換熱設(shè)備在石油、化工、電力、航空航天以及海洋工程等眾多領(lǐng)域有著非常廣泛應(yīng)用，管殼式換熱器的換熱管穿管是換熱設(shè)備制造的重難點(diǎn)和關(guān)鍵工序。針對(duì)穿管導(dǎo)向過(guò)程中存在具體問(wèn)題進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，設(shè)計(jì)、制造了內(nèi)脹、自鎖式導(dǎo)向頭，并通過(guò)實(shí)踐進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)向頭使用的規(guī)范化和自動(dòng)化，大大提升了穿管的作業(yè)質(zhì)量和工作效率。

1現(xiàn)狀

前期在換熱設(shè)備穿管導(dǎo)向時(shí)常使用的導(dǎo)向頭結(jié)構(gòu)如圖1，頭部為圓錐狀；過(guò)渡段為臺(tái)階，用于插入換熱管內(nèi)孔（間隙配合）；臺(tái)階尾部焊接長(zhǎng)條狀薄鋼板，在導(dǎo)向頭安裝進(jìn)入換熱管內(nèi)空前將鋼板折彎，通過(guò)鋼板變形與換熱管內(nèi)壁進(jìn)行固定。該方式工裝設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)單、加工制造成本低，但實(shí)際使用過(guò)程中存在問(wèn)題：導(dǎo)向頭安裝精度低，其外壁與換熱管外壁易出現(xiàn)錯(cuò)邊，導(dǎo)致穿管過(guò)程卡頓；導(dǎo)向頭通過(guò)尾部變形的薄鋼板進(jìn)行固定，鎖緊效果差，無(wú)法量化，操作過(guò)程中導(dǎo)向頭脫落的風(fēng)險(xiǎn)大；導(dǎo)向頭尾部薄鋼板易對(duì)換熱管內(nèi)壁表面造成傷害，導(dǎo)致?lián)Q熱管內(nèi)表產(chǎn)生明顯的劃傷。

2內(nèi)脹自鎖式導(dǎo)向頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為解決換熱管穿管過(guò)程中存在問(wèn)題，研制了內(nèi)脹自鎖式穿管導(dǎo)向頭，該導(dǎo)向頭的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2所示。內(nèi)脹自鎖式導(dǎo)向頭由導(dǎo)頭、擋圈、芯軸、擋環(huán)和膨脹圈等部分組成，各部分的結(jié)構(gòu)和功能：①導(dǎo)頭，選擇不銹鋼材質(zhì)，頂部為球狀，中心開(kāi)內(nèi)六角沉孔，靠近端部有橫向通孔，大端為臺(tái)階孔和內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)；整體外形呈錐狀平滑過(guò)渡。②擋圈，選擇不銹鋼材質(zhì)，一端通過(guò)臺(tái)階與導(dǎo)頭配合，另一端通過(guò)臺(tái)階與換熱管內(nèi)孔連接。③膨脹圈，材質(zhì)為橡膠，具有較好的彈性。橡膠圈之間使用擋環(huán)進(jìn)行隔離。膨脹圈與芯軸和換熱管內(nèi)孔采用過(guò)盈配合，橡膠圈通過(guò)軸向壓縮膨脹進(jìn)行導(dǎo)向頭與換熱管的相對(duì)固定。④擋環(huán)，為材質(zhì)為金屬銅，放置于膨脹圈兩端，起到隔離作用。⑤芯軸，是用于將擋圈、膨脹圈、擋環(huán)與導(dǎo)頭進(jìn)行串聯(lián)固定的模塊，為金屬材質(zhì)，芯軸與導(dǎo)頭采用螺紋連接方式進(jìn)行固定。

3內(nèi)脹自鎖式導(dǎo)向頭使用

3.1導(dǎo)向頭組裝

首先將膨脹圈、擋環(huán)和擋圈按照?qǐng)D示順序進(jìn)行組裝，然后將芯軸與導(dǎo)頭通過(guò)螺紋連接方式進(jìn)行連接。在導(dǎo)向頭安裝進(jìn)入換熱管前不需要擰緊使膨脹圈發(fā)生膨脹。

針對(duì)于批量化穿管作業(yè)，可制備多組導(dǎo)向頭同時(shí)進(jìn)行組裝和使用。

3.2導(dǎo)向頭與換熱管安裝

將導(dǎo)向頭按照?qǐng)D紙要求安裝進(jìn)入換熱管內(nèi)孔，由于導(dǎo)向頭的橡膠圈與芯軸和換熱管內(nèi)孔均為過(guò)盈配合，使用內(nèi)六角扳手或動(dòng)力工具旋轉(zhuǎn)導(dǎo)頭。芯軸和膨脹圈、擋圈及擋環(huán)由于摩擦力將與換熱管保持相對(duì)靜止，導(dǎo)頭通過(guò)螺紋連接將芯軸拉緊，進(jìn)而擠壓膨脹圈，使整個(gè)導(dǎo)向頭與換熱管脹接鎖緊固定。

3.3導(dǎo)向頭安裝檢查

檢查導(dǎo)向頭與換熱管同軸度、端部間隙，通過(guò)拉脫測(cè)試確定導(dǎo)向頭安裝牢固。批量化作業(yè)時(shí)可通過(guò)擰緊力矩參數(shù)固化進(jìn)行控制。

3.4穿管導(dǎo)向

按照工藝要求進(jìn)行穿管，穿管過(guò)程應(yīng)調(diào)整好推進(jìn)方向，平穩(wěn)進(jìn)行操作，避免方向偏轉(zhuǎn)和不利沖擊。

3.5導(dǎo)向頭拆除

當(dāng)導(dǎo)向頭和換熱管順利從管板穿出后，使用內(nèi)六角扳手或動(dòng)力工具將導(dǎo)向頭松脫，此時(shí)橡膠圈處于松弛狀態(tài)，將導(dǎo)向頭從換熱管孔拉出即可。

3.6導(dǎo)向頭檢驗(yàn)和重復(fù)使用

對(duì)取出的導(dǎo)向頭金屬表面狀態(tài)、橡膠材質(zhì)情況、鎖緊連接情況進(jìn)行檢查，確認(rèn)合格后按照上述方式反復(fù)、循環(huán)使用和檢查。

4內(nèi)脹自鎖式導(dǎo)向頭優(yōu)點(diǎn)

內(nèi)脹自鎖式穿管導(dǎo)向頭根據(jù)換熱管穿管技術(shù)研究進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造和優(yōu)化、固化，其優(yōu)點(diǎn)是：導(dǎo)向頭安裝精度高，通過(guò)內(nèi)脹式結(jié)構(gòu)，很好地保證了導(dǎo)向頭與換熱管的同心度，避免了由于錯(cuò)邊產(chǎn)生的穿管卡頓；導(dǎo)向頭采用橡膠圈脹接方式進(jìn)行固定，使用螺紋結(jié)構(gòu)進(jìn)行脹接，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定的擰緊力和膨脹后拉脫力之間的關(guān)系，并確定合理的參數(shù)范圍，避免導(dǎo)向頭意外脫落。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)換熱管穿管技術(shù)進(jìn)行深入的分析和研究，結(jié)合長(zhǎng)期制造技術(shù)經(jīng)驗(yàn)積累，設(shè)計(jì)、制造了內(nèi)脹自鎖式換熱管穿管導(dǎo)向頭，并在產(chǎn)品制造過(guò)程中進(jìn)行應(yīng)用和優(yōu)化改進(jìn)，最終對(duì)導(dǎo)向頭工裝結(jié)構(gòu)和制造工藝進(jìn)行固化。內(nèi)脹自鎖式換熱管穿管導(dǎo)向頭很好地解決了傳統(tǒng)導(dǎo)向頭在裝配精度、定位鎖緊效果、產(chǎn)品表面防護(hù)和標(biāo)準(zhǔn)化操作等多方面存在的問(wèn)題，為換熱管穿管導(dǎo)向技術(shù)改進(jìn)提供支持和保障。