Проектирование станков холодной и горячей гибки труб

1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ГИБКИ ТРУБ

 

1.1.   Общие сведения о гибке труб

 

Все трубы, подвергаемые гибке, можно разделить на две основные группы: трубы, играющие роль конструктивных элементов (несущие конст­рукции, ограждения, строительные конструкции, мебель и т.п.), и трубы, используемые в качестве носителей рабочих сред (жидких или газообраз­ных) или изделий (например, пневмопочта). К гибке труб второй группы предъявляются определенные требования, влияющие на конструкцию трубогибочного оборудования. Такие требования устанавливаются норматив­ными документами уровня государственных и отраслевых стандартов. В ча­стности, требования к гибке труб, применяемых в судостроении, устанавли­ваются ОСТ 5.95057-90 «Системы судовые и системы судовых энергетиче­ских установок. Типовой технологический процесс изготовления и монтажа трубопроводов». Требования к гибке труб, используемых в трубопроводах тепловых электростанций, устанавливаются ОСТ 24.125.60-89 «Детали и сборочные единицы трубопроводов пара и горячей воды тепловых электро­станций».

Применяется два вида гибки труб: холодная и горячая. В качестве ис­точника нагрева при горячей гибке используется энергия переменного элек­тромагнитного поля. Такая гибка называется гибкой с индукционным нагре­вом. Известны станки для холодной гибки труб диаметром до 426 мм, однако такие станки относятся к категории уникальных. Как правило, холодная гиб­ка применяется для труб диаметром до 273 мм. В отечественном судострое­нии холодная гибка применяется, как правило, до диаметра 160 мм. Холодная гибка труб диаметром свыше 160 мм требует приложения значительных уси­лий деформирования. Применение индукционного нагрева позволяет значи­тельно снизить прилагаемые в процессе гибки усилия. Имеются станы для гибки с применением индукционного нагрева труб диаметром до 1626 мм с толщиной стенки до  170 мм (магистральные трубопроводы, фирма

Mannesmann, Германия). В отечественной практике известна установка для гибки труб диаметром до 1020 мм и толщиной стенки до 20 мм (Уралмашзавод). В 2006 году в ЗАО «Трубостан» введен в эксплуатацию стан отечест­венной разработки для индукционной гибки труб диаметром до 1420 мм с толщиной стенки до 35 мм.

Согласно сложившейся практике в отечественном судостроении гибка труб с индукционным нагревом применяется в следующих случаях:

-для труб большого диаметра (как правило, более 0159 мм);

-для получения крутых гибов с радиусом 5D_T, где D_T- наружный диаметр трубы;

-при необходимости получения двух гибов, расположенных близко друг к другу (прямолинейный участок между двумя гибами 1,0£>г), так как получение такого расстояния на станках холодной гибки труб не представля­ется возможным. Последние два обстоятельства являются причиной приме­нения рассматриваемых трубогибочных станков для гибки труб диаметром даже от 15 до 60 мм, т.е. в зоне диаметров, являющихся приоритетом для хо­лодной гибки.

При гибке на станках с индукционным нагревом отсутствует много­численная сменная оснастка, характерная для холодной гибки (гибочные диски, прижимы, ползуны, дорны). Не требуется применение наполнителей (песок, лед, канифоль), практически отсутствует наклеп и уменьшается пружинение. При этом сменной оснасткой являются, как правило, индуктор, на­жимной ролик или вкладыши водила. Индукционная гибка труб практически не меняет структуры металла.

Вместе с тем гибка труб с индукционным нагревом имеет свои ограни­чения. В частности, такая гибка не применяется для труб из меди, медно-никелевых сплавов и алюминия. Это объясняется высокой теплопроводно­стью перечисленных материалов и, как следствие, невозможностью получить узкую разогретую зону металла, что является обязательным условием полу­чением высококачественного гиба.

В основу процесса гибки труб положена теория деформации попереч­ного пластического изгиба, при котором напряжения в материале трубы дос­тигают предела текучести. При этом текучесть начинается с внешних слоев материала трубы, распространяясь по мере увеличения изгибающего усилия на внутренние слои. В результате возрастания нагрузки предел текучести достигается по всему сечению стенки деформируемого материала трубы.

В дальнейшем изложении применяется понятие «относительный ради­ус гибки», представляющий собой отношение радиуса изгиба по средней ли­нии трубы г_г к диаметру D трубы r° =r,/D_T.Относительный радиус гибки оказывает существенное влияние на конструкцию трубогибочного оборудо­вания. Относительные радиусы гибки для некоторых конструкций трубопро­водов приведены в табл. 1. Следует указать на то, что гибка относительным радиусом r° < 2,0 считается крутой гибкой, требующей применения специ­ального оборудования и технологической оснастки.

 

Относительные радиусы гибки для некоторых конструкций  трубопроводов

 

 

Таблица 1

 

 

В  основу рассматриваемых ниже процессов гибки положена модель линейного чисто пластического изгиба. Согласно [1] такая модель дает дос­таточно точный результат при относительных радиусах гибки от 3,0-5,0 до

200. В большинстве случаев рассматриваемые здесь радиусы гибки лежат в пределах 1,5-3,0, в отдельных случаях несколько выше. Тем не менее модель линейного чисто пластического изгиба применяется здесь и в других иссле­дованиях ввиду того, что дает правильное общее представление об основных зависимостях и проста с точки зрения инженерных расчетов.