Основы расчета процесса круговой гибки цилиндрических обечаек.

10.Сборка продольного стыка обечаек. Эта операция предусматривает работу по сборке продольного стыка обечаек под сварку. Должно быть обеспечено: удобное и надежное положение обечайки под сварку, необходимый зазор под сварку в месте стыка, качественная подготовка стыкуемых кромок (форма, термообработка, очистка и обезжиривание), нормированные смещения кромок по длине и по торцам, а также положение торцов и образующей, качественное выполнение прихваток продольного стыка.

При сборке продольного стыка обечаек обечайки устанавливают на роликоопорах – приводных, холостых или рычажных, а обечайки малых диаметров (до 130 мм) – на плиточных стендах. При этом продольный стык должен находиться в верхнем положении. Сначала устанавливают на торцах обечайки крюки винтовых или гидравлических стяжек для выравнивания торцов, закрепляют с двух сторон стяжные струбцины, как показано на карте эскизов (см. стр. 77). Затем выравнивают зазор – под сварку, размечают места прихватки, после чего их очищают от коррозии, масел, грязи и обезжиривают. Прихватывают стык электродуговой сваркой с последующей ее зачисткой.

Оснащение для сборки сварных обечаек.Роликоопоры рычажные (рис. 2.19), применяемые для легких изделий. В каждой секции рычажных роликоопор имеется, по две опоры, закрепленные на рычагах, находящихся на одной оси. Рычаги можно устанавливать на разную ширину в зависимости от диаметра вращаемого изделия.

Применение элементов приводных роликоопор (рис. 2.20) в различных сочетаниях позволяет создавать стенды для разной массы и размеров изделий. Расстояние между роликоопорами по ширине стенда определяют в зависимости от диаметра изделия. Число опор по длине изделия рассчитывают по допускаемой нагрузке на одну опору. При определении числа роликоопор учитывают также жесткость изделия: чем меньше жесткость, тем больше требуется опор.

Для вращения изделий массой до 60·10³ кг, диаметром 350 – 6000 мм, со скоростью 12 – 365 м/ч применяют роликоопоры балансирного типа (рис. 2.21), имеющие большую грузоподъемность и больший диапазон диаметров обечаек без перестановки опор вследствие увеличения в 2 раза числа роликов в одной опоре. Обечайки устанавливают так, чтобы продольный стык находился в верхнем положении.

Приспособления для сборки продольных стыков обечаек. При сборке продольных стыков необходимо соединить кромки стыка, совместив их в одной касательной плоскости, и выровнять торцовые кромки.

Используемая для этих целей установка (рис. 2.22) имеет роликоопору 1, портальную раму 2, две гидравлические струбцины 4 для совмещения и соединения продольных кромок, выдерживая зазор под сварку и смещение кромок в пределах требований Госгортехнадзора, а также стяжку 5 для выравнивания торцовых кромок. Струбцины 4 с помощью пружинных подвесок 6 закреплены на тележках 7, передвигающихся по раме 2. На этих же тележках закреплены и панели управления 3. Струбцина 4 аналогична винтовой, изображенной на карте эскизов к операции 19 (см. стр. 77). В современных струбцинах (рис. 2.22, в)винты заменены гидроцилиндрами – двумя зажимными 8, одним выравнивающим 9 и одним стягивающим 10.

Вместо струбцин для тонколистовых и нежестких серийно выпускаемых обечаек при подгонке стыка используют стяжные и распорные сборочные кольца (рис.2.23). Для выравнивания торцов обечайки используют стяжки, представляющие собой гидроцилиндр с двумя цепями, на концах которых имеются крючки. Этими крючками зацепляют кромки обечайки и стягивают их до совпадения по торцу (рис. 2.22 б).

11.Калибрование (правка). Правке подвергают обечайки с жестким контуром . Эти обечайки не прогибаются под собственной массой. Формы поперечного сечения исправляют до пределов, указанных в правилах Госгортехнадзора [72] и ОСТ 26-291—71. Повышенная точность к овальности предъявляется к обечайкам теплообменных аппаратов. Точность обечаек в пределах 7-го класса точности по ГОСТ 2689–54 позволяет повысить тепловую отдачу аппаратов примерно на 20–25%, ликвидировать пригоночные работы при сборке аппаратуры, использовать принципы взаимозаменяемости.

Формы поперечного сечения нежестких обечаек исправляют с помощью установки разжимных приспособлений непосредственно перед сборкой и сваркой кольцевых швов. Многообразие обечаек по типоразмерам и маркам металлов вызвало необходимость применения различных методов правки: на валковых листогибочных машинах, гидрораздачей на прессах – расширителях, радиальным растяжением и энергией взрывчатых веществ. В химическом аппаратостроении наибольшее распространение находит метод правки обечаек на валковых листогибочных машинах. Границы применения способов правки даны в табл. 2.2.

Наибольшее влияние на точность радиуса и формы поперечного сечения обечаек после их правки оказывают первоначальный диаметр, величина радиуса изгиба, форма контура и толщина обечайки. Для получения по всему круговому контуру одинаковой кривизны необходимо, чтобы при вращении обечайки между валками радиус изгиба (в процессе правки) был меньше радиуса кривизны любого участка по контуру обечайки. Это условие является основным для точной правки.

Таблица 2.2 –Сравнительные характеристики различных способов обработки металлов

Оптимальной формой в местах подгибки кромок считают прямые участки или участки, несколько вогнутые внутрь. Различная кривизна участков по контуру обечайки и усиления сварного шва усложняют процесс правки. Кривизна контура должна быть одинаковой или иметь небольшие отклонения, а внутренний сварной шов обязательно зачищается. Для большей точности правки все технологи­ческие и силовые параметры следует рассчитывать исходя из фактической толщины листа. Для правки обечаек используют трехвалковые и четырехвалковые листогибочные машины. Правка на четырехвалковых машинах обеспечивает более высокую точность обечаек – наименьшую погрешность формы поперечного сечения.

Правка обечайки на трехвалковых машинах (операционную карту см. на стр. 78). Эту операцию выполняют в следующей последовательности: выверяют параллельность валков, устанавливают деталь, выставляют средний и боковые валки для получения определенного радиуса правки и выкатывают – калибруют обечайки в течение трех–четырех оборотов с последующим медленным разводом валков и съемом обечайки с машины. При калибровании обечайки сварочные швы не зачищаются. Для получения более точных (отклонение менее 0,01D_в) обечаек перед правкой следует снимать усиление внутреннего сварного шва обечайки.

Правка обечайки вручную (операционную карту см. на стр. 78). Операцию выполняют на плиточном стенде или роликовой опоре с использованием разжимных колец или других разжимных приспособлений, вставляемых внутрь обечайки и разжимающих ее винтовым или гидравлическим устройством до нужного внутреннего диаметра. Эту операцию применяют, когда обечайки деформируются под действием собственной массы или же имеют такие размеры, для которых нет валковых листогибочных машин.

Правка обечаек повышенной точности. Повышенная точность правки обечаек достигается при использовании технологического процесса, предложенного Ю. И. Берлинером [7, 10], с циклическим изменением процесса деформирования обечайки. Операцию правки обечайки рекомендуется разделить на три перехода: нагружение – деформирование участка контура обечайки, находящегося между боковыми валками, путем их подъема или опускания верхнего валка в зависимости от конструкции листогибочной машины; выкатка – вращение обечайки после нагружения при постоянном радиусе изгиба; разгрузка – уменьшение деформации участка контура обечайки, находящегося между боковыми валками, путем их опускания или подъема верхнего валка в зависимости от конструкции листогибочной машины.

Правка цилиндрических обечаек в нагретом состоянии осуществляется с соблюдением условий, изложенных выше для гибки обечаек. Параметры, горячей правки определяют по формулам для холодной правки, но значения свойств и констант упрочнения принимают по данным работы [7] для соответствующих материалов и температуры.

Правка обечаек из двухслойных сталей и биметаллов. Для этих металлов в зависимости от марок и толщины при правке надо строго соблюдать режимы и усилия деформации. Обечайки из двухслойных листов, плакированных коррозионно-стойкой сталью, можно править как в холодном, так и в горячем состоянии. При правке в горячем состоянии обечайки должны быть нагреты до температуры 1150 – 1200 °С с окончанием операции при температуре не ниже 900 – 850° С. После правки в горячем состоянии эти заготовки подвергают последующей термообработке, режимы которой даны в табл. 2.3.

Таблица 2.3 –Режимы термообработки обечаек из двухслойных сталей после их правки в горячем состоянии

Правка конических обечаекимеет особенности, изложенные выше при описании их гибки. Для правки конических обечаек рекомендуется применять специальное приспособление, показанное на рисунке 2.24.

Для обеспечения ориентации заготовки в процессе правки за базу принимают кромку заготовки, образующую малый диаметр конуса. Приспособление устанавливают пластинами 2 на верхний валок машины. От поворота на верхнем валке приспособление удерживается двумя щеками 4, охватывающими нижний валок 5 листогибочной машины. На корпусе 1 приспособления закреплены два базовых опорных ролика 3. Заготовку устанавливают на машину таким образом, что ее передняя кромка опирается на базовые ролики приспособления и зажимается между верхним и нижним валками машины. При движении заготовки опорный ролик 3 со стороны входящего края заготовки постоянно разворачивает ее, создавая момент реактивных сил, равный моменту сил трения между листом и валками машины. При реверсировании вращения аналогично работает симметрично расположенный ролик.

Лучшим вариантом правки конических обечаек является применение машин с конусными валками. При этом верхний валок машины является сменным, вследствие чего достигается высокое качество правки обечаек различных типоразмеров.

Правка обечаек радиальным растяжением на механических прессах может быть широко использована при изготовлении обечаек диаметром до 300 мм, для которых нет валковых листогибочных машин, а также обечаек с точным наружным и внутренним диаметром (0,3 – 0,5 мм). Для правки используют раздвижную оправку, состоящую из отдельных элементов – сегментов, закрепленных на подвижных конусах. При вертикальном опускании (схождении) конусов элементы – сегменты раздвигаются в радиальном направлении. В результате радиального растяжения обечайка получает необходимую форму и размеры. При подъеме (расхождении) конусов сегменты сходятся, и готовую деталь снимают с оправки. Такую операцию можно производить на любом прессе вертикального типа. При усилии 1,39 – 4,35 МН можно править обечайки диаметром 254 – 1270 мм, длиной 610 – 1525 мм и толщиной 0,5 – 30 мм.

Правка обечаек гидрораздачей (экспандирование) на прессах-расширителях. Такую правку осуществляют на гидропрессах, имеющих две силовые головки и раскрывающийся секционный штамп или оправку. Обечайку устанавливают в штамп между силовыми головками. Силовые головки находят на трубу с обеих сторон, уплотняют концы труб и останавливаются, сжав трубу по торцам. Одновременно раздается конусами и штамп. После этого обечайка заполняется водой и создается необходимое для правки давление (табл. 2.4).

Таблица 2.4 –Давления для правки обечаек гидрораздачей на прессах – расширителях

Правка с применением взрывчатых веществ используется для крупногабаритных и толстостенных обечаек, которые выправить другими методами невозможно. Участок для такой правки должен быть изолирован и удален от цехов и строений. Процесс правки следующий: в матрицу, изготовленную из бетона, эпоксидной смолы или стекловолокна, укладывают заготовку, вдоль которой натягивают детонирующий шнур. Внутрь обечайки заливают воду, выполняют все меры безопасности, взрывают, и обечайка правится по размеру матрицы с точностью 0,05 – 0,1 % от D_B.

12.Зигование. Преимущественно применяют для придания обечайке дополнительной жесткости выдавливанием кольцевых зигов на зиговочных машинах. Эти зиги используют также для установки и крепления в них разжимных опорных колец, на которых размещают и крепят ректификационные тарелки, опоры, перегородки, решетки и другие внутренние устройства аппаратов. Технологическая схема зигования обечаек на зиговочной машине дана в карте (см. стр. 79).

Операцию начинают с разметки мест, подлежащих зигованию, зачистки в этих местах усиления сварного шва и полирования до уровня основного металла. В процессе зачистки и полирования не должно быть подрезов, углублений, выступов и прижогов, вызывающих концентрацию напряжений, утонение или изменение структуры основного металла и сварного шва. Цилиндрическую гладкую обечайку устанавливают до упора на внутренний вал. Упор обеспечивает заданное расположение зига от торца. На валу с помощью шпоночного соединения устанавливают ролики, профиль которых соответствует профилю зига, но с учетом пружинения металла. Внутренний вал является приводным. Расстояние между роликами обеспечивается установкой втулок. Наружный вал имеет свободно вращающиеся на валу ролики соответствующего профиля. Верхний вал с роликами может перемещаться по радиусу, вследствие чего ролики приближаются или удаляются и этим регулируется глубина зигов.

Наличие трения между зигующими роликами и обечайкой, а также взаимного вращения роликов обеспечивает поворот обечайки и постепенное выдавливание зига по всей окружности. При этом обечайка как бы прокатывается между роликами. Скорость зигования различна: чем тоньше и вязче металл, тем больше скорость зигования. Обычно руководствуются паспортной скоростью зиговочной машины и наибольшей толщиной деформируемого металла и принимают для наибольшей толщины наименьшую скорость зигования и, наоборот, для малых толщин – наибольшую скорость.

Для увеличения трения между обечайкой и роликами с участков зигования и роликов удаляют смазку и грязь, протирая поверхность растворителями или моющими средствами. Правильность выбранного режима зигования проверяют по размерам, форме и качеству поверхности зигов на первой детали. При этом особое внимание обращают на величину утонения металла в месте наибольшей деформации и на отсутствие трещин и волосовин на поверхности зигов, которые можно контролировать без снятия обечайки и изменения относительного положения валов и роликов. После окончания операции ролики и валы разводят и обечайку снимают с машины с помощью скоб и траверс для транспортирования.

Зигование обечаек из сталей и цветных металлов применяют для небольших толщин (до 4 мм), а процесс осуществляют за три – четыре оборота обечайки.

Зиговочные машины можно использовать для гибки, отбортовки и рифления обечаек, а также для резки листового материала и обрезки обечаек при установке на машинах роликов нужного профиля или дисковых ножей. В процессе зигования возникает утонение стенки, а также упрочнение (наклеп) в местах образования зигов. Возможно образование в зигах трещин и волосовин. Для исключения наклепа, появления трещин и волосовин применяют межоперационный отжиг.

13.Устранение дефектов сварки.

14.Токарно-карусельная операция (операционную карту см. на стр. 79). Эту операцию выполняют для подрезки торцов в размер по длине обечайки и перпендикулярно образующей ее, а также для снятия фасок под сварку. В тех случаях, когда обечайка имеет искаженную цилиндрическую форму поперечного сечения или может деформироваться при закреплении ее кулачками на столе станка, применяют разжимные приспособления: радиальные распорки (см. стр. 80) и разжимные кольца. Эти приспособления позволяют исправить погрешность формы поперечного сечения и повысить жесткость детали при ее закреплении и обработке. В химическом аппаратостроении и машиностроении используют токарно-карусельные станки. Для правильного выбора этих станков в зависимости от размеров и массы обрабатываемых деталей в таблице 2.5 приведена их технологическая характеристика.

Таблица 2.5 –Технологическая характеристика токарно-карусельных станков

15.Разметка отверстий и скосов. (операционную карту см. на стр. 80). В карте эскизов (см. стр. 60) дан эскиз типовой детали – обечайки из листового металла толщиной от 1,6 до 16 мм. Разметку прямых скосов и центров отверстий удобно и производительно выполнять, используя специальное приспособление (рис. 2.26). Размечаемую обечайку устанавливают вертикально на опорные рычаги 1, резьбовая муфта 2, перемещаясь вдоль оси, сближает или удаляет разжимные рычаги 3 между собой вдоль оси и в радиальном направлении. Радиальное перемещение шарнира 4, связанного с рычагами 3, позволяет р азжимать или освобождать обечайку с помощью рифленых концов рычагов.

Закрепив обечайку в приспособлении, устанавливают штанген-рейсмус (ГОСТ 164–73) на нижний стол и размечают размеры и центры отверстий по высоте с точностью от 0,02 до 0,1 мм. Вертикальность установки детали проверяют угольниками – плоскими или бортовыми с пятой. Центры отверстий, расположенных под различными углами, размечают по длине наружной дуги, соответствующей данному углу, откладывая ее с помощью измерительных рулеток (ГОСТ 7502–69) на наружной поверхности обечайки. Скосы размечают штангенрейсмусом после наклона обечайки в этом приспособлении (см. стр. 80) на требуемый угол α. Наклон обечайки под углом α обеспечивается поворотом стойки 5 вокруг оси при прямолинейном перемещении сухаря 6 вдоль оси винта 7. Перемещение сухаря вызывается поворотом рукоятки и винта 7, закрепленного в опорах 8 и 9. Угол поворота определяется положением стрелки 10 относительно циферблата 11. Радиусные скосы и периметр отверстий под вырезку рационально размечать с помощью универсального приспособления для разметки отверстий (рис. 2.27).

Для разметки на призму 1 устанавливают обечайку 2 таким образом, чтобы центр отверстия совпадал с острием конуса 3, постоянно расположенного по вертикальной оси изделия и призмы. Затем устанавливают на радиус R размечаемого отверстия разметочный конус 4 и закрепляют его на планке 5. Положение конуса 4 может меняться перемещением его по пазу планки 5. После настройки конус 4, поворачиваясь вокруг оси конуса 3 вместе с планкой 5 и втулкой 6, размечает контур отверстия, прижимаясь постоянно к наружной поверхности обечайки 2. Расположение конуса 3 по высоте регулируется перемещением трубы 7 с помощью винта, вращают который маховиком 8. Этот же циркуль можно использовать и для пламенной или плазменной вырезки отверстий, если закрепить резак к плавающему стержню.

16.Обработка отверстий, скосов, фасок. Указанные операции выполняют тепловым или пламенным способом, так как нельзя использовать машинную, полуавтоматическую и автоматическую резку из-за сложности вырезаемого профиля и индивидуальности выполняемых работ. Обработку преимущественно выполняют вручную или с применением простых приспособлений: циркулей с плавающей направляющей, двухроликовых опорных тележек, направляющих устройств.

17.Сверление отверстий. Это наиболее распространенная операция получения отверстий в обечайках. Сверлят отверстия при необходимой жесткости обечаек и надежном их закреплении. Обечайки устанавливают на призмах, подкладках, опорах, а закрепляют их (с использованием, гидравлических, пневматических или винтовых зажимов) планками, прихватами с болтами и гайками. Применение сверления ограничивается диаметром сверла до 80 мм и толщиной стенки обечайки не менее 2 мм. При сверлении не требуется разметка контура отверстий, достаточно иметь только его центр. Наиболее распространено в аппаратостроении сверление обечаек на радиально-сверлильном станке. Сверление можно выполнять и на горизонтально-расточном станке.

18.Слесарная операция. Эта операция предусматривает зачистку поверхностей после вырезки отверстий, скосов, пазов, фасок кислородным, кислородно-флюсовым, плазменным или другим способом термической резки до полного удаления следов резки, дефектов и подготовки поверхностей под сварку. Для зачистки используют ручные электрические шлифовальные машины и машины сверлильные пневматические. В качестве зачистного инструмента используют фрезы цилиндрические, машинные круглые напильники, напильники общего назначения, шаберы, металлические щетки, зачистные шлифовальные круги. При зачистке поверхностей обечаек из цветных металлов нельзя применять металлические щетки, используемые для зачистки сталей или других марок цветных металлов, а также любые шлифовальные круги из-за быстрой их забивки мягким металлом (засаливания). При зачистке высоколегированных и коррозионностойких сталей рекомендуется применять металлические щетки из проволоки того металла, который зачищается, а также абразивные круги. Зачистку шаберами применяют преимущественно для обечаек из алюминия и его сплавов непосредственно перед сваркой с целью удаления дефектов и окислительной пленки. Размер неровностей после зачистки не должен превышать 0,5 мм, а следы зачистки должны располагаться вдоль кромки шва.

2.1.2. Особенности изготовления нежестких обечаек

Условно принято считать нежесткими обечайки, у которых отношение . Эти обечайки способны при гибке изменять форму поперечного сечения под действием собственной массы (рис. 2.28). По мере увеличения длины вылета листа (рис. 2.28, а) кривизна выходной ветви уменьшается (кривые 1, 2, 3) и, достигнув немного больше четверти окружности, лист теряет устойчивость и падает (кривая 4). Если же лист при гибке не изменяет резко своей формы, но под действием собственной массы сильно изгибается (рис. 2.28, кривые 3, 4) продолжать процесс гибки нельзя. Поэтому для исключения деформации от собственной массы и вызываемого ею искажения формы поперечного сечения при вальцевании применяют телескопические боковые роликовые опоры и верхние поддерживающие устройства (рис. 2.29).

Регулируемость положения роликовых опор и поддерживающего устройства позволяет вальцевать нежесткие обечайки различных диаметров. Приспособление для сохранения формы нежестких обечаек действует следующим образом. Обечайка 2 гнется валками 5 листогибочной машины. По мере гибки конец изогнутой обечайки сначала поддерживается левым роликом 1 и предупреждает ее запрокидывание, а затем поддерживается трубой 3, устанавливаемой на нужной высоте винтом 4. Правый ролик 1 поддерживает изогнутый конец обечайки на завершающей стадии гибки.

Процесс изготовления нежестких обечаек в остальной части совпадает с описанным выше типовым технологическим процессом на изготовлении жестких обечаек с обязательным применением для операции сборки продольного стыка планочных прижимов вместо струбцин и стяжек, а также разжимных колец на токарно-карусельной операции и операции обработки поверхностей отверстий. Операция правки цилиндра обечайки для нежестких обечаек исключается.

2.2. Изготовление днищ

Для аппаратов химических производств применяют днища, изготовляемые по ГОСТ 6533-68 – днища эллиптические отбортованные стальные для сосудов, аппаратов и котлов; ГОСТ 11372-74 – днища эллиптические отбортованные латунные и алюминиевые; ГОСТ 11972-66 – сосуды и аппараты медные. Днища; ГОСТ 12619-67 – ГОСТ 12624-67 – днища конические неотбортованные и отбортованные с углами при вершине 60, 90, 120 и 140°; ГОСТ 12625-67 и ГОСТ 12626-67 – днища плоские отбортованные и неотбортованные.

Технические требования к конструкции и изготовлению днищ изложены в «Правилах устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением», [72] ОСТ 26-292-71.

Основные требования к конструкции днищ допускают эллиптическую, полушаровую форму или в виде полушарового сегмента, приваренного к фланцам, а также применение конических днищ, причем неотбортованные конические днища должны иметь общий центральный угол не более 45°. Плоские днища допускается применять для сосудов с внутренним диаметром или наибольшей стороной не более 500 мм. При сварке днищ из нескольких листов с расположением швов по хорде расстояние от оси шва до центра днища должно быть не менее 0,2 диаметра днища. Круговые швы на днищах, за исключением днищ шаровой формы, должны быть расположены на расстоянии от центра днища не более 0,25 диаметра днища. Расстояние от кромки отверстия на выпуклом днище до внутренней поверхности отбортовки, измеряемое до проекции, должно быть не более 0,1 внутреннего диаметра. Основные требования на изготовление днищ ограничивают овальность днищ в пределах допуска на диаметр.

Отклонения профиля выпуклой части днищ не должны превышать: 1 % номинального внутреннего диаметра для днищ с внутренним диаметром до 500 мм и 1,25 % – для днищ с внутренним диаметром более 500 мм.