回轉窯筒體安裝之同心度測量探討

張 軍

(中國十九冶集團工業建設分公司, 四川成都 610000)

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回轉窯筒體安裝之同心度測量探討

張 軍

(中國十九冶集團工業建設分公司, 四川成都 610000)

在礦熱爐生產工藝環節中，其中回轉窯的生產工藝是最為關鍵之一。回轉窯筒體為多段，在現場組裝，同心度的測量控制是關鍵環節。文章通過工程實例，探索簡單、高效、精度高的測量方法，利用全站儀激光發射源的激光束，直觀設定筒體的同心線，測設整個筒體的同心度，達到調節安裝筒體的目的。改變傳統筒體同心度的測設方法，提高筒體在施工過程中的安裝質量和效率。

全站儀； 同心度； 筒體； 測量

北海誠德鎳鉻合金二期工程回轉窯設備共計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。目前全國大型回轉窯有：鞍鋼制造出口長度40 m、直徑6.1 m回轉窯；河南香山水泥廠投產長度80 m、直徑4 m環保節能型回轉窯；湛江龍騰球團工程長度52 m、直徑6.69 m回轉窯等。相比較，本工程回轉窯為目前國內規模最大的特大型回轉窯設備。

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

注：①鋼線； ②筒體圖1 常規鋼線拉法

常規鋼線拉法給施工帶來了諸多不便。首先，常規方法客觀造成了測量誤差增大，甚至測量成果錯誤。在距離118 m的兩點牽拉一根細鋼線，由地球引力產生的自重造成整根鋼絲成為弧線，而我們需要的是一直線，這是產生測量錯誤成果的原因之一；其次，在施工現場都很難有理想的測量環境，如風力過大，特別是我國沿海一帶，風力過大引起鋼絲的擺動也是造成測量成果錯誤的重要因素；再次，理想環境中在筒體兩端0°到90°處拉掛兩根鋼線，但在實際施工過程中很難找出筒體兩端0°和90°的正確位置，從而出現圖2所示的情況。在理想狀態下，面1256應垂直于面1234，但實際情況是面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據。使用拉掛鋼線的第三個弊端是：由于筒體是多段現場組裝，在運輸和吊裝的過程中，為防止筒體變形，在內部每隔一段距離就會焊接“米”字支撐架以防筒體變形(圖3)。筒體內部復雜的環境嚴重干涉了拉鋼繩測量的方法。

圖3 筒體內部“米”字架

結合工程實際情況，經查閱有關資料，結合全站儀，尋求新的測量方法，即利用全站儀激光放射源發出的激光束作為筒體同心度測量的依據線。

1 測量原理

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

圖4 測量簡圖

2 具體實施

2.1 施測前準備

仔細閱讀施工圖紙，掌握安裝精度要求。根據圖紙和規范要求，筒體安裝的各項精度見表1。

表1 筒體安裝各參數

明確了安裝測量允許誤差范圍，我們對儀器的選用和測設方法做理論驗算。選用Nivo2·M系列全站儀，儀器的主要技術參數見表2。

表2 Nivo2·M系列全站儀技術參數

首先考慮水平角誤差位移量：

(1)

式中：Mα為儀器架設點到筒體最遠端的位移量；D為儀器架設點到筒體最遠端的距離；α為儀器水平角精度差。

筒體本身長度為118m，將儀器架設點設為離筒體端外30m。則儀器架設點到遠端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)得出的數據表明：筒體的最遠端測設點位的水平位移量為1.435 mm，而筒體同心度最小誤差的設計是小于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為儀器架設點到筒體遠端高差；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)，儀器架設點離筒體近端距離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：儀器架設點到筒體最遠端觀測點在垂直面上的位移量為0.150 704mm，遠遠小于筒體安裝允許誤差4mm的要求。

圖5 筒體傾斜度

2.2 儀器架設點的確定

在整個測量過程中，儀器架設點位的確定頗為關鍵。由于筒體內部環境復雜，不利于架設儀器，我們采用筒體外部架設儀器法。根據現場的實際情況，將架設儀器的位置選擇在礦熱爐基礎平臺上。

2.2.1 筒體同心線的確定

根據安裝現場的實際情況，我們以回轉窯中心線(全廠設備安裝控制線之一)為依據，先將窯尾端的筒體安裝固定，再使用劃規找出最尾端處筒體的同心度并做好標記。再以回轉窯中心線為依據將全站儀架設在窯尾筒體內，調節儀器俯角為3.5 %(圖6)。

圖6 儀器視準軸斜率顯示

再將塔尺立于窯尾筒體內最底部，從全站儀目鏡中讀取塔尺讀數并記錄，又以這個讀數為依據調整窯頭端筒體(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 視準軸斜率為3.5%的測設

如圖7所示，在窯頭筒體安裝中，將立在筒體內的塔尺讀數(筒體前后兩點)調整到窯尾內塔尺讀數一樣時，窯頭筒體的同心度達到了設計要求。在窯頭筒體末端用劃規定出筒體中心，并做好記號。將窯頭、窯尾兩端的筒體中心點相連起來，這條以窯頭、窯尾筒體中心點相連的直線作為整個筒體同心度測量的依據。

2.2.2 同心線的延長

筒體同心線的引測關系到測設整個筒體的精度。根據現場實際的測設環境，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。筒體外延長線與整個筒體同心線保持在同一個垂直面上。

2.2.3 儀器高度的確定

將儀器的紅外線發射器中心架設高度與筒體同心度在同一條直線上，需要滿足：(1)紅外線發射器中心與筒體同心線在一個垂直面內；(2)紅外線發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射器中心與筒體同心線在一個垂直面內的要求。

確定儀器架設水平面的高度，首先要采用精密水準儀測量出筒體下端(窯頭)與延長點的高差。窯頭端筒體按照設計要求，以窯尾筒體為依據安裝就位。因為筒體的直徑為5.2m，為了降低筒體端點與延長點的高差誤差，采用框式水平儀尋找、確定筒體同心度垂直面內的最低點(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，使用水準儀(NA2)可測量出筒體端到延長點的高差。

圖8 確定垂直面最低點

(5)

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

圖9 儀器架設的幾何尺寸

2.3 測量記錄

測量記錄見表3。

表3 測量記錄 mm

3 結論

采用全站儀，利用全站儀的紅外線激光發射源對大型筒體進行調整安裝測量，改變了傳統吊拉鋼線或經緯儀觀測法，使測量更為直觀，提高了測量精度，保證安裝質量而且降低勞動強度。

[1]GB50026-2007 工程測量規范[S].

[2]GB50551-2010 球團機械設備安裝工程質量驗收規范[S].

[3]GB/T50561-2010 建材工業設備安裝工程施工及驗收規范[S].

[4] 樊兆馥. 機械設備安裝工程手冊[M]. 冶金工業出版社，2004.

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

[7] 夏鴻飛. 大型回轉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，高級工程師，從事機械技術工作。

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[定稿日期]2017-03-10