Ce este o mașină de rulat tuburi de cazan?

În fabricarea și întreținerea cazanelor industriale, integritatea fiecărei îmbinări tub-foaia tubulară este esențială pentru funcționarea în siguranță, pe termen lung. The mașină de rulat tuburi cazan - numit și expandator de tub sau rolă de tub - este instrumentul de precizie care creează aceste îmbinări mecanice rezistente la scurgeri. Înțelegerea modului în care funcționează aceste mașini, ce tip să alegeți și cum să le operați corect separă o instalare fiabilă de o defecțiune costisitoare și periculoasă.

Aceste mașini sunt indispensabile în fabricarea și întreținerea cazanelor cu tuburi de foc, cazanelor cu tuburi de apă, schimbătoarelor de căldură, condensatoarelor și recipientelor sub presiune. O îmbinare a tubului rulată corect poate rezista la ciclurile termice extreme, vibrațiile și diferențele de presiune inerente în funcționarea cazanului industrial - deseori durând întreaga durată de viață a echipamentului fără rulare din nou.

Procesul de rulare realizează două rezultate simultane: acesta sigilii tubul împotriva scurgerii de lichid și acesta se blocheaza mecanic tubul în poziție împotriva forțelor de tragere generate de dilatarea termică și presiunea sistemului.

Cum funcționează o mașină de rulat tuburi

Principiul fundamental de funcționare este deformarea plastică radială. Expansorul tubului este introdus în capătul tubului, care este poziționat în interiorul orificiului foii tubulare. Pe măsură ce dornul se rotește, rolele conice se deplasează pe conicitatea dornului și sunt forțate spre exterior radial, apăsând peretele tubului pe orificiul foii tubulare. Tubul suferă o deformare plastică, în timp ce foaia tubulară rămâne tensionată elastic, creând o prindere de compresie reziduală - cu cât diferența de dilatare termică este mai strânsă, cu atât îmbinarea rezultată este mai puternică.

Componentele principale

• dorn Arborele de antrenare conic care forțează rolele spre exterior pe măsură ce avansează în cușcă
• Role 3–5 role din oțel călit care contactează și deformează peretele tubului radial spre exterior
• Cușcă / Corp Adăpostește și poziționează rolele la distanțe unghiulare precise în jurul dornului
• Motor de antrenare Motor electric sau pneumatic care asigură un cuplu de rotație controlat dornului
• Limitator de cuplu Mecanism de ambreiaj care decuplează transmisia la un cuplu prestabilit pentru a preveni rularea excesivă
• Surub de alimentare Controlează avansarea axială a dornului pentru a seta adâncimea și lungimea de rulare

Tipuri de mașini de rulare a tuburilor pentru cazan

Piața mașinilor de rulare tuburi oferă mai multe configurații distincte. Selectarea tipului potrivit depinde de dimensiunile tubului, materialul, constrângerile de acces, volumul și precizia cerută de codul aplicabil.

Selectarea extensiei tubului potrivit

Uneltele de expansiune în sine — cușca cu role și setul de dornuri — trebuie să fie potrivite exact cu specificațiile tubului și foii tubulare. Folosirea unui expandor dimensionat incorect produce fie sub-laminare (scurgeri), fie supra-laminare (pereți subțiri). Următorul tabel rezumă principalele criterii de selecție:

Număr de role: 3 role vs. 5 role

Expansoarele cu trei role sunt cele mai comune - mai ușoare, mai puțin costisitoare și adecvate pentru majoritatea dimensiunilor tuburilor cazanului. Modelele cu cinci role distribuie forța de expansiune mai uniform în jurul circumferinței tubului, reducând ovalitatea în zona extinsă. Pentru tuburile cu diametru mare sau cu pereți subțiri în serviciu critic, se preferă cu tărie o unealtă cu 5 role.

Procedura de rulare a tubului pas cu pas

Laminarea cu succes a tuburilor este un proces disciplinat. Omiterea etapelor pregătitoare este cea mai frecventă cauză a defecțiunilor articulațiilor care se manifestă doar sub ciclul termic după punerea în funcțiune a cazanului.

1. Inspectați și pregătiți găurile pentru foile tubulare

   Curăţaţi toate găurile pentru foile tubulare cu o perie de găurit şi cu solvent pentru a îndepărta depunerile de freza, oxidarea, grăsimea şi resturile de prelucrare. Verificați diametrul fiecărei găuri cu un calibre calibrat și confirmați că se încadrează în toleranța de desen. Orice găuri nerotunde trebuie alezate înainte de rulare.

2. Inspectați și pregătiți capetele tuburilor

   Tuburile trebuie să fie curate, rotunde și fără calcar sau lubrifiant de tragere pe secțiunea care va fi expandată. Ștergeți tubul OD cu acetonă sau MEK în zona de expansiune. Verificați ovalitatea cu un micrometru - tuburile mai mari de 0,1 mm în afara rotundului trebuie respinse înainte de instalare.

3. Selectați și configurați extensia corectă

   Alegeți dimensiunea expanderului pentru combinația de diametru exterior al tubului și grosimea peretelui. Verificați lungimea de rulare setând adâncimea gulerului de oprire pe dorn. Lubrifiați rolele și conicitatea dornului cu un ulei ușor de mașină sau un lubrifiant pentru role - nu utilizați niciodată unsoare, care atrage deșeuri.

4. Setați valoarea cuplului ambreiajului

   Calculați setarea de cuplu necesară pe baza materialului tubului, grosimea peretelui și raportul de expansiune țintă. Consultați diagrama de cuplu a producătorului sau utilizați formula: % Reducere perete = (T1 – T2) / T1 × 100. Majoritatea codurilor de cazan necesită o reducere de perete de 5–8%. Setați ambreiajul puțin sub valoarea calculată și efectuați o rulare de probă pe o piesă de testare.

5. Introduceți expansorul și inițiați rularea

   Introduceți expansorul încărcat în capătul tubului până când cușca este poziționată în orificiul foii tubulare la adâncimea corectă. Aplicați o presiune axială constantă pe capătul tubului cu motorul de antrenare. Lăsați motorul să funcționeze până când ambreiajul de cuplu se decuplează - nu aplicați forță suplimentară în jos.

6. Inversați și extrageți expansorul

   Inversați rotația motorului pentru a retrage dornul din cușcă. Retrageți expansorul din tub. Inspectați vizual zona rulată pentru uniformitate - un tub rulat corect arată o suprafață netedă, strălucitoare, fără urme de role, zgomot sau tranziții în trepte.

7. Măsurați și verificați extinderea

   Utilizați un micrometru intern calibrat sau un indicator de grosime a peretelui tubului pentru a verifica reducerea peretelui realizată. Înregistrați măsurarea. Comparați cu specificația cerută. Respingeți și reevaluați orice îmbinări în afara toleranței înainte de a trece la testarea hidrostatică.

8. gura clopot sau evază capătul tubului (dacă este necesar)

   Multe coduri de cazan și standarde de proiectare necesită ca capătul tubului să fie flanșat (cu gura în clopot) puțin dincolo de fața foii tubulare după rulare. Acest lucru adaugă rezistență mecanică la extragere și se realizează cu o unealtă separată de gura cu clopot sau atașamentul evazat pe același expandor.

Materiale tubulare și caracteristicile lor de rulare

Diferite aliaje de tuburi răspund diferit la procesul de laminare. Variabila cheie este limita de curgere a materialului și rata de întărire. Aliajele cu rezistență mai mare sau care se întăresc rapid la lucru necesită setări de cuplu mai mari și un control mai atent al raportului de expansiune pentru a evita rularea insuficientă sau excesivă.

Defecte comune și cum să le evitați

Eșecurile la rularea tubului sunt previzibile și în mare măsură evitabile. Următoarele sunt problemele cele mai frecvent întâlnite în operațiunile de laminare a tuburilor cazanului, împreună cu cauzele lor fundamentale și măsurile preventive.

• Scurgerea articulației după testul hidrostatic: Aproape întotdeauna cauzată de sub-laminare (reducere insuficientă a peretelui) sau găuri murdare pentru foile tubulare. Creșteți cuplul cu 5%, asigurați-vă că găurile sunt curate și verificați că expandorul este dimensionat corect pentru combinația tub/găuri.
• Zona rulată arată semne de chatter: Cauzat de role uzate sau zgâriete, lubrifiere insuficientă sau potrivire incorectă între rolă și dorn. Înlocuiți imediat rolele - urmele de zgomot creează creșteri de stres care inițiază fisuri de oboseală sub ciclul termic.
• Peretele tubului subțiat excesiv (supra-rulare): Setarea cuplului este prea mare sau operatorul a continuat să ruleze după decuplarea ambreiajului. Îmbinarea trebuie condamnată și tubul înlocuit - un tub subțire nu poate fi recuperat prin rulare din nou.
• Deformarea foii tubulare între găurile adiacente: Adâncimea de rulare a depășit fața din spate a foii tubulare. Setați întotdeauna adâncimea gulerului de oprire pe dorn înainte de a începe lucrul și verificați cu un manometru.
• Crăpare la capătul tubului la gura clopotului: Materialul tubului s-a întărit la lucru înainte de evazare sau raza sculei de evazare este prea ascuțită. Tubul de recoacere se termină înainte de evazare atunci când se lucrează cu aliaje de întărire, cum ar fi oțelul inoxidabil austenitic.
• Citiri inconsecvente ale cuplului la nivelul îmbinărilor: Variația diametrului orificiului foii tubulare, toleranța diametrului exterior al tubului sau uzura rolei. Măsurați fiecare a 10-a gaură cu un calibre de alezaj și înlocuiți rolele la fiecare 200-300 de îmbinări în timpul lucrărilor de producție.
• Tub scos în timpul ciclului termic: Tip incorect de expansor pentru aplicație - îmbinarea se bazează numai pe frecare, fără o gura în clopot adecvată sau blocarea canelurii. Examinați proiectarea îmbinării și cerințele aplicabile ale codului.

Întreținerea echipamentelor de rulare a tuburilor

Mașinile de rulare și sculele de expandare sunt instrumente de precizie. Întreținerea neglijentă se traduce direct în îmbinări inconsistente. Un program de întreținere structurat nu este opțional în cazul lucrărilor din vase sub presiune guvernate de cod.

Depozitarea și manipularea rolelor

Păstrați seturile de role în cutii etichetate, căptușite - nu le lăsați niciodată într-o cutie de instrumente. Chiar și deteriorarea microscopică a suprafeței de la impact se va transfera pe suprafața tubului și va reduce calitatea îmbinării. Păstrați rolele și dornurile ca seturi potrivite; amestecarea componentelor din diferite stări de uzură produce rezultate de expansiune imprevizibile.

Codurile și standardele aplicabile

Laminarea tubului cazanului este guvernată de mai multe standarde naționale și internaționale care se suprapun, în funcție de jurisdicție și aplicație. Producătorii și antreprenorii de întreținere trebuie să identifice codul aplicabil înainte de a defini procedura de rulare.

• Codul cazanului și recipientelor sub presiune ASME (BPVC), secțiunea I: Guvernează cazanele electrice din America de Nord. Definește tipurile de îmbinări acceptabile, cerințele de expansiune și criteriile de inspecție pentru îmbinările tub-foaia tubulară.
• ASME BPVC Secțiunea VIII, Diviziunea 1: Acoperă vasele sub presiune și schimbătoarele de căldură nearse. Anexa A detaliază cerințele de proiectare și testare a îmbinării tubului expandat.
• Standarde TEMA (Asociația producătorilor de schimbătoare tubulare): Referința principală pentru degajările dintre tub și foile tubulare ale schimbătorului de căldură și toleranțele de expansiune în trei clase (R, C și B).
• EN 13445 (Standard european pentru recipiente sub presiune fără ardere): Cod european echivalent cu ASME VIII. Oferă reguli de proiectare a rosturilor de dilatare și cerințe de inspecție.
• BS EN 12952 (Cazane cu tuburi de apă): Standardul britanic și european pentru construcția cazanelor cu tuburi de apă, inclusiv cerințele privind îmbinările tuburilor.
• AWS D1.1 / EN ISO 15614: Deși sunt în primul rând standarde de sudare, acestea sunt adesea menționate în combinație cu rularea tubului pentru îmbinările de sudură și expansiune.