1、前言

化工行業(yè)一直是中國用鈦的第一大領(lǐng)域，其用鈦量占全國各行業(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。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×2mm的鈦管制作直徑為1000mm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。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φ36mm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)嘶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址確定； 胎具旋轉(zhuǎn)速度由Yl 32S-82.2 kW 減速機(jī)控制， 開動(dòng)減速機(jī)即可進(jìn)行盤管。

該裝置被用于許多材質(zhì)管材的盤制， 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)三棍卷板機(jī)原理設(shè)計(jì)了三棍盤管裝置， 其裝置示意圖 如圖 2 所示。為了簡(jiǎn)化盤管裝儀的制作過程， 選購了型號(hào)為W11-6-100的三棍卷板機(jī)， 對(duì)其進(jìn)行改制。將三個(gè) 棍子的右端都伸出φ36 mm的車光軸，下面兩棍均銑有鍵梢。加工三個(gè)φ200/50mm的滑輪， 輪 面上均加工R=19mm的槽， 將一個(gè)滑輪套在上棍端部，另外兩個(gè)滑輪套在兩個(gè)下棍上， 用 鍵（選用鍵 B10/40GB 1096—79 ) 鎖死， 依靠下輻推動(dòng)輸送鈦管， 通過上棍上下浮動(dòng)調(diào)節(jié)管子曲率來保證盤管的圓盤直徑。

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 所示的三棍盤管裝置盤制鈦管時(shí)， 管子通過滑輪處于自由狀態(tài)，幾乎沒有回彈， 因此可以利用樣板來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1000mm鈦盤管尺寸粘度對(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眢尺寸偏差為+11~-10mm,而采用三棍盤忤裝 置制 作的鈦 盤管直徑偏差可 以控制在+4~-3mm之間。

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) ， 由于鈦管通過滑輪后過度角太小，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 三棍盤符裝詈能夠克服這些缺點(diǎn)，這是因?yàn)楣茏油ㄟ^滑輪為圓滑過渡。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。

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500mm距離，因此，在鈦管盤制過程中，頭和尾均會(huì)有超過500mm過渡段，無法盤制而被切掉。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切頭尾的浪費(fèi)，也無拉裂對(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

由于化丁設(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升降上輥的高度來實(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)，為公司帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

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