U型管推弯弯管反弹动态补偿的研究

2015-12-28王志健

钢管 2015年6期

王志健，王奎

（常州常宝精特能源管材有限公司，江苏常州 213200）

超（超）临界火电机组的参数决定着火力发电机组的效率，参数越高，机组效率越高。高机组参数不仅可以节约大量的一次能源，还可以大量减少SOx、NOx、CO2的排放，减少污染［1-6］。然而，随着火力发电机组参数的提高，高加换热器的体积越来越大，每台换热器所用的高压给水加热器用U型管（简称U型管）数量也越来越多，受制于高压给水加热器体积和成本的要求，U型管在组装过程中的密集程度也越来越高［7］。在提高密集程度之后，同时要保证在安装和实际运行过程中U型管不接触，这样就提高了对弯管弯曲半径的要求［8］。

国内传统的弯管方式是采用与待弯制的U型管弯曲半径大小一致的弯管模具来控制每一个U型管弯曲半径的精度。这样的解决方案，就是需要针对所有的弯曲半径，包括不同直径的钢管逐一选择弯管模具，成本较高，同时在实际生产过程中，需要不断地更换模具，生产效率较低。经过理论分析和试验测试研究，常州常宝精特能源管材有限公司成功开发了U型管推弯弯管反弹动态补偿技术。本文主要介绍该反弹动态补偿技术。

1 推弯弯管的设计

U型管的各种技术要求高，尤其在高参数的高加换热器中，数量较多，安装密集，对弯曲半径的尺寸要求较高，需要避免在密集的U型管安装过程中，由于弯曲半径的偏差导致相邻U型管的意外接触，造成运行过程中因局部过热而发生损坏［9］。传统的模弯需要按照U型管的管径及每一个弯曲半径制作一个弯管模具［10］，其生产成本较高、生产效率较低；同时，模弯大大增加了弯管模具对钢管造成的擦伤、压痕等损伤风险。而采用推弯的方式，则很好地避免了上述问题。

通过推弯生产的U型管，由于弯曲半径中心线是很难测量的位置，所以采用间接测量，用U型管弯曲半径减去钢管直径的1/2做成半圆靠模，利用塞尺测量弯管内侧与固定半圆靠模之间的缝隙测量U型管弯曲半径的实际偏差值。ASME SA 556/SA 556M—2007《给水加热器用无缝冷拔碳钢管》标准第9.6条规定：“U型管弯曲部分的曲率应基本均匀，且不超过中心线公称弯曲半径的±1.5 mm”［11］。Φ16 mm×2 mm 直管采用推弯方式弯制不同弯曲半径U型管时，实测弯曲半径45°、90°、135°位置的弯曲半径偏差值，其具体结果见表1。

表1 不同弯曲半径U型管的弯曲曲率偏差值mm

从表1可以看出：在弯管终了部分，由于钢管反弹导致该处的弯曲曲率偏差较大。如果在弯曲的过程中，通过对整个推弯过程中不同的反弹位置进行动态补偿，即通过一个在线监测装置，监测出通过推弯压轮过后钢管反弹的角度变化来调整压轮的位置（由弯管机电脑控制位移即可），从而实时调整推弯的弯曲曲率。

2 推弯反弹分析及动态补偿

2.1 推弯反弹分析

传统模弯模式采用固定弯曲半径的模具，该模具的尺寸为弯曲半径减去钢管直径的1/2做成，理论上是弯制成U型管之后，不存在弯曲半径小于名义弯曲半径的情况，反弹也相对较小。但这种弯管模式的成本高（每个不同弯曲半径均需要制作一个特定规格的模具），效率低（不同弯曲半径生产时，需要更换弯管模具）。而推弯模式的优点是：一套模具通过程序调整控制，可弯制一系列弯曲半径的弯管，避免了传统模弯模式需要不停更换模具的缺点。

采用推弯，即采用一组滚轮推送钢管，不在同一直线上的两个压轮，其中一个按照与推送滚轮之间的夹角，在空间形成一个半圆弧，另外一个压轮由弯管机程序控制按弯曲半径的弧线向前推进，即成U型，推弯弯管反弹点（A点）如图1所示。

图1 推弯弯管反弹点（A点）示意

2.2 推弯反弹动态补偿的实现

在推弯时，根据反弹情况进行补偿。即采用一个绕推弯主推轮轴的检测轮，其工作时通过弹簧、气缸或其他装置轻靠在被主推轮推弯的管子上，检测弯管在出推弯轮后呈反弹状态的角度；将检测结果与合格U型管角度比较，求出差值反馈给控制系统，并由控制系统计算出主推轮推进量补偿值，由伺服电机或液压驱动对主推轮推进量作补偿操作，修正U型管弯管的曲率，从而达到提高U型管弯管弯曲半径精度的目的。

动态补偿结构如图2所示。图2中检测靠轮实时检测U型管的反弹距离，并将检测反弹的距离实时地传输给编码器，通过编码器反馈给弯管机调整主推轮推进量进行推弯角度的调整。

图2中的编码器采用光电或其他感应器检测反弹参数，通过系统的对比、计算，并将主推轮的推进修改参数送驱动设备，微调主推轮的推进量。感应检测器位置如图3所示。在实际推弯弯管过程中，弯曲半径变化与检测出的角度变化的关系如图4所示。