新型鈦盤管裝置的研制及試用結果分析

雷忠榮，付維軍

(西安優耐特容器制造有限公司，陜西 西安 710201)

1 前言

化工行業一直是中國用鈦的第一大領域，其用鈦量占全國各行業用鈦總量的53%。而在用鈦的各種化工設備中換熱器使用最多，用鈦量占整個化工行業用鈦量的一半還多。換熱器最主要的參數之一是換熱面積，為了增大換熱器的換熱面積，提高換熱效率，常常采用盤管來制作換熱器。盤管換熱器結構緊湊、換熱效率高，得到了廣泛使用［1］。將原有換熱管更換成盤管后，其換熱效果明顯提高。換熱器用的盤管是用鈦管制作的。由于鈦屬于稀有金屬，價格較銅和不銹鋼等要貴許多，因此制作鈦盤管時，不但要保證外觀尺寸符合要求，還要控制管材盤制過程中的廢品率，提高鈦材的利用率。鈦管的盤制需要借助特定的盤管裝置來實現。此前，西安優耐特容器制造有限公司使用的旋轉胎具盤管制作裝置制作鈦管盤時，易產生許多缺陷，成品率低，材料的利用率也低。本試驗根據三輥卷板機的工作原理設計研制了一種新型鈦管盤制裝置，克服了旋轉胎具盤管所造成的缺陷，大大提高了鈦材的利用率。

2 裝置設計與制作

以φ38 mm×2 mm的鈦管制作直徑為1000 mm的鈦盤管為例，分析了旋轉胎具盤制鈦管時的問題所在，設計制作了新的鈦管盤制裝置。

旋轉胎具盤管裝置由圓筒胎具、立柱、帶槽的滑輪、減速機等主要零部件組成［2－4］。旋轉胎具盤管裝置的示意圖如圖1所示。在圓筒胎具的適當位置焊一卡具，在距離圓筒胎具500 mm處焊有一根φ36 mm的立柱，將輪面帶槽的滑輪套在立柱上，將管子的一端卡在圓筒胎具的卡子上。其工作原理是:將鈦管鑲入滑輪卡槽，滑輪向旋轉胎具輸送鈦管，圓筒胎具直徑由最終換熱器的盤圓直徑以及鈦管的回彈量確定;胎具旋轉速度由Y132S－82.2kW減速機控制，開動減速機即可進行盤管。

圖1 旋轉胎具盤管裝置Fig.1 Positioner rotation coiler device

該裝置被用于許多材質管材的盤制［5］，但用于鈦管盤制成形時易起皺、變形，特別是管子焊接處經過滑輪時易被拉裂。因此，為了克服旋轉胎具盤管裝置盤制鈦管時的許多不足，根據三輥卷板機原理設計了三輥盤管裝置，其裝置示意圖如圖2所示。為了簡化盤管裝置的制作過程，選購了型號為W11－6－100的三輥卷板機，對其進行改制。將三個輥子的右端都伸出φ36 mm的車光軸，下面兩輥均銑有鍵槽。加工三個φ200/50 mm的滑輪，輪面上均加工R=19 mm的槽，將一個滑輪套在上輥端部，另外兩個滑輪套在兩個下輥上，用鍵(選用鍵B10/40GB 1096—79)鎖死，依靠下輥推動輸送鈦管，通過上輥上下浮動調節管子曲率來保證盤管的圓盤直徑。

圖2 三輥盤管裝置Fig.2 Three roller coiling device

3 鈦盤管裝置試用結果分析

3.1 兩種盤管裝置制作的鈦盤管整體尺寸誤差對比

采用圖1所示的旋轉胎具盤管裝置盤制鈦管時，鈦管既有塑性彎曲，還有彈性彎曲，管子始終處于一種受拉狀態，因此容易將管材在焊接處拉裂。另外鈦管材回彈量很大，而回彈量的準確計算比較復雜且難度較大，導致胎具尺寸不易控制，從而造成盤管的整體誤差較大。采用圖2所示的三輥盤管裝置盤制鈦管時，管子通過滑輪處于自由狀態，幾乎沒有回彈，因此可以利用樣板來檢查曲率是否滿足尺寸要求，這樣得到盤管盤圓誤差較小。采用兩種盤管裝置制作的直徑1000 mm鈦盤管尺寸精度對比列于表1。從表1所列試驗結果可知，使用旋轉胎具盤管裝置制作的盤管尺寸偏差為+11～－10 mm，而采用三輥盤管裝置制作的鈦盤管直徑偏差可以控制在 +4～－3 mm之間。

表1 兩種盤管裝置制作的直徑1000 mm鈦盤管尺寸精度對比Table 1 Comparaion on dimentional precision of titanium tubes manufactured by two devices

3.2 外表面質量對比

采用旋轉胎具裝置進行鈦管盤制時，由于鈦管通過滑輪后過度角太小，管子在成形時易起皺、變形，從而導致換熱管內流體阻力增加，影響換熱效果。另外，管子在對接焊縫處還容易被拉裂，出現廢品。而采用三輥盤管裝置能夠克服這些缺點，這是因為管子通過滑輪為圓滑過渡。圖3給出了兩種不同的盤管裝置盤制的鈦換熱器成品照片。

圖3 兩種盤管裝置制作的鈦盤管成品Fig.3 Titanium tubes manufacured by two devices

3.3 經濟效益對比

3.3.1 金屬鈦的利用率

由于旋轉胎具盤管裝置的立柱距胎具軸心有500 mm距離，因此，在鈦管盤制過程中，頭和尾均會有超過500 mm過渡段，無法盤制而被切掉。另外，由于旋轉胎具盤管裝置自身存在的不足，會導致對接焊縫被拉裂而報廢。因此，金屬鈦的利用率只有80%左右，而采用三輥盤管裝置盤制鈦管無切頭尾的浪費，也無拉裂對接焊縫的可能，因此金屬鈦的利用率可以達到95%，提高了15%。

3.3.2 工裝成本

由于化工設備本身就是一種非標設備，被盤制的管材直徑不標準，相對應每種盤管的盤圓直徑也不標準，就需要制作相應尺寸的旋轉胎具，旋轉胎具盤管裝置耗材耗時都相對較高。而三輥盤管裝置不需準備大量的胎具，管材的直徑變化時只需更換滑輪就可以了，盤圓直徑則可以通過升降上輥的高度來實現。三輥盤管裝置的制作與旋轉胎具盤管裝置相比，不但節省了大量的制作材料，而且加工周期短。一般旋轉胎具盤管裝置所需的胎具直徑小的需幾千元，直徑大的則需幾萬元，而三輥盤管裝置胎具價格往往可以忽略不計。

4 結論

(1)三輥盤管裝置使用方便，操作簡單，生產效率高，材料的利用率達到95%，工裝成本也比旋轉胎具盤管裝置低得多。

(2)三輥盤管裝置盤制的鈦管外形美觀，尺寸精度高，避免了旋轉胎具盤管裝置起皺、拉裂等現象的發生。

(3)三輥盤管裝置已在西安優耐特容器制造有限公司用于批量化生產，為公司帶來了可觀的經濟效益。

［1］王林征.煉廠設備制造工藝學［M］.北京:石油工業出版社，1992:1－12.

［2］張松，劉靜，趙永剛，等.盤管式冷凝器成形工藝及裝置設計［J］.金屬加工，2011(4):39－40.

［3］劉關強，趙寶洪，郭棟梁.銅合金盤管生產概述［J］.銅加工，2010(1):37－41.

［4］劉永忠.鈦盤管換熱器制作模具尺寸確定［J］.壓力容器，2008(11):53－55.

［5］黃欣.在水解鍋內使用鈦盤管［J］.醫藥設計，1983(1):43－44.