CN107338669B - 扬克式缸 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种扬克式缸，包括：外壳(10)，其由圆柱形表面来形成；以及两个端部(11)，该端部在相对部分处与外壳连接，各端部有中心部件(11C)和周边部件(11P)，周边部件相对于中心部件更远离扬克式缸(1)的中心轴线(x‑x)，中心部件有与扬克式缸的各支承轴颈(3)对应的开口(11A)。中心部件由具有第一厚度的金属表面形成，周边部件由多个具有第二厚度的金属表面形成，第一厚度大于第二厚度，中心部件在它邻近周边部件的外部部分处减小厚度，从而局部形成厚度等于周边部件的厚度的区域。形成周边部件的金属表面通过深度等于第二厚度的第一焊缝(4)连接在一起，并通过深度等于第二厚度的第二焊缝(5)与形成中心部件的金属表面连接。

Description

扬克式缸

技术领域

本发明涉及一种扬克式缸(Yankee cylinder)。

背景技术

已知扬克式缸是由蒸汽来加热的缸，布置在用于制造纸幅的设备中，它的功能是加热纸幅，以便通过除去残余的水而完成该纸幅的干燥。

现有的扬克式缸由铸铁、钢来制造，或者它们包括由铸铁和钢来制造的部件。通常，扬克式缸的铸铁或铸铁部件通过较大的铸件来制造。不管使用的材料和技术如何，扬克式缸总是有以下元件：圆柱形外壳(要干燥的纸幅粘附在该圆柱形外壳的外表面上)、两个侧端部或头部、以及内部拉杆，该内部拉杆连接该端部(有利于支承在端部上的压力产生的力，并能够支承冷凝液抽取系统)。侧端部能够通过铸铁铸件来实现。在这种情况下，它们的形状能够优化，以便最好地使用材料。在钢侧端部的情况下，它们能够通过钢铸件来制造，或者它们能够由金属板来获得。由铸件(铸铁或钢)制造的侧端部需要良好装备的铸造厂，能够提供较大铸件(实际上，侧端部能够有大于6m的外径和几十吨的重量)。市场上还有通过焊接或装配由金属板获得的部件而获得的钢制扬克式缸。使用金属板提供了多个优点：它能够并不限制铸造厂的工作时间和成本，板具有减少的交付时间和比铸件更高的质量(板能够在完全控制防止存在内部缺陷之后供给，而铸件可能有与生产处理相关的铸孔或缺陷)。换句话说，使用金属板使得能够提供更灵活的制造方法和保证最终产品的更好质量。

本发明特别涉及制造有钢侧端部的扬克式缸，该钢侧端部由金属板来获得。特别是，本发明涉及用于大型扬克式缸的端部的制造。扬克式缸的示例在WO2011/030363、EP2126203和US4320582中公开。

上述扬克式缸的侧端部通过切割具有合适厚度的金属板而获得。用于制造直径不超过4500mm的扬克式缸的侧端部的金属板可在市场上获得。制造用于具有更大直径的扬克式缸的侧端部意味着连接多个金属板以便达到所需的尺寸。当制造用于大型扬克式缸的侧端部时必须解决的另一问题涉及使用材料的优化。实际上，这些侧端部具有中心孔，用于定位冷凝液抽取系统的轴颈和多个部件。因为中心孔降低了侧端部的结构强度，因此该侧端部通过附加的金属部件来增强，该附加金属部件的形状和尺寸由用于增压容器的尺寸设置的参考标准来给出。在一些情况下，增强件非常大，以至于直接使用较厚的金属板将更方便。

图1是已知类型的、具有中心拉杆的扬克式缸Y的示意纵剖图。两个端部H各自有中心部件AH，该中心部件AH在由中心拉杆T界定的区域内部且具有与支承销PS相对应的开口AA，该支承销PS合适地被穿孔，以便能够将蒸汽供给扬克式缸内部。另外，端部还有在中心部件AH和罩M之间的外部或周边部分BH。外部部分BH通常有至少一个开口，特别是用于负责机器维护的工作人员通过(所谓的检修孔)。部件AH和BH的最小厚度取决于扬克式缸的总体几何形状(特别是，扬克式缸的直径、拉杆的尺寸以及前述开口的尺寸)。通常，端部的中心部件AH和外部部件BH的最小厚度(通过根据参考标准进行的计算来确定)不同，且通常在外部部件BH中的板厚度小于中心区域AH的板厚度。用于计算所述厚度的两个参考标准是用于美国和其它国家的ASME B&PV(锅炉和压力容器)以及用于欧洲的UNI13445。

在扬克式缸的直径小于15英尺(4500mm)的情况下，优选是使用具有较大的最小厚度(通过应用参考标准来确定)的金属板：尽管这从优化用于构造侧端部的材料量的观点来看有缺点，但是由于使用单个金属板的低成本(这简化了装配，且不需要焊接以及相关的控制和热处理)证明这种选择是合适的。

在具有较大直径的扬克式缸中，各端部通过将两个半圆形金属板沿直径线(图2A中的SD线)焊接而由两半端部来制造。板具有根据相关标准计算的较大的厚度(图2B中的SPD)，且为了避免它尺寸过大，将与形成的金属板的中心部件AH的开口相对应地使用环形结构增强件(图1中的RL)。环形增强件还可以用于周边部件的开口。

也可选择，为了避免使用所述增强件，能够使用具有较大厚度的金属板，但是在这种情况下，使用的材料量并不优化。另外，连接两半板的焊接必须是全焊透的焊接，该焊接必须控制成保证所需的结构完整性。为了均衡在熔融接头固化的过程中产生的残余应力，焊接能够在端部的两侧来进行。尽管有这种措施，但总是需要(由参考标准所需)进行热处理，以便降低由于焊接而不可避免地引入的残余应力。这种处理必须至少涉及受焊接影响的区域，需要使得该区域达到和保持升高温度一段时间(取决于产品的尺寸和焊接的尺寸)。不过，厚度越大，焊接的尺寸也将越大，因此热处理所需的时间也越长。由于所有这些原因，金属板的较大厚度将对完成扬克式缸的总时间产生不利影响。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种构造系统，它能够优化在扬克式缸的生产中的材料使用，简化构造处理过程，同时保证所需的结构强度。

根据本发明，这样的结果通过采用本申请的扬克式缸的思想而实现。

本申请涉及一种扬克式缸，包括：外壳，所述外壳由圆柱形表面来形成；以及两个端部，这两个端部在相对部分处与外壳连接，其中，各所述端部具有中心部件和周边部件，所述周边部件相对于中心部件更远离扬克式缸的中心轴线，所述中心部件具有与扬克式缸的相应支承轴颈相对应的开口，其特征在于：所述中心部件由具有第一厚度的金属表面来形成，周边部件由多个具有第二厚度的金属表面来形成，所述第一厚度大于所述第二厚度，所述中心部件在它邻近周边部件的外部部分处减小厚度，从而局部形成厚度等于周边部件的厚度的区域，形成周边部件的金属表面通过深度等于所述第二厚度的第一焊缝而连接在一起，并通过深度等于所述第二厚度的第二焊缝而与形成中心部件的金属表面连接。

如后面进一步所述，根据本发明的扬克式缸在经济上和技术上很有利。

附图说明

本领域技术人员通过下面所述和附图将最好地理解本发明的这些和其它优点和特征，以下所述和附图提供为示例，而不是限制，其中：

图1、2A、2B和2C表示了已知的构造方案：图1和图2C是普通扬克式缸的示意纵剖图；图2A是图2C中所示的扬克式缸的示意侧视图；而图2B是沿图2A中的线D-D的剖视图；

图3-8表示了根据本发明的构造方案；图3是根据本发明的扬克式缸的示意纵剖图；图4是图3中所示的扬克式缸的示意侧视图；图5是沿图4中的线A-A的剖视图；图6是沿图4的线B-B的剖视图；图7是与图3类似的视图，其中还表示了在开口处的增强环，该开口布置在中心区域中和端部的周边区域中；图8表示了图7的详图；

图9和10表示了根据本发明的还一实施例。

具体实施方式

简化成它的基本结构并参考附图，根据本发明的扬克式缸1的类型为包括由圆柱形表面形成的外壳10以及两个端部或头部11。

根据附图中所示的示例，扬克式缸1有中心拉杆12。两个端部11各自有在由拉杆12界定的区域内部的中心部件11c以及在该中心部件11c和外壳10之间的外部或周边部件11P。

根据图4所示的示例，各端部11的中心部件11c有圆形形状，它的中心在扬克式缸1的纵向轴线x-x上，周边部件11P确定了环带，该环带的内径等于中心部件11c的直径。中心部件11c和周边部件11P相互同心。

各端部11的中心部件11c有与轴向支承销3相对应的开口11A，该支承销3沿它的轴线合适钻孔，以便允许蒸汽进入由外壳10和端部11界定的腔室内。销3在两个相应轴承2之间通过。在附图中，销3的紧固螺栓由参考标号30表示。外壳10的内表面有一系列的槽100，用于收集由于在外壳10的表面上进行的换热而形成的冷凝液。冷凝液通过使用自身已知的装置而从扬克式缸内部抽取和再循环。

根据图中所示的示例，拉杆12为具有预定直径的管形体，螺栓连接在端部11上，并与扬克式缸1的轴线x-x平行地布置在该扬克式缸1内部。

外壳10和端部11能够由钢来制造，该钢的类型为通常用于构造扬克式缸，或者更通常，用于构造压力容器。端部11能够焊接在外壳10上，如图8中示意所示，其中，参考标号“W”表示在端部和外壳之间的焊接接头。也可选择，端部11能够螺栓连接在外壳10上，如图9中示意所示，其中，参考标号“B”表示使得端部与外壳连接的螺栓。使得端部与外壳连接的方式为已知。

根据本发明，端部11通过焊接具有不同厚度的金属板来制造。特别是，各端部11的中心部件11C由单个金属板来形成，而周边部件11P由多个金属板来形成，这些金属板通过相应焊缝4来相互焊接，并通过周边焊缝5而焊接在中心金属板上。中心板的厚度SPC大于形成端部的周边部件11P的板的厚度SPP。由具有较大厚度SPC的板来获得的中心部件在它的径向外部部分进行机械加工。这样的机械加工使它能够只对于径向最外侧部分进行局部减小厚度，直到它等于周边部件的较小厚度SPP。因此，在该较小厚度SPP上进行焊接4、5。换句话说，焊缝的深度对应于用于制造缸端部的金属板的较小厚度SPP。

根据图4中所示的示例，形成中心部件11C的金属板为圆形形状，而形成周边部件11P的板为3个，它们是环段，该环段的外径等于端部11的直径，该环段的内径等于中心部件11C的外径。另外，根据图4的示例，焊缝4相对于周边焊缝5径向定向。不过应当知道，更通常是，构成周边部件11P的板的数目可以与上面所述不同。还应当知道，构成周边部件11P的板和中心部件11C的金属板的形状可以与上面所述不同。因此，例如如图10中示意所示，中心部件11C的板能够是多边形，因此，形成周边部件11P的板能够采取局部圆形扇段的形状，具有外侧边(该外侧边有圆弧形状)、两个径向侧边和直的侧边，其中，径向侧边对应于焊接4，直线形侧边对应于焊接5，在本例中，该焊接5将通过连续线性焊接来形成。在图10所示的示例中，焊缝4径向定向。不过，根据中心部件11C的板的选择形状，焊缝4可以有与例如图10中所示不同的定向。

在任何情况下，构成周边部件11P和中心部件11C的板整体确定圆形的端部11。

与图2A-2C中所示的普通方案相比，在普通方案中，两半端部的厚度恒定，对应于由标准来强加的最大厚度，根据本发明，焊缝4、5在较小的厚度上进行，因此它们的深度较小。

例如，前述厚度SPP、SPC能够通过应用在上述法规中提出的计算准则来确定。根据图3所示的示例，中心部件11C的板的厚度SPC与根据参考标准确定的值相比尺寸过大，以避免提供与开口11A相对应的、中心部件11C的内部增强件。不过，同样能够采用图7中所示的方案，其中，中心部件11C的厚度SPC根据参考标准来确定。在本例中，如图7中所示，中心部件11C的金属板能够通过与开口11A相对应的环6来增强。类似的，当周边部件11P也有开口111时，相应的增强环7能够应用于该周边部件的内侧。

因为优化了部件11C和11P的厚度，因此避免了过多地使用材料(除了可能期望补偿没有中心增强件的过大尺寸)。另外，在径向最远离扬克式缸的轴线的部件中使用与已知方案相比更小的厚度SPP，不仅能够降低扬克式缸的总重量，还能够减小转动惯性。对于扬克式缸的正常操作的相同加速和减速斜度(ramp)，这允许使用较小功率的马达，因此经济节约。根据本发明，焊缝4、5形成于较小厚度SPP上，因此，对于相同长度的各焊缝，需要较少的焊道(welding passage)来填充相关斜角和获得全焊透的焊接。另外，节省的焊道是较浅的焊道，即对应于斜角的较大宽度的焊道(斜角由于相关壁的倾斜而具有从金属板的中心朝向表面逐渐更大的厚度)。因此，焊接接头的体积以比板厚度减小的线性速率更大的线性速率减小。这意味着大大节省了实现焊缝的时间、较少的填料量、用于实现焊接的较小能量以及用于将焊接接头保持在预加热温度的较少热量。因为各焊接4、5的尺寸较小(在较小厚度上形成)，因此有较低的、由于焊接接头的固化而引起残余应力。残余应力必须一直通过热处理而保持在可接受的界限内，该热处理通常在能够达到较高温度(高于500℃)的大型炉中进行。热处理的持续时间和效力将取决于焊接的厚度。使用更小的焊接能够执行较短持续时间的热处理，从而在生产时间和节省能量方面有明显的优点。较低的焊接厚度能够减少执行修理干预所需的时间(在无损测试识别到不可接受的缺陷时)。在这种情况下，修理需要除去(通常通过研磨)在该缺陷上面的焊接，直到除去缺陷自身，并进行人工焊接以便修理。较小厚度意味着在可能的修理中困难较少。在中心板和构成端部的板之间的周边焊接能够通过使用简单的旋转台而更容易地自动进行。除了使得该处理更快，焊接的自动化还能够最小化引入缺陷的可能性，从而在生产时间方面有明显的优点。板的尺寸能够选择为优化开始板的使用(根据该开始板的尺寸)。当可用具有较大尺寸的板时，能够相应使用具有较大尺寸的两个或三个扇段。当开始板有较低宽度时，由该开始板获得的扇段将有更大数目，并将有较小的角度尺寸。

实际上，根据本发明的扬克式缸有两个端部11，各端部11包括中心部件11C和周边部件11P，该周边部件11P相对于中心部件11C更远离扬克式缸1的中心轴线x-x，所述中心部件11C有与扬克式缸1的相应支承轴颈3相对应的开口11A，所述中心部件11C由具有第一厚度SPC的金属表面来形成，周边部件11P由多个具有第二厚度SPP的金属表面来形成，该第一厚度大于第二厚度(SPC>SPP)，形成周边部件11P的金属表面通过深度等于第二厚度SPP的第一焊缝4而连接在一起，并通过深度等于第二厚度SPP的第二焊缝5而与形成中心部件11C的金属表面连接。

根据优选实施例，形成端部11的中心部件11C的金属表面为圆形形状，形成相同端部的周边部件11P的金属表面具有圆形扇段的区段形状，第一焊缝4具有径向方位，第二焊缝5为圆形。

根据还一实施例，形成端部11的中心部件11C的金属表面具有非圆形(例如多边形)形状，第二焊缝5通过多个直线形连续焊接而制造。

而且，根据本发明，形成端部11的中心部件11C的金属表面能够设置有与所述中心开口11A相对应的结构增强件6。类似的，端部11的周边部件11P能够设置有与相应开口110相对应的结构增强件7。

根据本发明，端部11能够以任意合适方式固定在外壳10上，例如通过焊接W或通过螺钉装置B。

实际上，对于所述和所示的各元件，实施细节可以以任意等效方式来变化，而并不脱离所采用的方案的范围，因此保持在本专利的授权保护界限内。

Claims (7)

1.一种扬克式缸，包括：外壳(10)，所述外壳(10)由圆柱形表面来形成；以及两个端部(11)，这两个端部(11)在相对部分处与外壳(10)连接，其中，各所述端部(11)具有中心部件(11C)和周边部件(11P)，所述周边部件(11P)相对于中心部件(11C)更远离扬克式缸(1)的中心轴线(x-x)，所述中心部件(11C)具有与扬克式缸(1)的相应支承轴颈(3)相对应的开口(11A)，其特征在于：所述中心部件(11C)由具有第一厚度(SPC)的金属表面来形成，周边部件(11P)由多个具有第二厚度(SPP)的金属表面来形成，所述第一厚度大于所述第二厚度(SPC>SPP)，所述中心部件(11C)在它邻近周边部件(11P)的外部部分处减小厚度，从而局部形成厚度等于周边部件的厚度的区域，形成周边部件(11P)的金属表面通过深度等于所述第二厚度(SPP)的第一焊缝(4)而连接在一起，并通过深度等于所述第二厚度(SPP)的第二焊缝(5)而与形成中心部件(11C)的金属表面连接。

2.根据权利要求1所述的扬克式缸，其特征在于：形成端部(11)的中心部件(11C)的金属表面为圆形形状，形成同一端部的周边部件(11P)的金属表面具有圆形扇段的形状，第一焊缝(4)具有径向方位，第二焊缝(5)为圆形。

3.根据权利要求1所述的扬克式缸，其特征在于：形成端部(11)的中心部件(11C)的金属表面具有非圆形形状，第二焊缝(5)通过多个线性连续焊接部而制造。

4.根据权利要求1所述的扬克式缸，其特征在于：形成端部(11)的中心部件(11C)的金属表面设置有与位于中心的所述开口(11A)相对应的结构增强件(6)。

5.根据权利要求1所述的扬克式缸，其特征在于：端部(11)的周边部件(11P)设置有与周边开口(110)相对应的结构增强件(7)。

6.根据权利要求1所述的扬克式缸，其特征在于：端部(11)通过焊接(W)或通过螺钉装置(B)而固定在外壳(10)上。

7.根据权利要求1所述的扬克式缸，还包括：中心拉杆(12)，所述中心拉杆(12)包括管形体，其特征在于：端部(11)的周边部件(11P)在由中心拉杆(12)的相应基部界定的表面的外部。