠连接孔14用于与丝杠2铰接，所述横梁连接孔15用于与横梁3铰接。

如图7中所示，所述的丝杠2一端设有承受重载的T形长螺纹22，另一端设有丝杠连接轴21；通过所述丝杠连接轴21与丝杠连接孔14配合安装，使得丝杠2与支承圈1铰接；通过所述T 形长螺纹22与螺套5上的内螺纹旋拧配合，控制该丝杠2相对于螺套5的伸出量；当丝杠2与支承圈1连接后可在支承圈环形筋板12内侧转动，即所述丝杠2位于两条环形筋板12之间，从而控制与丝杠相连的螺套5及支座4靠近或者远离支承圈1，进一步控制铰座6与变径筒7之间的距离。

如图8中所示，所述的横梁3由连接板31、筋板32以及连接轴33组成；所述连接板31设置有两条，当横梁3与支承圈1连接后可在支承圈环形筋板12外侧转动，即所述两条连接板31分别位于两条环形筋板12的外侧，所述筋板32用于连接两条连接板 31，增加横梁3的强度；通过所述连接轴33与横梁连接孔15配合安装，使得横梁3与支承圈1铰接；在所述连接板31上开设有连接通孔34，通过该连接通孔与横梁连接轴42配合将横梁3与支座4铰接。

如图9中所示，所述的支座4中间设有与螺套转动连接的圆孔41，外侧设有横梁连接轴42和铰座连接孔43；通过所述铰座连接孔43与铰座连接轴611配合安装，使得支座4与铰座6铰接；圆孔41套设在螺套5的圆槽51外侧，在螺套5沿着丝杠2长度方向移动时，该支座4在螺套5的推动下同步移动。

如图10中所示，所述的螺套5内侧设有与丝杠相配合的内螺纹，外侧设有与支座圆孔41转动连接的圆槽51和外六角头 52。当支座4安装在螺套圆槽51内，支座4仅能在螺套的圆槽51 内转动，通过旋拧外六角头52来使得螺套5沿着丝杠2长度方向往复移动，进而带动支座4同步移动。

如图11中所示，所述的铰座6包括支承体61、紧固螺钉62 和防滑橡胶板63，支承体61上端设有铰座连接轴611与支座连接，下端设有双侧支脚612，目的在于可适用于支承多种直径的筒体，并且两支脚612均与筒体线性接触，支承更加稳定；两支脚间设有用于连接防滑橡胶板的螺孔，防滑橡胶板62通过紧固螺钉63固连在铰座6支承端，目的在于夹持偏重筒体回转时防止与铰座6发生滑窜，并且对于特殊材质筒体可起到清洁隔离的作用。

在一个优选的实施方式中，将丝杠2和横梁3与支承圈1连接，螺套5、铰座6与支座4连接后再与横梁3连接；当螺套5旋入丝杠2，横梁3与丝杠2在支承圈1上形成稳固的三角形支撑结构，通过调节螺套5在丝杠2上的行程可改变横梁3与丝杠2之间的角度从而改变铰座6到支承圈1中心的距离；横梁3与丝杠2 之间支承角度设为90°～140°之间，该角度范围可提供较稳定的承载力和筒体直径调节空间；角度越大所夹持筒体的直径越大，角度越小所夹持筒体的直径越小，根据丝杠伸出长度L可计算出所对应筒体的直径。

当所述夹持装置套入筒体外侧前调节环向三组螺套5使丝杠2向外侧转动来提供充足的套装空间，将本装置分别从变径筒7的两端套入并根据筒体夹持位置的直径来调节螺套5使丝杠2转向筒体至铰座6夹持在筒体外壁上，当三组丝杠伸出长度 L调至相等时，支承圈1与变径筒7同轴固连，将两支承圈1放置在滚轮架8上可实现变径筒7的平稳回转并且确保筒壁零件不与滚轮架产生磕碰；当筒体外轮廓为非圆形时，仍可通过调节每处丝杠2与横梁3角度使壳体在滚轮架8上平稳转动。

本发明还提供一种变径筒加工方法，该方法中通过上文所述的变径筒水平回转夹持装置来夹持并转动所述变径筒；

其中，通过丝杠2和螺套5之间的相对移动来调节铰座6与变径筒之间的距离，进而控制铰座6低接并夹紧所述变径筒，从而通过驱动支撑圈1旋转来带动所述变径筒同步旋转。

如图5中所示，所述变径筒包括上筒体71、下筒体72、锥体73和安装在筒壁上的零件；所述零件包括接管74、垫板75、观察孔法兰76。优选地，所述变径筒可以为核电站取样收集器承压壳体，上筒体71直径为1800mm；下筒体72直径为1300mm，筒体的材料为厚度14mm的不锈钢板。变径筒组件的制造工艺流程为：上筒体71和下筒体72分别与锥体73对接焊接环缝后安装筒壁零件。上筒体外侧安装有多处接管74和垫板75，下筒体 72上安装有长方形观察口法兰76，安装前要在筒壁上切割各零件安装孔，随后安装和焊接各零件。筒体对接环缝需要水平滚动焊接，各零件的安装焊接均要在筒体水平状态下确保安装精度，并通过转动调整各零件安装位置度。在此基础上，选用本申请中的变径筒水平回转夹持装置，且其中夹持范围为是直径 1100mm～2000mm。具体来说，该变径筒加工方法包括如下步骤：

步骤1，将上筒体71、下筒体72和锥体73单节成形，将三节筒体对接安装并点焊固定；

步骤2，在上筒体71、下筒体72和锥体73上标记外侧零件安装位置，并调整筒体环向位置避免支承圈1安装时与零件安装位置干涉；计算好变径筒7重心位置后，如图12中所示，利用垫墩91和千斤顶92对筒体进行简单的水平支撑，使筒体处于水平卧式状态；本次使用的夹持装置支承环外径为3000m，垫墩高度选用1000mm高，可满足支承圈1与变径筒的同轴安装；垫墩和千斤顶为车间常用工具，支承效果十分稳定和方便；

步骤3，通过计算确认丝杠伸出距离L所对应的上筒体直径，调节三组螺套5将丝杠2向外侧摆动，至三个铰座6底端围成的圆筒直径大于上筒体直径50～100mm，起吊支承圈1，如图 13中所示，从上筒体71端部缓慢套入至安装位置，分别按相同的L值调节三组螺套5使得丝杠2摆向筒体，直至铰座6通过防滑橡胶板63夹持住上筒体71；

在步骤3完成后，在支承圈1与地面之间利用垫块93进行支承，防止上筒体端偏重侧翻，垫块为车间常用工具；随后便可拆除千斤顶，松脱天车对支承圈1的起吊，完成上筒体71夹持装置的安装；变径筒7受下筒体72底部垫墩和上筒体71夹持装置及垫块平稳支承；

步骤4，通过计算确认丝杠伸出距离L所对应的下筒体72 直径，以步骤3同样的方法安装下筒体72的夹持装置；

步骤5，同步起吊两个支承圈1，将整体水平吊放置在提前摆好的滚轮架8上，实现变径筒7的水平回转，随后进行上筒体、下筒体与锥体环缝的焊接以及筒体外壁各零件最佳位置的装焊，在焊接过程中能够根据需要，随时旋转调整变径筒零件安装和焊接位置，经过筒体环缝焊接、筒身开孔安装接管、垫板、观察孔法兰以及焊接后无损探伤检测的连续操作后，变径筒加工完成，共耗时5天；在该加工过程中变径筒的旋转操作方便而平稳，加工过程顺利，无碾压破坏等情况，最终获得的变径筒的精度符合设计要求。

以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种变径筒水平回转夹持装置，其特征在于，该装置包括套设在变径筒(7)外侧的支承圈(1)，在支撑圈(1)内侧设置有多个可伸缩的夹持机构，通过该夹持机构低接夹紧所述变径筒(7)，使得变径筒(7)能够随着支撑圈(1)同步转动。

2.根据权利要求1所述的变径筒水平回转夹持装置，其特征在于，

该装置还包括设置在底部用以承托支承圈(1)的滚轮架(8)；优选地，还能够通过所述滚轮架(8)驱动支撑圈(1)旋转。

3.根据权利要求1所述的变径筒水平回转夹持装置，其特征在于，

所述夹持机构设置有三个，且均匀分布在支承圈(1)的内侧。

4.根据权利要求1所述的变径筒水平回转夹持装置，其特征在于，

所述夹持机构包括丝杠(2)、连接梁(3)、支座(4)、螺套(5)和铰座(6)；

所述丝杠(2)一端铰接在支承圈(1)的内侧，所述丝杠(2)另一端穿过并固定在螺套(5)上；

所述连接梁(3)一端铰接在支承圈(1)的内侧，另一端与支座(4)铰接，

在所述支座(4)上可转动地安装有螺套(5)，在所述支座(4)上还铰接有所述铰座(6)。

5.根据权利要求4所述的变径筒水平回转夹持装置，其特征在于，

所述铰座(6)包括支承体(61)，在所述支承体(61)下端两侧都设置有支脚(612)，通过所述支脚(612)低接并夹持变径筒(7)；

优选地，所述两侧的支脚(612)都与变径筒(7)线性接触。

6.根据权利要求5所述的变径筒水平回转夹持装置，其特征在于，

所述铰座(6)还包括防滑橡胶板(63)，所述滑橡胶板(63)包覆在支脚(612)外部，并位于支脚(612)与变径筒(7)之间，防止变径筒(7)与铰座(6)发生滑窜。

7.根据权利要求4所述的变径筒水平回转夹持装置，其特征在于，

横梁(3)与丝杠(2)之间支承角度在90°～140°之间。

8.一种变径筒加工方法，其特征在于，

该方法中通过权利要求1-7之一所述的变径筒水平回转夹持装置来夹持并转动所述变径筒；

其中，通过丝杠(2)和螺套(5)之间的相对移动来调节铰座(6)与变径筒之间的距离，进而控制铰座(6)低接并夹紧所述变径筒，从而通过驱动支撑圈(1)旋转来带动所述变径筒同步旋转。

9.根据权利要求8所述的变径筒加工方法，其特征在于，

所述变径筒包括上筒体(71)、下筒体(72)、锥体(73)和安装在筒壁上的零件；

该方法包括如下步骤：

步骤1，将上筒体(71)、下筒体(72)和锥体(73)单节成形，将三节筒体对接安装并点焊固定；

步骤2，在上筒体(71)、下筒体(72)和锥体(73)上标记外侧零件安装位置，并调整筒体环向位置避免支承圈1安装时与零件安装位置干涉；利用垫墩(91)和千斤顶(92)对筒体进行简单的水平支撑，使筒体处于水平卧式状态；

步骤3，通过计算确认丝杠伸出距离L所对应的上筒体直径，调节三组螺套(5)将丝杠(2)向外侧摆动，至三个铰座(6)底端围成的圆筒直径大于上筒体直径50～100mm，起吊支承圈(1)，从上筒体(71)端部缓慢套入至安装位置，分别按相同的L值调节三组螺套(5)使得丝杠(2)摆向筒体，直至铰座(6)通过防滑橡胶板(63)夹持住上筒体(71)；

步骤4，通过计算确认丝杠伸出距离L所对应的下筒体(72)直径，以步骤3同样的方法安装下筒体(72)的夹持装置；

步骤5，同步起吊两个支承圈(1)，将整体水平吊放置在提前摆好的滚轮架(8)上，实现变径筒(7)的水平回转，随后进行上筒体、下筒体与锥体环缝的焊接以及筒体外壁各零件最佳位置的装焊。

10.根据权利要求9所述的变径筒加工方法，其特征在于，

在步骤3完成后，在支承圈(1)与地面之间利用垫块(93)进行支承，防止上筒体端偏重侧翻；随后便可拆除千斤顶，松脱天车对支承圈(1)的起吊，完成上筒体(71)夹持装置的安装。

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