Коэффициент трения качения по листу

Крутящий момент, затрачиваемый на преодоление трения качения валков по листу,

Суммарный момент тягового усилия

Коэффициент трения скольжения верхнего валка по изгибаемому листу

Момент сил трения скольжения верхнего валка по изгибаемому листу

Условие возможности гибки листа за первый проход до принятого конечного радиуса, равного 1,4 м,

Момент сил трения скольжения верхнего валка по изгибаемому листу получен большим момента тягового усилия. Следовательно, вальцовка листа за первый проход до радиуса гиба вполне обеспечена.

Расчет второго прохода

Радиус гиба в начале второго прохода

Средний радиус гиба в начале второго прохода

3 Внутренний радиус гиба в конце второго прохода

Средний радиус гиба в конце второго прохода



Расчетная температура вальцовки

Горячий предел прочности при расчетной температуре [2, табл. 3.1]

Изгибающий момент при вальцовке листа в горячем состоянии в начале прохода

Изгибающий момент при вальцовке листа в горячем состоянии в конце прохода

Усилие на боковых валках в начале прохода

Угол между направлением действия сил боковых валков и направлением их перемещения в конце прохода

Угол между направлением действия сил боковых валков и вертикалью в конце прохода при

Усилие на боковых валках в конце второго прохода

Среднее значение усилий на боковых валках за второй проход

Усилие на верхний валок в начале второго прохода

Усилие на верхний валок в конце второго прохода

Среднее значение усилия на верхний валок за второй проход

Усилие прижима нижнего валка (принимается)

Крутящий момент, затрачиваемый на преодоление сопротивления трения в подшипниках боковых и нижнего валков,

Коэффициент трения скольжения в подшипниках боковых и нижнего валков

Крутящий момент, затрачиваемый на преодоление сопротивления трения в подшипниках бокового и нижнего валков,

Коэффициент трения качения по листу

Крутящий момент, затрачиваемый на преодоление трения качения валков по листу,

Суммарный момент тягового усилия

Коэффициент трения скольжения верхнего валка по изгибаемому листу

Момент сил трения скольжения верхнего валка по изгибаемому листу

Условие возможности гибки листа за второй проход до принятого конечного радиуса, равного 0,65 м,



Момент сил трения скольжения верхнего валка по изгибаемому листу получен большим момента тягового усилия. Следовательно, вальцовка листа за второй проход до радиуса гиба вполне обеспечена.

Расчет необходимой величины противодавления на консолях верхнего валка

Поправочный коэффициент, учитывающий прогиб от поперечных сил для тринадцатиметровой машины,

Суммарный прогиб верхнего валка в конце первого прохода

Суммарный прогиб верхнего валка в конце второго прохода

Суммарный прогиб верхнего валка в конце третьего прохода

Величина противодавления на концах консолей верхнего валка в конце первого прохода

Величина противодавления на концах консолей верхнего валка в конце второго прохода

Допускаемое напряжение металла опорных шеек для верхнего валка

Величина изгибного напряжения в опорных шейках верхнего валка в конце первого прохода

Получено, что прочность шеек верхнего валка в конце первого прохода обеспечена, так как

Величина изгибного напряжения в опорных шейках верхнего валка в конце второго прохода

олучено, что прочность шеек верхнего валка в конце второго прохода обеспечена, так как

Поверочный расчет прочности верхнего валка

Максимальный изгибающий момент в среднем сечении верхнего валка в конце первого прохода

Максимальный изгибающий момент в среднем сечении верхнего валка в конце второго прохода

Напряжение изгиба в конце первого прохода

Напряжение изгиба в конце второго прохода

Прочность верхнего валка обеспечивается, так как напряжение в среднем сечении валка в конце первого, так и в конце второго проходов меньше допускаемого, равного для материала верхнего валка

Определение максимально допустимой скорости вальцовки

Крутящий момент, затрачиваемый на деформацию вальцуемого листа для первого прохода

Крутящий момент, затрачиваемый на деформацию вальцуемого листа для второго прохода

Крутящий момент, затрачиваемый на преодоление сил трения качения валков по изгибаемому листу для первого прохода

Крутящий момент, затрачиваемый на преодоление сил трения качения валков по изгибаемому листу для второго прохода

Крутящий момент, затрачиваемый на преодоление сопротивления сил трения скольжения в подшипниках всех валков для первого прохода

Крутящий момент, затрачиваемый на преодоление сопротивления сил трения скольжения в подшипниках всех валков для второго прохода



Суммарный крутящий момент для первого прохода

Суммарный крутящий момент для второго прохода

Мощность электродвигателя

Коэффициент полезного действия привода

Максимальная скорость вальцовки для первого прохода

Полученные значения скорости вальцовки находятся в рекомендуемых пределах

3.2 Технологический расчёт изготовления обечаек на гидравлических прессах

Способы изготовления обечаек на гидравлических прессах

Технология изготовления обечаек барабанов на гидравлических прессах была разработана и внедрена в связи с переходом отечественного котлостроения на выпуск котлов высокого давления, когда использование валковых листогибочных машин для изготовления толстостенных обечаек барабанов оказалось неприемлемым как по техническим, так и по экономическим соображениям.

Технологический процесс изготовления обечаек барабанов на гидравлических прессах осуществляется либо в универсальных (полууниверсальных) штампах путем гибки листов либо на колодках свободным изгибом с использованием узкого и широкого пуансона, либо в секторных и полуцилиндрических штампах. При такой технологии гибки листов, изготавливаются обечайки не целиком, а лишь их половинки, которые называют полуобечайками или корытами. Затем из этих полуобечаек собирают и сваривают саму обечайку.

а) на колодках свободным изгибом узким пуансоном; б) на колодках широким пуансоном; в) в секторном штампе; г) в полуцилиндрическом штампе; 1 матрица; 2 пуансон; 3 штампуемая полуобечайка.

Рисунок 6 - Схемы основных способов гибки полуобечаек на гидравлическом гибочном прессе:

Гибка полуобечаек на колодках свободным изгибом является наиболее распространенным способом и производится с помощью универсального штампа, состоящего из двух опорных колодок с регулирующим расстоянием между ними и узкого пуансона. Изготовление полуобечаек этим способом ведется посредством многопереходной, последовательной гибки, осуществляемой за несколько ходов пресса. Применение этого способа наиболее эффективно для гибки толстостенных обечаек барабанов котлов высокого давления с отношением внутреннего диаметра к толщине стенки D_в/S равным или меньшим 15.

Применение широкого пуансона позволяет значительно увеличить участок полуобечайки, сгибаемый за один ход пресса, благодаря чему уменьшается число последовательных переходов процесса гибки. Способ гибки широким пуансоном целесообразно применять при изготовлении полуобечаек с большим относительным радиусом (D_вS), когда использование первого способа гибки малорационально из-за требующегося большого числа последовательных гибов. Применение этого способа ограничивается необходимостью иметь набор пуансонов для штамповки полуобечаек разного диаметра.

Гибка полуобечаек в секторном штампе осуществляется за три хода пресса: за первые два хода подгибаются кромки листа, а за третий ход - средний участок полуобечайки. Рабочая поверхность пуансона имеет радиус, равный внутреннему радиусу изготавливаемой полуобечайки, а поверхность матрицы - ее наружному радиусу. Изготовление полуобечаек по этому способу ведется «на упор», что исключает необходимость строго следить за моментом окончания гибки и останавливать ползун пресса в строго определенным месте. Поскольку для каждого типоразмера полуобечайки необходимо иметь специальный пуансон и матрицу с вполне определенным радиусом и длиной, то применение этого способа гибки в секторном штампе экономически наиболее целесообразно при производстве барабанов большими партиями.

Гибка полуобечаек в полуцилиндрическом штампе осуществляется за один ход пресса и имеет существенное преимущество, которое заключается в том, что при штамповке «на упор» в полуцилиндрическом штампе обеспечивается высокая точность цилиндрической поверхности полуобечайки, и не требуется ее последующей правки. Этот способ экономически наиболее целесообразно применять лишь при крупносерийном производстве одинаковых по диаметру и толщине стенки барабанов, так как полуцилиндрические штампы имеют большой вес и обладают высокой стоимостью.

Все вышеперечисленные способы изготовления полуобечаек барабана на гидравлическом гибочном прессе могут осуществляться как в «холодном» состоянии (рекомендуется при S меньшим либо равным D_в/40), так и с нагревом заготовки в печи до температуры в конце процесса гибки, которая составляет по первому и второму способу 700 ⁰С, по третьему и четвертому - 800-900 ⁰С.

При выполнении курсовой работы будем выполнять технологические расчеты изготовления обечаек барабана применительно к четырехвалковой листогибочной машине, так как эта машина является наиболее универсальной и позволяет изготавливать практически все обечайки.

Цель расчета

Целью технологического расчета гибки полуобечаек (корыт) барабана на гидравлическом гибочном прессе является определение способа гибки (на колодках свободным изгибом узким пуансоном, на колодках широким пуансоном, в секторном штампе, полуцилиндрическим штампом), обеспечивающего минимальное количество полуобечаек на корпус барабана.

Задачами расчета являются определение максимальной длины полуобечайки при всех существующих способах их получения на прессе в холодном и горячем состоянии и количества полуобечаек на корпус барабана.

Исходные данные

Внутренний диаметр барабана

Длина цилиндрической части барабана

Толщина стенки цилиндрической части

Материал - сталь 20К

Располагаемое усилие пресса

Определение способа штамповки

Способ штамповки принимаем с нагревом заготовки, так как

Расчетная температура штамповки

Горячий предел прочности стали при расчетной температуре

Расстояние между колодками при гибке полуобечаек узким пуансоном

Расстояние между колодками при гибке полуобечаек широким пуансоном

Расчетная максимальная длина полуобечайки при гибке узким пуансоном

Расчетная максимальная длина полуобечайки при гибке широким пуансоном

Расчетная максимальная длина полуобечайки при штамповке в секторном и полуцилиндрическом штампах

3 Определение способа изготовления обечаек

Для определения способа изготовления обечаек выбирается способ позволяющий изготовить барабан из меньшего числа полуобечаек. Заданную обечайку следует изготовить из двух полуобечаек длиной девять метров, получаемых свободной гибкой широким пуансоном для большого числа обечаек. Если требуется изготовить ограниченное число обечаек, то целесообразнее применить способ гибки полуобечаек узким пуансоном

Необходимое усилие пресса для штамповки полуобечайки узким пуансоном

Необходимое число переходов при гибки узким пуансоном

при угле

при угле

Заключение по расчету

Технологический расчет изготовления обечаек барабана котла на гидравлических прессах показал, что цилиндрическую часть барабана можно изготовить из двух полуобечаек длиной 9 м, любым из перечисленных способов. Но наиболее целесообразные для изготовления обечаек данного барабана применить штамповку узким или же широким пуансоном, так как данные способы позволяют изготовить барабан котла из наименьшего числа полуобечаек. Штамповка в обоих случаях производится с предварительным нагревом заготовки до . В зависимости от количества изготовляемых полуобечаек выбирается необходимый способ штамповки. Если требуется изготовить относительно небольшое количество барабанов, то целесообразно применить штамповку по первому способу, где не требуются дополнительные затраты на изготовление пуансона необходимого размера в отличие от штамповки по второму способу который целесообразно применять при производстве барабанов большими партиями. Что объясняется не только наличием дополнительных пуансонов, но и возможность получения полуобечаек за один ход пресса, в отличие от универсального узкого пуансона, где ход пресса осуществляется не мене шести раз, что существенно увеличивает время изготовления и энергозатраты на изготовления оной полуобечайки.

3.3 Технологический расчёт изготовления днищ на гидравлических прессах

Цель расчета

Задача технологического расчета штамповки днищ барабана заключается в определении величины общего усилия вытяжки и основных размеров штампа (пуансона и матрицы). Для решения данной задачи необходимо предварительно определить размеры заготовки для днища (диаметр и толщину) и решить вопрос о выборе штамповки днища - с прижимом или без прижима.

Исходные данные

Внутренний диаметр днища

Толщина днища в цилиндрической части

Толщина днища в центре эллиптической части

4 Высота цилиндрической части

Высота эллиптической части

Материал днища - сталь марки 20К

Периметр эллиптической части днища



Припуск на механическую обработку кромок торца

Коэффициент, учитывающий растяжение металла при штамповке

Диаметр заготовки для днища

Средняя толщина днища

Определение необходимого прижима заготовки

Прижим заготовки к матрице применяется в случае возникновения опасности складок (гофр) при штамповке днища, если выполняется условие

Так как условие не выполнилось, то способ штамповки днища принимается без прижима.

Горячий предел прочности стали

Растягивающее напряжение при горячей штамповке

Результирующее удельное давление течения металла

Общее усилие вытяжки

Припуск на механическую обработку днища (принимается)

Поправка на термическую усадку днища при охлаждении при расчетной температуре процесса и коэффициенте линейного расширения

Диаметр пуансона

Диаметр матрицы

Радиус закругления входной кромки матрицы (принимается)

Высота цилиндрической части матрицы (принимается)

Заключение о расчете

Технологический расчет штамповки днищ барабана позволил определить геометрические размеры заготовки, а также величину общего усилия вытяжки, действующего на пуансон и потребного для штамповки днища Также было выяснено, что опасности образования складок (гофр) при штамповке днища нет, следовательно, нет необходимости в прижиме заготовки к матрице.

4. Анализ и расчеты технологических процессов изготовления труб и змеевиков поверхностей нагрева котла [4,5]

Трубными элементами принято называть элементы котла, изготавливаемых из труб и имеющих размеры в одном направлении значительно больше, чем в другом. К ним относят, например, экранные трубы, опускные трубы, водо- и пароперепускные трубы, другие длинномерные трубные элементы.

Змеевиками же называют гнутые элементы поверхностей нагрева котла, размеры которых в обоих направлениях одинаковы, а сами они имеют змеевидную форму. Это змеевики ширм, конвективных частей пароперегревателя, экономайзера и др.

Исходными материалами для изготовления труб и змеевиков котла являются трубы металлургического производства. Для изготовления трубных элементов котла, работающих под внутренним давлением, допускается использование только цельнотянутых горячекатаных и холоднокатаных труб. Они изготавливаются и поставляются на котлостроительные заводы в соответствии с требованиями ГОСТ.

Технологический процесс изготовления трубных элементов поверхностей нагрева котлов принципиально одинаков и складывается из приемки и входного контроля исходных труб, их зачистки, разметки, раскроя, гибки, сварки, плазировки, контроля, включая и гидравлические испытания.

Основными из перечисленных частей технологического процесса, определяющими всю его трудоемкость являются гибка и сварка труб.

Гибка труб поверхностей нагрева, а это трубы небольшого диаметра, производится, как правило, в «холодном» состоянии на трубогибочных станках обкаткой роликом или наматыванием на гибочный сектор.

Гибка труб обкаткой применяется в том случае, когда требуется изготовить гибы с радиусом, меньше радиуса минимального для заданной конструкции гиба. Наматывание же необходимо использовать для изготовления крутозагнутых трубных элементов, в частности змеевиков пароперегревателя и экономайзера с радиусами гибов меньшими минимальных.

Основным видом сварки стыков трубных элементов поверхностей нагрева котлов является контактная сварка, чаще всего, оплавлением. Она обеспечивает получение сварного соединения труб при достаточно высокой производительности процесса сварки.

Основным расчетом, который требуется производить при разработке технологического процесса изготовления как труб, так и змеевиков, является расчет гибки труб с определением радиуса и угла гибки, необходимого крутящего момента на валу листогибочного сектора или ролика и необходимой мощности привода трубогибочного станка.

4.1 Подготовка труб

Трубы подвергают входному контролю с проведением следующих основных операций: подготовка труб для контроля, стилоскопирование, внешний осмотр и измерение, контроль металла неразрушающими методами, сортировка, маркировка. Основной целью подготовки труб для контроля является очистка наружной поверхности труб от окалины и продуктами коррозии, которые препятствуют выявлению дефектов при осмотре и неразрушающих методах контроля. Очистку наружной поверхности труб выполняют комбинированным способом, ленточным шлифованием, иглофрезерованием, дробеструйной или дробеметной обработкой.

Комбинированная очистка труб заключается в поверхностном нагреве, который приводит к отслаиванию окалины и коррозионного слоя от поверхности трубы, обжиге масляных и других загрязнений и последующей очистке металлическими щетками или абразивными брусками.

Очистка иглофрезерованием происходит при прямолинейном с вращением вокруг оси движении трубы вращающейся иглофрезой, представляющей собой диск из плотно спрессованных жестких проволок. Скорость продольной подачи трубы примерно 2 м/мин.

Дробеметная и дробеструйная обработка трубы состоит в подаче на ее поверхность струи чугунной или стальной дроби. Процесс осуществляется при продольном движении одной или нескольких труб, на которые направлено несколько струй дроби.

Дробь из сопла дробеструйного аппарата выбрасывается струей сжатого воздуха. Дробеструйная очистка производится чугунной колотой дробью размером 1,5 мм. Продольная подача труб осуществляется со скоростью 1…2 м/мин.

Наружный контроль труб производится с целью обнаружения глубоких рисок, вмятин, трещин, расслоений, закатов и др.

4.2 Раскрой змеевиков

Общая длина развертки змеевика определяется по оси трубы как сумма длин прямых и гнутых участков змеевика.

Длина (дуг) гнутых участков L, м

где - угол гиба трубы, град;

R-радиус гиба трубы, м.

Общая длина развертки змеевика чаще всего больше длины составляющих его труб. Поэтому определяют зоны расположения стыков и производят раскрой змеевика - разбивку на элементы (технологические детали). При раскрое змеевика принимают во внимание следующее: стыки должны быть открыты, доступны для осмотра и ремонта; нельзя располагать стыки на гнутых участках и в местах приварки деталей; расстояние от начала закругления до оси стыка на трубах поверхностей-нагрева должно быть не менее 50 мм, а при стыковой сварке оплавлением - не менее 250 мм; число сварных швов должно быть минимальным; раскрой должен производиться с минимальными технологическими отходами; возможность получения наибольшего количества одинаковых деталей.

При ручном раскрое змеевика из немерных труб сложно определить оптимальный вариант раскроя с максимальным коэффициентом использования труб. Раскрою должна предшествовать сортировка немерных труб по длинам и комплектование их по группам длин. В группу включаются трубы определенной длины с отклонением ± 50 мм. Исходя из имеющихся длин труб, производят раскрой змеевика. Длину заготовки элемента змеевика определяют с учетом удлинения при гибке и укорочения при контактной стыковой сварке методом оплавления. В ряде случаев применяют ручную сортировку и комплектацию труб по длинам.

4.3 Способы изготовления змеевиков

Существует три основные схемы получения змеевиков поверхностей нагрева котла (рис. 7): поэлементная, плетьевая и способом последовательного наращивания. Независимо от способа технологический процесс изготовления змеевиков предусматривает: входной контроль труб; сортировку исходных труб по длинам; разработку схем раскроя труб на элементы; резку труб, торцовку и зачистку концов труб. Выбираем поэлементный способ.

Рисунок 7. Поэлементная схемы изготовления змеевиков

При поэлементном способе изготовления подготовленные прямые трубы сначала гнутся на станках с последующей плазировкой, затем гнутые элементы свариваются между собой в змеевик (рис. 7).

4.4 Контроль сварных соединений и гибов

Внешнему осмотру и измерению подвергают каждое сварное соединение для выявления смещения кромок и излома в месте стыка (рис. 8). Под смещением b свариваемых кромок понимается параллельное смещение осей труб между собой. Излом k представляет собой отклонение в виде перекоса осей стыкуемых труб. Смещения кромок и излома стыка измеряют специальной линейкой длиной 400 мм с вырезом посередине, которую устанавливают плотно по образующей одной из труб вырезом в месте стыка, а отклонение определяют по другой трубе щупом на расстоянии 200 мм от оси стыка. Измерения проводят в 3 - 4 местах по окружности стыка.

Осмотром выявляют такие дефекты, как поджоги (подплавление) труб в местах контакта с губками и корпусом машины, наползание кромок, неполное удаление наружного грата.

а - смещение; б - излом;

Рисунок 8 - Отклонении свариваемых кромок труб

Для проверки качества сварных швов, а также приборов для автоматического контроля параметров процесса сварки проводят экспресс-испытания контрольных сварных соединений (образцов). Образцы получают перед началом каждой смены. Сварку разрешается выполнять только при наличии положительных результатов экспресс-испытаний контрольных образцов. Как правило, экспресс-образцы подвергают металлографическому исследованию.

Проверка механических свойств и металлографическое исследование сварных соединений проводятся на образцах, изготовленных из контрольных сварных соединений, или на образцах сварных соединений, вырезаемых из изготовляемого изделия. В случае вырезки из готовой продукции объем контрольных стыков должен быть не менее 1% (но не менее трех стыков) общего числа идентичных сварных соединений, выполняемых каждым сварщиком за одну смену.

Прогонкой шара сжатым воздухом проверяется полнота удаления внутреннего грата (или протека металла) - обеспечение заданного проходного сечения в сварных соединениях. При контроле сварных соединений на прямых трубах (плетях) применяется шар диаметром 0,86d_в.ном, на змеевиках 0,8d_в.ном труб. Уменьшение диаметра шара при контроле проходного сечения в змеевике вызвано овальностью труб в гибах. На свободный конец змеевика надевают шароуловитель, чем обеспечивается безопасное выполнение операции.

Контроль овальности гибов труб и змеевиков поверхностей-нагрева выборочный (не менее 10% гибов одного типоразмера). Максимальная овальность по всей длине гиба не должна превышать допускаемого значения. Измерение максимального и минимального наружного диаметров трубы в месте гиба производится в одном контрольном сечении.

Овальность сечения в местах гибов труб можно определить

где и - соответственно максимальный и минимальный наружный диаметр трубы в месте гиба, измеряемый в одном месте сечения, м.

Для поверхностей нагрева котла допустимая овальность

где R - радиус гиба трубы, м;

- наружный диаметр трубы, м.

Утонение стенки трубы в месте гиба на растянутой (внешней) стороне определяется ультразвуковым толщиномером выборочно. Рекомендуется обязательная проверка утонения при смене гибочного инструмента, наладке станка и приспособлений.

У труб диаметром до 60 мм, изогнутых без нагрева токи высокой частоты (ТВЧ), волнистость (гофры) на внутренней стороне гиба и выпучины на растянутой стороне не должны превышать 0,5 мм по высоте при минимальном шаге не менее трех высот.

4.5 Плазировка и заключительные операции при изготовлении змеевиков

Согнутые элементы перед сваркой их в змеевик и змеевики измеряют на специальных плазах. Плаз представляет собой площадку, выложенную чугунными или стальными плитами, на которой в натуральную величину вычерчивают контур змеевика. При изготовлении серии однотипных змеевиков применяют плаз-шаблон с контуром змеевика и устанавливают (прихватывают) ограничители габаритных размеров по гибам, шагам и отводам змеевика.

Плазировку и правку змеевика проводят после термической обработки (в случае необходимости), перед сборкой его со стояками и деталями крепления. При несоответствии змеевика чертежу производят правку (подгонку). Змеевики из углеродистой и легированной стали исправляют в холодном или нагретом состоянии, а из аустенитной - в холодном состоянии. Температура подогрева при правке зависит от марки стали и контролируется пирометром или термокарандашом. При плазировке выявляют причины, которые приводят к отклонению размеров для принятия мер по их устранению. Участки змеевиков с неисправимыми дефектами (значительные вмятины, сплющивание, изломы и смещения кромок стыковых соединений) вырезают и вваривают новые с повторным проведением всех операций, включая термическую обработку.

После плазировки, исправления дефектов, сборки и сварки с деталями крепления и дистанционирования змеевики подвергают гидроиспытанию.

Гидроиспытание проводят водой с температурой не ниже 5°С на гидравлическом стенде. Змеевики, пакеты и отдельные трубы укладывают на стеллажи, обеспечивающие удобство при заполнении водой и осмотре. Змеевик (трубу) заполняют водой и герметизируют: заглушают ершовыми самотормозящими заглушками внутреннего или наружного крепления. После присоединения насосов и манометров (не менее двух) все наружные швы и поверхность змеевика протирают ветошью (если это необходимо) и обдувают воздухом до получения сухой поверхности.

Насосом медленно поднимают давление до пробного, как правило равного 1,25 рабочего и выдерживают в течение 5 мин. После снижения пробного давления до рабочего производят тщательный осмотр всех сварных швов и змеевика. После осмотра змеевика давление снижают до нуля, змеевик освобождают от заглушек, сливают воду и продувают сжатым воздухом для полного удаления воды. Змеевики проверяют на отсутствие посторонних предметов и (повторно) полноту удаления внутреннего грата путем прогонки шара.

4.6 Расчет

Минимальный радиус гибки



Радиус гибки определяется по формуле

=3,0833,

где -радиус гибки, мм.

Исходя из этого условия требуется применить гибку наматыванием с дорном(2 исходя из конструктивных соображений).

Определение изгибающего момента

Изгибающий момент, необходимый для гибки труб, определяется из условия гибки труб:

,

где - напряжение в очаге деформации, МПа;

- условный предел текучести стали, МПа;

=255 МПа для стали 15Х1М1Ф.

Раскрытие условия гибки определяется по формуле

,

где - коэффициент упрочнения трубы, определяемый формой сечения;

- коэффициент упрочнения трубы, определяемый свойствами материала;

Для трубного пучка:

;

= 5,8 для стали 15Х1М1Ф.

Определение момента сопротивления, , Нм сечения при упругом изгибе определяется по формуле

где

Отношение внутреннего к наружному диаметру определяется по формуле

.

Момент сопротивления определяется по формуле

Изгибающий момент определяется по формуле



Определение силы прижима трубы

определяется по формуле

=(1,5-2,0) =2,00,032=0,09 м.

Силы прижима трубы определяется по формуле

Определение необходимого радиуса гибочного сектора

При холодной деформации металла, в том числе и труб, имеет место пружинение - способность трубы несколько разгибаться после снятия нагрузки. Поэтому необходимо определить радиус гибочного сектора, R, м который позволил бы снизить этот эффект.

Радиус необходимого гибочного сектора определяется по формуле

где Е = 2,1.

Определение угла гибки

Угол гибки определяется по формуле

 где

определяется по формуле

Угол гибки определяется по формуле

Определение суммарного крутящего момента

Суммарный крутящий момент определяется по формуле

где - крутящий момент, затрачиваемый на преодоление сил трения, кНм.

Определение крутящего момента, затрачиваемого на преодоление сил трения

,

где - результирующий коэффициент трения (эмпирический), учитывающий трение качения о ролик, трение скольжения ролика на осях, трение скольжения в подшипниках гибочного сектора, трение трубы о дорн и др.

=0,05.

Крутящий момент, затрачиваемый на преодоление сил трения определяется по формуле

Суммарный крутящий момент определяется по формуле

Определение мощности на валу гибочного сектора

Мощность на валу гибочного сектора

где

определяется по формуле

где =1450 об/мин (принимается);

= 450 (принимается), сам привод нам неизвестен, поэтому все данные предположительны.

Мощность на валу гибочного сектора определяется по формуле

Мощность приводного электродвигателя определяется по формуле

где - коэффициент полезного действия (К.П.Д.) привода (принимается условно).

Анализ расчета процесса гибки труб

В ходе данного расчета был определен необходимый радиус гибки труб, значение которого показало, что необходимо применять гибку наматыванием с дорном. Был найден необходимый крутящий момент на валу трубогибочного сектора, значение которого позволило определить необходимую мощность приводного электродвигателя для гибки труб. Его значение не столь велико (1,895 кВт), но достаточно для гибки труб данного диаметра.

5. Анализ конструкций газоплотных панелей и газоходов котла и технологии их изготовления

5.1 Изготовление газоплотных панелей

Топки современных паровых котлов выполняются в виде цельносварных трубчатых стенок, состоящих из свариваемых между собой газоплотных блоков (панелей). Выбор способа изготовления панели зависит от многих технических, экономических и организационных факторов.

Применение плавниковых труб упрощает технологию изготовления и организацию производства панелей. Соединение труб осуществляется путем сварки их между собой по плавникам. Шов находится вне зоны стенки трубы. Этот способ менее трудоемкий, чем другие. Однако следует иметь в виду, что стоимость плавниковых труб очень высокая, невозможен гарантированный контроль качества металла труб и ограничена поставка труб определенной длины.

Применение сварных плавниковых труб существенно усложняет технологию изготовления панелей. Оребренная плавниками труба получается путем приварки к гладкой трубе двух диаметрально расположенных ребер (плавников) дуговой сваркой под флюсом или высокочастотной сваркой.

Дуговая приварка полос под флюсом к отдельным трубам выполняется на автоматических установках, снабженных роликами 3 с горизонтальной и вертикальной осями (рис. 9). Ролики фиксируют трубу 1, удерживают полосы 2 на оси трубы и создают необходимый прижим полос к трубе, выдерживая шаг по плавникам. Двумя сварочными головками 4 можно одновременно приваривать два плавника с одной стороны трубы. Приварка с другой стороны выполняется после кантовки трубы на 180^?. Оребренная дуговой сваркой труба имеет четыре сварных шва, расположенных непосредственно на стенке.



Рисунок 9 - Автоматическая дуговая приварка полос к трубе

В панелях из плавниковых труб, соединенных двусторонними стыковыми швами, число сварных швов

где n - число труб.

Число сварных швов в панелях, выполненных из оребренных дуговой сваркой труб, соединенных двусторонним стыковыми швами,

.

Число сварных швов больше, чем в панелях из цельных плавниковых труб, в 3 - 4 раза.

При оребрении легированных труб в ряде случаев возникает необходимость в последующей термической обработке.

Оребрение плавниками труб из углеродистой стали высокочастотной сваркой выполняется аналогично сварке, рассмотренной выше. При этом устраняются недостатки изготовления панелей из плавниковых и оребренных дуговой сваркой труб. На одной трубе получается два сварных соединения вместо четырех, скорость сварки до 30 м/мин вместо 1,6 м/мин. Число сварных швов в панели



Число сварных швов меньше, чем в панелях из оребренных дуговой сваркой труб, в 1,5 раза.

Следует отметить, что стоимость комплекта технологического оборудования для производства высокочастотного оребрения труб высокая и экономически целесообразна в случае необходимости обеспечения высокого качества работ и крупносерийности производства.

Панели из гладких труб с полосой между ними получают сваркой полосы с трубами двусторонним швом (к каждой трубе). Сначала накладывается шов с одной стороны, а после кантовки с другой. Для стыковки панелей между собой на монтаже к крайним трубам приваривают полосы. Приварка полос между трубами и к крайним трубам производится дуговой сваркой под флюсом.

Таким образом, на каждой гладкой трубе имеется по четыре сварных шва (как на оребренной дуговой сваркой трубе). Исключается средний шов для соединения труб между собой. Число сварных швов в панелях, выполненных вваркой полосы, с учетом швов приварки полосы к крайним трубам панели n. Число сварных швов меньше, чем в панелях из оребренных дуговой сваркой труб, в 1,5 раза, и больше, чем в панелях из оребренных высокочастотной сваркой труб, на два шва.

Панели из гладких труб с наплавкой перемычки между ними сваривают дуговой сваркой с применением сварочной проволоки в качестве электрода 3 для расплава присадочного материала 2 и флюса 4. Присадочными материалами являются: металлический порошок; металлическая крошка; проволока одинакового с электродом диаметра, подаваемая в зону сварки между трубами параллельно им. Обратная сторона шва формируется охлаждаемой опорной подушкой. На рис. 10 показана наплавка перемычек. Деформация панели происходит по длине и ширине.



1-труба; 2-металлическая крошка; 3-электрод; 4-флюс; 5-стол; 6-охлаждаемая подушка

Рисунок 10 - Наплавка перемычки

Ввиду повышенной склонности материала к трещинообразованию этот способ применяют только для труб из малоуглеродистой стали с перемычкой небольшой ширины (не более 13 мм). Скорость наплавки перемычки с использованием сварочной крошки составляет 0,5…0,66 м/мин. Кроме того, необходима термическая обработка панелей, изготовленных из малоуглеродистой стали.

5.2 Основные принципы формирования панелей

Правильность заданной формы и размеров панели без последующей её правки достигается выбранной схемой формирования панели. Для всех способов изготовления панелей наиболее универсальным и надежным является симметричное соединение; при этом каждый последующий элемент получается из соединения предыдущих.

На рис. 11 показано симметричное соединение гладких труб путем вварки полосы и плавниковых (оребренных) труб на установках с двумя сварочными головками. При вварке полосы в качестве первого элемента получают «двойку», затем из двух «двоек» - «четверку», из двух «четверок» - «восьмерку» и т.д. (рис. 11, а). На сборочно-сварочном стенде со сварочной установкой портального типа секции соединяют в панели шириной до 3 м.

При изготовлении панели из плавниковых труб первым элементом является «тройка», две «тройки» соединяют в «семерку» вваркой между ними одной плавниковой трубы и т.д. Первый элемент может быть получен из любого числа труб, что зависит от количества сварочных головок в установке. На установке с четырьмя сварочными головками путем вварки полосы можно получить «тройку», три «тройки» соединить в девятитрубную секцию - «девятку», а при сварке плавниковых труб можно сразу получить пятитрубный элемент.

а) из «двоек», вваркой полосы между гладкими трубами;

б) из «троек», сваркой плавниковых труб между собой.

Рисунок 11 - Схема изготовления панелей

Газоплотные панели имеет длину, как правило, больше 12 м. Если развернутая длина панелей превышает длину поставляемых труб, то производят стыковку отдельных труб до необходимой длины, после чего их подают на сварку элементов. Длина плавниковых или гладких труб, подготовленных к сварке в элементы панели, определяется с учетом припуска на несовпадение торцов при вводе в сварочную машину, усадку по длине (1 мм на 1 м длины шва), подрезку торцов с двух сторон и др.

У плавниковых труб с не сваренными по плавникам участками ширина плавника (на этих участках) должна быть на 4 мм меньше исходной, что достигается фрезерованием плавников. Это связано с необходимостью исключения веерообразной разводки труб на несваренных участках при поперечной усадке продольных сварных швов, а также для обеспечения свободной гибки трубы на таком участке.

Панели с разводками под «гляделки», лазы и горелки изготовляют различными способами. Обычно в плоских панелях вырезают окна под вварку гнутых элементов. Панели с амбразурами под горелки делят на несколько частей и соединяют с образованием амбразуры нужной геометрии и размеров.

5.3 Установки для сварки газоплотных панелей

В стационарной установке проходного типа сварку осуществляют при перемещении труб, элементов или секций относительно сварочных головок, закрепленных на траверсе станины установки. В установке портального типа сварочные головки на портале перемещаются относительно свариваемых секций или панели.

Стационарная установка проходного типа предназначена для сварки элементов, секций и панелей из плавниковых труб или из гладких труб путем варки полосы между ними.

Для соединения труб и элементов применяется полоса прямоугольного сечения. В связи с отклонением размеров полосы и трубы от номинальных размеров сложно получить заданный шаг между трубами в панели и размер по ширине панели с минимальными отклонениями, даже при калиброванной полосе. Поэтому при изготовлении панелей способом вварки полосы в комплекте со сварочной установкой применяют станок для правки и калибровки полосы. В процессе правки и калибровки обеспечивается очистка полосы от окалины и продуктов коррозии. По фактическому диаметру партии труб станок настраивают для калибровки полосы на необходимую ширину, обеспечивающую заданный шаг труб в панели.

Для сварки элементов и секций панелей из плавниковых труб можно переоборудовать сварочную установку путем переналадки схемы расположения роликов с частичной их заменой роликами необходимого профиля.

Установка портального типа применяется, как правило, для сварки элементов в секции и секций в панели шириной до 3 м (рис. 12). Элементы или секции и полосы укладывают на сборочно-сварочный стенд 8, по боковым сторонам которого проложены два рельса портала 9. На плитах сборочно-сварочного стенда имеются гнезда для установки планок с медными прокладками, на которые опираются полосы или плавники труб. Боковой прижим осуществляется с помощью нажимных пневмоцилиндров или упоров 7, устанавливаемых в гнезда плит стенда, и клиньев.

Рисунок 12 - Установка портального типа для сварки секций в панели

По направляющей траверсы 3 портала 9 передвигается каретка 2 и устанавливается в местах соединения элементов, секций. На каретке смонтированы две сварочные головки 4 и 5, бак 1 для флюса, система подачи и отсоса флюса, блок нажимных роликов 6 для правильной установки свариваемых элементов, секций и полос. В зависимости от назначения портал может иметь необходимое число кареток (сварочных головок). С двумя каретками (четырьмя сварочными головками) можно соединять сразу три секции (элемента), вваркой между ними одновременно двух полос.

Соединение элементов, секций и панелей из гладких труб с вваркой полосы или плавниковых труб из легированной стали на установках проходного и портального типа производят с предварительным подогревом газовыми горелками до температуры 150…200^?С. Газовые горелки устанавливаются перед сварочными автоматами проходного типа. Мощность горелок зависит от скорости перемещения элементов (скорости сварки).

5.4 Термическая обработка панелей

Обязательной термической, обработке подвергают панели, изготовленные из плавниковых стальных, из гладких труб стали 15Х1М1Ф с вваркой полосы; из плавниковых труб стали 15Х1М1Ф в случае приварки шипов и если твердость сварного шва (наплавленного металла) превышает 230 НВ. Панели, изготовленные из сталей марок 20 и 15ХМ, из плавниковых труб стали марки 15Х1М1Ф с проставкой, не подвергают термической обработке.

Термическая обработка панелей (и образцов) производится до операции гибки по режиму отпуска в камерной печи с выдвижным подом.

Твердость сварного шва должна составлять 140…230 НВ. При твердости сварного соединения выше 230 НВ панели подвергают повторной термической обработке.

5.5 Методы контроля сварных соединений

Все сварные соединения панелей осматривают. Продольные швы панелей подвергают феррозондовому контролю для обнаружения поверхностных поперечных трещин или другому неразрушающему контролю, равноценному феррозондовому. Феррозондовый контроль проводят после термической обработки панели, отделки продольных швов, исправления всех поверхностных дефектов, обнаруженных при осмотре. При контроле феррозондовая установка, закрепленная на тележке, плавно перемещается вдоль контролируемого шва.

Основные размеры панели проверяют на соответствие их чертежу. Превышение допустимых отклонений по шагу между соседними трубами, ширине панели, а также по волнистости и серповидности (отклонение от прямолинейности боковой кромки элементов или секций) свидетельствует о неправильных настройке сварочного автомата и расположении роликов.

5.6 Обработка торцов панелей

В плоских панелях концы обрабатывают перед гибкой и необходимо учитывать изменение линейных размеров при изгибе панелей. При обработке концов панелей на специальной установке отрезают с двух сторон припуски на длину панели, обрабатывают перемычки (плавники, полосы) на глубину, 20 мм от торца трубы и снимают фаски на торцах труб.

Установка состоит из рабочего стола, на который укладывается обрабатываемая панель. Вдоль стола перемещается портальная тележка, которая может фиксироваться в любом месте по длине стола. Портал служит для закрепления панели и отрезания концов (припуска). Портальная тележка снабжена пильной головкой (дисковая пила с приводом), перемещающейся по траверсе портала в поперечном движению тележки направлению. За пределами рабочего стола с двух торцов установлены две фрезерные головки (по одной с каждой стороны) или радиально-сверлильные станки с поворотной головкой, перемещающиеся вдоль торцов панели. Применяют также горизонтально-расточные станки.

Портальную тележку устанавливают в нужном положении, совмещают линию припуска панели с плоскостью пильного диска и производят отрезку. Перемычки и фаски на торцах труб обрабатывают фрезерными головками (радиально-сверлильными, горизонтально-расточными станками), специальными фрезами кольцевой формы или комбинированными фрезами при последовательном перемещении от одной трубы к другой.

5.7 Гибка панелей

Гибку панелей производят: на прессах вертикального или горизонтального типа, на гибочных машинах с вертикальным или горизонтальным расположением валков методом обкатки. Гибка на прессах может выполняться: на двух раздельных опорах (валках) узким пуансоном: на двухопорной матрице секторным пуансоном. На прессах вертикального типа (рис. 13, а) панель 1 располагается в горизонтальной плоскости. Для выполнения противоположных гибов необходимо панель перекантовать и вновь завести в пресс. При этом в ряде случаев нельзя выполнить на одной панели два гиба в противоположных направлениях. Как правило, это относится к панелям с большими расстояниями от торца до гиба и с углом, близким к 90°.

Гибка панелей на прессах горизонтального типа

Гибка панелей на прессах горизонтального типа (рис. 13, б) с вертикальным расположением гибочного инструмента производится при вертикальном положении панели 1. Это позволяет выполнить на одной панели два и более гибов в противоположных направлениях с перекантовкой панели.

а) вертикальном; б) горизонтальном; 1-панель; 2-пресс; 3-гибочный инструмент (пуансон); 4-опора; 5-подвижная подставка.

Рисунок 13 - Гибка панели на прессе:

Гибочная машина для гибки панелей в горизонтальном положении способом обкатки (рис. 14). Машина имеет три горизонтальных валка: верхний 4 с профильными роликами 5, нижний 1 с профильными роликами 2 и валок 3 для предварительной загибки. Верхний валок выполняет роль шаблона, по которому обкатывают панель. Нижний валок и валок для предварительной загибки смонтированы с двух сторон на подшипниках в двух кулисах 6, оси 7 которых совпадают с осью верхнего валка. На осях 7 кулис закреплены звездочки 8 роликовой цепной передачи 9 с гидроцилиндрами 10, при помощи которых осуществляется поворот кулис относительно оси верхнего валка-шаблона.

Рисунок 14 - Гибка панелей на горизонтальной гибочной машине

Панель 11 вводят между верхним и нижним валками и крепят зажимными устройствами. С помощью двух вертикальных гидроцилиндров 12 нижний валок перемещают вверх и прижимают панель к верхнему валку. При повороте кулисы нижний валок обкатывает панель по верхнему валку, а вал предварительного загиба производит опережающую гибку. При горизонтальной гибке панели на гибочной машине методом обкатки так же, как при гибке на вертикальных прессах, не всегда удается осуществить гибку в противоположных направлениях.

Гибка панелей на прессах вертикального типа

Гибочный стан для двусторонней холодной гибки панелей в вертикальном положении (рис. 15) оборудован опорными роликами 1, механизмом выравнивания 2 и механизмом подачи 3 панели в гибочные валки, тележкой 5 для поддержания свободного конца панели и зажимными устройствами. Основным рабочим органом стана является гибочный механизм с вертикально расположенным блоком 6 валков, выполненным в виде двух симметрично расположенных валков, соединенных между собой водилами. На валках установлены свободно вращающиеся профильные ролики, которые могут перемещаться по валку (до 4 мм), что позволяет им самоустанавливаться по фактическим шагам труб в панели.

Рисунок 15 - Вертикальный гибочный стан для двусторонней гибки панелей

Газоплотная панель укладывается электромостовым краном на опорные ролики 1. Механизмом выравнивания 2 панель устанавливается в вертикальное положение соосно с зазором между гибочными валками. Механизмом перемещения опорных роликов панель совмещается с ручьями профильных роликов, перемещаясь в вертикальном направлении вверх или вниз. Затем механизмом подачи 3 панель протягивается в зазор между валками и крепится зажимными устройствами 4.

Гибочный механизм стана действует следующим образом (рис. 16). Блок валков вращается вокруг одной из пар выдвижных полуосей, являющихся одновременно штоками гидроцилиндров. Обкатывающийся валок расстопоривается путем вывода из соединения одной пары выдвижных полуосей 1. Рейки 2, находящиеся в зацеплении с шестернями 3 пары полуосей обкатываемого вала 5, вращают его. Так как оба валка соединены водилами 4, то блок вращается вокруг обкатываемого валка 5 (шаблона), соединенного жестко с механизмом вращения. При этом производится гибка панели. При гибке панели в противоположном направлении обкатываемый валок 5 (шаблон) отсоединяется от полуосей 1, а обкатывающийся валок 6 становится обкатываемым (шаблон). Такая схема гибочного механизма позволяет выполнять двустороннюю гибку без кантовки панели. Если одна панель имеет несколько гибов, то их выполняют последовательно, перемещая панель механизмом подачи от одного гиба к другому.

Рисунок 16 - Гибочный механизм вертикального гибочного стана

Гибка концов труб в панелях

Панели, у которых трубы имеют гнутые концы, чередующиеся с прямыми или изогнутыми, выполняют плоскими. Участки гнутых концов (выводов от плоскости панели) труб не сваривают между собой перед гибкой. Такая технология изготовления панелей по сравнению с технологией, основанной на приварке гнутых элементов (концов) к панели, исключает большое число сварных стыков в зоне максимальных теплонапряжений.

В станке для гибки концов труб в панелях на траверсе 2 закреплены наборы гибочных шаблонов роликов с ручьями (рис. 17). Траверса соединена с механизмом гибки. Суппорт 4 перемещается к трубе 5 вдоль вала 3 механизма гибки под действием винтового привода, установленного на станине станка. Цилиндрические зубчатые колеса 1 механизма гибки находятся в зацеплении с шестернями привода гибки и совершают поворот на 110° при гибке труб на угол 90°. При повороте зубчатых колес 1 суппорт 4 начинает круговое движение и гибочной оправкой изгибает трубу вокруг гибочного шаблона. После гибки суппорт возвращается в исходное положение, затем с помощью механизма передвижения перемещается к следующей трубе и цикл гибки повторяется.

Рисунок 17 - Станок для гибки концов труб в панелях

5.8 Ошиповка панелей

К готовым панелям или блокам механизированной дуговой сваркой в защитном газе или под слоем флюса цанговым пистолетом приваривают шипы. Операцию выполняют в нижнем или вертикальном положении панели на постоянном токе обратной полярности. В результате одностороннего нагрева происходит деформирование панели. Технологические меры по предотвращению деформации панели зависят от ее размеров и сечений, плотности ошиповки, размеров и расположений шипуемых участков и других факторов. Приварку шипов выполняют по схемам, определяющим последовательность ошиповки.

5.9 Изготовление труб экранов и трубопроводов на монтажной площадке

Трубы экрана и трубопроводы на монтажной площадке получают из гнутых элементов с последующей их сваркой или сваркой прямых труб между собой с последующей гибкой. В первом случае можно применять гибку с дорном, но сложнее сборка и сварка, которая не всегда может быть механизированной. Во втором случае применяется механизированная сварка, но сложнее гибка и исключается гибка с дорном. На трубогибочных станках с цифровой индексацией или с ЧПУ можно производить гибку труб длинной до 6 м; при гибке труб большого диаметра (108…465 мм) на обычных станках получаются большие отклонения, исправление которых связанно со значительными материальными затратами. В результате экраны в большинстве случаев изготавливают из состыкованных труб (до 76 мм.), а трубопроводы на монтажной площадке котла - из гнутых элементов и прямых участков труб с последующей сваркой между собой.