CN113134705A - 一种钢制立式罐的圆度控制工装及其应用方法 - Google Patents

Abstract

一种钢制立式罐的圆度控制工装及其应用方法。工装包括需要现场制作的筒节，筒节内设有中心定位支撑件，中心定位支撑件的两端通过至少四根控制拉杆连接筒节的内壁，中心定位支撑件与筒节的高度相匹配；中心定位支撑件包括两组定位连接盘，两组定位连接盘通过立柱钢管连接，且立柱钢管与定位连接盘的中心相同；控制拉杆包括通用控制拉杆和专用控制拉杆，通用控制拉杆的一端与定位连接盘连接，通用控制拉杆的另一端通过专用控制拉杆连接筒节的内壁。本发明用于控制或减少大型钢制立式罐体在现场施工焊接时，由于热应力不均衡出现罐体的变形，导致预制的内部件无法安装，或安装后达不到设计要求的精度，影响设备的性能。

Description

一种钢制立式罐的圆度控制工装及其应用方法

技术领域

本发明涉及控制工装，属于机械装置的技术领域，具体涉及大型钢制立式圆形设备的圆度控制工装及其应用方法。

背景技术

受到运输条件的限制，大型钢制立式圆形罐体或设备(一般直径在5米以上)无法在工厂完成制造后，运到现场直接就位安装。根据罐体的尺寸需要在工厂分块下料、卷扎预制为穹形预制件，然后妥善包装、装胎以防止运输过程出现变形，运至现场。在现场对工厂预制的弧形钢板进行拼焊，形成一圈筒节。由于受到钢板幅面宽度和卷板机器的限制，一般每节(圈)的高度以钢板幅面为准，因此，需要通过多圈筒节拼焊成所需要高度的设备。

每圈筒节都有多条丛焊缝，往往无法同时、以同样的速度进行焊接，在局部热应力的作用下，焊接后的筒节截面会出现椭圆状现象，将给不同筒节的对接焊接造成了困难，往往会出现上下两筒节的环焊缝错边量超出规定标准，尤其在环焊缝焊接时会加剧罐体的变形，造成圆形立式罐体设备预制的内部件无法安装，或安装后精度无法满足设计的要求，影响设备的整体性能。

目前，现场对大型钢制圆形立式罐体施工变形采用的矫正方法是采用长杆千斤顶，该方法费时又不安全。专利CN 103273252 A《一种大型钢制圆筒的焊前整形辅具及焊接方法》发明了一套限制焊接变形装备和配套的焊接施工方法，即需要焊接平台、定柱、滑道、外丝杠、外弧定位块、内顶杆等构成，通过调节刚性约束位置对已变形的圆筒外圆进行整形，采用丝杠、缝宽调整定位楔、工艺撑等来保证筒体成型精度，还需要制定严格的筒体焊接工艺等。该发明需要大型且复杂的工装设备，其造价高，操作复杂；专利CN 203592241 U《一种调整大直径设备圆度外夹环工装装置》发明了一种调整大直径设备圆度外夹环工装装置，该装置由大直径外夹环工装本体、加强板、螺栓、导链、连接板及吊耳等组成。其外夹环工装本体无法用于不同直径的罐体，通用性不仅较差，造价又高；专利CN 208034021 U《一种钢制薄壁筒体的防变形装置》，该发明由中心圆板和防变形支撑件组成。其中心圆板的圆心与筒体的圆心需要重合，防变形支撑件沿中心圆板的圆周均匀布置。该装置需要与筒体的圆心重合，否则做出的设备就会出现变形，这本身就比较困难，但它适合用于圆柱形设备在运输、吊装过程防止筒体变形的措施；专利CN 204504638 U《薄壁圆井型不锈钢筒体焊接用变形控制工装》，发明了一种薄壁不锈钢圆筒充气保护焊接防变形的工装。主要用于控制薄壁板焊缝区域在焊接时产生的变形，对于中厚板焊接产生的热应力较大，该工装带有凹槽的钢板的刚度就无法满足。

为此，本申请人发明了一种大型钢制立式圆形设备现场施工控制圆度工装。它制作简单，可以利用生产过程的剩余材料加工制作，可重复使用，造价低廉；现场装配简单、快速，无需特殊工具和设备；刚度强、通过多点预约束可有效控制罐体圆度，满足精确定位功能，解决罐体现场拼焊后出现变形对预制的内部件安装的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大型钢制立式圆形设备现场施工控制圆度工装及其应用方法，主要解决上述现有大型钢制立式罐体现场施工控制圆度变形所采用的措施中存在的问题。它安装简单、快速；可以利用生产过程剩余的材料，造价低；可以重复使用；通过多点刚性约束，圆度控制精度高。

为了实现上述目的，本发明是这样实现的：

一种钢制立式罐的圆度控制工装，包括需要现场制作的筒节，所述筒节内设有竖直的中心定位支撑件，所述中心定位支撑件的两端分别通过至少四根控制拉杆连接筒节的内壁，所述中心定位支撑件与筒节的高度相匹配；

所述中心定位支撑件包括两组定位连接盘，所述两组定位连接盘通过立柱钢管连接，且所述立柱钢管与定位连接盘的中心相同；

所述控制拉杆包括通用控制拉杆和专用控制拉杆，所述通用控制拉杆的一端与定位连接盘连接，所述通用控制拉杆的另一端与专用控制拉杆3的一端连接，所述专用控制拉杆3的另一端点焊在筒节的内壁上。

优选地，所述立柱钢管的一端连接一组定位连接盘，所述立柱钢管的另一端贯穿另一组连接板与立柱垫板连接。

优选地，所述立柱钢管上的两组定位连接盘分别通过至少四根控制拉杆与筒节的内壁连接，且两组定位连接盘所连接的控制拉杆上下两层相互平行，且每组定位连接盘所连接的控制拉杆以筒节的圆心以均等的角度辐射布置在筒节内。

优选地，所述上下两层相互平行的控制拉杆之间通过圆度拉杆支撑件连接，所述圆度拉杆支撑件垂直设置在平行的控制拉杆之间，用于支撑控制拉杆。

优选地，所述圆度拉杆支撑件包括主体件，所述主体件的两端采用螺柱体结构，所述相互平行的通用控制拉杆和专用控制拉杆上分别设有预留的连接孔，且预留的连接孔孔径与螺柱体外径相匹配，所述圆度拉杆支撑件两端螺柱体分别通过通用控制拉杆和专用控制拉杆上的连接孔连接相互平行的控制拉杆，并通过螺栓调整通用拉杆和专用控制拉杆的水平度。

优选地，所述定位连接盘上预设有若干孔眼，所述孔眼开设在定位连接盘的两个同心圆的相同圆角处，所述通用控制拉杆的一端通过孔眼与定位连接盘连接。

优选地，所述相邻的控制拉杆之间通过稳定横杆连接。

优选地，所述中心定位支撑件的总高度与筒节的高度相同。

本发明还提供了一种钢制立式罐的圆度控制工装的应用方法，步骤如下：

步骤1：立起四块已卷制的罐体立板，围成待将焊接的筒节，并通过点焊将四块罐体立板之间的四条丛焊缝，形成初步的筒节；

步骤2：在筒节内组装中心定位支撑件和控制拉杆，并调整中心定位支撑件的位置，使两组定位连接盘-连接的控制拉杆都处于筒节的壁板内，调节拉杆支撑件端部的螺栓，保证上下两层的控制拉杆都处于平直状态；

步骤3：将圆度专用控制拉杆的一端与筒节的罐体立板的内壁焊接固定；

步骤4：焊接筒节的筒体上的丛焊缝；

步骤5：待所有的焊缝焊接结束后，拆除专用控制拉杆，用桅杆或起吊设备提升整体筒节；

步骤6：按照步骤1至步骤4的程序完成罐体最上面的第二节筒节丛焊缝的施焊作业，并施焊两节筒节之间的环焊缝。然后，拆除专用控制拉杆，用桅杆或起吊设备提升上两节筒节；

步骤7：采用步骤1至步骤6，直到完成罐体所有筒节立板丛焊缝和它们之间的环焊缝焊接之后，拆除剩余的中心定位支撑件和控制拉杆。

本发明具有如下优点：

1、本发明提供了一种大型钢制立式圆形设备现场施工圆度控制工装，其部件都可以在工厂加工完成，精度可以保证，现场拼装，运输方便。

2、本发明的圆度控制工装可以采用工厂加工过程的余料，不拘于专一材料，控制拉杆和稳定横杆可以是任何型钢，控制拉杆定位的定位连接盘可以是任何厚度(厚度根据连接刚度的要求)的钢板拼接起来的，造价低廉。

3、本发明的工装中心定位支撑件和通用控制拉杆可以重复使用于不同罐体直径的设备。

4、本发明工装上的控制拉杆与筒节壁板内侧表面的焊接形成刚性约束，并通过多根控制拉杆相互约束或制约，保证罐体或筒节的圆度满足设计精度的要求。

附图说明

图1是本发明提供的一种钢制立式罐的圆度控制工装的俯视结构示意图；

图2是本发明提供的一种钢制立式罐的圆度控制工装的正视结构示意图；

图3是本发明提供的一种钢制立式罐的圆度控制工装中中心定位支撑的结构示意图；

图4是本发明提供的一种钢制立式罐的圆度控制工装中圆度拉杆支撑件的结构示意图；

图5是本发明提供的一种钢制立式罐的圆度控制工装中定位连接盘俯视的结构示意图。

图中序号如下：

1、中心定位支撑件；1-1、立柱钢管；1-2、定位连接盘；1-3、立柱垫板；2、通用控制拉杆；3、专用控制拉杆；4、紧固件；5、圆度拉杆支撑件；6、稳定横杆；7、罐体立板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述：

如图1至图5所示，为本发明公开的一种钢制立式罐的圆度控制工装，该圆度控制工装为大型钢制立式圆形设备现场施工的圆度控制工装，包括四块或以上已卷制的罐体立板7围成的筒节，四块罐体立板7之间通过丛焊缝焊接；筒节的中心竖直安装有中心定位支撑件1，所述中心定位支撑件1与筒节的高度相匹配；

中心定位支撑件1包括立柱钢管1-1和两组定位连接盘1-2，所述立柱钢管1-1的两端分别一组定位连接盘1-2，且立柱钢管1-1与定位连接盘1-2的中心相同；所述立柱钢管1-1上的两组定位连接盘1-2分别通过八根控制拉杆与筒节圆周的内壁连接，立柱钢管1-1上的两组定位连接盘1-2所连接的控制拉杆相互平行，且每组定位连接盘1-2所连接的控制拉杆以筒节的圆心以均等的角度辐射布置在筒节内。

控制拉杆包括通用控制拉杆2和专用控制拉杆3，通用控制拉杆2的一端与定位连接盘1-2通过紧固件4连接，通用控制拉杆2的另一端与专用控制拉杆3的一端连接，所述专用控制拉杆3的另一端点焊在筒节的内壁上。

进一步，为了支撑控制拉杆，通过圆度拉杆支撑件5垂直的安装在上下平行的控制拉杆之间，该圆度拉杆支撑件5到支撑控制拉杆的作用。

进一步，为了使控制拉杆稳定的与圆度拉杆支撑件5连接，该圆度拉杆支撑件5包括主体件，所述主体件的两端采用螺柱体结构，所述相互平行的通用控制拉杆2和专用控制拉杆3上分别设有预留的连接孔，且预留的连接孔孔径与螺柱体外径相匹配，所述圆度拉杆支撑件5两端螺柱体分别穿过通用控制拉杆2和专用控制拉杆3上的连接孔并通过螺栓连接相互平行的控制拉杆，并通过螺栓调整通用拉杆2和专用控制拉杆3的水平度。

进一步，在每组定位连接盘1-2所连接的控制拉杆之间即同一平面相邻的控制拉杆之间通过稳定横杆6连接。

进一步，为了在罐体内叠加放置多个筒节，本发明的立柱钢管1-1的一端连接一组定位连接盘1-2，所述立柱钢管1-1的另一端贯穿另一组连接板1-2并与立柱垫板1-3连接，使多个筒节可以通过立柱垫板1-3稳固叠放，而且为多个筒节上的控制拉杆留有间隙，实现稳定叠放。

进一步，根据不同罐体直径，定位连接盘1-2的两个同心圆上均匀分布两圈直径相同的孔眼，同心圆的圆心与立柱钢管1-1的中心重合，两圈孔眼的方位为相同的圆角，孔眼作为固定通用控制拉杆的螺栓孔，通过紧固件4固定。

如果待制作的圆形立式罐体设备的某一特定筒节需要严格控制圆度，只需要在该段的筒节施工时采用本发明的圆度控制工装就可以。

根据现场施工罐体预制立板(壁板)的幅面宽度或高度在工厂加工本发明的圆度控制工具，然后随工厂预制的立板(已按规定罐体直径的弧度分块卷制)运到现场，在现场进行装配实施，具体实施步骤如下：

步骤1：立起四块或四块以上已卷制的罐体立板7，围成待将焊接的筒节，并通过点焊将四块或四块以上罐体立板7之间的四条或四条以上丛焊缝，形成初步的筒节；

步骤2：在筒节内组装中心定位支撑件1和控制拉杆，并调整中心定位支撑件1的位置，使两组定位连接盘1-2连接的控制拉杆都处于筒节的壁板内，调节拉杆支撑件5上螺纹体上的螺栓，保证上下平行的两层的控制拉杆都均处于平直状态；

步骤3：将专用控制拉杆3的一端与筒节的罐体立板7内壁焊接固定(最好采用间断焊)；

步骤4：焊接筒节的筒体上的丛焊缝(含加强筋或圈)；

步骤5：待所有的焊缝焊接结束后，拆除专用控制拉杆3，用桅杆(或起吊设备)提升整体筒节；

步骤6：按照步骤1～4的程序完成罐体最上面的第二节筒节丛焊缝的施焊作业，并施焊两节筒节之间的环焊缝；

然后，拆除专用控制拉杆3，用桅杆(或起吊设备)提升上两节筒节；

步骤7；采用步骤1～6，直到完成罐体内所有罐体立板7丛焊缝和它们之间的环焊缝焊接之后，拆除剩余的中心定位支撑件1和控制拉杆。

本发明具备以下优点：

1、本发明提供了一种大型钢制立式圆形设备现场施工圆度控制工装，其部件都可以在工厂加工完成，精度可以保证，现场拼装，运输方便。

2、本发明的圆度控制工装可以采用工厂加工过程的余料，不拘于专一材料，控制拉杆和稳定横杆可以是任何型钢，控制拉杆定位的定位连接盘可以是任何厚度的钢板拼接起来的，造价低廉。

3、本发明的工装中心定位支撑件和通用控制拉杆可以重复使用于不同罐体直径的设备。

4、本发明工装上的控制拉杆与筒节壁板内侧表面的焊接形成刚性约束，并通过多根控制拉杆相互约束或制约，保证罐体或筒节的圆度满足设计精度的要求。

实施例1

钢制圆形立式罐体的内径为7000mm，罐体直边高度为5600mm,采用的钢板厚度为10mm，需要在现场组焊制作。

步骤1：根据罐体的直边高度，可以选用板幅为1800mm，厚度为10mm开平板，按三圈筒节组焊成型；再根据罐体的内径，可以得出每个筒节需要钢板的长度为21980mm。考虑到包装和运输的合理性和经济性，以及焊接施工的工作量，每圈分别为4块在工厂卷板预制(开坡口、表面喷砂防腐和卷制)成型，每块钢板卷制后的弓长为4950mm,弓高为1025mm，共3x4＝12块。然后装入胎具，它们将和圆度控制工装一起发运到现场；

步骤2：根据所选的板幅，制作通用的中心定位支撑件，总高度为1700mm,立柱钢管采用

加工2块

拉杆定位连接盘，厚度为10～15mm，中心开一个

孔用于固定中心立柱钢管，以及在

和

同心圆圆周上，45度的夹角方位上钻开

共16个。将它们固定在中心立柱钢管上，其最上面一块与管顶平齐，下部一块离地面100mm或以上；

步骤3：

直径的通用控制拉杆制作。本实例罐体直径只有7000mm,每层用4条均布的控制拉杆基本可以满足要求，如精度要求高，可以采用8条控制拉杆的方案。本实例控制拉杆选用60x40矩形钢管，截取8根长度为2400mm钢管,在每根预制钢管的两端头50mm和100mm处各钻开一个

孔，就完成了通用控制拉杆制作；

步骤3：专用控制拉杆2制作。采用与通用控制拉杆相同的规格的材料。截取8根长度为2150mm-1mm长的钢管，在每一根的一个端头50mm和100mm的位置钻开

孔，在它们的另一端据端部300～500mm的位置钻开一个

孔，这样就完成了

罐体的专用控制拉杆2的制作；

步骤4：拉杆支撑件5制作。截取8段长1500mm 60x40的矩形钢管，在钢管内侧两端头同一个角的位置上焊上一段M16的螺杆，螺杆露出矩形钢管的长度为180mm左右。如果M16的螺杆刚度足够，也可以用8根长度为1800的螺杆代替；

步骤5：立起4块已卷制的罐体壁(立)板，围成待将焊接的筒节，点焊4条丛焊缝；

步骤6：在筒节内装配中心定位支撑件1和控制拉杆，同时移动中心定位支撑件1，直到所有的专用控制拉杆3都落在筒节内，并处于平直状态；

步骤7：将8根专用控制拉杆3的自由端与筒节壁板焊接固定，最好是点焊或间断焊；

步骤8：按焊接施工工艺，完成该筒节上所有4道丛焊缝焊接，以及规定的加强筋；

步骤9：拆除所有专用控制拉杆3，通过桅杆提升装置将最上部筒节提升；

步骤10：第二筒节制作和组对。按照步骤5～8的工序完成第二筒节的丛焊缝施工，然后焊接两筒节之间的环焊缝；

步骤11：完成组对焊接后，拆除所有的专用控制拉杆3，通过桅杆提升装置将两节焊好的筒节吊起；

步骤12：第三筒节制作和组对。与步骤9相同的工序完成第三筒节丛焊缝和环焊缝的施工。全部焊接完成后，拆除圆度控制工装，同时完成

罐体的壁板的焊接工作。

如果不考虑工装的重复使用，通用控制拉杆和专用拉杆可以采用整根的材料；如果可能采用不同幅面宽度的钢板，中心立柱钢管可以采用伸缩可调节高度的形式。

实施例2

钢制圆形立式罐体的内径为15000mm,罐体直边高度为3800mm,采用的钢板厚度为12mm，罐体的上缘外壁需要采用10#槽钢整圈加强，现场组焊制作，但只对最上部的筒体圆度有要求。

步骤1：根据罐体总直边高度，可以采用两圈不同钢板幅面宽度的开平板，上圈筒节板幅为1800mm，底圈板幅为2000mm。每圈由6块卷制成内径为15000mm的弓形板，每块弓长为7500mm(展开板长为7850mm)，弓高为1005mm。卷制8段内径为15024mm、弓长为5749mm(展开长度为5900mm)、弓高为572mm的10#槽钢加强圈。

步骤2：圆度控制工装中心定位支撑件和通用控制拉杆同实施例1中步骤2和步骤3。由于本实施例只对罐体上缘的圆度有控制要求，因此采用一层控制拉杆就可满足，而且罐体直径比较大，控制拉杆数量为8根(单层布置)；

步骤3：控制拉杆支撑件为24根，做法同实施例1的步骤4，但只做单端螺杆；

步骤4：专用控制拉杆制作：截取8根长度为5150mm规格为60x50的矩形钢管，在每一根的一端的50mm和100mm处钻开两个

孔，另一端端头300～500mm处和中间再分别钻开开一个

通孔，每根共4个孔，专用控制拉杆制作完成；

步骤5：上圈筒节施工和圆度控制工装的安装与实施例1相同；

步骤6：上圈罐体立板7之间的6条丛焊缝和上缘的外加强圈焊接完成后，拆除圆度控制工装。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本施工领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术措施及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种钢制立式罐的圆度控制工装，其特征在于，包括需要现场制作的筒节，所述筒节内设有竖直的中心定位支撑件(1)，所述中心定位支撑件(1)的两端分别通过至少四根控制拉杆连接筒节的内壁，所述中心定位支撑件(1)与筒节的高度相匹配；

所述中心定位支撑件(1)包括两组定位连接盘(1-2)，所述两组定位连接盘(1-2)通过立柱钢管(1-1)连接，且所述立柱钢管(1-1)与定位连接盘(1-2)的中心相同；

所述控制拉杆包括通用控制拉杆(2)和专用控制拉杆(3)，所述通用控制拉杆(2)的一端与定位连接盘(1-2)连接，所述通用控制拉杆(2)的另一端与专用控制拉杆(3)的一端连接，所述专用控制拉杆(3)的另一端点焊在筒节的内壁上。

2.根据权利要求1所述的一种钢制立式罐的圆度控制工装，其特征在于，所述立柱钢管(1-1)的一端连接一组定位连接盘(1-2)，所述立柱钢管(1-1)的另一端贯穿另一组连接板(1-2)与立柱垫板(1-3)连接。

3.根据权利要求1所述的一种钢制立式罐的圆度控制工装，其特征在于，所述立柱钢管(1-1)上的两组定位连接盘(1-2)分别通过至少四根控制拉杆与筒节的内壁连接，且两组定位连接盘(1-2)所连接的控制拉杆上下两层相互平行，且每组定位连接盘(1-2)所连接的控制拉杆以筒节的圆心以均等的角度辐射布置在筒节内。

4.根据权利要求3所述的一种钢制立式罐的圆度控制工装，其特征在于，所述上下两层相互平行的控制拉杆之间通过圆度拉杆支撑件(5)连接，所述圆度拉杆支撑件(5)垂直设置在平行的控制拉杆之间，用于支撑控制拉杆。

5.根据权利要求4所述的一种钢制立式罐的圆度控制工装，其特征在于，所述圆度拉杆支撑件(5)包括主体件，所述主体件的两端采用螺柱体结构，所述相互平行的通用控制拉杆(2)和专用控制拉杆(3)上分别设有预留的连接孔，且预留的连接孔孔径与螺柱体外径相匹配，所述圆度拉杆支撑件(5)两端螺柱体分别通过通用控制拉杆(2)和专用控制拉杆(3)上的连接孔连接相互平行的控制拉杆，并通过螺栓调整通用拉杆(2)和专用控制拉杆(3)的水平度。

6.根据权利要求1所述的一种钢制立式罐的圆度控制工装，其特征在于，所述定位连接盘(1-2)上预设有若干孔眼，所述孔眼开设在定位连接盘(1-2)的两个同心圆的相同圆角处，所述通用控制拉杆(2)的一端通过孔眼与定位连接盘(1-2)连接。

7.根据权利要求1所述的一种钢制立式罐的圆度控制工装，其特征在于，所述相邻的控制拉杆之间通过稳定横杆(6)连接。

8.根据权利要求1所述的一种钢制立式罐的圆度控制工装，其特征在于，所述中心定位支撑件(1)的总高度与筒节的高度相同。

9.一种钢制立式罐的圆度控制工装的应用方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1：立起四块或四块以上已卷制的罐体立板(7)，围成待将焊接的筒节，并通过点焊将四块或四块以上的罐体立板(7)之间的四条或四块以上丛焊缝，形成初步的筒节；

步骤2：在筒节内组装中心定位支撑件(1)和控制拉杆，并调整中心定位支撑件(1)的位置，使两组定位连接盘(1-2)连接的控制拉杆都处于筒节的壁板内，调节拉杆支撑件(5)端部的螺栓，保证上下两层的控制拉杆都处于平直状态；

步骤3：将圆度专用控制拉杆(3)的一端与筒节的罐体立板(7)的内壁焊接固定；

步骤4：焊接筒节的筒体上的丛焊缝；

步骤5：待所有的焊缝焊接结束后，拆除专用控制拉杆(3)，用桅杆(或起吊设备)提升整体筒节；

步骤6：按照步骤1至步骤4的程序完成罐体最上面的第二节筒节丛焊缝的施焊作业，并施焊两节筒节之间的环焊缝。然后，拆除专用控制拉杆(3)，用桅杆(或起吊设备)提升上两节筒节；

步骤7：采用步骤1至步骤6，直到完成罐体所有筒节立板(7)丛焊缝和它们之间的环焊缝焊接之后，拆除剩余的中心定位支撑件(1)和控制拉杆。

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