10MW高溫堆蒸汽發(fā)生器螺旋盤管繞制工藝研究

姚 軍

（四川建筑職業(yè)技術學院 機械工程系，四川 德陽 618000）

10MW高溫堆蒸發(fā)器螺旋管圈與常規(guī)的鍋爐產品水冷壁管圈相比，在結構上有較大的差別。螺旋管圈與其軸線方向呈一定螺旋傾角，它由多根管子在繞機上繞制而成，并有很高的圓柱度要求。管圈直徑有多檔規(guī)格，每檔管圈的直徑有公差要求。不同規(guī)格的螺旋管圈制作完后還需套裝在一起或由多個小管屏經組合拼屏處理后才能完成；由于繞機的床身沿芯模軸線方向的移動重復性較差，造成產品尺寸偏差，在后一屏鑲入前一屏時，產生干涉或間隙較大，導致無法拼屏；在管子接長和拼小管屏的過程中，小管屏在局部會產生旁彎和變形，如果旁彎和變形過大，在兩個小管屏相互鑲入的時候，導致鑲入困難或無法鑲入。這些現(xiàn)象的存在已嚴重影響了螺旋管圈的質量與生產效率，文章給出了解決方案并取得了成功。

1 繞機的基本結構與工作原理

1.1 繞機的基本結構及類型

繞機是一種專門用來繞制螺旋盤管的設備，其基本結構由送料機構、床身、芯模和導軌等組成。

芯模為光模，根據(jù)直徑大小分成2～3個部分，床身可以沿著圓弧導軌旋轉，并且可以同時順著模具軸線方向移動。芯模的各個部分通過銷子連接成一個剛性整體。

送料機構可以同時輸送由兩個管子構成的二管屏、三個管子構成的三管屏，現(xiàn)有繞機送料機構有6個送料管槽，最多可以同時輸送6根管子，即六管屏。將低于管槽數(shù)的管屏稱為小管屏或小屏。如圖1所示，（a）為二管屏，（b）為六管屏。為了保證每屏各管子在盤管過程中運動的同步性，將通過扁鋼點焊方式將各管子連接一個整體，形成一個固定屏。

目前，繞機有兩種類型，一種是床身不動，送料機構可以旋轉一定角度，另一種為送料機構固定不動，床身可以沿導軌旋轉并與送料機構形成一定角度，下面選用的是后一類繞機。

圖1 管屏

1.2 繞機的工作原理

針對送料機構固定不動的繞機，其工作原理如圖2所示，床身沿軌道旋轉，初始狀態(tài)時，床身與送料機構呈90°，工作狀態(tài)時床身與送料機構呈α角度，被稱為計算偏角。

圖2 繞機的組成與工作原理

繞機工作時，由管子構成的管屏通過送料機構送入繞機并與模具固定好，芯模繞自身軸線旋轉一圈，被稱為自轉運動；同時，床身按照一定速度（模具固定在床身上）沿芯模軸線向前運動一個步距H；管屏通過這兩個復合運動的疊加形成螺旋運動，完成了螺旋管圈的繞制。

1.3 主要參數(shù)計算

上述兩個運動關系如圖3所示。通常，螺旋管圈的節(jié)距數(shù)n、步距B、管屏中徑φ等參數(shù)均為已知，其它參數(shù)計算如下：

圖3 計算偏角α與步距H

計算偏角α：

可以求出α，再帶入（2）式：

可以求出H。

式中：α為計算偏角（°）；H為步距（mm）；n為節(jié)距數(shù)；φ為管屏中徑（mm）；B為節(jié)距（mm）。

2 螺旋管圈的規(guī)格與組合拼屏處理

2.1 螺旋管圈的規(guī)格

需要制作的螺旋管圈直徑規(guī)格共有6擋，分別為：φ1049 mm、φ1237mm、φ1425mm、φ1613mm、φ1801mmφ1989mm。

管子規(guī)格均為φ48.3×8000mm，管圈由8～18根管子繞成。

2.2 螺旋管圈的組合拼屏處理

因送料機構最大只能輸送六管屏，若是十二管屏構成的螺旋管圈，需分成兩個六管屏的組合拼屏處理；十六管屏則需分為兩個六管屏、一個四管屏的組合拼屏或者是三個四管屏的組合或者是四個三管屏的組合拼屏處理等等。

組合過程中是將第一管屏繞制后，依次鑲入第二管屏、第三管屏等等。最后通過焊接工藝即“焊接拼屏”組成所需規(guī)格的管圈。

為了減少組合拼屏過程中的焊接工作量，分屏時盡量取送料機構最大輸送管屏。當然，這也受到繞機功率、管子直徑與管子力學性能的限制。

3 螺旋管圈繞制

以φ1237mm規(guī)格的管圈為例，十二管屏，產品重8.8t，螺旋管圈展開長度約41.5m。由于受到繞機能力、車間作業(yè)場地的限制，無法將管子和管子之間的扁鋼全部焊妥后一次性繞制，基于這點，應該采用組合拼屏的方式繞制。

3.1 繞制前的準備

為了防止管子在接長及拼屏過程中，小管屏局部旁彎和變形，繞制前需對管屏進行局部熱校正，以保證直線度，常采用火焰校正，具體方法是：根據(jù)管屏的寬度，在裝焊平臺上畫樣線，沿一邊樣線在平臺上每隔1000mm點焊定位塊，將管屏一邊靠在定位塊上，另一邊離樣線一定距離對稱點焊定位塊，在管屏與定位塊之間打入楔鐵；同時在高度方向，在兩根直立槽鋼之間插入另一槽鋼，同樣用楔鐵楔緊，固定住管屏。用火焰烤槍在彎曲部分進行局部加熱，待冷卻后，校正管屏。這種校正方式校正效果顯著，操作相對簡單。

3.2 關鍵參數(shù)的保證

超過管槽數(shù)的大管屏往往是由多個小管屏拼成的。每個小管屏相對于模具軸線的計算偏角α必須保持一致，且步距H（即對應的節(jié)距B）保持定值，這樣才能保持繞制過程中實現(xiàn)同步運動。否則，后一屏會與前一屏產生干涉，因此α、H這兩個值成為螺旋管圈制造過程中的關鍵因素。

（1）計算偏角α的保證措施。為了保證計算偏角α，首先根據(jù)管屏中徑φ確定模具直徑，具體工藝方案是：先在模具上將圓周16等分，平行軸線在模具上畫出16條等分線，根據(jù)圖紙上給出的管屏尺寸，找出管屏輪廓線與等分線的交點，并打洋沖眼，連接各洋沖眼點，就可以畫出產品的近似樣線（螺旋線）。沿第一小管屏樣線。在交點處均勻點焊定位塊，即通過“近似樣線點焊定位塊”保證計算偏角α，如圖4所示。

圖4 模具上畫樣線并裝點定位塊

（2）螺旋管圈圓柱度的保證。用行車把管屏抬吊放在料架上，管子放入管槽，前后兩組滾輪架在氣缸壓力下，下降一定距離，將管屏壓緊，加上左右兩組水平滾輪的導向限位作用，對即將進行繞制的管屏進行局部校平，保證管屏前端的平面度。將小管屏前端送入模具，并用槽形板將模具和管屏前端焊牢。

在繞制過程中，芯模旋轉產生的彎矩會產生一個沿管屏長度方向的拉力，帶動管屏向前運動，同時，滾輪架下壓和水平滾輪導向都會對管屏產生反向摩擦力，當摩擦力達到一定值，就可以保證管屏與芯模接觸時，能夠緊貼芯模，從而保證了圓柱度和直徑。

3.3 螺旋管圈的繞制

（1）步距H的保證措施。繞制過程中，為了克服床身移動距離H的偏差，務必保證管屏邊界與模具上所畫樣線吻合，并根據(jù)需要調整步距大小，使管屏緊貼定位塊，同時，在繞制過程中，由于芯模是光模，在軸線方向，定位塊對管圈起一個限位作用，保證了床身按照所給速度沿芯模軸線向前運動的步距H。

（2）繞制第一屏。

（3）調整繞機位置、鑲屏。在彎制完第一屏后，將繞機調整到第二小屏繞制的初始位置，鑲入第二小屏。

（4）焊接拼屏。焊接拼屏如圖5所示。繞制第二小屏時，端部與第一小屏連接處需要焊牢，長度應在600～800mm左右，隨著繞制的進行，每段焊縫長100mm，焊縫與焊縫間距400mm。

圖5 焊接拼屏

（5）繞制第二屏。繞制第二小屏時，需要敲掉處于干涉位置的定位塊，并磨平焊疤，為接下來的脫模做準備。

4 螺旋管圈的脫模

（1）脫模前的準備。當整個螺旋管屏繞制完畢以后，通過補焊焊縫以提高螺旋管圈整體剛度。如果連接位置剛度不足，脫模的時候，管圈會變形甚至導致無法取出。由于已經繞制完畢，可以多個焊工同時進行操作，提高效率。

（2）脫模。繞機芯模是通過可調支撐與主軸連接在一起的，脫模時，要先用千斤頂拆掉連接銷，再打開主軸端蓋，扳擰螺母，帶動主軸沿軸向移動，可調支撐與芯模通過斜槽連接并相對滑動，使得模具直徑縮小。通過轉動脫模轉盤，在行車的配合下，將螺旋管圈放在滾輪架上，用卷揚機將芯模拖出，完成脫模。

（3）脫模后補焊。脫模后，將未焊接的位置進行補焊、精整，φ1237螺旋管圈繞制工作全部結束，其成品如圖6所示。在整個生產過程中沒出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，拼屏變得容易。一個直徑為φ1237mm、十二管屏、重達8.8噸的螺旋管圈，生產時間由最初的8小時縮短至3.5小時，產品檢驗完全合格。

圖6 φ1237螺旋管圈成品

5 存在的問題與改進

除了高溫堆蒸發(fā)器螺旋管圈外，螺旋管圈還有很多種，如圓管曲面盤管、球形曲面盤管、圓管球形曲面盤管等。這些結構、形狀復雜的螺旋盤管，工裝多、工藝復雜、造價昂貴且質量又難盡人意。

如上述方法中，通過“近似樣線點焊定位塊”保證計算偏角α，定位精度不高，說明這種方法存在瑕疵；另外，手動操作千斤頂拆掉連接銷，顯示自動化程度底，勞動強度大。這些還需要通過技術創(chuàng)新不斷進行工藝改進。

6 結語

通過對氣化爐螺旋管圈直徑（圓柱度）、計算偏角和步距等關鍵因素的分析，并以此為基礎確定了制造技術方案，特別是采用火焰校正小管屏旁彎，取得了良好的效果，保證了產品的質量，取得了較大的經濟效益，為同類產品的生產制造積累了經驗。

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