一種用于螺旋管式換熱組件外筒的精密整型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工程機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于螺旋管式換熱組件外筒精密整型的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對于螺旋管式的換熱組件，換熱組件的外筒、中心筒和螺旋換熱管束之間的環(huán)形間隙構(gòu)成了殼側(cè)流體介質(zhì)的流道。由于換熱組件的外筒，只起到組織流道的作用，從節(jié)約成本的角度考慮，可以采用薄壁圓筒。對于螺旋式換熱組件，每根螺旋管的總長一般很長，導(dǎo)致了換熱管束出口介質(zhì)的溫度對螺旋管束的層間距都很敏感，為了保證不同換熱管束的壁溫以及出口介質(zhì)溫度一致，就對換熱管束的螺旋直徑以及中心筒的內(nèi)徑和外筒的內(nèi)徑提出了很高的要求。以20萬千瓦級高溫氣冷堆示范電站(HTR-PM)蒸汽發(fā)生器的換熱組件為例，要求不同層換熱管束的螺旋直徑以及中心筒的外徑和外筒的內(nèi)徑的圓柱度不超過0.5，軸線的直線度不能超過0.5。同時為了降低換熱組件制造的成本，HTR-PM蒸汽發(fā)生器換熱組件外筒的壁厚為5_(外徑為590_)，而換熱組件外筒的高度達(dá)到8.8米。如何制造出如此大直徑薄壁的高精度外筒，將是一個不得不面對的問題。如果采用普通無縫管的制造方式，即精拔或者精拔，則無法解決坯料問題，而且制造的成本將會非常高。如果采用焊接管的制造方式，即采用板材進(jìn)行卷板加焊接的制造方式，又很難滿足外筒的幾何尺寸要求。
[0003]正是基于上述的實際工程需要，申請者提出了一種用于換熱組件外筒精密整型的方法，可以在焊接管的基礎(chǔ)之上或者其他粗加工管材的基礎(chǔ)之上，通過精密整型來確保換熱組件外筒的幾何尺寸滿足設(shè)計的高精度。由于此生產(chǎn)工藝可以采用焊接管，且精密整型的方法又極為簡單，可以大幅降低換熱組件的制造難度，進(jìn)而降低外筒的制造成本。同時，精密整型的過程有非常的快，這樣為大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)提供了方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是在工業(yè)化制造的環(huán)境下，如何能夠簡易地制造出換熱組件所要求的大口徑的薄壁高精度外筒，以滿足實際工程的需要。具體而言，換熱組件的外筒具有以下的要求特點:
[0005]I)換熱組件的外筒直徑很大，直徑多大500mm以上。
[0006]2)換熱組件外筒的厚度很薄，一般都不超過10mm。
[0007]3)換熱組件外筒的長度都比較長，長度會達(dá)到幾米或數(shù)十米。
[0008]4)換熱組件的尺寸尺寸偏差要求很高。以HTR-PM蒸發(fā)器換熱組件外套為例，其圓柱度與軸線直線度均不超過0.5。
[0009]為了解決上述加工制造問題，本發(fā)明提供了一種通過精密整型當(dāng)時加工換熱組件外筒的方法，其中主要的加工工序包括:
[0010]對于經(jīng)過初成型得到的換熱組件外筒的胚料，采用液壓成型或氣壓成型的方式將所述胚料整型至需要的精度。
[0011]其中，所述胚料的壁厚均勻，所述胚料的外徑略小于螺旋管式換熱組件外筒的設(shè)計外徑，所述胚料的內(nèi)徑略小于螺旋管式換熱組件外筒的設(shè)計內(nèi)徑；優(yōu)選的，小于1-10_。胚料可以通過板材卷板加焊接、并對焊接后的焊縫表面打磨使得焊縫與母材齊平的方式來初成型；也可以通過制管的方式來初成型。
[0012]更進(jìn)一步的，采用液壓成型或氣壓成型的方式將所述胚料整型至需要的精度包括以下步驟:
[0013]步驟1:精密整型工裝的加工；
[0014]步驟2:將皮囊放入所述胚料的內(nèi)部再將放有皮囊的胚料放入所述精密整型工裝，或者，將胚料放入所述精密整型工裝再將皮囊放入所述胚料；
[0015]步驟3:對所述精密整型工裝的兩端進(jìn)行封口 ；對所述皮囊充入液體或氣體進(jìn)行打壓；
[0016]步驟4:當(dāng)所述皮囊的壓力升高至設(shè)定的壓力之后進(jìn)行保壓，保壓進(jìn)行一定時間使所述胚料的筒壁全部發(fā)生屈服，從而將所述胚料經(jīng)過液壓成型或氣壓成型得到換熱組件外筒；在保壓所述一定時間之后再進(jìn)行泄壓；優(yōu)選的，保壓進(jìn)行5-60min ;
[0017]步驟5:打開所述精密整型工裝的兩端；
[0018]步驟6:從所述精密整型工裝中取出含有所述皮囊的所述換熱組件外筒再從所述換熱組件外筒中取出所述皮囊，或者，從所述換熱組件外筒中取出所述皮囊再從所述精密整型工裝中取出所述換熱組件外筒。
[0019]其中，所述精密整型工裝為兩端開口的厚壁管，其內(nèi)壁的圓柱度和軸線的直線度滿足螺旋管式換熱組件外筒的設(shè)計要求，其內(nèi)徑根據(jù)換熱組件外筒的設(shè)計理論尺寸以及被整型胚料的材料特性曲線理論計算獲得，或者，通過試驗方法獲得；具體的，所述精密整型工裝的內(nèi)徑通過考慮泄壓后被整型胚料的回彈量來確定，即所述精密整型工裝的內(nèi)徑等于所述螺旋管式換熱組件外筒的設(shè)計理論尺寸加所述回彈量來確定；泄壓后的所述回彈量通過理論計算確定，或者，通過試驗的方法確定。所述精密整型工裝的兩端可以是利用法蘭或者其他的形式進(jìn)行封口。
[0020]優(yōu)選的，打壓時設(shè)置壓力表用于檢測相應(yīng)的液體或氣體壓力；打壓過程中升壓的速度不超過5MPa/S。
[0021]優(yōu)選的，在泄壓后取出皮囊前先排出相應(yīng)的液體介質(zhì)或氣體介質(zhì)。
[0022]本發(fā)明還提供了一種用于上述方法的精密整型工裝，其為兩端開口的厚壁管；其內(nèi)壁的圓柱度和軸線的直線度滿足螺旋管式換熱組件外筒的設(shè)計要求；其內(nèi)徑根據(jù)換熱組件外筒的設(shè)計理論尺寸以及被整型胚料的材料特性曲線理論計算獲得，或者，通過試驗方法獲得；其材料為與所述換熱組件外筒相同的材料，或者，選用不銹鋼。具體的，所述精密整型工裝的內(nèi)徑等于所述螺旋管式換熱組件外筒的設(shè)計理論尺寸加泄壓后被整型胚料的回彈量來確定；泄壓后的所述回彈量通過理論計算確定，或者，通過試驗的方法確定。
[0023]本發(fā)明還提供了根據(jù)如上整型方法加工得到的螺旋管式換熱組件外筒。
[0024]上述換熱組件外筒的制造方案，可以徹底的解決換熱組件外筒的加工問題。允許換熱組件外筒在初成型精度要求不高的情況下，通過精密的整型來保證最終外筒的精度要求。該工藝方案不但加工成本較低，而且整個的制造過程簡單，易于實施，很適合進(jìn)行工業(yè)化的推廣與應(yīng)用。目前，該制造工藝已經(jīng)應(yīng)用于HTR-PM蒸汽發(fā)生器換熱組件外筒的加工中，并取得了非常好的經(jīng)濟(jì)效益和市場效果。
【附圖說明】
[0025]附圖給出了換熱組件外筒進(jìn)行精密整型的原理示意圖，在實際的工業(yè)生產(chǎn)中，可以根據(jù)實際的生產(chǎn)情況，可以對局部的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行修改，但其整型的基本原理不會發(fā)生變化，即通過施加內(nèi)壓使得換熱組件的外筒發(fā)生屈服來實現(xiàn)精密整型。
[0026]圖1為換熱組件外筒精密整型的原理圖。I為精密整型工裝，2為整型的換熱組件外筒，3為加壓皮囊，4為精密整型工裝雙端的連接螺栓，5為精密整型工裝的端蓋，6為皮囊充排口。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0028]參照附圖1，本實施例具體流程如下:精密整形工裝的加工、換熱組件外筒的成形、將皮囊放入外筒的內(nèi)部、將換熱組件外筒以及皮囊一起放入精密整型工裝、工裝的兩端進(jìn)行封口、對皮囊打壓使換熱組件外筒的筒壁全部發(fā)生屈服、保持一定時間后進(jìn)行泄壓、打開精密整型工裝的兩端、取出換熱組件的外筒以及皮囊、從換熱組件外筒的內(nèi)部取出皮囊。
[0029]首先需要按照精度的要求加工好精密整型工裝I (包含精密整型工裝的端蓋5和精密整型工裝雙端的連接螺栓4)，同時配備合適的加壓皮囊3。同時，換熱組件的外筒2的胚料已經(jīng)經(jīng)過初成型得到。
[0030]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，精密整型工裝I的加工和換熱組件的外筒2的初成型可以同時進(jìn)行，也可以先進(jìn)行任何一個。
[0031]換熱組件外筒胚料的初成型可以采用比較成熟的各種制造工藝，但應(yīng)保證外筒的壁厚均勻，其壁厚的偏差不超過0.3_。為了可以進(jìn)行外筒的精密整型，初成型的外筒外徑應(yīng)比名義的外徑略小，最好控制在1-10_。為了降低換熱組件外筒的制造成本，換熱組件外筒的初始成型方法可通過板材卷板加焊接的方式制造，也可以采用制管的方式成形。如果采用卷板加焊接的方式，需合理的布局焊縫，使得焊縫的長度竟可能的小。而且，焊接之后需對焊縫表面打磨，使得焊縫與母材齊平。
[0032]精密整型工裝I參見圖1可知為兩端開口的厚壁管或厚壁筒，其內(nèi)壁的圓柱度和軸線的直線度滿足螺旋管式換熱組件外筒的設(shè)計要求，其內(nèi)徑根據(jù)換熱組件外筒的設(shè)計理論尺寸以及