换热设备在石油、化工、电力、航空航天以及海洋工程等众多领域有着非常广泛应用,管壳式换热器的换热管穿管是换热设备制造的重难点和关键工序。针对穿管导向过程中存在具体问题进行技术攻关,设计、制造了内胀、自锁式导向头,并通过实践进行优化,实现了导向头使用的规范化和自动化,大大提升了穿管的作业质量和工作效率。

1现状

前期在换热设备穿管导向时常使用的导向头结构如图1,头部为圆锥状;过渡段为台阶,用于插入换热管内孔(间隙配合);台阶尾部焊接长条状薄钢板,在导向头安装进入换热管内空前将钢板折弯,通过钢板变形与换热管内壁进行固定。该方式工装设计原理简单、加工制造成本低,但实际使用过程中存在问题:导向头安装精度低,其外壁与换热管外壁易出现错边,导致穿管过程卡顿;导向头通过尾部变形的薄钢板进行固定,锁紧效果差,无法量化,操作过程中导向头脱落的风险大;导向头尾部薄钢板易对换热管内壁表面造成伤害,导致换热管内表产生明显的划伤。

2内胀自锁式导向头结构设计

为解决换热管穿管过程中存在问题,研制了内胀自锁式穿管导向头,该导向头的结构见图2所示。内胀自锁式导向头由导头、挡圈、芯轴、挡环和膨胀圈等部分组成,各部分的结构和功能:①导头,选择不锈钢材质,顶部为球状,中心开内六角沉孔,靠近端部有横向通孔,大端为台阶孔和内螺纹结构;整体外形呈锥状平滑过渡。②挡圈,选择不锈钢材质,一端通过台阶与导头配合,另一端通过台阶与换热管内孔连接。③膨胀圈,材质为橡胶,具有较好的弹性。橡胶圈之间使用挡环进行隔离。膨胀圈与芯轴和换热管内孔采用过盈配合,橡胶圈通过轴向压缩膨胀进行导向头与换热管的相对固定。④挡环,为材质为金属铜,放置于膨胀圈两端,起到隔离作用。⑤芯轴,是用于将挡圈、膨胀圈、挡环与导头进行串联固定的???,为金属材质,芯轴与导头采用螺纹连接方式进行固定。

3内胀自锁式导向头使用

3.1导向头组装

首先将膨胀圈、挡环和挡圈按照图示顺序进行组装,然后将芯轴与导头通过螺纹连接方式进行连接。在导向头安装进入换热管前不需要拧紧使膨胀圈发生膨胀。

针对于批量化穿管作业,可制备多组导向头同时进行组装和使用。

3.2导向头与换热管安装

将导向头按照图纸要求安装进入换热管内孔,由于导向头的橡胶圈与芯轴和换热管内孔均为过盈配合,使用内六角扳手或动力工具旋转导头。芯轴和膨胀圈、挡圈及挡环由于摩擦力将与换热管保持相对静止,导头通过螺纹连接将芯轴拉紧,进而挤压膨胀圈,使整个导向头与换热管胀接锁紧固定。

3.3导向头安装检查

检查导向头与换热管同轴度、端部间隙,通过拉脱测试确定导向头安装牢固。批量化作业时可通过拧紧力矩参数固化进行控制。

3.4穿管导向

按照工艺要求进行穿管,穿管过程应调整好推进方向,平稳进行操作,避免方向偏转和不利冲击。

3.5导向头拆除

当导向头和换热管顺利从管板穿出后,使用内六角扳手或动力工具将导向头松脱,此时橡胶圈处于松弛状态,将导向头从换热管孔拉出即可。

3.6导向头检验和重复使用

对取出的导向头金属表面状态、橡胶材质情况、锁紧连接情况进行检查,确认合格后按照上述方式反复、循环使用和检查。

4内胀自锁式导向头优点

内胀自锁式穿管导向头根据换热管穿管技术研究进行设计、制造和优化、固化,其优点是:导向头安装精度高,通过内胀式结构,很好地保证了导向头与换热管的同心度,避免了由于错边产生的穿管卡顿;导向头采用橡胶圈胀接方式进行固定,使用螺纹结构进行胀接,可通过实验确定的拧紧力和膨胀后拉脱力之间的关系,并确定合理的参数范围,避免导向头意外脱落。

5结语

通过对换热管穿管技术进行深入的分析和研究,结合长期制造技术经验积累,设计、制造了内胀自锁式换热管穿管导向头,并在产品制造过程中进行应用和优化改进,最终对导向头工装结构和制造工艺进行固化。内胀自锁式换热管穿管导向头很好地解决了传统导向头在装配精度、定位锁紧效果、产品表面防护和标准化操作等多方面存在的问题,为换热管穿管导向技术改进提供支持和保障。