DE19902271B4

DE19902271B4 - Verfahren zum Herstellen eines Bogens von engem Radius in einem Rohr

Info

Publication number: DE19902271B4
Application number: DE19902271A
Authority: DE
Inventors: Laroul J. Brookston Talley; Theodore F. Alliance Yurek; Douglas D. Atwater Ziegler; Ross G. Brentford Robinson
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1999-01-21
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2019-01-22
Also published as: US6038902A; DE19902271A1; EG22063A; CA2259731C; CN1152756C; CA2259731A1; CN1233540A; ID23644A

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Bogens von engem Radius in einem Rohr (30) mit einer Wandstärke und einem Durchmesser, wobei die Wandstärke eine Funktion des Rohrdurchmessers und des Biegeradius ist und wobei das Rohr (30) eine Wandstärke aufweist, die geringer als ungefähr 10% des Durchmessers des Rohrs (30) ist, umfassend die Schritte:
– Bereitstellen des Rohrs (30);
– Aufbringen von Längskompression auf das Rohr (30);
– Aufheizen nur der Bogeninnenseite (100) des Rohrs (30) mit einer Induktionsspule (40) um einen Temperaturgradienten um einen Umfang des Rohrs (30) zu nicht behandelten Seiten und zu einer Bogenaußenseite (150) des Rohrs (30) zu erzeugen;
– Biegen des Rohrs (30) in einem Bogen von engem Radius unter Aufbringen von Längskompression und unmittelbar nach dem Aufheizen der Bogeninnenseite (100), wodurch das Rohr (30) in einem Bogen von engem Radius gebogen werden kann, wobei die Bogenaußenseite (150) des Rohrs (30) einen Verlust von...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet des Biegens von Kesselrohren für die Verwendung unter anderem in einer Feuerungsanlage, und insbesondere auf ein neues und nützliches Verfahren für das Drehziehbiegen eines Kesselrohrs, um engere Rohrbögen zu erlauben.

Bekannte Verfahren für die Herstellung von 180°-Umkehrbögen mit engem Radius (Bögen, die einen Radius gleich dem Rohrdurchmesser oder 1xD haben) durch Drehziehbiegen erfordern eine Wandstärke des Kesselrohrs von wenigstens 10% des Rohrdurchmessers. Rohrklemmen werden verwendet, um das Rohr festzuklemmen und mit Hilfe eines hydraulischern Zylinders in Längsrichtung zu stauchen, um unter Kraftanwendung das Rohr zu komprimieren. Zugleich mit der Kompression wird das Rohr in dem gewünschten Radius gebogen. Das Kompressionsbiegungs-Drehziehverfahren, auch als Stauchbiegen bekannt, vermindert das Ausmaß des Dünnerwerdens des Rohrs an der Bogenaußenseite des Bogens von etwa 30% ohne Kompression auf etwa 15 bis 25%.

Andere Verfahren zur Verminderung des Dünnerwerdens des Rohrs in den Bogenaußenseiten des Rohrs verwenden Gas- oder Induktionserhitzung, um das gesamte Rohr in dem Bereich des Bogens vor dem Biegen zu erhitzen. Diese Verfahren können nur bei Bögen größer als 1xD verwendet werden und erfordern eine Mindestwandstärke von 10% des Rohrdurchmessers.

US 3,229,489 A offenbart ein Verfahren zum Biegen eines Stahlrohres, bei welchem ein Rohr gebogen wird, wobei ein schmaler Streifen des Rohres an dem Punkt, an dem das Biegen stattfindet, einer intensiven lokalen Erhitzung unterzogen wird, wobei sich der Punkt mit dem Fortschreiten des Biegeprozesses vorwärts bewegt.

DE 691 06 872 T2 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von Stabilisator-Stangen oder ähnlichen Metall-Rohrprodukten für Fahrzeuge mit einem mittleren Abschnitt und wenigstens zwei gebogenen Abschnitten, die Beine bilden, wobei jedes Bein des Rohres einen Winkel gegenüber dem mittleren Abschnitt des Rohres bildet. Dabei wird in einer Heizzone in einem gewissen Abstand vom Drehpunkt eines Biegearmes eine schmale Zone des Rohres mit einer Induktionsspule erwärmt, wodurch eine plastische Umformung ermöglicht wird. Das Rohr und die Heizzone werden relativ zueinander bewegt, so dass die Heizzone entlang dem Rohr von dem einen Ende zum anderen fortschreitet. Schmale Bereiche oder Streifen des Rohres werden nacheinander erhitzt und das Rohr wird durch die Kreisbewegung des Biegearms gebogen.

DE 40 39 567 C2 offenbart eine Vorrichtung zum Biegen von Rohren mit einer äußeren Induktoranordnung, durch die das Rohr in axialer Richtung mithilfe einer vor der äußeren Induktoranordnung vorgesehenen Führungs- und Antriebseinrichtung kontinuierlich hindurchführbar ist, und mit einem Biegearm, wobei die äußere Induktoranordnung aus zumindest einem ringförmigen Induktor besteht, der der Umformzone benachbart angeordnet ist und dem eine verstellbare von einem Kühlmittel beaufschlagte äußere Kühleinrichtung unmittelbar vorgeschaltet ist.

Bis heute sind Verfahren zur Verminderung der Wandstärke des Rohrs ohne Verlust an Rohrfestigkeit von eng gebogenen Rohrwänden infolge des Dünnerwerdens der Wand nicht verfügbar.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Bogens von engem Radius in einem Rohr bereitzustellen, der dünnere Wän de hat, wobei das Ausmaß des Dünnerwerdens der Wand an der Außenseite gegenüber bekannten Verfahren verringert werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 9 beansprucht.

Für ein besseres Verständnis der Erfindung, ihrer Betriebsvorteile und spezifischer Ziele, die durch ihre Verwendung erreicht werden, wird auf die beigefügten Zeichnungen und die Beschreibung Bezug genommen, in denen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist.

In den Zeichnungen ist:
1 eine schematische Zeichnung eines Stauchbiegegerätes zur Ausführung der Erfindung, und
2 ein Diagramm von Rohrwandtemperaturen benachbart dem Bogen.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen verwendet wurden, um gleiche oder ähnliche Elemente zu bezeichnen, zeigt 1 ein Stauchbiegegerät 10, das modifiziert worden ist, um selektives Heizen der Bogeninnenseite des Kesselrohrs 30 unmittelbar vor dem Biegen zu erlauben. Das Stauchbiegegerät 10 wird verwendet, um Biegungen bis zu 180° an dem Rohr 30 vorzunehmen.
Ein Maschinensockel 15 trägt eine Rohrklammer 20 zum festen Fassen des Kesselrohrs 30. Benachbart der Rohrklemme 20 ist ein Induktionsspulenheizer 40 gegenüber der Bogeninnenseite des Rohrs 30 angeordnet. Nach dem Heizer 40 sind ein Druckgesenk 55 und ein komplementäres Biegegesenk 50 so ausgerichtet, um das Rohr 30 mit einem gewünschten Biegeradius zu biegen.
Die Rohrklemme 20 wird verwendet, um Längsdruck auf das Rohr 30 aufzubringen, wenn es zwischen dem Bogen und den Druckgesenken 50, 55 gebogen wird, wie bei einer konventionellen Stauchbiegemaschine.
Der Induktionsspulenheizer 40, der zwischen der Rohrklemme 20 und den Gesenken 50, 55 positioniert ist, heizt einen schmalen, konzentrierten Streifen des Rohrs 30 auf der Bogeninnenseite auf, um die Biegecharakteristik des Rohrs zu verbessern. Der Induktionsspulenheizer 40 wird verwendet, um die Temperatur eines Streifens an der Bogeninnenseite unmittelbar vor dem Stauchbiegen zu erhöhen. Der Streifen ist ungefähr 12,5 bis 19,5 mm (0,5 bis 0,75 Zoll) breit und zwischen 203,2 und 228,6 mm (8 bis 9 Zoll) lang, wenn ein konventionelles Kesselrohr (Durchmesser ungefähr 63,5 mm (2,5 Zoll)) gebogen wird.
In 2 sind die Temperaturanstiege auf den Abschnitten der Wand des Rohrs 30 relativ zu dem Bogeninnenseitenabschnitt 100 und der Oberseite 35 des Rohrs 30 gezeigt. Die Temperatur des Bogeninnenseitenabschnitts 100, der durch den Induktionsspulenheizer 40 erhitzt wird, ist vorzugsweise ungefähr 593,3°C (1100° F). Die Rohrwandabschnitte 110 unmittelbar benachbart dem Bogeninnenseitenabschnitt 100 haben ungefähr 510°C (950°F). Näher der Oberseite 35 und dem Boden des Rohrs 30 auf der Bogeninnenseite 100 haben die Wandabschnitte 120 eine Temperatur von ungefähr 426°C (800°F).
Auf der Bogenaußenseite 150 unmittelbar gegenüber der Bogeninnenseite 100 ist die Temperatur etwa 93,3°C (200°F). Die Temperatur steigt graduell auf 176,6° C (350°F) im Bereich 140 und auf 315,5°C (600°F) im Bereich 130 benachbart der Oberseite und Unterseite des Rohrs 30 auf der Bogenaußenseite 150 an.
Durch Heizen nur des schmalen Steifens auf der Bogeninnenseite 100 unmittelbar vor dem Stauchbiegen ist die Temperatur des Rohrs 30 immer noch erhöht, wenn das Rohr 30 gebogen wird. Diese Temperaturdifferenz hat den Effekt der Verminderung der erforderlichen Wandstärke des Rohrs 30 in Relation zu dem Durchmesser des Rohrs 30, da der Effekt des Dünnerwerdens der Wand in der Bogenaußenseite 150 des Rohrs 30 vermindert wird.
Beispielsweise, wenn das Verfahren nach der Erfindung durch Kompression des Rohrs während des Biegens mit dem Stauchbiegegerät 10 und Aufheizung der Bogeninnenseite des Rohrs 30 auf ungefähr 593,3°C (1100°F) angewandt wird mit den resultierenden Temperaturgradienten rund um den Rohrumfang, unmittelbar vor dem Biegen des Rohrs um etwa 180°, kann ein Rohr 30 mit einer Wandstärke von ungefähr 6,6% des Rohrdurchmessers in einem Bogen mit engem Radius mit nur 7% oder weniger dünner werdender Rohrwand auf der Außenseite gebogen werden. Gemäß der Erfindung können Rohre mit Wandstärken von 10% des Rohrdurchmessers oder weniger in Bögen von engem Radius gebogen werden, wobei ein Dünnerwerden der Wand an der Bogenaußenseite von 7% oder weniger auftritt. Experimentelle Daten bestätigen die Verbesserung im verminderten Dünnerwerden der Wand bei dünneren, leichteren Kesselrohren.
Die Erfindung erlaubt es, ein leichteres Kesselrohr in einem Bogen von engem Radius zu biegen, ohne die Sicherheit und Brauchbarkeit des Rohrs zu vermindern, da die Wände des Rohrs während der Biegung nicht unzulässig dünner werden. Somit können Gruppierungen von gebogenen Kesselrohren, wie man sie für die Wärmeübertragung in einer Feuerungsanlage verwendet, mit verminderten Materialkosten hergestellt werden und können im gleichen Volumen als frühere Gruppierungen leichter gemacht werden, was den Transport und die Installation der Kesselrohre auch leichter macht.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Bogens von engem Radius in einem Rohr (30) mit einer Wandstärke und einem Durchmesser, wobei die Wandstärke eine Funktion des Rohrdurchmessers und des Biegeradius ist und wobei das Rohr (30) eine Wandstärke aufweist, die geringer als ungefähr 10% des Durchmessers des Rohrs (30) ist, umfassend die Schritte: – Bereitstellen des Rohrs (30); – Aufbringen von Längskompression auf das Rohr (30); – Aufheizen nur der Bogeninnenseite (100) des Rohrs (30) mit einer Induktionsspule (40) um einen Temperaturgradienten um einen Umfang des Rohrs (30) zu nicht behandelten Seiten und zu einer Bogenaußenseite (150) des Rohrs (30) zu erzeugen; – Biegen des Rohrs (30) in einem Bogen von engem Radius unter Aufbringen von Längskompression und unmittelbar nach dem Aufheizen der Bogeninnenseite (100), wodurch das Rohr (30) in einem Bogen von engem Radius gebogen werden kann, wobei die Bogenaußenseite (150) des Rohrs (30) einen Verlust von fast 10% der ursprünglichen Rohrwandstärke oder weniger an Wandstärke erfährt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Erhitzung nur der Bogeninnenseite (100) ein Erhitzen eines ausgewählten Streifens des Rohrs (30) an dessen Bogeninnenseite (100) umfasst, wobei der ausgewählte Streifen ein Gebiet ist mit einer Breite zwischen etwa 203,2 und 228,6 mm (8 und 9 Zoll) für einen Rohrdurchmesser von etwa 63,5 mm (2,5 Zoll).
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der ausgewählte Streifen auf ungefähr 593,3°C (1100°F) erhitzt wird, wobei die Bogenaußenseite ungefähr 93,3°C (200°F) hat.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Bogen von engem Radius einen Biegeradius aufweist, der gleich dem Durchmesser des Rohrs (30) ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Bogen von engem Radius einen Biegeradius hat, der geringer ist als der Durchmesser des Rohrs (30).
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Temperaturgradient eine Temperatur von ungefähr 426,7°C (800°F) an der Oberseite und dem Boden des Rohrs erzeugt und ungefähr 510°C (950°F) in der Nähe der oberen und unteren Ränder des Bandes.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ein Erhitzen nur der Bogeninnenseite des Rohres in einem Streifen auf der Bogeninnenseite auf dem Rohr, um den Temperaturgradienten zu erzeugen, ein Biegen des Rohres durch Halten eines Teils des Rohres in einer Klemme und ein Verwenden eines Druckgesenks (55) und eines Biegegesenks (50), beabstandet von der Klemme, beinhaltet, wobei das Erhitzen der Bogeninnenseite des Rohres (30) zwischen den Gesenken (50, 55) und der Klemme (20) stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Streifen ungefähr 12,7 mm bis 19,1 mm (0,5 bis 0,75 Zoll) breit ist und ungefähr 203,2 mm bis 228,6 mm (8 bis 9 Zoll) lang ist für ein Rohr (30) mit einem Durchmesser von ungefähr 63,5 mm (2,5 Zoll).
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Bogeninnenseiten-Streifen auf ungefähr 593,3°C (1100°F) erhitzt wird, um eine Temperatur von ungefähr 93,3°C (200°F) an der Bogenaußenseite des Streifens zu erzeugen aufgrund des Temperaturgradients um den Streifen.