CN104390504B - 锅炉节能器及其蛇形翅片换热管制作方法和工装 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锅炉节能器及其蛇形翅片换热管制作方法和工装，该锅炉节能器，主要箱体及布置在箱体内的蛇形换热管组成，该蛇形换热管是整体结构，采用一根整管弯制而成。制作步骤是：（1）.多根管子焊接成一根整管，其总长度不小于蛇形换热管总长度；（2）.根据蛇形换热管直管段的长度和数量划线，划出所有直管段、弯头在整管上的相对位置；（3）.每一直管段外壁焊接螺旋翅片；（4）.将步骤（3）直管上每一对应弯头的部分用弯管机逐一弯制成弯头。该方法的工装是一套上、下两半组合的模具，配合弯管机弯制蛇形换热管。采用一根整管弯制，加上高频电阻焊螺旋翅片形成的蛇形换热管，保证了高效热传导，其制造方法和工装降低了制造成本。
Description
技术领域：
本发明涉及节能装置，具体是锅炉节能器及其蛇形翅片换热管制作方法和工装。
背景技术：
随着中国经济的迅猛发展，我国能源短缺、大气污染问题日趋严重，节能减排已提到重要的议事日程。在我国，工业燃油、燃气、燃煤锅炉的热效率一般在70％左右，大约30％的能源浪费，在浪费的热能中，高温余热烟气热能占绝大部分。通常情况下，蒸汽、热水锅炉尾部排烟温度在200℃以上，导热油炉尾部排烟温度在280℃-350℃以上，高温余热烟气的大量排放，既造成大量热能浪费，又对大气环境造成严重破坏，国家规定高温余热烟气排放温度低于180℃。利用余热回收设备锅炉节能器将这部分热能回收，可用来提高锅炉进水温度、鼓风温度或直接产生蒸汽供生产及生活用气，达到节能降耗、保护环境的目的。
锅炉节能器中的蛇形翅片管是翅片式锅炉节能器的核心热传导元件，蛇形翅片管的制作质量水平直接关系到锅炉节能器换热效果，目前，普遍采用的制作方式为：直段翅片管单根绕制，长度1200～1700mm,然后数根直段翅片管与180°弯头组对焊接，形成一组蛇形翅片管，进行100％X射线检测。多排蛇形翅片管组，用夹板等间距装配成蛇形翅片管换热部件，这种制作方式，焊接接头数量多，探伤时间长，生产效率低，制作成本高。
发明内容：
本发明的目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种导热高效的、制造成本低的、生产效率高的锅炉节能器、及其蛇形翅片换热管制作方法和工装。
本发明采用的技术方案是，一种锅炉节能器，布置在锅炉烟道上，该节能器主要由箱体及布置在箱体内的蛇形换热管组成，蛇形换热管的外壁有螺旋翅片，蛇形换热管的两端穿越箱体，分别连接进水下集箱和出水上集箱，所述蛇形换热管是整体结构，采用一根整管弯制而成。
所述蛇形换热管具有若干平行排列的直管段和若干个弯头，每一直管段的首端通过一个弯头与相邻直管段的尾端相连，形成蛇形结构，所有直管段的外壁均有螺旋翅片。
所述蛇形换热管的直管段的外壁用高频电阻焊接螺旋翅片。
所述螺旋翅片的材料为碳素结构钢，屈服强度195Mpa，规格为：1.5X15mm。
锅炉节能器的蛇形换热管制作方法，该方法的制作步骤是：
(1).多根管子焊接成一根整管，其总长度不小于蛇形换热管的总长度；
(2).根据蛇形换热管直管段的长度和数量划线，划分出所有直管段、弯头在整管上的相对位置；
(3).在每一直管段的外壁焊接螺旋翅片，制成一根螺旋翅片直管；
(4).将螺旋翅片直管上每一对应弯头的部分用弯管机逐一弯制成弯头，即得蛇形换热管。
所述螺旋翅片的材料为碳素结构钢，屈服强度195Mpa，规格为：1.5X15mm。
所述多根管子焊接成一根整管中每根管子直径为32mm，长度为3mm。
所述方法的工装，该工装是一套弯管模具，与弯管机配套，辅助弯管机弯制蛇形换热管，该模具包括上模具和下模具，该模具通过圆柱面加长方体的组合键相配合，解决上、下模具定心和防转的作用，螺纹紧固件穿过上、下模具通孔及其中的组合键通孔、固定连接于弯管机工作台弯管主动轮上，该模具和蛇形换热管弯制的贴合面为三段圆弧面组成近似椭圆内壁形状的型面，由该型面组成弯制蛇形换热管弯曲方向上的弯制弯曲槽且该型面以上、下模具接触面、分成上下对称两内凹圆弧面，该模具弯制蛇形换热管首端一侧跟导向块配合，利用压紧组件压紧导向块运动方向上、插入的直管换热管的弯头弯制起始位置端，在型面弯曲末端，沿该处换热管弯制弯曲方向偏移7～8°，延伸一段直线型面，构成一个完整的弯制蛇形换热管的模具型面。
所述型面设计如下：
Ⅰ.设弯管管子直径为D0,则半径为R0＝D0/2；
Ⅱ.设O1点为基准点，满足以A点、O1点、B点连成一直线，且O1A＝O1B＝钢管外径的一半，即D0/2；沿径向水平偏移3.5mm，得到O2点，以O2点为圆心，分别以R1、R2为半径做同心圆,要求：R1＝R0-2mm、R2＝30mm，其中，D0/2＝R0，A点、B点分别是以O1点竖直方向做垂线交弯管管子于上下两点；
Ⅲ.以A点为圆心，以R3为半径做圆，即R3＝R1+R2，与圆R2相交于C点；以C点为圆心，以R3为半径做圆，即R3＝R1+R2，与圆R1相切于D点，得到弧段AD；
Ⅳ.按步骤Ⅲ的方法，以B点为圆心，以R3为半径做圆，即R3＝R1+R2，与圆R2相交于E点；以E点为圆心，以R3为半径做圆，即R3＝R1+R2，与圆R1相切于F点，得到弧段BF；
Ⅴ.弯管轮型面：由三段圆弧AD、DF、FB组成的弯曲面。
所述工装弯制出直径为32mm的管子椭圆率：小于等于12％，管子壁厚减薄量小于等于17％。
本发明的有益效果是：
1.本发明的蛇形换热管是整体结构，采用一根整管弯制而成，加上高频电阻焊接螺旋翅片，形成带螺旋翅片的蛇形换热管，作为高效换热元件，充分的保证了高效的热传导，同时这种制造方法和工装大幅度的降低了制造成本，提高了生产效率；
2.采用两半式上下模具及近似椭圆内壁形状的型面设计，解决了对于小直径弯管冷弯制作时，弯头的椭圆率较大、壁厚减薄率也大的问题，使弯曲部位椭圆率，壁厚减薄量达到实际制造工艺要求。
附图说明：
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明锅炉节能器结构示意图。
图2是图1的蛇形翅片管组示意图。
图3是本发明的弯管主动轮模块主视图。
图4是本发明的弯管主动轮模块俯视图。
图5是本发明的弯管主动轮模块左视图。
图6是本发明的弯管主动轮上模块主视图。
图7是本发明的弯管主动轮上模块俯视图。
图8是本发明的弯管主动轮上模块左视图。
图9是本发明的弯管主动轮下模块主视图。
图10是本发明的弯管主动轮下模块俯视图。
图11是本发明的弯管主动轮下模块左视图。
图12为本发明的弯管主动轮型面图。
图13为本发明蛇形翅片管弯制开始状态图。
图14为本发明蛇形翅片管弯制中间状态图。
图15为本发明蛇形翅片管弯制结束状态图。
图中代号含义：1—支架；2—箱体；3—钢板网；4—硅酸铝纤维毡；5—蛇形翅片组；6—上集箱；7—上下集箱支架；8—下集箱；9—出水接口；10—进水接口；11—排污接口；12—上模具；13—下模具；14—弯管机；141—工件；142—导向块；143—弯管主动轮；144—压紧组件；145—工作台；146—电机；147—液压系统；148—控制柜；15—模具通孔；16—夹板。
具体实施方式：
本发明是一种锅炉节能器，布置在锅炉烟道上，采用基管(即蛇形换热管)材料20#钢(即20号钢)，螺旋翅片的翅片材质Q195(即采用碳素结构钢，屈服强度195Mpa，规格为：1.5X15mm，该实施方式中的螺旋翅片均为此规格)、高密度(螺距t≤5.66mm)翅片管(即用高频电阻焊接螺旋翅片的蛇形翅片组和蛇形换热管)为热传导元件，将锅炉高温余热烟气与进入锅炉的新鲜冷空气或水进行对流换热，达到余热利用、节能减排的效果。
参见图1、图2所示：本发明节能器的结构包括设在支架1上的箱体2，箱体2内设有蛇形换热管，蛇形换热管两端采用夹板16固定在箱体上，箱体2前方设有与烟道相连的进烟口，箱体2后方设有排烟口，排烟口后加装离心式风机，进烟通道穿过箱体2，其中，在进烟通道和箱体2内设有保温棉(如：硅酸铝纤维毡4)及内钢板网3，蛇形翅片组5由多段的高频电阻焊接的螺旋翅片组成，蛇形换热管的两端口分别与箱体2右侧面由上下集箱支架7支撑的下集箱8和上集箱6相连接，进水下集箱8设置有进水口10和排污接口11，出水上集箱设置有出水口9和排污接口11(即，节能器具有箱体2及布置在箱体2内的蛇形换热管，蛇形换热管的外壁有螺旋翅片组5，蛇形换热管的两端穿越箱体2，分别连接进水下集箱8和出水上集箱6，该蛇形换热管是整体结构，采用一根整管弯制而成，该蛇形换热管具有若干平行排列的直管段和若干个弯头，每一直管段的首端通过一个弯头与相邻直管段的尾端相连，形成蛇形结构，所有直管段的外壁均有螺旋翅片，同时，控制整个锅炉节能器输入、输出及换热面积的参数为：输入锅炉锅炉节能器平均烟气标况流量：17500m3/h；输入节能器烟气温度：210℃；输出锅炉节能器烟气温度：100℃；输入锅炉节能器水温：20℃；压力4.0MPa；输入锅炉节能器水流量：2.45kg/s；锅炉锅炉节能器换热面积：110m2。
锅炉节能器的蛇形换热管制作方法，该方法的制作步骤是：
(1).多根管子(多根管子的直径为32mm，长度为3mm)焊接成一根整管，其总长度不小于蛇形换热管的总长度；
(2).根据蛇形换热管直管段的长度和数量划线，划分出所有直管段、弯头在整管上的相对位置；
(3).在每一直管段的外壁焊接螺旋翅片，制成一根螺旋翅片直管；
(4).将螺旋翅片直管上每一对应弯头的部分用弯管机14逐一弯制成弯头，即得蛇形换热管。
参见图3至图15所示：锅炉节能器蛇形换热管的制作方法的工装，该工装是一套弯管模具，与弯管机14配套，辅助弯管机14弯制蛇形换热管，该模具包括上模具12和下模具13，该模具通过圆柱面加长方体的组合键相配合，实现上、下半模具的定位(定心)要求，又可防止上、下半模具相对转动，螺纹紧固件穿过上、下模具通孔15及其中的组合键通孔、固定连接于弯管机工作台145弯管主动轮143上，该模具和蛇形换热管弯制的贴合面为三段圆弧面组成近似椭圆内壁形状的型面，由该型面组成弯制蛇形换热管弯曲方向上的弯制弯曲槽且该型面以上模具12、下模具13接触面、分成上下对称两内凹圆弧面，该模具弯制蛇形换热管首端一侧跟导向块142配合，利用压紧组件144(可以是螺栓配合螺母压紧，或者拉杆和压紧螺母压紧等)压紧导向块142运动方向上、插入的直管换热管的弯头弯制起始位置端，压紧贴合于首端型面，在型面弯曲末端，沿该处换热管弯制弯曲方向偏移7～8°，延伸一段直线型面，(该延伸型面达到补偿弯制处由于应力的存在，发生回弹现象，保证弯制达到弯制要求角度180°)，构成一个完整的弯制蛇形换热管的模具型面，该设计避免了蛇形翅片管弯曲段与直段过渡处存在缩颈现象。
该型面设计如下：
Ⅰ.设弯管管子直径为D0,则半径R0＝D0/2；
Ⅱ.设O1点为基准点，满足以A点、O1点、B点连成一直线，且O1A＝O1B＝钢管外径的一半，即D0/2；沿径向水平偏移3.5mm，得到O2点，以O2点为圆心，分别以R1、R2为半径做同心圆,要求：R1＝R0-2mm、R2＝30mm，其中，D0/2＝R0，A点、B点分别是以O1点竖直方向做垂线交弯管管子于上下两点；
Ⅲ.以A点为圆心，以R3为半径做圆，即R3＝R1+R2，与圆R2相交于C点；以C点为圆心，以R3为半径做圆，即R3＝R1+R2，与圆R1相切于D点，得到弧段AD；
Ⅳ.按步骤Ⅲ的方法，以B点为圆心，以R3为半径做圆，即R3＝R1+R2，与圆R2相交于E点；以E点为圆心，以R3为半径做圆，即R3＝R1+R2，与圆R1相切于F点，得到弧段BF；
Ⅴ.弯管轮型面：由三段圆弧AD、DF、FB组成的弯曲面。
其中锅炉节能器蛇形换热管的制作方法的工装要达到的效果：
管子弯曲段的椭圆率：(该公式为公知知识)。对于φ32钢管，技术要求值a％≤12％。
管子弯曲段的壁厚减薄量：Smin—弯头横断面上最薄处壁厚，mm；S0—管子实际壁厚，mm(该公式是公知知识)。对于φ32钢管，技术要求值b％≤17％。
蛇形翅片换热管的弯制过程：
①.弯管主动轮143上的上、下模块套合在一起，通过拉杆和压紧螺母将模具固定在弯管机14工作平台145上；
②.装上工件141(即，直段翅片管)，调整好工件141的位置，用压紧组件144压紧工件141起始端部，旋转丝杆将导向块142靠近工件141，然后控制柜148上启动电机146按钮，液压系统147工作，工作,145开始转动，同时带动导向块142移动，达到设计的弯管角度，自动停止弯管；
③.然后，固定导向块142的旋转丝杆将导向块142移离工件141，松开拉杆压紧螺母，弯管主动轮上、下模块分开，松开压紧组件144，工件起始端部松开，取出工件141，调整装配工件141弯制的下一段起始端部，按步骤①、②重复执行操作，直到完成整支工件141弯制(即得蛇形翅片换热管)。
Claims (5)
1.一种锅炉节能器蛇形换热管制作方法，所述锅炉节能器布置在锅炉烟道上，该节能器主要有箱体及布置在箱体内的蛇形换热管组成，蛇形换热管直管段的外壁有螺旋翅片，蛇形换热管的两端穿越箱体，分别连接进水下集箱和出水上集箱；所述蛇形换热管是整体结构，采用一根整管弯制而成，其制作方法包括如下步骤：
（1）.多根管子焊接成一根整管，其总长度不小于蛇形换热管的总长度；
（2）.根据蛇形换热管直管段的长度和数量划线，划分出所有直管段、弯头在整管上的相对位置；
（3）.在每一直管段的外壁焊接螺旋翅片，制成一根螺旋翅片直管；
（4）.将螺旋翅片直管上每一对应弯头的部分用弯管机逐一弯制成弯头，即得蛇形换热管，弯管时，借助如下工装：
该工装是一套弯管模具，与弯管机配套，辅助弯管机弯制蛇形换热管，该模具包括上模具和下模具，该模具通过圆柱面加长方体的组合键相配合，用螺纹紧固件穿过上、下模具通孔及其中的组合键通孔、固定连接于弯管机工作台弯管主动轮上，该模具和蛇形换热管弯制的贴合面为三段圆弧面组成近似椭圆内壁形状的型面，由该型面组成弯制蛇形换热管弯曲方向上的弯制弯曲槽且该型面以上、下模具接触面、分成上下对称两内凹圆弧面，该模具弯制蛇形换热管首端一侧跟导向块配合，利用压紧组件压紧导向块运动方向上、插入的直管换热管的弯头弯制起始位置端，压紧贴合于首端型面，在型面弯曲末端，沿该处换热管弯制弯曲方向偏移7～8°，延伸一段直线型面，构成一个完整的弯制蛇形换热管的模具型面。
2.如权利要求1所述的锅炉节能器蛇形换热管制作方法，其特征在于：所述模具型面设计如下：
Ⅰ.设弯管管子直径为D0,则半径为R0=D0/2；
Ⅱ. 设O1点为基准点，满足以A点、O1点、 B点连成一直线，且O1A= O1B=钢管外径的一半，即D0/2；沿径向水平偏移3.5mm，得到O2点，以O2点为圆心，分别以R1、R2为半径做同心圆,要求：R1=R0-2mm、R2=30mm，其中，D0/2= R0；
Ⅲ.以A点为圆心，以R3为半径做圆，即R3=R1+R2，与圆R2相交于C点；以C点为圆心，以R3为半径做圆，即R3=R1+R2，与圆R1相切于D点，得到弧段AD；
Ⅳ.按步骤Ⅲ的方法，以B点为圆心，以R3为半径做圆，即R3=R1+R2，与圆R2相交于E点；以E点为圆心，以R3为半径做圆，即R3=R1+R2，与圆R1相切于F点，得到弧段BF；
Ⅴ. 弯管轮型面：由三段圆弧AD、DF、FB组成的弯曲面。
3.如权利要求1所述的锅炉节能器蛇形换热管制作方法，其特征在于：所述工装弯制出直径为32mm的管子椭圆率：小于等于12%，管子壁厚减薄量小于等于17%。
4.如权利要求1所述的锅炉节能器蛇形换热管制作方法，其特征在于：所述螺旋翅片的材料为碳素结构钢，屈服强度195Mpa，规格为：1.5X15mm。
5.如权利要求1所述的锅炉节能器蛇形换热管制作方法，其特征在于：所述多根管子焊接成一根整管中每根管子直径为32mm，长度为3m。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Boiler energy-saving device, and method and tool for manufacturing S-shaped fin heat exchange tube of boiler energy-saving device Effective date of registration: 20170928 Granted publication date: 20170118 Pledgee: Industrial Commercial Bank of China Ltd Shifang branch Pledgor: Shifang Tongjia Machinery Co., Ltd. Registration number: 2017990000934 |