УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАВИВКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ В ЗМЕЕВИК

Полезная модель относится к области машиностроения и, в частности, к устройствам для механической обработки труб давлением и может быть использовано при навивке теплообменных труб для атомных электростанций, газовой, нефтяной и химической промышленности, а именно змеевиков теплообменных аппаратов проекта БРЕСТ-ОД-300 и испарителей для сепарации сжиженных газов в змеевик с заданными параметрами (диаметром и шагом навивки).
В конструкциях атомных энергоустановок широко применяются плотноупакованные теплообменные аппараты, где главной проблемой является невысокая равномерность и плотность навивки.
Известны приспособления для гибки труб и специальные трубогибочные машины с неподвижной оправкой ложкообразной формы или штампах (Справочник по холодной штамповке. Под ред. Романовского, изд. шестое. - Л.: Машиностроение, 1979, с. 76-77, рис. 74а, б, в, г).
Основным недостатком известных приспособлений и устройств для гибки труб является то, что при изгибе образуются дефекты поперечного сечения трубы, такие как: овальность, утонение (утолщение) стенки труб, волнистость (гофры) на внутреннем обводе гнутых участков труб. Согласно правилам устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок ПНАЭ Г-7-008-89 (ред. от 14.08.2006 г.) на деталях трубопроводов группы В овальность не должна превышать 8%, утонение (утолщение) стенки труб должно удовлетворять требованиям чертежей и технических условий на изделие, волнистость (гофры) на внутреннем обводе гнутых участков труб не должна превышать норм, установленных чертежами и техническими условиями на изделие.
Актуальность предлагаемого устройства навивки металлических труб в змеевик вызвана практикой эксплуатации, а именно тем, что все известные приспособления устройства и установки для гибки металлических труб и, тем более, навивки металлических труб в змеевики имеют явный недостаток, заключающийся в том, что при гибке или навивке металлических, особенно тонкостенных труб или труб из легкодеформируемых металлов и сплавов, происходит деформация трубы вообще и главное - деформация поперечного сечения.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному решению является устройство для навивки металлических труб в змеевик, которое снабжено тремя ручьевыми роликами, расположенными на поворотной платформе, причем два ролика, расположены снизу, а верхний одноручьевой направляющий ролик помещен сверху по отношению к навиваемой трубе (фото 1, проспект АО «Атомэнергомаш», стр. 16, фото «Теплообменник "витой" со спирально-изогнутыми трубами»; фото 2, от 11.02.2019 г.).
Главным недостатком данного устройства является то, что навивка труб на токарном станке происходит с отклонением от радиуса кривизны и с образованием складок на внутренней поверхности трубы, что приводит к браку и потере качества навитой трубы.
Технической проблемой предлагаемой полезной модели является осуществление возможности качественной навивки металлических труб в змеевик с заданными параметрами за счет исключения деформации их поперечного сечения.
Указанная проблема решается за счет того, что устройство для навивки металлических труб в змеевик, включает установленные на центральных валах три одинаковые по диаметру одноручьевые направляющие ролика в корпусе установленном на поворотной планшайбе, два из которых контактируют с нижней частью теплообменной трубы, а верхний одноручьевой направляющий ролик контактирует с верхней частью теплообменной трубы, перед роликами на высоте, равной диаметру ролика, установлен кронштейн с приваренным отрезком направляющей трубы, внутри которой запрессована съемная втулка из полимерного материала, причем верхний одноручьевой направляющий ролик является прижимным, создающим сжимающий момент сил на трубу, равный 270-290 Нм, посредством двух болтов, расположенных снизу от вала верхнего одноручьевого направляющего ролика, и верхнего регулировочного рым-болта с двумя пружинами, расположенными на упомянутом рым-болте выше и ниже вала верхнего одноручьевого направляющего ролика, причем верхний одноручьевой направляющий ролик выполнен откидывающимся влево относительно движения теплообменной трубы.
Отношение внутреннего диаметра съемной полимерной втулки и номинального диаметра навиваемой трубы равно 1,12:1,15.
Длина направляющей трубки равна трем номинальным диаметрам теплообменной трубы.
В качестве материала сменной втулки применяют полимерный материал с коэффициентом трения скольжения не выше 0,2.
Такая конфигурация расположения отрезка направляющей трубы и усилие прижимного ролика задает направление движения теплообменной трубы при прохождении через направляющую трубку. При устранении искривлений теплообменной трубы, минимизируется поперечная деформация теплообменной трубы и отклонение витков трубы при навивке, тем самым обеспечивается возможность плотной качественной навивки металлических труб в змеевик.
Кроме того, конструкция откидывающегося верхнего ролика, оснащенного регулировочным рым-болтом с двумя пружинами, обеспечивает оперативное и точное регулирование прижимного усилия, а также компенсацию колебаний теплообменной трубы при ее прохождении через ролики, что позволяет устранить малейшие деформации трубы при протягивании в устройстве. Это особенно актуально для тонкостенных труб и труб из легкодеформируемых металлов и сплавов. Это происходит за счет того, что создается выпрямляющее по отношению к трубе усилие величиной 270-290 Нм, и это не создает дополнительных изгибающих напряжений на теплообменной трубе, тем самым обеспечивается возможность качественной навивки металлических труб в змеевик.
При отношении внутреннего диаметра полимерной вкладки и навиваемой трубы равной 1,12:1,15 экспериментально установлено, что создается необходимый минимальный зазор для прохождения теплообменной трубы через съемной полимерную втулку, тем самым обеспечивается возможность качественной навивки металлических труб в змеевик.
Длина направляющей трубки равна трем номинальным диаметрам теплообменной трубы, что требуется для плавного прохождения теплообменной трубы без ее коробления.
Применение в качестве материала съемной втулки ролика полимерного материал с коэффициентом трения скольжения не выше 0,2 позволяет исключить возможные повреждения при движении трубы по всей ее внешней поверхности.
В результате применения данного устройства получаются качественные изделия - без внутренних сжимающих и растягивающих напряжений и макроотклонений геометрии змеевика, что подтверждается визуально-измерительным контролем, гидравлическими и пневматическими испытаниями.
Полезная модель иллюстрируется чертежами фиг. 1, фиг. 2 Устройство (фиг. 1) устанавливается на планшайбе 4 для возможности регулирования угла подачи трубы 6. Устройство для направления теплообменных труб имеет два нижних направляющих ролика 2 и один верхний одноручьевой направляющий ролик 1, служащий одновременно для создания прижимающего усилия на трубу 6 с помощью двух болтов 3. Верхний одноручьевой направляющий ролик 1 закреплен с одного конца на оси 8, ас другого конца фиксируется при помощи верхнего регулировочного рым-болта 9 с пружиной 10 и пружиной 11 (фиг. 2).
Направляющая втулка 5 трубы 6 имеет съемную втулку из полимерного материала 7 для правильного захода трубы 6 в ручей.
Устройство работает следующим образом:
Вал 12, на котором вращается верхний одноручьевой направляющий ролик 1, откидывается, поворачиваясь вокруг оси 8 влево по отношению к направлению движения теплообменной трубы. Труба 6 подается через сменную направляющую втулку 5 в ручей между роликами 1 и 2. Вал 12 поворачивается и одноручьевой направляющий ролик 1 опускается на трубу 6. Расчет величины изгибающего момента, при котором в сечении трубы пластического шарнира (т.е. достижения напряжениями в трубе значения предела текучести по всему сечению трубы) значение изгибающего момента в рассматриваемом сечении трубы определяется по формуле:
где
D - наружный диаметр теплообменной трубы;
d - внутренний диаметр теплообменной трубы;
p0,2
R - среднее значение предела текучести материала теплообменной трубы;
-7
6
М=6,84⋅10⋅383⋅10=262 Нм.
В предположении, что изгибающий момент для образования в изгибаемом сечении трубы пластического шарнира с учетом упрочнения изменится пропорционально увеличению максимального напряжения в изгибаемом сечении трубы, момент определяется по формуле:
1
мax
p0,2
М=М⋅σ/R=262⋅396/383=271 Нм, где
max
σ - напряжения в трубе после ее гибки;
p0,2
R - среднее значение предела текучести материала теплообменной трубы.
Далее труба 6 закрепляется на навиваемом теплообменном аппарате. На устройстве для направления теплообменных труб выставляется указанное выше значение момента при помощи закручивания динамометрическим ключом прижимных болтов 3. Далее значение момента прецизионно настраивается при помощи верхнего регулировочного рым-болта 9 с пружиной 10. Затем труба наматывается в змеевик за счет согласованного вращения шпинделя и хода суппорта станка. В качестве материала съемной полимерной втулки используют полистирол или фторопласт.
Процесс навивки змеевика повторяется до получения заданных параметров.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получать плотноупакованные пучки труб с различными диаметрами при исключении их деформации и коробления, т.е. качество получаемых изделий существенно повышается.
Применение данной полезной модели позволяет при навивке труб уменьшить персонал на одного оператора.
Кроме того, данное устройство позволяет получать змеевики из труб толщиной до 25 мм.