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弯管热缠绕成型技术及加工精度问题

2018-12-16 09:42:35

中频热爆弯管加工工艺参数是影响弯管生产质量、生产效率和生产能耗的重要因素,现有的中频热爆弯管机推进速度、加热温度、弯曲角度等工艺参数由于缺乏的监视和控制手段造成弯管加工效率低下、能耗高、加工精度较低等问题。

长输管线建设中,为适应地形变化,需要配置相当数量的弯管,而弯管防腐涂层的涂装一直是一个世界性难题。直管防腐建设中的较佳涂层一三层PE(简称3PE)外防腐涂层经过多年的发展已经成为一个非常成熟的技术,其通过钢管旋转完成了三层PE涂层工艺中钢管加热、环氧粉末喷涂以及底胶和聚乙烯的热缠绕,在任何工况下都不会存在技术瓶颈,但热缠绕对弯管三层PE成型一直是一个无法克服的技术难点。在直管防腐作业中,底胶和外层聚乙烯热带通过体型巨大的挤出机加热熔融,经平板模具挤出后形成热带,通过钢管的自旋转缠绕在钢管表面,而弯管由于自身的形状限制,无法通过其自身轴线旋转。目前弯管防腐主要有冷带热熔成型装置和弯管热缠绕成型技术这两种形式。

在实际操作过程中却发现有许多待解决的缺陷:首先在冷带热缠绕成型中,受到弯管缠绕区间的限制,把三层PE涂层中的底胶层和聚乙烯层通过挤出机预先挤出、冷却形成定宽度定厚度的复合冷带,对于不同曲率管径的弯管,只能采用与热缠绕不同的同一厚度的复合冷带单层缠绕,这种方式就会造成弯管内圈和外圈厚度不均匀现象,会造成材料的浪费;其次冷带需要用管本体的热量进行熔融,而沿弯管自身曲率传动的弯管速度非常慢,为满足熔融要求,管本体温度需要达到250℃以上,此时环氧粉末的孔隙率会急剧上升,也就是说在此温度下底部环氧涂层可能已经破坏,因此我们只能采用特殊高温粉末或者降低管本体的温度来完成冷带缠绕,然后利用外补温度的办法来完成涂层成型,这样所成型的涂层会使阴极剥离等参数值出现很大的波动,产品性能不稳定。

通过弯管冷带热熔三层PE成型技术的多年应用及现有长输管道的使用情况,我们发现只有采用等同直管的三层PE成型技术,才能完全确保弯管防腐涂层质量的稳定性。因此,我们需要开发一种弯管三层PE热缠绕成型技术。

弯管热缠绕技术的实现,其首要条件是确保挤出机挤出的热带能够缠绕在弯管表面;其次确保热缠绕过程中弯管能够从一端向另一端传输,满足上述条件,弯管3PE热缠绕成型的技术条件就会完全确立。

由于受到挤出机自身体积和重量的限制,在防腐生产线上挤出机工位是固定的,而所挤出的热带要缠绕在管体表面,按照常规需满足被缠绕体沿自己的中心线(或缠绕点)进行螺旋向前传输,比如直管三层PE的热缠绕成型。

而对于弯管3PE热缠绕成型来说,如果挤出机工位固定,弯管便需要完成自旋转动作。弯管的自旋转,虽已有提及,但却未在实际中应用,并且也可能得不到应用,例如:有中提到一种弯管外防腐涂装机,采用特定的夹具夹持弯管两端,使得弯管在空间内做抛物线旋转。

在此运动状态下,要满足 3PE涂层涂装,需要在环氧粉末涂装前采用中频线圈对管本体进行加热,线圈及其电源需要随管本体的摆动而进行随动,这样便需要设计一个非常复杂的工装并通过计算机进行控制才能实现。而如果采用整体预热方式,受外界环境变化,未进行热缠绕,粉末已经固化,又不能满足环氧粉末涂装后进行热缠绕的要求。同时挤出机挤出的连续热带如果需要缠绕在弯管表面,挤出机需要根据弯管做抛物线旋转时瞬间缠绕点的位置变化,其上下左右同时进行调整,或只让弯管做抛物线旋转,挤出机进行高低、前后移动,确保瞬时缠绕点与热带挤出模具间的距离为定值。此工艺受所需要的控制、机构、等方面的限制,在实际生产中能否得到应用中是有待商榷的。

为满足挤出机挤出热带的缠绕,还有一种考虑是让体积庞大的挤出机旋转起来。如果管子水平放置,要使体积庞大而笨重的挤出机在立面空间内旋转是根本行不通的,因此我们考虑调整工作空间,普通塑料挤出机安装在一个适合的可沿其中心旋转的底盘上,绕一中心线进行旋转,弯管在立面上固定不旋转,这样只需要保证缠绕模具与弯管表面缠绕点的距离在可接受范围内,挤出机所挤出的PE热带便可缠绕在弯管表面。而此设计实现的难度低,控制简单,因此在技术和设计上是完全可行的。

弯管双头夹紧后,在垂直面上下传动,首先要考虑的是弯管端头的夹装,需要有足够的力来确保弯管在垂直面上时不发生摆动。我们设计采用液压内撑机构,使用多套内撑头,并利用液压控制张紧,当力足够大,上下同时内撑的状况下,可以实现弯管稳定的上下传输。上下传动采用液压缸同时进行伸缩,传输稳定性高。弯管稳定上下传输后,需要确定的是缠绕瞬间弯管通过缠绕横截面的圆或椭圆面的中心点时,缠绕点与挤出机平板模具距离的一致性。弯管向下传输的过程中,当弯管下端通过中心点后,带油缸的上支撑向左滑动,下支撑向右滑动,这样就可以保证缠绕过程中瞬间缠绕点与挤出机平板模具间的距离,我们可以在弯管纵向设置接近检测开关,通过距离换算并通过电动控制上下支撑的左右滑动。此过程在理论和实际设计过程中完全可行。


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