摘要：焦炭塔是石化行业延迟焦化装置的重要设备, 内部温度高，操作条件苛刻、劳动强度大。采用自动卸盖装置实现焦炭塔底盖的自动开闭，降低了工人的劳动强度、改善了工作环境。焦炭塔塔身和底盖连接处利用液压顶紧器中的碟簧对密封件实现机械力加载安全、可靠，而采用液压传动结构控制液压顶紧器对碟簧自动加载，实现了底盖的自动拆卸。优选液压顶紧器结构设计方案,根据密封结构、密封力、所处空间尺寸确定制造、装配、试验和调整，直到液压顶紧器符合工况要求。

　　关键词：液压顶紧器;碟簧;密封力;研制

　　0 绪论

　　焦炭塔是石化行业延迟焦化装置的重要设备,操作条件苛刻,是承受热循环和机械应力循环的压力容器。焦炭塔内部温度达到400多度，工人每天手工拆卸一次来清除内部的焦炭，对于工人来说劳动强度很大。而采用自动卸盖装置实现焦炭塔底盖的自动打开和关闭，代替了传统的人工拆卸，这样大大的降低了工人的劳动强度。底盖和塔身连接处机械密封力加载安全、可靠，而液压系统控制液压顶紧器实现自动加卸载荷。

　　1 液压顶紧器方案设计及选择

　　1-塔身;2-密封圈;3-隔离套;4-底盖;5-液压顶紧器

　　图1液压顶紧器装配结构图

　　Fig.1 The assembling figure of the hydraulic clamp

　　根据总体设计方案底盖和焦炭塔塔身连接处密封结构，液压顶紧器装配结构如图1所示。焦炭塔塔身内部温度较高，而采用液压系统作为控制顶紧器顶杆伸缩动作，液压系统最高工作温度一般在650左右，金属导热又好，因此顶紧器需要控制传热温度，保证液压系统正常工作;液压顶紧器结构布置在半径一定圆周上，两个顶紧器之间距离要保证安装、调试、维修方便;而根据总体布置控制液压顶紧器轴向空间相对狭小，这要求液压顶紧器轴向尺寸受限制等。根据现场实际工作情况和要求，拟制定设计方案如下[1-4]：(1)方案1：液压顶紧器利用法兰和底盖连接，结构上利用散热片散热、隔热棒隔热，采用两级活塞串联通压力油控制碟簧伸缩，用压力传感器测碟簧施加密封力，用调节螺栓调节大小。该方案缺点轴向尺寸长，安装不方便。

　　(2)方案2：散热采用水套循环散热，散热效果好，但是需要循环水，现场无法实施。其它结构、性能和方案1相同。

　　(3)方案3：通过计算增加液压顶紧器径向尺寸，采用单作用活塞通压力油控制碟簧伸缩，用压力传感器测碟簧施加密封力，虽然施加密封力调节方便，但是结构复杂、再有传感器受温度作用影响测力精度。该方案缺点：施加密封力调节较麻烦，在液压顶紧器和底盖之间加减调整垫片来调节密封力的大小;采用散热片散热液压顶紧器轴向尺寸较长，但散热效果好。

　　(4)方案4：液压顶紧器安装采用连接套上螺纹直接和底盖的螺纹孔相连，这种连接方式需要有专用工具，安装方便，散热利用连接套上轴向孔散热，散热效果差但通过计算能够满足要求。

　　综合比较四组方案，力求结构简单实用，优选方案4。

　　1-连接套;2-顶杆;3-碟簧;4-螺母;

　　5-连接体;6-油口

　　图5 液压顶紧器方案4

　　Fig.5 The fourth method of the hydraulic clamp

　　1-法兰连接;2-隔热棒;3-散热片;4- 碟簧

　　5-活塞;6-油口

　　图4 液压顶紧器方案3

　　Fig.4 The third method of the hydraulic clamp

　　1-法兰连接;2-隔热棒;3-水套;4-水口;

　　5-油口;6-活塞;7-碟簧;8-压力传感器;9-调节螺栓

　　图3 液压顶紧器方案2

　　Fig.3 The second method of the hydraulic clamp

　　1-法兰连接;2-隔热棒;3-散热片;4-油口;

　　5-活塞;6-压力传感器;7-调节螺栓

　　图2 液压顶紧器方案1

　　Fig.2 The first method of the hydraulic clamp

　　2 液压顶紧器结构设计计算液压顶紧器设计计算主要碟簧的计算、选取[5]，再有根据整体设计方案确定每个液压顶紧器施加密封力时通入液压油的液压系统的压力。

　　2.1 碟簧设计计算、选取

　　< >碟簧材料选择 2-2

　　2-3

　　静应力时：K4=1

　　2-4

　　求一片碟簧所受的力：

　　2-5

　　2-6

　　由参考文献[5]图C.1，A系列，查得：

　　2-7

　　假设根据顶紧器施加的密封力、结构设定相应变形量为δ1：

　　i取整数，计算变形量f。

　　根据结构碟簧需要总的变形δ2，以此来进一步确定串联组数i：

　　2-8

　　根据i的取值在[，]之间和液压顶紧器轴向空间的限制，碟簧计算结果如表1所示。

　　表1 复合碟簧方案列表

　　Talbe 1 The method list of the composite disc spring

　　参数

　　序

　　号

　　n(并联

　　碟簧数)

　　i

　　(串联

　　组数)

　　H(总长度)

　　F(t)

　　极限载荷

　　工作载荷下变形f

　　h(总变形)

　　i*1.6*0.75

　　设计极限行程

　　备注

　　1

　　7

　　4

　　118.4

　　14.35

　　3.648

　　4.8

　　A型

　　2

　　7

　　5

　　148

　　14.35

　　4.56

　　6

　　3

　　7

　　6

　　177.6

　　14.35

　　5.472

　　7.2

　　4

　　8

　　4

　　134.4

　　16.4

　　3.2

　　4.8

　　A型

　　5

　　8

　　5

　　168

　　16.4

　　4.0

　　6

　　6

　　8

　　6

　　201.6

　　16.4

　　4.8

　　7.2

　　7

　　22

　　3

　　171

　　14.8

　　4.2

　　4.5

　　B型

　　8

　　28

　　3

　　175.8

　　14.392

　　5.85

　　C型

　　表1中B型、C型碟簧结构相对较长。而直径较大时，在满足载荷的条件下，轴向相对较小;反之，直径较小时，在满足载荷的条件下，轴向相对较大。综合各方面条件与要求，以及通过碟簧所受应力及寿命计算选择列表1中复合碟簧方案2。

　　碟簧选择参数为：

　　1-泵站;2-液压顶紧器;3-油管

　　图6 液压顶紧器试验

　　Fig.6 The hydraulic clamp test

　　D=71mm;d=36mm;n=7;i=5;t=4mm;H=148mm;极限行程h=6mm;极限载荷F=14.35t;行程hmax=8mm。2.2 液压顶紧器控制部分结构设计、计算

　　根据液压顶紧器结构、施加的密封力，以及液压系统中液压元件额定压力等级确定控制结构如图5液压顶紧器方案4所示。

　　3液压顶紧器调试

　　3.1 液压顶紧器压力测试

　　液压顶紧器零部件制造完后，组装，打压试验。试验设备：利用制造厂现有的液压泵站进行测试，测试设备如图6所示。

　　由于泵站最高压力的限制，测试时最高压力限定为20MPa，测试结果如表2所示：

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