Изготовление вертикальных цилиндрических резервуаров методом рулонирования

При изготовлении емкостей и сооружений большого размера из листового проката целесообразно основной объем работ выполнять на заводе-изготовителе. Для этого каждую конструкцию расчленяют так, чтобы отправочные элементы имели возможно большие размеры, но в пределах габарита железнодорожного подвижного состава. С целью увеличения размеров отправочных элементов толщиной до 16-18 мм в 1948 году в СССР был разработан метод рулонирования, получивший весьма широкое применение. Узлы конструкций в виде полотнищ большого размера собирают, сваривают и сворачивают в рулон на специальных установках. Схема такой установки показана на рис.1.

Рис. 1 Схема двухъярусного стенда

а – схема стенда; б – схема движения полотнища

Необходимость сварки с двух сторон предопределяет наличие двух ярусов 1 и 2, а также поворотного кружала 3 для передачи полотнища с одного яруса на другой с поворотом на 180⁰. Перемещение полотнища и его сворачивание обеспечиваются рабочим кружалом 4. На ярусах 1 и 2 располагают четыре рабочих участка: сборки, сварки с одной стороны, сварки с другой стороны, контроля и исправления дефектов. Сворачивание рулона производят после завершения работ на каждом из участков. При этом полотнище наворачивают на вспомогательный элемент, закрепляемый в рабочем кружале. Размеры полотнища определяют из условия рационального членения конструкции. Например, боковые стенке вертикальных цилиндрических резервуаров выполняют из одного, двух или более полотнищ в зависимости от размера емкости, с тем, чтобы масса рулона не превышала 40-65 т. Ширина полотнища соответствует высоте боковой стенки резервуара, т.е. составляет 12-18 м. Такова и ширина двухъярусной установки для сборки, сварки и сворачивания полотнищ. Днища резервуаров и газгольдеров, диаметр которых превышает 12 м, приходится выполнять из нескольких полотнищ. Если масса каждого из этих полотнищ невелика, то они сворачиваются в один рулон. Боковые стенки листовых конструкций башенного типа также выполняют из нескольких полотнищ, каждое их которых имеет длину, равную периметру боковой стенки. Ширина рулона в этом случае соответствует высоте монтажного блока и выбирается по грузоподъемности кранового оборудования на монтаже.

Расположение листов в полотнище, их толщина и типы соединений определяются как конструктивными, так и технологическими соображениями. Листы толщиной 7-8 мм и более собирают и сваривают стыковыми соединениями, а более тонкие – нахлесточными. Это объясняется тем, что тонкие листы проще собирать и сваривать, причем сворачивание такой нахлестки затруднений не вызывает. При толщине листов более 7-8 мм нахлестка приобретает заметную жесткость и неудобна для сворачивания. Напротив, стыковое соединение листов такой толщины оказывается приемлемым как с позиции сборки и сварки под флюсом, так и с позиции последующего сворачивания в рулон. Из этих же соображений все соединения листов полотнищ днища нахлесточные, а листов полотнищ конструкций башенного типа – стыковые.

Рис. 2 Схемы расположения листов корпуса резервуара вместимостью 5000 м³

а – с совмещенными стыками нижних поясов; б–с раздвинутыми стыками нижних поясов

Последовательность сборки, сварки и сворачивания полотнища рассмотрим на примере изготовления рулона боковой стенки резервуара вместимостью 5000 м³. Два варианта расположения листов в таком полотнище показаны на рис.2. Подготовка листов начинается с правки на многовалковых правильных вальцах. Для сварки стыковых соединений продольные кромки листов подвергаются обработке на кромкострогальном станке пакетом. Торцовые кромки как для стыковых, так и для нахлесточных соединений обрезают на гильотинных ножницах. На сборочном участке двухъярусной установки одновременно собирают для картины (рис.3). Листы раскладывают в определенной последовательности. Пояс I кромкой прижимается к упорным роликам стенда, II – вплотную к нему, затем III. Плотная сборка закрепляется прихватками. Листы, собираемые нахлесточными соединениями, имеют риски, совмещаемые с рисками продольных осей поясов на настиле стенда. Сборка второго и последующего полотнищ производится непрерывной лентой, для чего между последней картиной предыдущего полотнища и первой картиной последующего устанавливают соединительные планки а.

Рис. 3 Схема сборки первой и второй картин полотнища:

1, 2, 3, … - последовательность сборки листов

Сварка под флюсом осуществляется сварочными тракторами. Целесообразно использование расщепленного электрода, позволяющего производить сварку с местным зазором 2-3 мм. Поперечные швы начинаются и заканчиваются на основном металле примыкающих листов. У крайних поясов конец этих швов делают на выводных планках.

Наворачивание полотнища производят на каркас, используемый в дальнейшем в качестве конструктивного элемента, например, на шахтную лестницу, опорную стойку или монтажную мачту.

Применение метода рулонирования при изготовлении полотнищ большого размера потребовало усовершенствования двухъярусных стендов в направлении более полной механизации сборки и сварки и соответствующего более технологичного расположения сварных соединений полотнища. Все соединения таких полотнищ – стыковые, их расположение и последовательность сварки показаны на рис.4. В каждом цикле свариваются поперечное (вертикальное) и все продольные соединения одной секции. При этом поперечный шов закрепляет в нужном положении листы секции III, собранной без прихваток. Продольные соединения сваривают от середины секции II до середины секции I. Кромки листов подвергают механической обработке с допуском на длину и ширину .

Рис. 4 Последовательность сварки швов:

1 – ранее сваренные соединения; 2 – свариваемые соединения

Листы в контейнерах 1 подают на верхний ярус стенда, схема работы которого показана на рис.5. На место сборки их необходимо подавать сразу для всех поясов за один ход транспортирующей самоходной кран-балки 3, несущей траверсы с магнитными или вакуумными захватами. Для этого контейнеры 1 с листами разных поясов располагают как можно ближе друг другу, с тем, чтобы сократить последующее поперечное перемещение листов при сборке. Шаговое перемещение ранее собранной части полотнища механизм сворачивания задает достаточно грубо. Для того, чтобы кромка полотнища 5 оказалась над медной подкладкой 8, всю систему верхних ферм 7 с клавишными зажимами 6 и нижней фермой, несущей медную подкладку 8, приходится перемещать до совмещения оси прокладки с положением кромки полотнища.

Рис. 5 Схема расположения механизмов, обеспечивающих сборку секции и сварку поперечного шва

Поданные на место сборки листы с помощью толкателя 9 надо сдвинуть в продольном направлении до упора в кромку ранее собранного полотнища 5, прижатую клавишными прижимами 6 к медной подкладке 8.

Продольная подача листов должна предшествовать поперечной для предотвращения образования нахлестки. Когда короткие кромки листов окажутся под улавливателями 2 и 4, ограничивающими их поднятие над настилом, можно совершать подачу и в поперечном направлении. Последовательность перемещений листов показана на рис.6.

Рис. 6 Схема механизированной сборки крупногабаритных полотнищ без прихваток

а – листы секции перед сборкой; б – сборка секции; в – сборка секции с полотнищем;

1 – контейнеры с листами; 2 – продольный толкатель; 3 – листы; 4, 7 - поперечные толкатели; 5 – верхняя часть продольной тележки; 6 – полотнище; 8 – ограничители вертикального перемещения листов.

Стрелками показано направление перемещения полотнища

Боковые толкатели 4 и 7 сдвигают листы в поперечном направлении до упора друг в друга (рис.6, б). Один из толкателей имеет ограниченный ход до упора, что необходимо для фиксации положения нижней кромки листов, второй переставляется по количеству собираемых листов, т.е. в зависимости от ширины полотнища. При дальнейшем продольном продвижении листов (рис.6, в) подвижная балка заднего толкателя 2 обеспечивает перемещение секции к ранее сваренному участку полотнища. После зажатия второй кромки поперечного стыка его сваривают под флюсом. Первая дуга образуется одним электродом, совершающим колебания поперек стыка, вторая дуга – двумя расщепленными электродами. Сварку ведут в направлении от более толстых листов ктонким, изменяя режим отключением одной из дуг при непрерывном движении аппарата по всей длине стыка. За время сборки и сварки поперечного стыка одновременно сваривают все продольные швы. Для этого подвижную балку, несущую направляющие двух сварочных головок и зажимные устройства, последовательно устанавливают над каждой парой продольных швов, прижимают кромки к медной подкладке и осуществляют сварку. На нижнем ярусе сварка стыков с обратной стороны выполняется в той же последовательности, но без прижимных устройств.

Монтаж вертикальных цилиндрических резервуаров из рулонированных элементов выполняют следующим образом. Рулон элементов днища укладывают на подготовленное основание резервуара и раскатывают в последовательности, определяемой расположением элементов в рулоне. Выполняют односторонние нахлесточные соединения полотнищ между собой сварочным трактором под слоем флюса. Затем у края днища на подкладной лист (для лучшего скольжения рулона по днищу при разворачивании) ставят рулон боковой стенки резервуара. Рулон разворачивают лебедкой или трактором с помощью троса. По мере разворота нижняя кромка рулона прижимается к упорам 4 (рис.7) и прихватывается, крепление троса (детали 1, 2, 3) переставляется.

Рис. 7 Крепление троса на рулоне при его разворачивании

Верхнюю кромку развернутой части боковой стенки закрепляют установкой элементов щитовой кровли или (в резервуарах с плавающей крышей) расчалками и последующим монтажом кольцевой площадки. После этого заваривают монтажный стык боковой стенки. Так как кольцевой шов, соединяющий боковую стенку с днищем, выполняется при полностью заваренном днище, то возможно вспучивание днища вследствие потери устойчивости. При изготовлении резервуаров большой вместимости (10 000 м³ и более) для предотвращения таких деформаций в виде рулона можно изготовлять только центральную часть днища 1, 2, 3, а окрайки 4 сваривать между собой при монтаже из отдельных листов, присоединяя их к днищу на прихватках (рис 8, а). После завершения установки, разворачивания и приварки боковой стенки к окрайкам эти прихватки удаляют, хлопуны выправляют путем сдвига листов в нахлестке и только тогда швы между центральной частью днища и окрайками заваривают окончательно. Недостатком подобного раскроя днищ является большая длина монтажных швов и увеличение числа монтажных элементов. Лучше применять раскрой днищ, показанный на рис.8, б, где утолщенные окрайки 5 привариваются на заводе при изготовлении полотнища.

Рис. 8 Схема раскроя днищ резервуара вместимостью 10 000 м³

а – с отдельными сегментами; б – с окрайками, приваренными на заводе