U型管推彎彎管反彈動態補償的研究

王志健，王 奎

（常州常寶精特能源管材有限公司，江蘇 常州 213200）

超（超）臨界火電機組的參數決定著火力發電機組的效率，參數越高，機組效率越高。高機組參數不僅可以節約大量的一次能源，還可以大量減少SOx、NOx、CO2的排放，減少污染［1-6］。然而，隨著火力發電機組參數的提高，高加換熱器的體積越來越大，每臺換熱器所用的高壓給水加熱器用U型管（簡稱U型管）數量也越來越多，受制于高壓給水加熱器體積和成本的要求，U型管在組裝過程中的密集程度也越來越高［7］。在提高密集程度之后，同時要保證在安裝和實際運行過程中U型管不接觸，這樣就提高了對彎管彎曲半徑的要求［8］。

國內傳統的彎管方式是采用與待彎制的U型管彎曲半徑大小一致的彎管模具來控制每一個U型管彎曲半徑的精度。這樣的解決方案，就是需要針對所有的彎曲半徑，包括不同直徑的鋼管逐一選擇彎管模具，成本較高，同時在實際生產過程中，需要不斷地更換模具，生產效率較低。經過理論分析和試驗測試研究，常州常寶精特能源管材有限公司成功開發了U型管推彎彎管反彈動態補償技術。本文主要介紹該反彈動態補償技術。

1 推彎彎管的設計

U型管的各種技術要求高，尤其在高參數的高加換熱器中，數量較多，安裝密集，對彎曲半徑的尺寸要求較高，需要避免在密集的U型管安裝過程中，由于彎曲半徑的偏差導致相鄰U型管的意外接觸，造成運行過程中因局部過熱而發生損壞［9］。傳統的模彎需要按照U型管的管徑及每一個彎曲半徑制作一個彎管模具［10］，其生產成本較高、生產效率較低；同時，模彎大大增加了彎管模具對鋼管造成的擦傷、壓痕等損傷風險。而采用推彎的方式，則很好地避免了上述問題。

通過推彎生產的U型管，由于彎曲半徑中心線是很難測量的位置，所以采用間接測量，用U型管彎曲半徑減去鋼管直徑的1/2做成半圓靠模，利用塞尺測量彎管內側與固定半圓靠模之間的縫隙測量U型管彎曲半徑的實際偏差值。ASME SA 556/SA 556M—2007《給水加熱器用無縫冷拔碳鋼管》標準第9.6條規定：“U型管彎曲部分的曲率應基本均勻，且不超過中心線公稱彎曲半徑的±1.5 mm”［11］。Φ16 mm×2 mm 直管采用推彎方式彎制不同彎曲半徑U型管時，實測彎曲半徑45°、90°、135°位置的彎曲半徑偏差值，其具體結果見表1。

表1 不同彎曲半徑U型管的彎曲曲率偏差值mm

從表1可以看出：在彎管終了部分，由于鋼管反彈導致該處的彎曲曲率偏差較大。如果在彎曲的過程中，通過對整個推彎過程中不同的反彈位置進行動態補償，即通過一個在線監測裝置，監測出通過推彎壓輪過后鋼管反彈的角度變化來調整壓輪的位置（由彎管機電腦控制位移即可），從而實時調整推彎的彎曲曲率。

2 推彎反彈分析及動態補償

2.1 推彎反彈分析

傳統模彎模式采用固定彎曲半徑的模具，該模具的尺寸為彎曲半徑減去鋼管直徑的1/2做成，理論上是彎制成U型管之后，不存在彎曲半徑小于名義彎曲半徑的情況，反彈也相對較小。但這種彎管模式的成本高（每個不同彎曲半徑均需要制作一個特定規格的模具），效率低（不同彎曲半徑生產時，需要更換彎管模具）。而推彎模式的優點是：一套模具通過程序調整控制，可彎制一系列彎曲半徑的彎管，避免了傳統模彎模式需要不停更換模具的缺點。

采用推彎，即采用一組滾輪推送鋼管，不在同一直線上的兩個壓輪，其中一個按照與推送滾輪之間的夾角，在空間形成一個半圓弧，另外一個壓輪由彎管機程序控制按彎曲半徑的弧線向前推進，即成U型，推彎彎管反彈點（A點）如圖1所示。

圖1 推彎彎管反彈點（A點）示意

2.2 推彎反彈動態補償的實現

在推彎時，根據反彈情況進行補償。即采用一個繞推彎主推輪軸的檢測輪，其工作時通過彈簧、氣缸或其他裝置輕靠在被主推輪推彎的管子上，檢測彎管在出推彎輪后呈反彈狀態的角度；將檢測結果與合格U型管角度比較，求出差值反饋給控制系統，并由控制系統計算出主推輪推進量補償值，由伺服電機或液壓驅動對主推輪推進量作補償操作，修正U型管彎管的曲率，從而達到提高U型管彎管彎曲半徑精度的目的。

動態補償結構如圖2所示。圖2中檢測靠輪實時檢測U型管的反彈距離，并將檢測反彈的距離實時地傳輸給編碼器，通過編碼器反饋給彎管機調整主推輪推進量進行推彎角度的調整。

圖2中的編碼器采用光電或其他感應器檢測反彈參數，通過系統的對比、計算，并將主推輪的推進修改參數送驅動設備，微調主推輪的推進量。感應檢測器位置如圖3所示。在實際推彎彎管過程中，彎曲半徑變化與檢測出的角度變化的關系如圖4所示。

圖2 動態補償結構示意

圖3 感應檢測器位置

圖4 彎曲半徑變化與檢測出的角度變化的關系示意

圖3中的感應檢測器可實時檢測推彎輪是否調整到位，通過檢測此時的直管推送方向與主推輪之間的角度是否能滿足圖4中角度與彎曲半徑之間關系［12］，并將檢測結果反饋給圖2中的編碼器，與檢測靠輪的反饋數據進行比對［13-14］；若補償到位，則終止補償調整；若未能補償到位，則繼續調整。

2.3 動態補償后的彎曲半徑情況

經過反復的試驗，優化了推彎彎管的工藝參數，研究了彎曲反彈以及在彎管過程中彎曲半徑的變化與傳感器檢測出的角度變化，編碼器調整主推動輪和壓輪。實時調整彎曲半徑。實現推彎過程邏輯如圖5所示。

通過推彎加反彈動態補償后生產的U型管，采用前述的測量方式，對Φ16 mm×2 mm直管彎制不同彎曲半徑的U型管時，實測彎曲半徑45°、90°、135°位置的彎曲半徑，其具體結果偏差值見表2。

3 結 論

與現有技術相比，增加反彈動態補償的效果是：對推彎后的反彈數據動態采樣，參照試彎的合格產品的反彈參數，計算出主推彎輪的推彎補償值，并對主推彎輪的推進量作動態補償，以修正由于原料管材物理性能的細微差異造成的推彎U型管彎曲半徑的超標偏差，提高了U型管的彎管質量。

表2 采用動態補償后不同彎曲半徑U型管的彎曲曲率偏差值mm

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