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        回轉(zhuǎn)窯筒體安裝之同心度測量探討

        2017-05-18 01:09:25
        四川建筑 2017年2期
        關(guān)鍵詞:測設(shè)窯頭回轉(zhuǎn)窯

        張 軍

        (中國十九冶集團(tuán)工業(yè)建設(shè)分公司, 四川成都 610000)

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        回轉(zhuǎn)窯筒體安裝之同心度測量探討

        張 軍

        (中國十九冶集團(tuán)工業(yè)建設(shè)分公司, 四川成都 610000)

        在礦熱爐生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)中,其中回轉(zhuǎn)窯的生產(chǎn)工藝是最為關(guān)鍵之一?;剞D(zhuǎn)窯筒體為多段,在現(xiàn)場組裝,同心度的測量控制是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文章通過工程實(shí)例,探索簡單、高效、精度高的測量方法,利用全站儀激光發(fā)射源的激光束,直觀設(shè)定筒體的同心線,測設(shè)整個(gè)筒體的同心度,達(dá)到調(diào)節(jié)安裝筒體的目的。改變傳統(tǒng)筒體同心度的測設(shè)方法,提高筒體在施工過程中的安裝質(zhì)量和效率。

        全站儀; 同心度; 筒體; 測量

        北海誠德鎳鉻合金二期工程回轉(zhuǎn)窯設(shè)備共計(jì)2套,單套重量為1 650 t(不包括耐火材料和電氣),本體長度118 m,傾斜度3.5 %,直徑為5.2 m。目前全國大型回轉(zhuǎn)窯有:鞍鋼制造出口長度40 m、直徑6.1 m回轉(zhuǎn)窯;河南香山水泥廠投產(chǎn)長度80 m、直徑4 m環(huán)保節(jié)能型回轉(zhuǎn)窯;湛江龍騰球團(tuán)工程長度52 m、直徑6.69 m回轉(zhuǎn)窯等。相比較,本工程回轉(zhuǎn)窯為目前國內(nèi)規(guī)模最大的特大型回轉(zhuǎn)窯設(shè)備。

        常規(guī)窯體同心度的測量方法是在窯體0°方向和90°方向上,沿回轉(zhuǎn)窯筒體內(nèi)壁從窯頭到窯端分別拉一根細(xì)鋼線,以此來測量檢查筒體的同心度(圖1)。

        注:①鋼線; ②筒體圖1 常規(guī)鋼線拉法

        常規(guī)鋼線拉法給施工帶來了諸多不便。首先,常規(guī)方法客觀造成了測量誤差增大,甚至測量成果錯(cuò)誤。在距離118 m的兩點(diǎn)牽拉一根細(xì)鋼線,由地球引力產(chǎn)生的自重造成整根鋼絲成為弧線,而我們需要的是一直線,這是產(chǎn)生測量錯(cuò)誤成果的原因之一;其次,在施工現(xiàn)場都很難有理想的測量環(huán)境,如風(fēng)力過大,特別是我國沿海一帶,風(fēng)力過大引起鋼絲的擺動(dòng)也是造成測量成果錯(cuò)誤的重要因素;再次,理想環(huán)境中在筒體兩端0°到90°處拉掛兩根鋼線,但在實(shí)際施工過程中很難找出筒體兩端0°和90°的正確位置,從而出現(xiàn)圖2所示的情況。在理想狀態(tài)下,面1256應(yīng)垂直于面1234,但實(shí)際情況是面1256不垂直于面1234,面1234為一扭曲面123′4。

        圖2 拉鋼線的面形成扭曲面

        在這種情況下無法測量出筒體同心度的正確數(shù)據(jù)。使用拉掛鋼線的第三個(gè)弊端是:由于筒體是多段現(xiàn)場組裝,在運(yùn)輸和吊裝的過程中,為防止筒體變形,在內(nèi)部每隔一段距離就會(huì)焊接“米”字支撐架以防筒體變形(圖3)。筒體內(nèi)部復(fù)雜的環(huán)境嚴(yán)重干涉了拉鋼繩測量的方法。

        圖3 筒體內(nèi)部“米”字架

        結(jié)合工程實(shí)際情況,經(jīng)查閱有關(guān)資料,結(jié)合全站儀,尋求新的測量方法,即利用全站儀激光放射源發(fā)出的激光束作為筒體同心度測量的依據(jù)線。

        1 測量原理

        以筒體兩端的同心點(diǎn)為依據(jù),測量、檢核筒體中間各個(gè)點(diǎn)的空間位移量,利用全站儀或電子經(jīng)緯儀紅外光源發(fā)射器,發(fā)射出的紅外線,使紅外光束的軌跡與筒體的中心線重合,同時(shí)儀器望遠(yuǎn)鏡中“十”字絲中心也與筒體中心線重合,也可通過儀器望遠(yuǎn)鏡觀測筒體同心度(圖4)。

        圖4 測量簡圖

        2 具體實(shí)施

        2.1 施測前準(zhǔn)備

        仔細(xì)閱讀施工圖紙,掌握安裝精度要求。根據(jù)圖紙和規(guī)范要求,筒體安裝的各項(xiàng)精度見表1。

        表1 筒體安裝各參數(shù)

        明確了安裝測量允許誤差范圍,我們對(duì)儀器的選用和測設(shè)方法做理論驗(yàn)算。選用Nivo2·M系列全站儀,儀器的主要技術(shù)參數(shù)見表2。

        表2 Nivo2·M系列全站儀技術(shù)參數(shù)

        首先考慮水平角誤差位移量:

        (1)

        式中:Mα為儀器架設(shè)點(diǎn)到筒體最遠(yuǎn)端的位移量;D為儀器架設(shè)點(diǎn)到筒體最遠(yuǎn)端的距離;α為儀器水平角精度差。

        筒體本身長度為118m,將儀器架設(shè)點(diǎn)設(shè)為離筒體端外30m。則儀器架設(shè)點(diǎn)到遠(yuǎn)端D筒體的距離為118+30=148m。

        即:

        Mα=148×sin2″≈1.435×10-0.3m=1.435 mm

        (2)

        從式(1)、式(2)得出的數(shù)據(jù)表明:筒體的最遠(yuǎn)端測設(shè)點(diǎn)位的水平位移量為1.435 mm,而筒體同心度最小誤差的設(shè)計(jì)是小于4 mm,從理論上來說,使用Nivo2·M全站儀完全滿足水平面上的位移誤差要求。

        垂直面位移誤差量:

        (3)

        式中:Mβ為垂直面位移誤差量;H為儀器架設(shè)點(diǎn)到筒體遠(yuǎn)端高差;β為儀器垂直角精度差(6″)。

        窯頭與窯尾的高差比列為3.5 %,筒體長118m,筒體傾角為2°0′21″(圖5),儀器架設(shè)點(diǎn)離筒體近端距離30m,即:

        H=(117.9277+30)tag2°0′21″≈5.18083m

        (4)

        將式(4)代入式(3)中,Mβ=1.50704×10-0.4m。即:儀器架設(shè)點(diǎn)到筒體最遠(yuǎn)端觀測點(diǎn)在垂直面上的位移量為0.150 704mm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于筒體安裝允許誤差4mm的要求。

        圖5 筒體傾斜度

        2.2 儀器架設(shè)點(diǎn)的確定

        在整個(gè)測量過程中,儀器架設(shè)點(diǎn)位的確定頗為關(guān)鍵。由于筒體內(nèi)部環(huán)境復(fù)雜,不利于架設(shè)儀器,我們采用筒體外部架設(shè)儀器法。根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況,將架設(shè)儀器的位置選擇在礦熱爐基礎(chǔ)平臺(tái)上。

        2.2.1 筒體同心線的確定

        根據(jù)安裝現(xiàn)場的實(shí)際情況,我們以回轉(zhuǎn)窯中心線(全廠設(shè)備安裝控制線之一)為依據(jù),先將窯尾端的筒體安裝固定,再使用劃規(guī)找出最尾端處筒體的同心度并做好標(biāo)記。再以回轉(zhuǎn)窯中心線為依據(jù)將全站儀架設(shè)在窯尾筒體內(nèi),調(diào)節(jié)儀器俯角為3.5 %(圖6)。

        圖6 儀器視準(zhǔn)軸斜率顯示

        再將塔尺立于窯尾筒體內(nèi)最底部,從全站儀目鏡中讀取塔尺讀數(shù)并記錄,又以這個(gè)讀數(shù)為依據(jù)調(diào)整窯頭端筒體(圖7)。

        注:③窯頭端塔尺; ④窯尾端塔尺; ⑤儀器視線; ⑥全站儀圖7 視準(zhǔn)軸斜率為3.5%的測設(shè)

        如圖7所示,在窯頭筒體安裝中,將立在筒體內(nèi)的塔尺讀數(shù)(筒體前后兩點(diǎn))調(diào)整到窯尾內(nèi)塔尺讀數(shù)一樣時(shí),窯頭筒體的同心度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。在窯頭筒體末端用劃規(guī)定出筒體中心,并做好記號(hào)。將窯頭、窯尾兩端的筒體中心點(diǎn)相連起來,這條以窯頭、窯尾筒體中心點(diǎn)相連的直線作為整個(gè)筒體同心度測量的依據(jù)。

        2.2.2 同心線的延長

        筒體同心線的引測關(guān)系到測設(shè)整個(gè)筒體的精度。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際的測設(shè)環(huán)境,我們將同心線的延長線定為筒體下端外的10m處(圖4)。筒體下端外的10m為水平距離,可采用全站儀測定出來并做好埋點(diǎn)。筒體外延長線與整個(gè)筒體同心線保持在同一個(gè)垂直面上。

        2.2.3 儀器高度的確定

        將儀器的紅外線發(fā)射器中心架設(shè)高度與筒體同心度在同一條直線上,需要滿足:(1)紅外線發(fā)射器中心與筒體同心線在一個(gè)垂直面內(nèi);(2)紅外線發(fā)射器中心與筒體同心線以3.5 %為傾斜的傾斜面上。通過同心線的延長,我們確定了紅外線發(fā)射器中心與筒體同心線在一個(gè)垂直面內(nèi)的要求。

        確定儀器架設(shè)水平面的高度,首先要采用精密水準(zhǔn)儀測量出筒體下端(窯頭)與延長點(diǎn)的高差。窯頭端筒體按照設(shè)計(jì)要求,以窯尾筒體為依據(jù)安裝就位。因?yàn)橥搀w的直徑為5.2m,為了降低筒體端點(diǎn)與延長點(diǎn)的高差誤差,采用框式水平儀尋找、確定筒體同心度垂直面內(nèi)的最低點(diǎn)(圖8),框式水平儀氣泡的中心即為筒體同心度在垂直面上的最低點(diǎn),使用水準(zhǔn)儀(NA2)可測量出筒體端到延長點(diǎn)的高差。

        圖8 確定垂直面最低點(diǎn)

        (5)

        式中:hY為儀器的架設(shè)高度;hZ為筒體下端處筒體中心相對(duì)水平高度(∮5.2÷2=2.6m);hD為延長筒體外10m處點(diǎn)的相對(duì)水平高度;hT為筒體下端處底部相對(duì)水平高度;A為筒體的傾斜角度;hD-hT為筒體下端處與延長點(diǎn)的高差;10m為筒體下端處到延長點(diǎn)的水平距離。由圖9可求得儀器的架設(shè)高度。

        圖9 儀器架設(shè)的幾何尺寸

        2.3 測量記錄

        測量記錄見表3。

        表3 測量記錄 mm

        3 結(jié)論

        采用全站儀,利用全站儀的紅外線激光發(fā)射源對(duì)大型筒體進(jìn)行調(diào)整安裝測量,改變了傳統(tǒng)吊拉鋼線或經(jīng)緯儀觀測法,使測量更為直觀,提高了測量精度,保證安裝質(zhì)量而且降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

        [1]GB50026-2007 工程測量規(guī)范[S].

        [2]GB50551-2010 球團(tuán)機(jī)械設(shè)備安裝工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

        [3]GB/T50561-2010 建材工業(yè)設(shè)備安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

        [4] 樊兆馥. 機(jī)械設(shè)備安裝工程手冊(cè)[M]. 冶金工業(yè)出版社,2004.

        [5] 趙旭光. 湛江EPC球團(tuán)工程回轉(zhuǎn)窯安裝技術(shù)探討[J]. 礦業(yè)工程,2011(1).

        [6] 劉昌.超長超大型水泥回轉(zhuǎn)窯安裝[J]. 石油化工建設(shè), 2013(5).

        [7] 夏鴻飛. 大型回轉(zhuǎn)窯安裝同心度測量控制方法[J]. 安徽建筑, 2010(1).

        張軍(1970~),男,本科,高級(jí)工程師,從事機(jī)械技術(shù)工作。

        TU198+.2

        B

        [定稿日期]2017-03-10

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