鍋爐集箱小口徑成排管接頭內(nèi)脹式水壓堵頭裝置結(jié)構(gòu)研究

周 健

（安徽海螺川崎節(jié)能設(shè)備制造有限公司，安徽蕪湖 241000）

隨著市場化的競爭、企業(yè)成本管控及產(chǎn)品交貨期要求日趨嚴(yán)峻，鍋爐作為國家強(qiáng)制要求的特種設(shè)備，受國家法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及地方監(jiān)督部門監(jiān)管，在鍋爐結(jié)構(gòu)上必須按要求執(zhí)行，如何在鍋爐制造企業(yè)做好降本增效尤為重要。公司積極投入從源頭鍋爐結(jié)構(gòu)入手，優(yōu)化生產(chǎn)工藝、工裝，通過現(xiàn)場操作人員反饋，目前鍋爐集箱水壓試驗(yàn)時管接頭封堵以及水壓后拆除，工作時間長、勞動強(qiáng)度大。本文為解決以上問題提高鍋爐集箱工廠水壓試驗(yàn)時效率，減少工人勞動強(qiáng)度，提出一種新型水壓試驗(yàn)工裝。

鍋爐產(chǎn)品中集箱最為主要部件，制作時數(shù)量較多，結(jié)構(gòu)為Φ32～60 mm的小口徑成排單管接頭，根據(jù)《鍋爐安全技術(shù)規(guī)程》（TSG 11—2020）和《水管鍋爐》（GB/T 16507—2013）中相關(guān)規(guī)定散件出廠鍋爐的集箱類部件需要在工廠內(nèi)水壓試驗(yàn)合格后方可發(fā)運(yùn)出廠。對于承接的項(xiàng)目較多、交貨期緊的公司，采用傳統(tǒng)的水壓試驗(yàn)工裝材料成本高，制造工序周期長，針對工作壓力不大于3.8 MPa的余熱鍋爐的特點(diǎn)，對鍋爐集箱小口徑管接頭的水壓試驗(yàn)工裝進(jìn)行一系列改進(jìn)。

1 傳統(tǒng)水壓試驗(yàn)工裝的結(jié)構(gòu)及其缺點(diǎn)

作為鍋爐的一個組成部分集箱，是匯集、混合、分配水及蒸汽的重要部件，其作用顯著，制造廠在制作完成后需要做水壓試驗(yàn)，對其進(jìn)行質(zhì)量檢測，目前國內(nèi)大多數(shù)鍋爐制造廠家均采用焊接水壓封板的方式對集箱成排管接頭進(jìn)行水壓試驗(yàn)前的封堵。

水壓試驗(yàn)合格結(jié)束后，操作人員采用氣割的方式將多余的管接頭和悶板進(jìn)行切割，按圖紙尺寸對管口位置通過角向磨光機(jī)進(jìn)行打磨，用坡口機(jī)進(jìn)行坡口加工，通過以上工序完成水壓試驗(yàn)。通過統(tǒng)計(jì)及工時計(jì)算，采用這種封堵方式進(jìn)行水壓試驗(yàn)存在缺陷。

（1）單臺鍋爐中集箱數(shù)量一般較多，結(jié)合集箱自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其單根集箱管接頭數(shù)量多管接頭結(jié)構(gòu)形式多樣，空間彎管多，如采用焊接水壓封板的形式人員操作空間受限，封板焊接工作量大。

（2）水壓封板的結(jié)構(gòu)、型式、厚度均要符合《水管鍋爐》（GB/T 16507—2013）標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)要求進(jìn)行計(jì)算校核。

（3）水壓試驗(yàn)合格后需要安排操作人員按圖紙尺寸將管接頭余量及水壓封板切除，焊接水壓封板的利用率只有一次，造成管接頭和封板的材料浪費(fèi)。

（4）據(jù)統(tǒng)計(jì)，一根規(guī)格Φ219集箱，管接頭數(shù)量為60個，水壓試驗(yàn)準(zhǔn)備到水壓合格耗時約2 d，水壓周期長，工作效率低。

焊接水壓封板如圖1所示，水壓封板安裝如圖2所示。

圖1 焊接水壓封板

圖2 水壓封板安裝

2 改進(jìn)后的水壓工裝設(shè)計(jì)方案及工作原理

考慮焊接式水壓封板封堵其勞動強(qiáng)度大、工作效率低等缺點(diǎn)，為了有效提高工作效率、降低勞動強(qiáng)度、縮短制造周期、降低制造成本，公司對其設(shè)計(jì)進(jìn)行分析及改進(jìn)。通過對鍋爐集箱結(jié)構(gòu)分析及各項(xiàng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)脹式水壓試驗(yàn)裝置，目前公司鍋爐集箱管接頭水壓試驗(yàn)均采用內(nèi)脹式水壓堵頭裝置進(jìn)行封堵，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全、可多次重復(fù)使用，具有較高的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。該裝置通過調(diào)節(jié)水壓裝置與管接頭內(nèi)壁間的間隙達(dá)到脹緊的目的，起到封堵的作用。

內(nèi)脹式水壓裝置是由拉緊螺桿、固定螺母、橡膠密封圈、塞頭Ⅰ、塞頭Ⅱ、脹筒、墊圈、壓緊螺母八個部件組成。工作原理是集箱水壓試驗(yàn)前，操作人員將內(nèi)脹式水壓裝置先置于集箱管接頭內(nèi)，通過調(diào)節(jié)壓緊螺母，使塞頭向管接頭方向側(cè)擠壓壓緊，塞頭的結(jié)構(gòu)都為錐型，受壓緊螺母的向內(nèi)壓力時會使脹筒（為避免脹筒受力崩壞，采用分體式結(jié)構(gòu)脹筒）受力后向管壁四周脹開，增大堵頭與管壁的摩擦力，彈性橡膠密封圈受螺桿拉力發(fā)生塑性變形向管壁四周擴(kuò)散，填滿管接頭，進(jìn)行水壓試驗(yàn)時，試驗(yàn)水充滿管排內(nèi)部起到封閉水的流向，達(dá)到密封的作用。

內(nèi)脹式水壓裝置如圖3所示，水壓試驗(yàn)如圖4所示，水壓工裝安裝如圖5所示。

圖3 內(nèi)脹式水壓裝置

圖4 安裝后水壓試驗(yàn)

圖5 水壓工裝安裝

3 內(nèi)脹式水壓裝置的優(yōu)點(diǎn)

（1）內(nèi)脹式水壓裝置操作簡單，僅需要松緊螺母，不需要焊接，降低勞動強(qiáng)度。

（2）適用范圍廣，可用于Φ76 mm規(guī)格以下管徑的管接頭，使用時只需要更換相應(yīng)規(guī)格的塞頭和彈性橡膠密封圈即可，不需要全部更換，避免部件重復(fù)加工，提高使用率，降低投入成本。

（3）內(nèi)脹式水壓裝置拆卸方便，縮短水壓試驗(yàn)前后的時間，據(jù)統(tǒng)計(jì)，同樣規(guī)格、管接頭數(shù)量相同的集箱，水壓試驗(yàn)耗時約1 d，是焊接水壓封板耗時的一半，縮短水壓周期，提高工作效率。

（4）內(nèi)脹式水壓裝置在集箱管接頭內(nèi)部進(jìn)行密封水壓試驗(yàn)，不需要管接頭留切割余量，減少管接頭材料用量，降低產(chǎn)品制造成本。

（5）同種規(guī)格的內(nèi)脹式水壓裝置可多臺重復(fù)使用，非一次性，工裝利用率高。

（6）內(nèi)脹式水壓裝置承受水壓可達(dá)10 MPa以上，滿足多種壓力的鍋爐集箱管接頭使用。

4 節(jié)約成本測算分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì)測算，采用原水壓工裝一臺鍋爐焊接水壓堵板的工作時間為2人16 h，采用內(nèi)脹式水壓裝置后工作時間為2人2～3 h完成，人工成本為250 元/（人·d），工作時間為8 h，鋼材噸單價為5 000元/t，年產(chǎn)量為30臺。節(jié)約工作時間、提高工作效率，內(nèi)脹式水壓裝置可多次重復(fù)使用，為公司節(jié)約成本提供依據(jù)。

成本測算如表1所示。

表1 成本測算

5 結(jié)語

綜上所述，鍋爐集箱管接頭內(nèi)脹式水壓試驗(yàn)裝置的使用在產(chǎn)品材料成本、用工成本、工人勞動強(qiáng)度等多個方面具有明顯優(yōu)勢，該裝置的使用可以不需要提前對集箱管接頭進(jìn)行封堵。可在水壓試驗(yàn)前根據(jù)圖紙將管接頭的坡口通過坡口機(jī)或車床加工完成，保證其精度和尺寸要求，優(yōu)化產(chǎn)品制作工藝，在提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面起到重要作用。