Способ изготовления гофрированной трубы

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано, в частности, при изготовлении теплообменного аппарата и составляющих его элементов. Способ предусматривает установку трубчатой заготовки с возможностью вращения с регулируемой скоростью вокруг продольной горизонтальной оси, поочередный локальный индукционный разогрев токами высокой частоты трубчатой заготовки в зоне выполнения каждого гофра. Каждый гофр выполняют прокаткой и калибровкой впадины гофра, причем прокатку гофра производят профилированным роликом гофропрокатного механизма при одновременных изгибе и осадке металла трубчатой заготовки вдоль ее продольной оси в процессе ее вращения. Профилированный ролик устанавливают с возможностью вращения, продольного и поперечного перемещения и выполняют с профилем его рабочей поверхности, соответствующим профилю впадины гофра в диапазоне между точками перемены знака кривизны дуги этой впадины или закона ее изменения, при этом прокатку каждого гофра и одновременную с ней осадку трубчатой заготовки производят с возможностью изменения усилий воздействия и скоростей перемещений профилированного ролика и усилий воздействия и скорости перемещения трубчатой заготовки в процессе осадки, а после прокатки каждого гофра осадку трубчатой заготовки прекращают с сохранением усилия воздействия на нее, а калибровку впадины гофра производят после прокатки тем же профилированным роликом при его вращении с сохранением усилия воздействия на него и увеличением скорости вращения трубчатой заготовки. Повышается эффективность, технологичность, снижается энергоемкость и трудоемкость изготовления гофрированной трубы при одновременном повышении экологичности производства и повышении качества изготавливаемой. 5 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам изготовления кольцевых гофр на трубчатых заготовках (обечайках) жаровых труб котлоагрегатов.

Из уровня техники известен способ формовки гофр на трубах с использованием давильно-обкатных станков, а также станков, способных осуществлять давильные операции (см. RU 94018902 А1, В 21 D 15/00, 20.01.1996).

Устройство, с помощью которого осуществляется способ, содержит разъемную оправку, состоящую из четырех составных частей. Внешняя наружная часть оправки выполнена волнистой с диаметром выступов, равным внутреннему диаметру выступов гофр на трубе. Боковые грани первой составной части выполнены параллельными осевой плоскости оправки. На торцевых поверхностях всех составных частей выполнены выступы, образующие при сборке оправки центрирующие кольца, а на торцевых поверхностях держателей, установленных по торцам оправки, выполнены ответные кольцам канавки. Устройство установлено на плите. Держатели, составные части оправки и плита соединены между собой крепежными элементами, пропущенными через соосные отверстия в этих деталях. Устройство в сборе имеет на внешней поверхности оправки волнистую поверхность с выступами и впадинами, соответствующую профилю будущих гофр на трубе, а на поверхности держателей - продолжение впадин.

К недостаткам известного технического решения относится то, что в нем отсутствует устройство, предотвращающее интенсивный отвод тепла, необходимого для выполнения давильной операции с нагревом, а на поддержание нужной температуры требуется дополнительный расход энергоносителей (газ, электроэнергия и т.п.).

Кроме того, после гофрирования обечаек из толстолистовой стали, требующего прогрева зоны деформации заготовки роликом, происходит естественное охлаждение изделия и устройства. В процессе этого охлаждения диаметр обечайки уменьшается, в результате чего обечайка своей внутренней поверхностью прижимается к наружным поверхностям съемных секций оправки, что затрудняет дальнейший разъем оправки.

Также известен способ гофрирования обечаек, преимущественно сварных, крупногабаритных (см. RU 2121406 С1, В 21 D 15/06, 20.01.1996).

Устройство, задействованное в данной операции, размещено в одном из суппортов станка и содержит разъемную оправку, состоящую из основания, предназначенного для закрепления на планшайбе станка и несущего кольцевые держатели и съемные секции, на примыкающих друг к другу торцах которых выполнены соответственно кольцевые канавки и выступы для образования при сборке центрирующих поясков, а также ролик, предназначенный для получения гофр.

Устройство также снабжено нагревательным элементом и смонтированным во втором суппорте станка соосно разъемной оправке устройством, предотвращающим излучение тепла нагреваемой заготовки, выполненным в виде охватывающей с зазором оправку обечайки с двумя окнами и с расположенными на ее торцах кольцами, наружный диаметр которых равен диаметру обечайки, а внутренний выбран из условия обеспечения вращения оправки с гофрируемой обечайкой, при этом в одном из окон размещен нагревательный элемент, а в другом - ролик.

Недостатком известного способа является то, что в результате растягивания в зонах выполнения гофр толщина стенок обечайки уменьшается, что делает конструкцию неравнопрочной. Также, несмотря на использование устройства, предотвращающего излучение тепла нагреваемой заготовкой, происходят потери энергии, т.к. зона нагрева перекрывает зону накатки гофра, нагревательный элемент помимо зоны накатки гофра нагревает также и зону с уже накатанным гофром и еще не обкатанную зону, а также деформирующий ролик и элементы его крепления.

Использование в известных технических решениях газовых горелок для локального нагрева зоны деформации не обеспечивает равномерного нагрева зоны выполнения гофра, а также приводит к расходу большого количества газа, и, как следствие, такие решения имеют низкую эффективность нагрева и сравнительно небольшой КПД. Негативные экологические последствия горения газа, наличие нагара на трубе также являются недостатками известных технических решений.

Использование в известных технических решениях индукционного нагрева без системы охлаждения негативно сказывается на оборудовании, расположенном в зоне высоких температур из-за повышенного его износа, а отсутствие возможности регулирования скоростей и усилий подачи ролика и осадки, а также использование механического привода для осадки приводит к невозможности точного соблюдения геометрии гофра при прокатке.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности, технологичности изготовления гофрированных труб, снижение энергоемкости и трудоемкости выполняемых работ при одновременном повышении экологичности и повышении качества изготавливаемой продукции.

Поставленная задача решается за счет того, что способ изготовления гофрированной трубы согласно изобретению предусматривает установку трубчатой заготовки с возможностью вращения с регулируемой скоростью вокруг продольной горизонтальной оси, поочередный локальный индукционный разогрев токами высокой частоты трубчатой заготовки в зоне выполнения каждого гофра, при этом каждый гофр выполняют прокаткой и калибровкой впадины гофра, причем прокатку гофра производят профилированным роликом гофропрокатного механизма при одновременных изгибе и осадке металла трубчатой заготовки вдоль ее продольной оси в процессе ее вращения, причем профилированный ролик устанавливают с возможностью вращения, продольного и поперечного перемещения и выполняют с профилем его рабочей поверхности, соответствующим профилю впадины гофра в диапазоне между точками перемены знака кривизны дуги этой впадины или закона ее изменения, при этом прокатку каждого гофра и одновременную с ней осадку трубчатой заготовки производят с возможностью изменения усилий воздействия и скоростей перемещений профилированного ролика и усилий воздействия и скорости перемещения трубчатой заготовки в процессе осадки, а после прокатки каждого гофра осадку трубчатой заготовки прекращают с сохранением усилия воздействия на нее, а калибровку впадины гофра производят после прокатки тем же профилированным роликом при его вращении с сохранением усилия воздействия на него и увеличением скорости вращения трубчатой заготовки.

В процессе прокатки гофр могут производить охлаждение рабочих поверхностей профилированного ролика и элементов его крепления.

Локальный индукционный разогрев трубчатой заготовки токами высокой частоты могут производить кольцевым индуктором, который могут устанавливать с возможностью охвата трубчатой заготовки, поперечного и продольного перемещения относительно нее, фиксации положения в зоне разогрева и выхода за пределы длины трубчатой заготовки.

Кольцевой индуктор могут выполнять шириной, составляющей 0,5÷1,0 величины шага гофр, причем ширину индуктора могут принимать большей для выполнения гофр большей глубины.

При прокатке каждого гофра профилированный ролик вначале могут выставлять по поперечной оси прокатываемого гофра до контакта с поверхностью трубчатой заготовки, а затем могут производить одновременно поперечное перемещение профилированного ролика и осадку трубчатой заготовки с минимальными скоростями с последующим увеличением на каждый оборот трубчатой заготовки скорости поперечного перемещения профилированного ролика, усилия воздействия на него, скорости осадки трубчатой заготовки и скорости ее вращения и уменьшением на каждый оборот трубчатой заготовки усилия воздействия на нее в процессе осадки.

Для одновременных поперечного перемещения профилированного ролика и осадки трубчатой заготовки, а также для регулирования и синхронизации скорости перемещения профилированного ролика и скорости осадки трубчатой заготовки и усилий воздействия на профилированный ролик и на трубчатую заготовку в процессе осадки могут использовать гидропривод, а для продольного перемещения профилированного ролика и точной фиксации его относительно поперечной оси гофра, подлежащего прокатке, могут использовать электропривод с коробкой скоростей.

Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью признаков, состоит в повышении эффективности, технологичности, снижении энергоемкости и трудоемкости изготовления гофрированной трубы при одновременном повышении экологичности производства и повышении качества изготавливаемой продукции за счет повышения точности геометрии при прокатке как одного гофра, так и всех гофр трубы вследствие проведения прокатки гофр с одновременной осадкой трубчатой заготовки для обеспечения постоянной толщины гофрированной трубы, а также за счет конфигурации используемого как для прокатки, так и для калибровки одного и того же профилированного ролика с профилем разработанной в изобретении конфигурации, а также разработанных в изобретении регулируемых режимов процессов прокатки, осадки трубчатой заготовки и калибровки.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фиг.1 схематично изображен технологический комплекс для изготовления гофрированной трубы в плане;

на фиг.2 - то же на стадии размещения трубчатой заготовки в технологическом комплексе, вид сбоку с частичными вырезами;

на фиг.3 - гофрированная жаровая труба в продольном разрезе;

на фиг.4 - узел А на фиг.3;

на фиг.5 - гофропрокатный механизм, вид сверху с частичными вырезами.

Способ изготовления гофрированной трубы предусматривает установку трубчатой заготовки 1 с возможностью вращения с регулируемой скоростью вокруг продольной горизонтальной оси 2, поочередный локальный индукционный разогрев токами высокой частоты трубчатой заготовки 1 в зоне выполнения каждого гофра 3.

Каждый гофр 3 выполняют прокаткой и калибровкой впадины 4 гофра 3, причем прокатку гофра 3 производят профилированным роликом 5 гофропрокатного механизма 6 при одновременных изгибе и осадке металла трубчатой заготовки 1 вдоль ее продольной оси 2 в процессе ее вращения.

Профилированный ролик 5 устанавливают с возможностью вращения, продольного и поперечного перемещения и выполняют с профилем его рабочей поверхности 7, соответствующим профилю впадины 4 гофра 3 в диапазоне между точками 8 перемены знака кривизны дуги этой впадины 4 или закона ее изменения.

Прокатку каждого гофра 3 и одновременную с ней осадку трубчатой заготовки 1 производят с возможностью изменения усилий воздействия и скоростей перемещений профилированного ролика 5 и усилий воздействия и скорости перемещения трубчатой заготовки 1 в процессе осадки, а после прокатки каждого гофра 3 осадку трубчатой заготовки 1 прекращают с сохранением усилия воздействия на нее, а калибровку впадины 4 гофра 3 производят после прокатки тем же профилированным роликом 5 при его вращении с сохранением усилия воздействия на него и увеличением скорости вращения трубчатой заготовки 1.

В процессе прокатки гофр 3 производят охлаждение рабочих поверхностей 7 профилированного ролика 5 и элементов 9 его крепления.

Локальный индукционный разогрев трубчатой заготовки 1 токами высокой частоты производят кольцевым индуктором 10, который устанавливают с возможностью охвата трубчатой заготовки 1, поперечного и продольного перемещения относительно нее, фиксации положения в зоне разогрева и выхода за пределы длины трубчатой заготовки 1.

Кольцевой индуктор 10 выполняют шириной, составляющей 0,5÷1,0 величины шага (условно не показано) гофр 3, причем ширину индуктора 10 принимают большей для выполнения гофр 3 большей глубины.

При прокатке каждого гофра 3 профилированный ролик 5 вначале выставляют по поперечной оси (условно не показано) прокатываемого гофра 3 до контакта с поверхностью 11 трубчатой заготовки 1, а затем производят одновременно поперечное перемещение профилированного ролика 5 и осадку трубчатой заготовки 1 с минимальными скоростями с последующим увеличением на каждый оборот трубчатой заготовки 1 скорости поперечного перемещения профилированного ролика 5, усилия воздействия на него, скорости осадки трубчатой заготовки 1 и скорости ее вращения и уменьшением на каждый оборот трубчатой заготовки 1 усилия воздействия на нее в процессе осадки.

Для одновременных поперечного перемещения профилированного ролика 5 и осадки трубчатой заготовки 1, а также для регулирования и синхронизации скорости перемещения профилированного ролика 5 и скорости осадки трубчатой заготовки 1 и усилий воздействия на профилированный ролик 5 и на трубчатую заготовку 1 в процессе осадки используют гидропривод 12, а для продольного перемещения профилированного ролика 5 и точной фиксации его относительно поперечной оси (не показано) гофра 3, подлежащего прокатке, используют электропривод (не показано) с коробкой скоростей (условно не показано).

Способ гофрирования трубы можно проиллюстрировать на следующем примере.

В технологическом комплексе размещают трубчатую заготовку (обечайку) 1, например, диаметром D=1350 мм с толщиной стенки 12 мм, длиной 2800 мм.

Устройство 13 для закрепления одного конца трубчатой заготовки 1 с возможностью ее вращения включает размещенную в корпусе 14 четырехкулачковую планшайбу 15 для закрепления этого конца трубчатой заготовки 1. Планшайба 15 смонтирована на шпинделе 16, установленном в радиально-упорных подшипниках (условно не показано) и связанном с электроприводом (условно не показано). Шпиндель 16 снабжен редуктором (не показано) для изменения скорости вращения трубчатой заготовки 1 в процессе прокатки каждого гофра 3.

Устройство 17 для фиксации другого конца трубчатой заготовки 1, обеспечивающее осадку ее при прокатке каждого гофра 3, включает размещенную в корпусе пиноль 18. Пиноль 18 установлена в радиально-упорных подшипниках (условно не показано) на направляющей и связана с силовым гидроцилиндром (не показано) гидропривода для перемещения пиноли 18 и с поджимным устройством 19, взаимодействующим с концом трубчатой заготовки 1.

Поджимное устройство 19 выполнено в виде упорного фланца 20 с центральным выступом 21 на одном торце для заведения в пиноль 18 и кольцевым выступом 22 на другом торце для заведения в полость 23 трубчатой заготовки 1 при взаимодействии с ней упорного фланца 20.

Производят локальный разогрев кольцевым индуктором 10 зоны прокатки первого гофра 3 шириной 200 мм до температуры t=1050°С.

Профилированный ролик 5 гофропрокатного механизма 6 выполнен с профилем его рабочей поверхности, соответствующим профилю впадины гофра 3 в диапазоне между точками 8 перемены знака кривизны дуги этой впадины или закона ее изменения. Ролик 5 установлен с возможностью продольного перемещения вдоль гофрируемой трубчатой заготовки 1 с промежуточной фиксацией положений в зонах прокатки и поперечного перемещения в плоскости, перпендикулярной продольной горизонтальной оси 2 трубчатой заготовки 1.

На первой стадии прокатки заготовку 1 начинают вращать со скоростью V=8 об/мин и в этот момент производят подачу (поперечное перемещение) гофропрокатного ролика 5 со скоростью поперечного перемещения 4÷5 мм/на оборот с усилием Р=8 т на ролик 5, затем на второй стадии прокатки скорость вращения трубчатой заготовки 1 плавно увеличивают до 16 об/мин, а величину подачи ролика 5 и усилие подачи также увеличивают соответственно до 8 мм/на оборот и Р до 14 т на ролик 5.

Причем вначале скорость перемещения пиноли 18 поджимного устройства 19 устанавливают равной 1,0÷2,0 мм/на оборот с мах усилием осадки 18÷20 тонн, а затем скорость перемещения пиноли 18 увеличивают до 3÷4 мм/оборот, а усилие осадки уменьшают до 6-8 т.

При этом поперечное перемещение профилированного ролика 5 в процессе прокатки каждого гофра 3 производят синхронно с осадкой трубчатой заготовки 1, которую осуществляют при помощи гидропривода.

После выполнения гофра 3 производят его калибровку. При этом прекращают поперечное перемещение ролика 5, но не снимают усилия, оказываемого гофропрокатным роликом 5, также прекращают перемещение пиноли 18, но также не снимают усилия осадки, а скорость вращения заготовки 1 увеличивают до 20 об/мин. Калибровку производят в течении ˜1 мин, при этом производят порядка 20 оборотов, после чего гофропрокатный ролик 5 выводят в исходное положение.

Гофрированная труба 1 после окончания калибровки в зоне выполнения гофра 5 имеет t не менее 750°С.

Длина трубчатой заготовки после прокатки на ней 9 гофр составляет 2550÷2600 мм. После обрезки технологических припусков трубчатые заготовки длинной 2 м могут сваривать, например, по 3 штуки и получать шестиметровые гофрированные жаровые трубы.

В табл.1 приведены основные характеристики этапов производимых работ.

Таблица 1
Этап	Время t, c	Скорость вращения заготовки V, об/мин	Скорость попер. переем. гофроп. ролика, мм/об.	Усилие на гофроп.ролик Р, т	Скорость осадки трубчатой заготовки, мм/об	Усилие осадки, производимое поджимным устройством, тонн
Прокатка	I	35÷40	8	4÷5	8	1÷2	18÷20
II	35÷40	16	8	14	3÷4	6÷8
Калибровка	60	20	-	14	-	6÷8

1. Способ изготовления гофрированной трубы, характеризующийся тем, что трубчатую заготовку устанавливают с возможностью вращения с регулируемой скоростью вокруг продольной горизонтальной оси, осуществляют поочередный локальный индукционный разогрев токами высокой частоты трубчатой заготовки в зоне выполнения каждого гофра, каждый гофр выполняют прокаткой и калибровкой его впадины, причем прокатку гофра производят профилированным роликом гофропрокатного механизма при одновременных изгибе и осадке металла трубчатой заготовки вдоль ее продольной оси в процессе ее вращения, профилированный ролик устанавливают с возможностью вращения, продольного и поперечного перемещений и выполняют с профилем его рабочей поверхности, соответствующим профилю впадины гофра в диапазоне между точками перемены знака кривизны дуги этой впадины или закона ее изменения, при этом прокатку каждого гофра и одновременную с ней осадку трубчатой заготовки производят с возможностью изменения усилий воздействия и скоростей перемещений профилированного ролика и усилий воздействия и скорости перемещения трубчатой заготовки в процессе осадки, после прокатки каждого гофра осадку трубчатой заготовки прекращают с сохранением усилия воздействия на нее, а калибровку впадины гофра производят после прокатки тем же профилированным роликом при его вращении с сохранением усилия воздействия на него и увеличением скорости вращения трубчатой заготовки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе прокатки гофр производят охлаждение рабочих поверхностей профилированного ролика и элементов его крепления.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что локальный индукционный разогрев трубчатой заготовки токами высокой частоты производят кольцевым индуктором, который устанавливают с возможностью охвата трубчатой заготовки, поперечного и продольного перемещений относительно нее, фиксации положения в зоне разогрева и выхода за пределы длины трубчатой заготовки.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что кольцевой индуктор выполняют шириной, составляющей 0,5÷1,0 величины шага гофр, причем ширину индуктора принимают большей для выполнения гофр большей глубины.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при прокатке каждого гофра профилированный ролик вначале выставляют по поперечной оси прокатываемого гофра до контакта с поверхностью трубчатой заготовки, а затем производят одновременно поперечное перемещение профилированного ролика и осадку трубчатой заготовки с минимальными скоростями с последующим увеличением на каждый оборот трубчатой заготовки скорости поперечного перемещения профилированного ролика, усилия воздействия на него, скорости осадки трубчатой заготовки и скорости ее вращения и уменьшением на каждый оборот трубчатой заготовки усилия воздействия на нее в процессе осадки.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что для одновременных поперечного перемещения профилированного ролика и осадки трубчатой заготовки, а также для регулирования и синхронизации скорости перемещения профилированного ролика и скорости осадки трубчатой заготовки и усилий воздействия на профилированный ролик и на трубчатую заготовку в процессе осадки используют гидропривод, а для продольного перемещения профилированного ролика и точной фиксации его относительно поперечной оси гофра, подлежащего прокатке, используют электропривод с коробкой скоростей.