CN111331568A - 在压力容器筒体、锥体、封头上开孔划线的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及压力容器加工的辅助工装及方法，具体为在压力容器筒体、锥体、封头上开孔划线的装置及方法。解决现有技术手工划线比较繁琐且误差较大；马鞍切割设备比较昂贵的问题。在压力容器筒体、锥体、封头上开孔划线的装置包括由伸缩三角支架支撑的第一竖直空心支杆，第一红外发射器，第二红外发射器；第一竖直空心支杆上设置有红外测距仪组件。本发明利用红外测距技术在压力容器的筒体、锥体、封头上垂直定位，再利用红外投射原理进行开孔线和检查线的划线定位，解决了压力容器手工开孔划线尺寸偏差大的问题；相比马鞍切割设备，成本低、操作方便。本发明适用于垂直筒体、锥体面和封头端面的开孔划线操作。
Description
技术领域
本发明涉及压力容器加工的辅助工装及方法，具体为在压力容器筒体、锥体、封头上开孔划线的装置及方法。
背景技术
压力容器制作过程中开孔划线是非常关键的一道工序，开孔划线是否准确直接影响开孔尺寸及后续接管的装焊质量。生产过程中，常因开孔尺寸不合格造成返工，或因间隙过大导致施焊困难且造成焊材的浪费。
当前开孔划线常采用辅助工具手工划线，或采用马鞍切割设备直接开孔。手工划线前需提前进行放样，计算出筒体、锥体或封头需划线的马鞍量再进行标记连线；马鞍切割需将待开孔的筒体、锥体、封头部件周转至马鞍切割区，在确定马鞍落差并调整合适后，再进行马鞍开孔的相关操作。手工划线比较繁琐且误差较大；马鞍切割精度较高，但马鞍切割设备比较昂贵，且需将待开孔部件周转至加工区，常用于大直径厚壁筒体、锥体、封头的开孔。
发明内容
本发明解决现有手工划线和马鞍切割直接开孔存在的上述问题，提供一种在压力容器筒体、锥体、封头上开孔划线的装置及方法。该装置及方法适用于垂直筒体、锥体面和封头端面的开孔划线操作。
本发明是采用如下技术方案实现的：在压力容器筒体、锥体、封头上开孔划线的装置，包括由伸缩三角支架支撑的第一竖直空心支杆，伸缩三角支架的三个伸缩支腿的底端设置有用于吸附固定的磁力底脚，第一竖直空心支杆的内腔下部固定有沿第一竖直空心支杆的中心轴线向下照射的第一红外发射器，第一竖直空心支杆的下端杆壁上开有能观察到第一红外发射器的红外照射点的视窗，第一竖直空心支杆的顶端设置有垂直旋转杆，垂直旋转杆的一端插入并卡于第一竖直空心支杆的顶端，使垂直旋转杆能相对第一竖直空心支杆转动，垂直旋转杆的另一端垂直连接有水平旋转杆，水平旋转杆上套置有能沿水平旋转杆滑动的第二红外发射器；第一竖直空心支杆上设置有红外测距仪组件，红外测距仪组件包括连接套管，连接套管的外壁上卡设有能绕连接套管的中心轴线转动的两个连接支座，每个连接支座上设置有红外测距仪，红外测距仪的尾部（非红外发射端）铰接于连接支座上且铰接轴异面垂直于连接套管的中心轴线，两个红外测距仪的铰接轴的中心轴线至连接套管下端面的距离以及至连接套管中心轴线的距离相同，在红外测距仪上刻有用于显示红外测距仪绕其铰接轴转动角度的刻度，在连接支座上刻有指示线；连接套管的顶部设置有径向拧动的紧固螺栓，连接套管套于第一竖直空心支杆上并由紧固螺栓固定。
本发明利用红外测距技术在压力容器的筒体、锥体、封头上垂直定位，再利用红外投射原理进行开孔线和检查线的划线定位（检查线可用于开孔后尺寸是否合适的检查及判定），解决了压力容器手工开孔划线尺寸偏差大的问题；相比马鞍切割设备，成本低、操作方便。本发明适用于垂直筒体、锥体面和封头端面的开孔划线操作。
附图说明
图1为本发明所述开孔划线装置的结构示意图；
图2为本发明所述开孔划线装置中红外测距仪组件的结构示意图；
图3为图2的俯视图；
图4为在筒体/锥体上开孔划线的操作示意图；
图5为在封头上开孔划线的操作示意图。
图中：1－伸缩三角支架，2－第一红外发射器，3－第一竖直空心支杆，4－第二竖直空心支杆，5－红外测距仪组件，5.1－连接套管，5.2－连接支座，5.3－红外测距仪，5.4－紧固螺栓，6－卡扣，7－垂直旋转杆，8－水平旋转杆，9－水平拉伸杆9，10.1－第二红外发射器，10.2－第三红外发射器，10.3－第四红外发射器。
具体实施方式
实施例一
在压力容器筒体、锥体、封头上开孔划线的装置，包括由伸缩三角支架1支撑的第一竖直空心支杆3，伸缩三角支架1的三个伸缩支腿的底端设置有用于吸附固定的磁力底脚，第一竖直空心支杆3的内腔下部固定有沿第一竖直空心支杆3的中心轴线向下照射的第一红外发射器2，第一竖直空心支杆3的下端杆壁上开有能观察到第一红外发射器2的红外照射点的视窗，第一竖直空心支杆3的顶端设置有垂直旋转杆7，垂直旋转杆7的一端插入并卡于第一竖直空心支杆3的顶端，使垂直旋转杆7能相对第一竖直空心支杆3转动（具体实施时，垂直旋转杆7的一端部固定有卡环，卡环止于第一竖直空心支杆3的上端面，以此实现垂直旋转杆7的一端插入并卡于第一竖直空心支杆3的顶端），垂直旋转杆7的另一端垂直连接有水平旋转杆8，水平旋转杆8上套置有能沿水平旋转杆8滑动的第二红外发射器10.1；第一竖直空心支杆3上设置有红外测距仪组件5，红外测距仪组件5包括连接套管5.1，连接套管5.1的外壁上卡设有能绕连接套管5.1的中心轴线转动的两个连接支座5.2（具体实施时，连接套管5.1的外壁上开有环状或圆弧状凹槽，环状或圆弧状凹槽的轴线与连接套管5.1的中心轴线重合，连接支座5.2上开有与凹槽配合的凸起，凸起卡于凹槽内并沿凹槽滑动，从而实现连接支座5.2绕连接套管5.1的中心轴线转动），每个连接支座5.2上设置有红外测距仪5.3，红外测距仪5.3的尾部（非红外发射端）铰接于连接支座5.2上且铰接轴异面垂直于连接套管5.1的中心轴线，两个红外测距仪5.3的铰接轴的中心轴线至连接套管5.1下端面的距离以及至连接套管5.1中心轴线的距离相同，在红外测距仪5.3上刻有用于显示红外测距仪5.3绕其铰接轴转动角度的刻度，在连接支座5.2上刻有指示线（具体实施时，当红外测距仪5.3的中心轴线与连接套管5.1的中心轴线平行时，红外测距仪5.3上的转动角度刻度的0°线与连接支座5.2上的指示线重合）；连接套管5.1的顶部设置有径向拧动的紧固螺栓5.4，连接套管5.1套于第一竖直空心支杆3上并由紧固螺栓5.4固定。
进一步地，第一竖直空心支杆3内套插有第二竖直空心支杆4，第二竖直空心支杆4能相对第一竖直空心支杆3上下移动并通过卡扣6实现与第一竖直空心支杆3的固定，垂直旋转杆7的一端插入并卡于第二竖直空心支杆4的顶端。这样，通过调节第二竖直空心支杆4伸出第一竖直空心支杆3的高度，可以调节水平旋转杆8的高度，进而调节第二红外发射器10.1的高度。
更进一步，水平旋转杆8为空心杆，其内插有水平拉伸杆9，水平拉伸杆9上固定有第三红外发射器10.2。通过调节水平拉伸杆9伸出水平旋转杆8的长度，用第三红外发射器10.2能划出更大半径的开孔圆，同时，当第二红外发射器10.1划开孔圆时，第三红外发射器10.2用以划出环绕开孔的检查圆，即观察开孔边缘是否与检查圆等距，以确定开孔是否达标。在水平拉伸杆9上还固定有位于第三红外发射器10.2外侧的第四红外发射器10.3，当第三红外发射器10.2划开孔圆时，第四红外发射器10.3用以形成环绕开孔的检查圆。
如图4所示，采用上述装置在压力容器筒体、锥体上开孔划线的方法，是由如下步骤实现的：
1）确定开孔中心点O，在筒体、锥体表面划一条过开孔中心点O的母线作为基准线，以开孔中心点O为中心，以固定值a为半径划弧，并标记与基准线的两个交点为A、B；
2）分别以交点A、B为中心，以固定值b，b＞a，为半径在基准线两侧划弧，并在筒体、锥体表面标记相交的两个点为C、D；
3）将装置放置在筒体、锥体表面，使第一竖直空心支杆3的下端置于开孔中心O上，通过视窗观察，使第一红外发射器2的照射点与开孔中心O重合；
4）调整两个连接支座5.2的位置呈对称分布（即两个支座夹脚为180°），并转动两个红外测距仪5.3，使两个红外测距仪5.3的照射点分别与C、D重合，同时，调整第一竖直空心支杆3与筒体、锥体表面的垂直度直至两个红外测距仪5.3的所测距离即读数相一致；
5）拉开伸缩三角支架1的三个伸缩支腿，并使磁力底脚吸附固定于筒体、锥体表面，而实现对第一竖直空心支杆3的定位支撑；
6）根据开孔尺寸调整第二红外发射器10.1在水平旋转杆8上的位置，启动第二红外发射器10.1；
7）转动垂直旋转杆7和水平旋转杆8，并根据划线需要标记第二红外发射器10.1在筒体、锥体上的照射点，连接各照射点即完成筒体、锥体表面开孔线的划线操作。
实施例二
在压力容器筒体、锥体、封头上开孔划线的装置，包括由伸缩三角支架1支撑的第一竖直空心支杆3，伸缩三角支架1的三个伸缩支腿的底端设置有用于吸附固定的磁力底脚，第一竖直空心支杆3的内腔下部固定有沿第一竖直空心支杆3的中心轴线向下照射的第一红外发射器2，第一竖直空心支杆3的下端杆壁上开有能观察到第一红外发射器2的红外照射点的视窗，第一竖直空心支杆3的顶端设置有垂直旋转杆7，垂直旋转杆7的一端插入并卡于第一竖直空心支杆3的顶端，使垂直旋转杆7能相对第一竖直空心支杆3转动（具体实施时，垂直旋转杆7的一端部固定有卡环，卡环止于第一竖直空心支杆3的上端面，以此实现垂直旋转杆7的一端插入并卡于第一竖直空心支杆3的顶端），垂直旋转杆7的另一端垂直连接有水平旋转杆8，水平旋转杆8上套置有能沿水平旋转杆8滑动的第二红外发射器10.1；第一竖直空心支杆3上设置有红外测距仪组件5，红外测距仪组件5包括连接套管5.1，连接套管5.1的外壁上卡设有能绕连接套管5.1的中心轴线转动的两个连接支座5.2（具体实施时，连接套管5.1的外壁上开有环状或圆弧状凹槽，环状或圆弧状凹槽的轴线与连接套管5.1的中心轴线重合，连接支座5.2上开有与凹槽配合的凸起，凸起卡于凹槽内并沿凹槽滑动，从而实现连接支座5.2绕连接套管5.1的中心轴线转动），每个连接支座5.2上设置有红外测距仪5.3，红外测距仪5.3的尾部（非红外发射端）铰接于连接支座5.2上且铰接轴异面垂直于连接套管5.1的中心轴线，两个红外测距仪5.3的铰接轴的中心轴线至连接套管5.1下端面的距离以及至连接套管5.1中心轴线的距离相同，在红外测距仪5.3上刻有用于显示红外测距仪5.3绕其铰接轴转动角度的刻度，在连接支座5.2上刻有指示线（具体实施时，当红外测距仪5.3的中心轴线与连接套管5.1的中心轴线平行时，红外测距仪5.3上的转动角度刻度的0°线与连接支座5.2上的指示线重合）；连接套管5.1的顶部设置有径向拧动的紧固螺栓5.4，连接套管5.1套于第一竖直空心支杆3上并由紧固螺栓5.4固定。
进一步地，第一竖直空心支杆3内套插有第二竖直空心支杆4，第二竖直空心支杆4能相对第一竖直空心支杆3上下移动并通过卡扣6实现与第一竖直空心支杆3的固定，垂直旋转杆7的一端插入并卡于第二竖直空心支杆4的顶端。这样，通过调节第二竖直空心支杆4伸出第一竖直空心支杆3的高度，可以调节水平旋转杆8的高度，进而调节第二红外发射器10.1的高度。
更进一步，水平旋转杆8为空心杆，其内插有水平拉伸杆9，水平拉伸杆9上固定有第三红外发射器10.2。通过调节水平拉伸杆9伸出水平旋转杆8的长度，用第三红外发射器10.2能划出更大半径的开孔圆，同时，当第二红外发射器10.1划开孔圆时，第三红外发射器10.2用以划出环绕开孔的检查圆，即观察开孔边缘是否与检查圆等距，以确定开孔是否达标。在水平拉伸杆9上还固定有位于第三红外发射器10.2外侧的第四红外发射器10.3，当第三红外发射器10.2划开孔圆时，第四红外发射器10.3用以形成环绕开孔的检查圆。
如图5所示，采用上述装置在压力容器封头上开孔划线的方法，是由如下步骤实现的：
1）使两个红外测距仪5.3的中心轴线与连接套管5.1的中心轴线平行，将第一竖直空心支杆3的下端置于一平面上，调整第一竖直空心支杆3与平面的垂直度直至两个红外测距仪5.3距该平面的距离即读数相同并纪录该读数c；
2）将该装置预放置在封头开孔中心O，使第一竖直空心支杆3垂直封头端面，并绕铰接轴转动两个红外测距仪5.3，使其转动至角度α（此时两红外测距仪5.3转动角度刻度的指示度数都为角度α）；
3）以封头中心O’为中心，以封头中心O’距开孔中心O的距离为半径划圆；以开孔中心O为中心，以d=x+c×tanα为半径划弧，所划弧与以封头中心O’为中心的圆的两个交点标记为E、F，其中， x为红外测距仪5.3的铰接轴的中心轴线至连接套管5.1中心轴线的距离；
4）将装置放置在封头表面，使第一竖直空心支杆3的下端置于开孔中心O上，通过视窗观察，使第一红外发射器2的照射点与开孔中心O重合；
5）调整两个连接支座5.2的位置，并调整第一竖直空心支杆3与封头表面的垂直度，使两个红外测距仪5.3的照射点分别与E、F重合，且两个红外测距仪5.3的所测距离即读数相一致（所测距离即读数e=c/cosα）；
6）拉开伸缩三角支架1的三个伸缩支腿，并使磁力底脚吸附固定于封头表面，而实现对第一竖直空心支杆3的定位支撑；
7）根据开孔尺寸调整第二红外发射器10.1在水平旋转杆8上的位置，启动第二红外发射器10.1；
8）转动垂直旋转杆7和水平旋转杆8，并根据划线需要标记第二红外发射器10.1在封头上的照射点，连接各照射点即完成封头表面开孔线的划线操作。
Claims (9)
1.一种在压力容器筒体、锥体、封头上开孔划线的装置，其特征在于，包括由伸缩三角支架(1)支撑的第一竖直空心支杆(3)，伸缩三角支架(1)的三个伸缩支腿的底端设置有用于吸附固定的磁力底脚，第一竖直空心支杆(3)的内腔下部固定有沿第一竖直空心支杆(3)的中心轴线向下照射的第一红外发射器(2)，第一竖直空心支杆(3)的下端杆壁上开有能观察到第一红外发射器(2)的红外照射点的视窗，第一竖直空心支杆(3)的顶端设置有垂直旋转杆(7)，垂直旋转杆(7)的一端插入并卡于第一竖直空心支杆(3)的顶端，使垂直旋转杆(7)能相对第一竖直空心支杆(3)转动，垂直旋转杆(7)的另一端垂直连接有水平旋转杆(8)，水平旋转杆(8)上套置有能沿水平旋转杆(8)滑动的第二红外发射器(10).(1)；第一竖直空心支杆(3)上设置有红外测距仪组件(5)，红外测距仪组件(5)包括连接套管(5.1)，连接套管(5.1)的外壁上卡设有能绕连接套管(5.1)的中心轴线转动的两个连接支座(5.2)，每个连接支座(5.2)上设置有红外测距仪(5.3)，红外测距仪(5.3)的尾部铰接于连接支座(5.2)上且铰接轴异面垂直于连接套管(5.1)的中心轴线，两个红外测距仪(5.3)的铰接轴的中心轴线至连接套管(5.1)下端面的距离以及至连接套管(5.1)中心轴线的距离相同，在红外测距仪(5.3)上刻有用于显示红外测距仪(5.3)绕其铰接轴转动角度的刻度，在连接支座(5.2)上刻有指示线；连接套管(5.1)的顶部设置有径向拧动的紧固螺栓(5.4)，连接套管(5.1)套于第一竖直空心支杆(3)上并由紧固螺栓(5.4)固定。
2.根据权利要求1所述的在压力容器筒体、锥体、封头上开孔划线的装置，其特征在于，垂直旋转杆(7)的一端部固定有卡环，卡环止于第一竖直空心支杆(3)的上端面，以此实现垂直旋转杆(7)的一端插入并卡于第一竖直空心支杆(3)的顶端。
3.根据权利要求1或2所述的在压力容器筒体、锥体、封头上开孔划线的装置，其特征在于，连接套管(5.1)的外壁上开有环状或圆弧状凹槽，环状或圆弧状凹槽的轴线与连接套管(5.1)的中心轴线重合，连接支座(5.2)上开有与凹槽配合的凸起，凸起卡于凹槽内并沿凹槽滑动，从而实现连接支座(5.2)绕连接套管(5.1)的中心轴线转动。
4.根据权利要求3所述的在压力容器筒体、锥体、封头上开孔划线的装置，其特征在于，当红外测距仪(5.3)的中心轴线与连接套管(5.1)的中心轴线平行时，红外测距仪(5.3)上的转动角度刻度的0°线与连接支座(5.2)上的指示线重合。
5.根据权利要求2所述的在压力容器筒体、锥体、封头上开孔划线的装置，其特征在于，第一竖直空心支杆(3)内套插有第二竖直空心支杆(4)，第二竖直空心支杆(4)能相对第一竖直空心支杆(3)上下移动并通过卡扣(6)实现与第一竖直空心支杆(3)的固定，垂直旋转杆(7)的一端插入并卡于第二竖直空心支杆(4)的顶端。
6.根据权利要求1或5所述的在压力容器筒体、锥体、封头上开孔划线的装置，其特征在于，水平旋转杆(8)为空心杆，其内插有水平拉伸杆(9)，水平拉伸杆(9)上固定有第三红外发射器(10.2)。
7.根据权利要求6所述的在压力容器筒体、锥体、封头上开孔划线的装置，其特征在于，在水平拉伸杆(9)上还固定有位于第三红外发射器(10.2)外侧的第四红外发射器(10.3)。
8.采用权利要求1所述装置在压力容器筒体、锥体上开孔划线的方法，其特征在于，是由如下步骤实现的：
1）确定开孔中心点O，在筒体、锥体表面划一条过开孔中心点O的母线作为基准线，以开孔中心点O为中心，以固定值a为半径划弧，并标记与基准线的两个交点为A、B；
2）分别以交点A、B为中心，以固定值b，b＞a，为半径在基准线两侧划弧，并在筒体、锥体表面标记相交的两个点为C、D；
3）将装置放置在筒体、锥体表面，使第一竖直空心支杆(3)的下端置于开孔中心O上，通过视窗观察，使第一红外发射器(2)的照射点与开孔中心O重合；
4）调整两个连接支座(5.2)的位置呈对称分布，并转动两个红外测距仪(5.3)，使两个红外测距仪(5.3)的照射点分别与C、D重合，同时，调整第一竖直空心支杆(3)与筒体、锥体表面的垂直度直至两个红外测距仪(5.3)的所测距离即读数相一致；
5）拉开伸缩三角支架(1)的三个伸缩支腿，并使磁力底脚吸附固定于筒体、锥体表面，而实现对第一竖直空心支杆(3)的定位支撑；
6）根据开孔尺寸调整第二红外发射器(10.1)在水平旋转杆(8)上的位置，启动第二红外发射器(10.1)；
7）转动垂直旋转杆(7)和水平旋转杆(8)，并根据划线需要标记第二红外发射器(10.1)在筒体、锥体上的照射点，连接各照射点即完成筒体、锥体表面开孔线的划线操作。
9.采用权利要求1所述装置在压力容器封头上开孔划线的方法，其特征在于，是由如下步骤实现的：
1）使两个红外测距仪(5.3)的中心轴线与连接套管(5.1)的中心轴线平行，将第一竖直空心支杆(3)的下端置于一平面上，调整第一竖直空心支杆(3)与平面的垂直度直至两个红外测距仪(5.3)距该平面的距离即读数相同并纪录该读数c；
2）将该装置预放置在封头开孔中心O，使第一竖直空心支杆(3)垂直封头端面，并绕铰接轴转动两个红外测距仪(5.3)，使其转动至角度α；
3）以封头中心O’为中心，以封头中心O’距开孔中心O的距离为半径划圆；以开孔中心O为中心，以d=x+c×tanα为半径划弧，所划弧与以封头中心O’为中心的圆的两个交点标记为E、F，其中， x为红外测距仪(5.3)的铰接轴的中心轴线至连接套管(5.1)中心轴线的距离；
4）将装置放置在封头表面，使第一竖直空心支杆(3)的下端置于开孔中心O上，通过视窗观察，使第一红外发射器(2)的照射点与开孔中心O重合；
5）调整两个连接支座(5.2)的位置，并调整第一竖直空心支杆(3)与封头表面的垂直度，使两个红外测距仪(5.3)的照射点分别与E、F重合，且两个红外测距仪(5.3)的所测距离即读数相一致；
6）拉开伸缩三角支架(1)的三个伸缩支腿，并使磁力底脚吸附固定于封头表面，而实现对第一竖直空心支杆(3)的定位支撑；
7）根据开孔尺寸调整第二红外发射器(10.1)在水平旋转杆(8)上的位置，启动第二红外发射器(10.1)；
8）转动垂直旋转杆(7)和水平旋转杆(8)，并根据划线需要标记第二红外发射器(10.1)在封头上的照射点，连接各照射点即完成封头表面开孔线的划线操作。
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