回转窑筒体安装之同心度测量探讨

时间：2024-07-28

张军

(中国十九冶集团工业建设分公司, 四川成都 610000)

回转窑筒体安装之同心度测量探讨

张军

(中国十九冶集团工业建设分公司, 四川成都 610000)

在矿热炉生产工艺环节中，其中回转窑的生产工艺是最为关键之一。回转窑筒体为多段，在现场组装，同心度的测量控制是关键环节。文章通过工程实例，探索简单、高效、精度高的测量方法，利用全站仪激光发射源的激光束，直观设定筒体的同心线，测设整个筒体的同心度，达到调节安装筒体的目的。改变传统筒体同心度的测设方法，提高筒体在施工过程中的安装质量和效率。

全站仪；同心度；筒体；测量

北海诚德镍铬合金二期工程回转窑设备共计2套，单套重量为1 650 t(不包括耐火材料和电气)，本体长度118 m，倾斜度3.5 %，直径为5.2 m。目前全国大型回转窑有：鞍钢制造出口长度40 m、直径6.1 m回转窑；河南香山水泥厂投产长度80 m、直径4 m环保节能型回转窑；湛江龙腾球团工程长度52 m、直径6.69 m回转窑等。相比较，本工程回转窑为目前国内规模最大的特大型回转窑设备。

常规窑体同心度的测量方法是在窑体0°方向和90°方向上，沿回转窑筒体内壁从窑头到窑端分别拉一根细钢线，以此来测量检查筒体的同心度(图1)。

注：①钢线； ②筒体图1 常规钢线拉法

常规钢线拉法给施工带来了诸多不便。首先，常规方法客观造成了测量误差增大，甚至测量成果错误。在距离118 m的两点牵拉一根细钢线，由地球引力产生的自重造成整根钢丝成为弧线，而我们需要的是一直线，这是产生测量错误成果的原因之一；其次，在施工现场都很难有理想的测量环境，如风力过大，特别是我国沿海一带，风力过大引起钢丝的摆动也是造成测量成果错误的重要因素；再次，理想环境中在筒体两端0°到90°处拉挂两根钢线，但在实际施工过程中很难找出筒体两端0°和90°的正确位置，从而出现图2所示的情况。在理想状态下，面1256应垂直于面1234，但实际情况是面1256不垂直于面1234，面1234为一扭曲面123′4。

图2 拉钢线的面形成扭曲面

在这种情况下无法测量出筒体同心度的正确数据。使用拉挂钢线的第三个弊端是：由于筒体是多段现场组装，在运输和吊装的过程中，为防止筒体变形，在内部每隔一段距离就会焊接“米”字支撑架以防筒体变形(图3)。筒体内部复杂的环境严重干涉了拉钢绳测量的方法。

图3 筒体内部“米”字架

结合工程实际情况，经查阅有关资料，结合全站仪，寻求新的测量方法，即利用全站仪激光放射源发出的激光束作为筒体同心度测量的依据线。

1 测量原理

以筒体两端的同心点为依据，测量、检核筒体中间各个点的空间位移量，利用全站仪或电子经纬仪红外光源发射器，发射出的红外线，使红外光束的轨迹与筒体的中心线重合，同时仪器望远镜中“十”字丝中心也与筒体中心线重合，也可通过仪器望远镜观测筒体同心度(图4)。

图4 测量简图

2 具体实施

2.1 施测前准备

仔细阅读施工图纸，掌握安装精度要求。根据图纸和规范要求，筒体安装的各项精度见表1。

表1 筒体安装各参数

明确了安装测量允许误差范围，我们对仪器的选用和测设方法做理论验算。选用Nivo2·M系列全站仪，仪器的主要技术参数见表2。

表2 Nivo2·M系列全站仪技术参数

首先考虑水平角误差位移量：

(1)

式中：Mα为仪器架设点到筒体最远端的位移量；D为仪器架设点到筒体最远端的距离；α为仪器水平角精度差。

筒体本身长度为118m，将仪器架设点设为离筒体端外30m。则仪器架设点到远端D筒体的距离为118+30=148m。

即：

Mα=148×sin2″≈1.435×10-0.3m=1.435 mm

(2)

从式(1)、式(2)得出的数据表明：筒体的最远端测设点位的水平位移量为1.435 mm，而筒体同心度最小误差的设计是小于4 mm，从理论上来说，使用Nivo2·M全站仪完全满足水平面上的位移误差要求。

垂直面位移误差量：

(3)

式中：Mβ为垂直面位移误差量；H为仪器架设点到筒体远端高差；β为仪器垂直角精度差(6″)。

窑头与窑尾的高差比列为3.5 %，筒体长118m，筒体倾角为2°0′21″(图5)，仪器架设点离筒体近端距离30m，即：

H=(117.9277+30)tag2°0′21″≈5.18083m

(4)

将式(4)代入式(3)中，Mβ=1.50704×10-0.4m。即：仪器架设点到筒体最远端观测点在垂直面上的位移量为0.150 704mm，远远小于筒体安装允许误差4mm的要求。

图5 筒体倾斜度

2.2 仪器架设点的确定

在整个测量过程中，仪器架设点位的确定颇为关键。由于筒体内部环境复杂，不利于架设仪器，我们采用筒体外部架设仪器法。根据现场的实际情况，将架设仪器的位置选择在矿热炉基础平台上。

2.2.1 筒体同心线的确定

根据安装现场的实际情况，我们以回转窑中心线(全厂设备安装控制线之一)为依据，先将窑尾端的筒体安装固定，再使用划规找出最尾端处筒体的同心度并做好标记。再以回转窑中心线为依据将全站仪架设在窑尾筒体内，调节仪器俯角为3.5 %(图6)。

图6 仪器视准轴斜率显示

再将塔尺立于窑尾筒体内最底部，从全站仪目镜中读取塔尺读数并记录，又以这个读数为依据调整窑头端筒体(图7)。

注：③窑头端塔尺; ④窑尾端塔尺; ⑤仪器视线; ⑥全站仪图7 视准轴斜率为3.5%的测设

如图7所示，在窑头筒体安装中，将立在筒体内的塔尺读数(筒体前后两点)调整到窑尾内塔尺读数一样时，窑头筒体的同心度达到了设计要求。在窑头筒体末端用划规定出筒体中心，并做好记号。将窑头、窑尾两端的筒体中心点相连起来，这条以窑头、窑尾筒体中心点相连的直线作为整个筒体同心度测量的依据。

2.2.2 同心线的延长

筒体同心线的引测关系到测设整个筒体的精度。根据现场实际的测设环境，我们将同心线的延长线定为筒体下端外的10m处(图4)。筒体下端外的10m为水平距离，可采用全站仪测定出来并做好埋点。筒体外延长线与整个筒体同心线保持在同一个垂直面上。

2.2.3 仪器高度的确定

将仪器的红外线发射器中心架设高度与筒体同心度在同一条直线上，需要满足：(1)红外线发射器中心与筒体同心线在一个垂直面内；(2)红外线发射器中心与筒体同心线以3.5 %为倾斜的倾斜面上。通过同心线的延长，我们确定了红外线发射器中心与筒体同心线在一个垂直面内的要求。

确定仪器架设水平面的高度，首先要采用精密水准仪测量出筒体下端(窑头)与延长点的高差。窑头端筒体按照设计要求，以窑尾筒体为依据安装就位。因为筒体的直径为5.2m，为了降低筒体端点与延长点的高差误差，采用框式水平仪寻找、确定筒体同心度垂直面内的最低点(图8)，框式水平仪气泡的中心即为筒体同心度在垂直面上的最低点，使用水准仪(NA2)可测量出筒体端到延长点的高差。

图8 确定垂直面最低点

(5)

式中：hY为仪器的架设高度；hZ为筒体下端处筒体中心相对水平高度(∮5.2÷2=2.6m)；hD为延长筒体外10m处点的相对水平高度；hT为筒体下端处底部相对水平高度；A为筒体的倾斜角度；hD-hT为筒体下端处与延长点的高差；10m为筒体下端处到延长点的水平距离。由图9可求得仪器的架设高度。

图9 仪器架设的几何尺寸

2.3 测量记录

测量记录见表3。

表3 测量记录 mm