可拆式板式換熱器組裝工藝設備優化方案

丁 鵬

（中國石油渤海裝備鉆采裝備銷售公司，天津 300280）

0 引言

目前國內可拆式板式換熱器生產環節中壓緊板大多數采用人工手動噴涂油漆工藝。板片時效靠人工擰緊預拉螺栓，疊摞放置一段時間后，消除板片殘余應力，使扣壓完膠墊的板片變得平整無翹曲變形。板片組裝是人工將鑲嵌有密封膠條的板片掛在板式換熱器的導軌梁上，然后由工人旋轉壓緊板拉緊螺柱螺母或采用較省力的螺栓拉拔器，單獨對板片兩個對角螺柱拉拔，直到螺柱的拉伸長度達到拉拔器的行程后，就相應地上緊另兩個對角螺柱螺母，在另兩個對角螺柱拉緊后，再把兩個拉拔油缸復位，如此反復使用，便可以完成可拆式板式換熱器的生產組裝（圖1、圖2）。

圖1 板式換熱器的裝配

圖2 單油缸螺栓拉拔器的使用

該生產工藝相對落后，生產效率低，適合小批量單件生產，嚴重制約了可拆式板式換熱器規模化生產。為了提高可拆式板式換熱器生產組裝技術水平，結合生產過程特點及特殊要求，經過組裝生產線設備優化改進可大幅縮短生產時間及成品質量。

組裝生產線設備優化：組裝線主要由表面處理+平板車、板片矯形機、移運小車+龍門壓機、板片快速裝配機、板片試壓系統、控制系統組成，針對以上設備提出優化方案。

1 壓緊板表面處理

壓緊板是可拆式板式換熱器產品中的主要部件，壓緊板表面處理直接關系到產品外觀質量，表面采用烤漆光滑平整，光澤感極強，防腐防銹效果好。設備優化將可拆式板式換熱器產品壓緊板表面噴漆處理工藝升級為烤漆工藝（烤漆房）。

1.1 烤漆房方案

將加緊板吊裝于移動小車的懸掛架上，最大重量的板片懸掛數量為2件，板片相互之間距離應保持在600 mm左右，在進入烤漆房前一個工位完成噴漆，由移動小車送入烤漆房。移動小車動力由鏈條傳動裝置提供。動力傳動與烤漆房分離，免受高溫烘烤。烤漆房優化后尺寸為：6000×4000×3500（長×寬×高，mm），可處理最大板片：長3.6 m，寬1.4 m，承載最大板片重量：100 kN（2片）。電動小車動力與烤漆板車分離式,采用鏈條傳動方式，驅動功率3 kW，運送速度0.25 m/s。烤漆房特點：板片用吊車吊裝掛在板車懸掛架上；噴涂完成后由板車送入烤漆房內。

1.2 電動平車

電動平車適合工作環境為噴漆室、涂裝室等不允許有電源及電氣元件進入的特殊環境，主要由動力供電小車、工件車、錐形制動電機、防爆電機、減速器、主動輪組、從動輪組、控制系統等組成。

傳動模式采用單動模式及聯動模式，可通過操作控制開關盒的轉換開關完成。單動模式為動力供電小車運行模式，將轉換開關旋轉至單動模式狀態后，小車主動輪組上的錐形制動電機接通電源運行。聯動模式為動力供電小車與工件車兩車聯接后運行模式，將轉換開關旋轉至聯動狀態后，小車上的防爆主電機接通電源帶動從車上的減速機運行。

2 板片矯形機

板片在壓型結束后會存在不同程度翹曲變形現象，當扣壓或者粘接完膠墊后，通常由人工將待矯形板片疊摞在一起，周邊對齊，上下用一壓緊工裝板壓緊，用預拉螺栓將疊摞放置一起的板片組固定，放置一段時間后，以消除板片殘余應力，使得板片變得平整無翹曲變形現象。為了減輕工人的勞動強度，優化后此工位采用板片矯形機。

板片矯形機由兩部分組成：用來實現板片疊摞后進出的移運小車；實現板片疊摞后的矯形加力的龍門壓機。

移運系統由移運小車和導軌構成。移運小車由上體和下體組成，上體用來放置疊摞的待矯形板片，下體上具有可移動的V形導槽和水平導軌。上體上布置有雙排可以向中心移動的導柱，以適應大小不同的板片。通過旋轉安裝于平臺上的手輪，使聯結于導柱上的絲杠旋轉，從而帶動導柱向中心移動或向外移動，這樣就實現了板片大小的調節。寬度方向的調節由4組導柱來完成，長度方向的調節由一組導柱實現。移運小車的運動是由布置于小車側面的齒輪齒條來完成的。通過齒輪的旋轉可以實現小車在軌道上的運動。

當移運小車將疊摞好的待矯形板片送入矯形工位后，由控制系統發出指令，龍門門架上的液壓油缸推動矯形壓頭向下移動，直到需要矯形板片組壓到所需要的高度為止，這時人工將矯形疊摞板片組用螺栓聯接牢固，升起矯形壓頭，移運小車將疊摞固定后的板片組送出矯形工位，完成一次板片疊摞矯形，與此同時，另一個移運小車將另一側疊摞好的待矯形板片組送入矯形工位，如此一進一出，完成了板片疊摞的高效矯形固定工作。

3 板片快速裝配機

以往當板片時效完成后，采用人工的方法將一片片鑲嵌有密封膠條的板片掛在板式換熱器的導軌梁上，再由工人旋轉壓緊板拉緊螺柱螺母或采用較省力的螺栓拉拔器，單獨對板片兩個對角螺柱拉拔，直到螺柱的拉伸長度達到拉拔器的行程后，就相應的上緊另兩個對角螺柱螺母，在另兩個對角螺柱拉緊后，再把兩個拉拔油缸復位，如此反復使用，便可以完成可拆式板式換熱器的生產組裝。

以上方式比較耗時和費力，為了減輕工人的勞動強度，提高可拆式換熱器裝配效率，設備工藝優化后采用板片快速裝配機以適應快速的裝配需要，其工作原理為：將一片片掛好板片的換熱器放置于裝配機上，開動裝配機液壓泵站，按動液壓油缸推出按鈕，壓縮懸掛的板片組和壓緊板，直到換熱器板片組到達合適的尺寸，上緊聯接壓緊板聯接螺柱的螺母，松開液壓油缸直到尾部，便于換熱器吊走，整個壓緊過程結束。

板片快速裝配機結構為一箱型底座，上部為一固定的立柱和可移動的立柱組成。可移動的立柱上安裝有兩個可以伸長的液壓油缸，液壓油缸的行程為2000 mm，兩個油缸的推力可以達到2000 kN，兩個推力油缸在4個導向柱的導向下前后運動。另外，為了適應不同規格的可拆式換熱器，可移動的立柱可以左右移動，當調節好規格后就固定移動立柱，直到這一批換熱器裝配完畢。

4 板片試壓系統

當板片裝配完成后，用天車吊起可拆式換熱器至板片試壓平臺，接上快速拆卸的試壓管線接頭，開動自動水壓打壓試驗機，這個過程會自動進行，等到壓力上升到預先設置好的試驗壓力時，系統就會切斷打壓泵，進入保壓模式，等到系統保壓結束，控制系統就會控制高壓卸荷閥卸荷，等到卸荷完畢，控制系統再啟動抽水泵進行板式換熱器內剩余試壓水的抽吸排干。通過設置排水時間來控制板式換熱器內剩余試壓水的排干與否。待排水時間到時，控制系統會將所有的動作和電源切斷，試壓過程結束。這時可以人工拆卸快卸接頭，吊離試壓結束的板式換熱器，系統等待另一臺換熱器的就位。

板片試壓系統由試壓平臺、控制系統、灌注低壓系統、試壓高壓系統、數據采集及檢測系統等構成。灌注低壓系統與抽吸排干系統合二為一，節省了資金，簡化了結構。通過水閥切換達到灌注與抽吸排干的目的。

5 控制系統優化

（1）控制系統有手動和自動操作。手動功能完成調試及故障處理，并能自動報警。自動功能運行由PLC及電氣控制元件完成。PLC采用國外先進成熟產品，集中控制各動力設備、執行機構及水壓水路閥的動作。PLC的輸出均加中間繼電器隔離，每塊開關量模板的點數不大于16點。

（2）各種傳感器為各個動作的執行、各種壓力控制、顯示提供依據。檢測信號包括模擬信號（高壓水壓力信號）及開關信號。

（3）控制系統上位工控機動態顯示設備的運行狀態，由上位工控機來完成試壓資料的匯總、統計及查詢，具有多級保護功能。

優化過程技術難點包括以下3個方面：

（1）板片壓緊板烤漆房尺寸，在調研國內多個板式換熱器生產企業后，根據目前生產板片的常規尺寸，結合本企業產品供貨用戶特點，來確定噴漆烤漆房的尺寸，以及噴漆烤漆時間，烤漆溫度等參數，都要經過多方論證計算來完成，為此做了烤漆房熱溫度場模型，預測烤制時間，最后確定烤漆房的設計方案。

（2）板片矯形機，技術難點在于小車導軌的加工、傳動方式的選擇，方案優化借鑒了龍門刨床等加工設備導軌移動結構。對于矯形壓力的確定也是根據以往經驗及現場多輪試驗測試，生產過程中不斷調整。

（3）板片快速裝配機，其難點也在于確定合適的試驗壓力。根據以往單缸拉力測算，經過現場多輪試驗，確定的板片快速裝配機的最大推力為2000 kN,完全可以滿足大部分規格的換熱器裝配需求。

6 應用效果

本優化方案對于生產規模不大、生產過程相對零散的企業來說，是迅速改善企業生產狀態的有效方法，可大大提高產能、節約人力成本、提高一次性組裝成功率，而且前期投入相對比較低，是介于人工組裝和全自動智能化生產組裝的折中方案，目前在江蘇、浙江、山東等地規模較小的企業廣泛應用。