1、- 1 -高效缠绕式绕管换热器绕管机张 庆 生（开封东京空分集团有限公司，河南 开封 475001）摘要：简介了高压绕管换热器绕管机作为大型专用工装设备的主要技术参数和使用性能。主要分析了它的工作原理及在高压绕管换热器生产中所起的重要作用。关键词：绕管机；大齿圈；无级变速；低速；重载；大齿圈均衡轴；传动扭矩大Technique equip equipment-High pressure piping round heat exchanger piping roud machineZhang Qingsheng(Kaifeng Dongjing Air Separation Group Co.,
2、 Ltd., 8 Beiguan Street, Kaifeng475001, Henan, P. R. China)Abstract: Simply introduce the lending technique parameter and employ capability of high pressure piping round heat exchanger machine with good-sized special technique equipment .Mainly analyze about it importance at produce with working ele
3、ments and high pressure piping round heat exchanger .Keywords: Piping round machine; Big gear; Nonpolar shift speed; Low speed; Burden; Big gear uniform bearing; Drive great torsion 高压绕管换热器绕管机实际上就是一个大型的专用工装设备，高压绕管换热器绕管机设计一般是在产品（高压绕管换热器）的加工工艺过程制订之后按照某一工序的具体要求进行的。制订设计过程，应充分考虑高压绕管换热器绕管机实现的可能性，而设计高压绕管换热
4、器绕管机时，如确有必要也可以对加工工艺过程提出修改意见。高压绕管换热器绕管机的设计质量的高低，应以能否稳定地保证产品（高压绕管换热器）的加工质量好、生产效率高、成本低、操作安全、省力和制造、维护容易等为其衡量指标。那么，什么是高压绕管换热器呢？高压绕管换热器的发展与压力容器的发展密切相关，最早是由德国的林德公司于 1898 年制造。我国一些化肥厂引进了该公司生产的这种类型的换热器。高压绕管换热器的结构紧凑，传热效率高。其单位体积的换热面积大，可实现多股流换热。具有很好的热补偿能力。适合深冷系统的换热。高压绕管换热器是大型化工工艺过程重要的设备，而且是一个高效节能的设备。主要用于净化流程的低温甲
5、醇洗装置以及空分装置、大型化肥厂、乙烯工程等，在我国目前主要应用于大化肥合成氨装置(美国德士古工艺) 中甲醇洗工段。但其制造工艺要复杂一些，它是由绕管体和壳体两部分组成。绕管体由中心筒、换热管、垫条及管卡等组成。换热管紧密地绕在中心筒上，用平垫条及异形垫条分隔。对材质的要求相对较高；此外，设备的清洗也比较困难。- 2 -高压绕管换热器是依据 GB1511999管壳式换热器 、JB47321995钢制压力容器分析设计标准对传统换热器产品进行新技术改造，提高产品可靠性、降低事故发生率的新型传热设备。高压绕管换热器，与常规形式相比，具有以下优点：（1）降低了温差应力，对于降低管子与管板连接区的峰值应
6、力，防止破裂、疲劳起到很大的作用；（2）由于换热器工作时约束缓解，管板与管子连接区的局部应力和总体应力均降低，大大减少了高事故率的管板与管子结合区的破坏现象，提高了运行的安全可靠性；（3）减小了主体结构件如管板、壳体的厚度（这对于采用昂贵材料制造的换热器具有很大的意义） 。高压绕管换热器就是在制造过程中设置缓冲应力，使换热器工作时由温差和压差所引起的内应力得到有效削除，从而改善换热器的工作条件，提高换热器的使用寿命及可靠性。为了保证以上产品（高压绕管换热器）的设计要求、加工质量，在此基础上设计了大型专用工装设备（高压绕管换热器绕管机） ，型号：RGJ83-001，结构（见图 1）它由大齿圈、传
7、动箱、调速及减速装置、操纵站及电气箱、传动箱底座平板、滚轮架、首部托架座平板、调整垫铁、尾部托架座平板等组成，当大型专用工装设备（高压绕管换热器绕管机）组装后要求各运转部分，须灵活，无异常响声，且电机无级调速应灵敏工作可靠。为了实现加工过程中所需的各种成形运动，依据传动总论，大型专用工装设备（高压绕管换热器绕管机）必须具备三个基本部分：1）执行件：如主轴、工作台等；2）运动源：如交流异步电机等；3）传动装置：有机械传动、电控形式。1 工作原理高压绕管换热器绕管机，其包括：无级调速电机、通过传动机构（调速及减速装置，由制动器、减速器、齿轮、调整块组成，要求两轴中心线的钭度030，允许的径向位移
8、0.10mm） （见图 2）- 3 -与大齿圈相联动带动主轴相对应设置在首、尾部托架平板支承滚轮架上的中心筒旋转。其特征：在于所述的传动机构为与无级调速电机输出轴相联动的针摆减速器和安装在针摆减速器输出轴上的齿轮，该齿轮与设于主轴上的大齿圈(分度圆直径 d=1476mm,齿数 z=123)相啮合（见图 4） 。而所述的支承部可以采用前、后两自制钢结构滚轮架（由滚轮、底板、支承板组成，结构见图 3）支撑结构， 2 高压绕管换热器绕管机优点高压绕管换热器绕管机可保证绕管体在重力作用下仍可顺利转动，能承载最大载荷 83吨。性能优于同类设备，能在同一设备上绕制 1000mm2800mm（见图 1） ，
9、不同直径、不同重量的绕管换热器，实现了自动控制。与现有技术相比，该高压绕管换热器绕管机的优点在于：1）由于传动箱（由大齿圈、主轴、圆盘、滚子轴承等组成，结构见图 4）两端，主轴前、后都采用相同型号的双列圆柱滚子轴承，主要承受径向载荷，使其承载能力增大，绕制绕管体的吨位增加。2）大齿圈后置均衡主轴（见图 4），具有：）平衡主轴的受力；）降低主轴的旋转速度；）向主轴传递扭矩；）绕制中，保持绕管体具有大的旋转惯性、稳定性。- 4 -3）由于大齿圈作为二级变速，省去了庞大的变速机构，使绕管机体积变小，结构更加合理（见图 1） ；4）绕管机实现无级变速（由无级调速电机实现 见图 2）。3 高压绕管换热器
10、绕管机主要技术参数（参照图 1）绕 管 体 最 大 直 径 (mm) 2800绕 管 体 最 大 质 量 (T) 83绕 管 转 速 (r/min) 1 4绕 管 中 心 距 平 板 面 距 离 （mm） 1000绕 管 中 心 距 车 间 地 坪 面 距 离 （mm） 1428绕 管 最 大 扭 矩 (NM） 26392对 接 支 承 法 兰 直 径 （mm） 1000主 电 机 功 率 （ KW） 11尾 部 托 架 最 大 调 整 移 动 量 （mm） 30004 此高压绕管换热器绕管机能满足下列基本要求（1）保证产品（高压绕管换热器）的加工精度，保证加工精度的关键，首先在于正确- 5
11、-地选定定位基准、定位方法和定位元件，必要时还需进行定位误差分析，还注意了此专用工装设备中其他零部件的结构对加工精度的影响，确保此专用工装设备能满足设备的加工精度要求。（2）在产品（高压绕管换热器）制造中，其保证了绕管体绕制中的低速重载的要求，采用无级变速和加粗主轴直径，主轴前、后都采用承载能力大的同型号的双列圆柱滚子轴承。因此既使对于大型绕管换热器，绕管体无论绕制第一层或至最外层时，仍可以实现较低的线速度，使绕管体的转速保持较为理想的状态。从而排除了绕制中通常出现的每层速度不均的状况，绕管绕制质量稳定，并且为了提高生产效率，采用了快速高效的装夹机构，缩短了辅助时间。5 此高压绕管换热器绕管机
12、设计精度的设计原则为了保证产品（高压绕管换热器）的设计精度，就需对用于制造（高压绕管换热器）的高压绕管换热器绕管机，提出设计要求，此高压绕管换热器绕管机设计精度的设计原则，首先应保证（高压绕管换热器）的设计精度要求，规定零件的精度要求时遵循以下原则：（1）使主要组成零件具有相应终加工方法(与偶件配作或配研) 的高精密度；（2）在此专用工装设备精度的工艺方法(与偶件配作或配研) 所达到的精度上，规定基础件及此工装设备体加工孔的形位公差。运用规范化的设计程序，实现优化设计，因绕管体的重量一般都在几十吨以上，所以除了进行精度设计之外，还利用有限元法对零件的强度、刚度进行设计计算，从而确定高压绕管换热
13、器绕管机自身的稳定性，以保证产品（高压绕管换热器）制造中的设计精度，实现设计过程的全部计算机控制。对产品（高压绕管换热器）模拟制造加工，以保证设计精度要求。6 结 语2007 年该高压绕管换热器绕管机已为开封东京空分集团有限公司给河南义马开祥化工（25 万吨低温甲醇洗项目）生产的 DR8700 系列高压绕管换热器绕制 5 台，最大的单台生产重量（72 吨） ，为东京空分在高压绕管换热器生产领域占有一席之地做出了贡献。该高压绕管换热器绕管机为开封东京空分集团有限公司的产品迈出国门做出了贡献，2009 年 4 月，由开封东京空分为土库曼斯坦阿姆河天然气公司提供的脱烃装置 4 套DR8705.000
14、 绕管换热器中的绕管体是用该设备绕制而成。该绕管换热器产品的成功。标志着东京空分公司的产品为下一步在东亚等国家开辟更广阔的市场奠定了良好的基础。高压绕管换热器绕管机设备的投入使用及得到应用得益于开封东京空分集团公司领导的支持和重视；得益于开封东京空分集团广大员工的辛勤耕耘，高压绕管换热器绕管机才得以实现其价值。目前，拥有高压绕管换热器绕管机这类设备设计制造技术的厂家在全国也屈指可数。三年多来高压绕管换热器绕管机的设计、制造、生产与应用，标志着开封东京空分集团有限公司目前已具有一套较完善的成熟技术与工艺流程。参 考 文 献 ：1 王 文 斌 主 编 机 械 设 计 手 册 ： (新 版 ) 第
15、1 卷 第 2 卷 第 3 卷 第 5 卷 第 3版 北 京 ： 机 械 工 业 出 版 社 ， 20042 日 本 机 械 学 会 编 机 械 技 术 手 册 ： 第 17 篇 ， 张 志 平 等 译 北 京 ： 机 械 工 业 出 版 社 ，19843 范 钬 珊 轴 对 称 应 力 分 析 北 京 ： 高 等 教 育 出 版 社 ， 1985- 6 -4 都 跃 良 等 缠 绕 管 式 换 热 器 的 管 理 及 其 应 用 前 景 分 析 化 工 机 械 ， 2005 32(3)：1811855 曲 平 等 缠 绕 管 式 换 热 器 的 简 捷 计 算 大 氮 肥 ， 1998 21(3)： 178181作者简介：张庆生（1962） ，男，工艺责任工程师，主任，主要从事高压绕管换热器绕管机设计、压力容器工艺编制、工装设备设计，通讯地址：475001 河南省开封市北关街 8 号开封东京空分集团有限公司设计研究院工艺室，Tel：13837865106 Email：ZQS。
