10MW高温堆蒸汽发生器螺旋盘管绕制工艺研究

2018-05-21姚军

时代农机 2018年2期

姚军

（四川建筑职业技术学院机械工程系，四川德阳 618000）

10MW高温堆蒸发器螺旋管圈与常规的锅炉产品水冷壁管圈相比，在结构上有较大的差别。螺旋管圈与其轴线方向呈一定螺旋倾角，它由多根管子在绕机上绕制而成，并有很高的圆柱度要求。管圈直径有多档规格，每档管圈的直径有公差要求。不同规格的螺旋管圈制作完后还需套装在一起或由多个小管屏经组合拼屏处理后才能完成；由于绕机的床身沿芯模轴线方向的移动重复性较差，造成产品尺寸偏差，在后一屏镶入前一屏时，产生干涉或间隙较大，导致无法拼屏；在管子接长和拼小管屏的过程中，小管屏在局部会产生旁弯和变形，如果旁弯和变形过大，在两个小管屏相互镶入的时候，导致镶入困难或无法镶入。这些现象的存在已严重影响了螺旋管圈的质量与生产效率，文章给出了解决方案并取得了成功。

1 绕机的基本结构与工作原理

1.1 绕机的基本结构及类型

绕机是一种专门用来绕制螺旋盘管的设备，其基本结构由送料机构、床身、芯模和导轨等组成。

芯模为光模，根据直径大小分成2～3个部分，床身可以沿着圆弧导轨旋转，并且可以同时顺着模具轴线方向移动。芯模的各个部分通过销子连接成一个刚性整体。

送料机构可以同时输送由两个管子构成的二管屏、三个管子构成的三管屏，现有绕机送料机构有6个送料管槽，最多可以同时输送6根管子，即六管屏。将低于管槽数的管屏称为小管屏或小屏。如图1所示，（a）为二管屏，（b）为六管屏。为了保证每屏各管子在盘管过程中运动的同步性，将通过扁钢点焊方式将各管子连接一个整体，形成一个固定屏。

目前，绕机有两种类型，一种是床身不动，送料机构可以旋转一定角度，另一种为送料机构固定不动，床身可以沿导轨旋转并与送料机构形成一定角度，下面选用的是后一类绕机。

图1 管屏

1.2 绕机的工作原理

针对送料机构固定不动的绕机，其工作原理如图2所示，床身沿轨道旋转，初始状态时，床身与送料机构呈90°，工作状态时床身与送料机构呈α角度，被称为计算偏角。

图2 绕机的组成与工作原理

绕机工作时，由管子构成的管屏通过送料机构送入绕机并与模具固定好，芯模绕自身轴线旋转一圈，被称为自转运动；同时，床身按照一定速度（模具固定在床身上）沿芯模轴线向前运动一个步距H；管屏通过这两个复合运动的叠加形成螺旋运动，完成了螺旋管圈的绕制。

1.3 主要参数计算

上述两个运动关系如图3所示。通常，螺旋管圈的节距数n、步距B、管屏中径φ等参数均为已知，其它参数计算如下：

图3 计算偏角α与步距H

计算偏角α：

可以求出α，再带入（2）式：

可以求出H。

式中：α为计算偏角（°）；H为步距（mm）；n为节距数；φ为管屏中径（mm）；B为节距（mm）。

2 螺旋管圈的规格与组合拼屏处理

2.1 螺旋管圈的规格

需要制作的螺旋管圈直径规格共有6挡，分别为：φ1049 mm、φ1237mm、φ1425mm、φ1613mm、φ1801mmφ1989mm。

管子规格均为φ48.3×8000mm，管圈由8～18根管子绕成。

2.2 螺旋管圈的组合拼屏处理

因送料机构最大只能输送六管屏，若是十二管屏构成的螺旋管圈，需分成两个六管屏的组合拼屏处理；十六管屏则需分为两个六管屏、一个四管屏的组合拼屏或者是三个四管屏的组合或者是四个三管屏的组合拼屏处理等等。

组合过程中是将第一管屏绕制后，依次镶入第二管屏、第三管屏等等。最后通过焊接工艺即“焊接拼屏”组成所需规格的管圈。

为了减少组合拼屏过程中的焊接工作量，分屏时尽量取送料机构最大输送管屏。当然，这也受到绕机功率、管子直径与管子力学性能的限制。

3 螺旋管圈绕制

以φ1237mm规格的管圈为例，十二管屏，产品重8.8t，螺旋管圈展开长度约41.5m。由于受到绕机能力、车间作业场地的限制，无法将管子和管子之间的扁钢全部焊妥后一次性绕制，基于这点，应该采用组合拼屏的方式绕制。

3.1 绕制前的准备

为了防止管子在接长及拼屏过程中，小管屏局部旁弯和变形，绕制前需对管屏进行局部热校正，以保证直线度，常采用火焰校正，具体方法是：根据管屏的宽度，在装焊平台上画样线，沿一边样线在平台上每隔1000mm点焊定位块，将管屏一边靠在定位块上，另一边离样线一定距离对称点焊定位块，在管屏与定位块之间打入楔铁；同时在高度方向，在两根直立槽钢之间插入另一槽钢，同样用楔铁楔紧，固定住管屏。用火焰烤枪在弯曲部分进行局部加热，待冷却后，校正管屏。这种校正方式校正效果显著，操作相对简单。

3.2 关键参数的保证

超过管槽数的大管屏往往是由多个小管屏拼成的。每个小管屏相对于模具轴线的计算偏角α必须保持一致，且步距H（即对应的节距B）保持定值，这样才能保持绕制过程中实现同步运动。否则，后一屏会与前一屏产生干涉，因此α、H这两个值成为螺旋管圈制造过程中的关键因素。

（1）计算偏角α的保证措施。为了保证计算偏角α，首先根据管屏中径φ确定模具直径，具体工艺方案是：先在模具上将圆周16等分，平行轴线在模具上画出16条等分线，根据图纸上给出的管屏尺寸，找出管屏轮廓线与等分线的交点，并打洋冲眼，连接各洋冲眼点，就可以画出产品的近似样线（螺旋线）。沿第一小管屏样线。在交点处均匀点焊定位块，即通过“近似样线点焊定位块”保证计算偏角α，如图4所示。