新型鈦盤管裝置的研制及試用結(jié)果分析

雷忠榮，付維軍

(西安優(yōu)耐特容器制造有限公司，陜西 西安 710201)

1 前言

化工行業(yè)一直是中國(guó)用鈦的第一大領(lǐng)域，其用鈦量占全國(guó)各行業(yè)用鈦總量的53%。而在用鈦的各種化工設(shè)備中換熱器使用最多，用鈦量占整個(gè)化工行業(yè)用鈦量的一半還多。換熱器最主要的參數(shù)之一是換熱面積，為了增大換熱器的換熱面積，提高換熱效率，常常采用盤管來(lái)制作換熱器。盤管換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、換熱效率高，得到了廣泛使用［1］。將原有換熱管更換成盤管后，其換熱效果明顯提高。換熱器用的盤管是用鈦管制作的。由于鈦屬于稀有金屬，價(jià)格較銅和不銹鋼等要貴許多，因此制作鈦盤管時(shí)，不但要保證外觀尺寸符合要求，還要控制管材盤制過(guò)程中的廢品率，提高鈦材的利用率。鈦管的盤制需要借助特定的盤管裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。此前，西安優(yōu)耐特容器制造有限公司使用的旋轉(zhuǎn)胎具盤管制作裝置制作鈦管盤時(shí)，易產(chǎn)生許多缺陷，成品率低，材料的利用率也低。本試驗(yàn)根據(jù)三輥卷板機(jī)的工作原理設(shè)計(jì)研制了一種新型鈦管盤制裝置，克服了旋轉(zhuǎn)胎具盤管所造成的缺陷，大大提高了鈦材的利用率。

2 裝置設(shè)計(jì)與制作

以φ38 mm×2 mm的鈦管制作直徑為1000 mm的鈦盤管為例，分析了旋轉(zhuǎn)胎具盤制鈦管時(shí)的問題所在，設(shè)計(jì)制作了新的鈦管盤制裝置。

旋轉(zhuǎn)胎具盤管裝置由圓筒胎具、立柱、帶槽的滑輪、減速機(jī)等主要零部件組成［2－4］。旋轉(zhuǎn)胎具盤管裝置的示意圖如圖1所示。在圓筒胎具的適當(dāng)位置焊一卡具，在距離圓筒胎具500 mm處焊有一根φ36 mm的立柱，將輪面帶槽的滑輪套在立柱上，將管子的一端卡在圓筒胎具的卡子上。其工作原理是:將鈦管鑲?cè)牖喛ú郏喯蛐D(zhuǎn)胎具輸送鈦管，圓筒胎具直徑由最終換熱器的盤圓直徑以及鈦管的回彈量確定;胎具旋轉(zhuǎn)速度由Y132S－82.2kW減速機(jī)控制，開動(dòng)減速機(jī)即可進(jìn)行盤管。

圖1 旋轉(zhuǎn)胎具盤管裝置Fig.1 Positioner rotation coiler device

該裝置被用于許多材質(zhì)管材的盤制［5］，但用于鈦管盤制成形時(shí)易起皺、變形，特別是管子焊接處經(jīng)過(guò)滑輪時(shí)易被拉裂。因此，為了克服旋轉(zhuǎn)胎具盤管裝置盤制鈦管時(shí)的許多不足，根據(jù)三輥卷板機(jī)原理設(shè)計(jì)了三輥盤管裝置，其裝置示意圖如圖2所示。為了簡(jiǎn)化盤管裝置的制作過(guò)程，選購(gòu)了型號(hào)為W11－6－100的三輥卷板機(jī)，對(duì)其進(jìn)行改制。將三個(gè)輥?zhàn)拥挠叶硕忌斐靓?6 mm的車光軸，下面兩輥均銑有鍵槽。加工三個(gè)φ200/50 mm的滑輪，輪面上均加工R=19 mm的槽，將一個(gè)滑輪套在上輥端部，另外兩個(gè)滑輪套在兩個(gè)下輥上，用鍵(選用鍵B10/40GB 1096—79)鎖死，依靠下輥推動(dòng)輸送鈦管，通過(guò)上輥上下浮動(dòng)調(diào)節(jié)管子曲率來(lái)保證盤管的圓盤直徑。

圖2 三輥盤管裝置Fig.2 Three roller coiling device

3 鈦盤管裝置試用結(jié)果分析

3.1 兩種盤管裝置制作的鈦盤管整體尺寸誤差對(duì)比

采用圖1所示的旋轉(zhuǎn)胎具盤管裝置盤制鈦管時(shí)，鈦管既有塑性彎曲，還有彈性彎曲，管子始終處于一種受拉狀態(tài)，因此容易將管材在焊接處拉裂。另外鈦管材回彈量很大，而回彈量的準(zhǔn)確計(jì)算比較復(fù)雜且難度較大，導(dǎo)致胎具尺寸不易控制，從而造成盤管的整體誤差較大。采用圖2所示的三輥盤管裝置盤制鈦管時(shí)，管子通過(guò)滑輪處于自由狀態(tài)，幾乎沒有回彈，因此可以利用樣板來(lái)檢查曲率是否滿足尺寸要求，這樣得到盤管盤圓誤差較小。采用兩種盤管裝置制作的直徑1000 mm鈦盤管尺寸精度對(duì)比列于表1。從表1所列試驗(yàn)結(jié)果可知，使用旋轉(zhuǎn)胎具盤管裝置制作的盤管尺寸偏差為+11～－10 mm，而采用三輥盤管裝置制作的鈦盤管直徑偏差可以控制在 +4～－3 mm之間。

表1 兩種盤管裝置制作的直徑1000 mm鈦盤管尺寸精度對(duì)比Table 1 Comparaion on dimentional precision of titanium tubes manufactured by two devices

3.2 外表面質(zhì)量對(duì)比

采用旋轉(zhuǎn)胎具裝置進(jìn)行鈦管盤制時(shí)，由于鈦管通過(guò)滑輪后過(guò)度角太小，管子在成形時(shí)易起皺、變形，從而導(dǎo)致?lián)Q熱管內(nèi)流體阻力增加，影響換熱效果。另外，管子在對(duì)接焊縫處還容易被拉裂，出現(xiàn)廢品。而采用三輥盤管裝置能夠克服這些缺點(diǎn)，這是因?yàn)楣茏油ㄟ^(guò)滑輪為圓滑過(guò)渡。圖3給出了兩種不同的盤管裝置盤制的鈦換熱器成品照片。

圖3 兩種盤管裝置制作的鈦盤管成品Fig.3 Titanium tubes manufacured by two devices

3.3 經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

3.3.1 金屬鈦的利用率

由于旋轉(zhuǎn)胎具盤管裝置的立柱距胎具軸心有500 mm距離，因此，在鈦管盤制過(guò)程中，頭和尾均會(huì)有超過(guò)500 mm過(guò)渡段，無(wú)法盤制而被切掉。另外，由于旋轉(zhuǎn)胎具盤管裝置自身存在的不足，會(huì)導(dǎo)致對(duì)接焊縫被拉裂而報(bào)廢。因此，金屬鈦的利用率只有80%左右，而采用三輥盤管裝置盤制鈦管無(wú)切頭尾的浪費(fèi)，也無(wú)拉裂對(duì)接焊縫的可能，因此金屬鈦的利用率可以達(dá)到95%，提高了15%。

3.3.2 工裝成本

由于化工設(shè)備本身就是一種非標(biāo)設(shè)備，被盤制的管材直徑不標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)應(yīng)每種盤管的盤圓直徑也不標(biāo)準(zhǔn)，就需要制作相應(yīng)尺寸的旋轉(zhuǎn)胎具，旋轉(zhuǎn)胎具盤管裝置耗材耗時(shí)都相對(duì)較高。而三輥盤管裝置不需準(zhǔn)備大量的胎具，管材的直徑變化時(shí)只需更換滑輪就可以了，盤圓直徑則可以通過(guò)升降上輥的高度來(lái)實(shí)現(xiàn)。三輥盤管裝置的制作與旋轉(zhuǎn)胎具盤管裝置相比，不但節(jié)省了大量的制作材料，而且加工周期短。一般旋轉(zhuǎn)胎具盤管裝置所需的胎具直徑小的需幾千元，直徑大的則需幾萬(wàn)元，而三輥盤管裝置胎具價(jià)格往往可以忽略不計(jì)。

4 結(jié)論

(1)三輥盤管裝置使用方便，操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，材料的利用率達(dá)到95%，工裝成本也比旋轉(zhuǎn)胎具盤管裝置低得多。

(2)三輥盤管裝置盤制的鈦管外形美觀，尺寸精度高，避免了旋轉(zhuǎn)胎具盤管裝置起皺、拉裂等現(xiàn)象的發(fā)生。

(3)三輥盤管裝置已在西安優(yōu)耐特容器制造有限公司用于批量化生產(chǎn)，為公司帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］王林征.煉廠設(shè)備制造工藝學(xué)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1992:1－12.

［2］張松，劉靜，趙永剛，等.盤管式冷凝器成形工藝及裝置設(shè)計(jì)［J］.金屬加工，2011(4):39－40.

［3］劉關(guān)強(qiáng)，趙寶洪，郭棟梁.銅合金盤管生產(chǎn)概述［J］.銅加工，2010(1):37－41.

［4］劉永忠.鈦盤管換熱器制作模具尺寸確定［J］.壓力容器，2008(11):53－55.

［5］黃欣.在水解鍋內(nèi)使用鈦盤管［J］.醫(yī)藥設(shè)計(jì)，1983(1):43－44.