1、前言

化工行業(yè)一直是中國用鈦的第一大領(lǐng)域，其用鈦量占全國各行業(yè)用鈦總量的53％。而在用鈦的各種化工設(shè)備中換熱器使用最多，用鈦量占整個化工行業(yè)用鈦量的一半還多。換熱器最主要的參數(shù)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(jié)構(gòu)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(xiàn)。此前，西安優(yōu)耐特容器制造有限公司使用的旋轉(zhuǎn)胎具盤管制作裝置制作鈦管盤時，易產(chǎn)生許多缺陷，成品率低，材料的利用率也低。本試驗根據(jù)三輥卷板機的工作原理設(shè)計研制了一種新型鈦管盤制裝置，克服了旋轉(zhuǎn)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(shè)計與制作

以φ38mm×2mm的鈦管制作直徑為1000mm的鈦盤管為例，分析了旋轉(zhuǎn)胎具盤制鈦管時的問題所在，設(shè)計制作了新的鈦管盤制裝置。

旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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500mm處焊有一根φ36mm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?cè)嘶喛ú郏喯蛐D(zhuǎn)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(zhuǎn)速度南Y132S一82.2kW減速機控制，開動減速機即可進行盤管。

該裝置被用于許多材質(zhì)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(jīng)過滑輪時易被拉裂。岡此，為了克服旋轉(zhuǎn)胎具盤管裝置盤制鈦管時的許多不足，根據(jù)三輥卷板機原理設(shè)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WI1-6-100的i輥卷板機，對其進行改制。將三個輥子的右端都伸出φ36mm的車光軸，下面兩輥均銑有鍵槽。加工三個φ200/50mm的滑輪，輪面上均加工R=19mm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(diào)節(jié)管子曲率來保證盤管的圓盤直徑。

3、鈦盤管裝置試用結(jié)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(zhuǎn)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(tài)，閃此容易將管材存焊接處拉裂。另外鈦管材回彈量很大，而同彈量的準確計算比較復(fù)雜且難度較大，導(dǎo)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(tài)，幾乎沒有回彈，岡此可以利用樣板來檢杏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1000mm鈦盤管尺寸精度對比列于表1。從表1所列試驗結(jié)果可知，使用旋轉(zhuǎn)胎具盤管裝置制作的盤管尺寸偏差為+11～-10mm，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～-3mm之間。

3.2 外表面質(zhì)量對比

采用旋轉(zhuǎn)胎具裝置進行鈦管盤制時，南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(dǎo)致?lián)Q熱管內(nèi)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(xiàn)廢品。而采用i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給出兩種不同的盤管裝置盤制的鈦換熱器成品照片。

3.3 經(jīng)濟效益對比

3.3.1 金屬鈦的利用率

由于旋轉(zhuǎn)胎具盤管裝置的立柱距胎具軸心有500mm距離，因此，在鈦管盤制過程中，頭和尾均會有超過500mm過渡段，無法盤制而被切掉。另外，由于旋轉(zhuǎn)胎具盤管裝置自身存在的不足，會導(dǎo)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(shè)備本身就是一種非標設(shè)備，被盤制的管材直徑不標準，相對應(yīng)每種盤管的盤圓直徑也不標準，就需要制作相應(yīng)尺寸的旋轉(zhuǎn)胎具，旋轉(zhuǎn)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(xiàn)。三輥盤管裝置的制作與旋轉(zhuǎn)胎具盤管裝置相比，不但節(jié)省了大量的制作材料，而且加工周期短。一般旋轉(zhuǎn)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(jié)論

(1)三輥盤管裝置使用方便，操作簡單，生產(chǎn)效率高，材料的利用率達到95％，工裝成本也比旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)胎具盤管裝置起皺、拉裂等現(xiàn)象的發(fā)生。

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

參考文獻

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

[3]劉關(guān)強，趙寶洪，郭棟梁．銅合金盤管生產(chǎn)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(nèi)使用鈦盤管[J]．醫(yī)藥設(shè)計，1983(1)：43-44．

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