螺纹管设计范文

螺纹管设计范文（精选9篇）

螺纹管设计 第1篇

模具工业是国民经济的基础工业之一, 广泛应用于国民经济的各个领域, 当前, 在世界的制造中心逐步向中国转移的大背景下, 国内外模具的需求也越来越大, 要改变这种现状, 就必然要求国内的模具从业人员掌握一套先进的模具设计方法, Pro/ENGINEER为我们提供了这样一个平台。

1模具设计分析

1.1产品形状和参数

螺纹管外观形状如图1所示, 其直径和长度尺寸为Φ26mm×106mm, 采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物制造 (简称ABS) , 其收缩率为0.3%~0.8%。

1.2模具结构和参数

螺纹管模具是一种带有“螺纹”的模具结构, 采用 “一模二腔”布局。模具结构分为定模、动模和螺纹型芯, 如图2所示。

螺纹管模具采用模外侧向分型与抽芯机构, 开模时, 推出机构将塑件和螺纹型芯一起推出, 然后通过手动方式使螺纹型芯和塑件分离。由于使用手动脱模, 因此最少需要两个螺纹型芯的备用件, 以保证生产过程的连续进行。

2创建模具模型

2.1创建模具文件

单击【新建】按钮, 进入 “新建”对话框, 在 【类型】中选择【制造】, 在【子类型】中选择【模具型腔】, 在 【名称】框中使用系统默认的模具文件名“lwtg”, 去掉 【使用缺省模板】的勾选, 单击按钮进入“新文件选项”对话框, 在【模板】框中选择“mmns_mfg_mold” 选项, 再单击按钮, 进入Pro/ENGINEER模具设计界面。

2.2创建参照模型

从菜单管理器中选择【模具模型】→【定位参照零件】, 或单击模具工具栏的【模具型腔布局】按钮, 系统弹出“打开”窗口和“布局”对话框。为提高效率, 我们选择一模两腔形式来布局。

2.3设置收缩率

单击模具工具栏的【按比例收缩】按钮, 设置收缩率“0.005”。

2.4创建工件模型

单击模具工具栏的【自动工件】按钮, 创建工件模型, 如图3所示。

3设计分型面

在设计分型面的过程中, 首先通过复制第一个螺纹管的内壁曲面得到内壁的复制分型面, 再延伸内壁分型面两端, 接着使用拉伸分型面封闭两端, 得到套管内芯分型面;然后通过平移复制第一个套管的内芯分型面得到第二个套管的内芯分型面;最后使用填充的方法得到动模和定模的分型面, 如图4所示。

4创建体积块和模具元件

4.1创建体积块

单击模具工具栏的【体积块分割】按钮, 利用分型面将工件模型分割成定模、动模和螺纹型芯3部分, 生成3个体积块。

4.2创建模具元件

利用分型面将工件体积分割为3个体积块, 但它们还不是实体零件, 需要通过对体积块的抽取将其转换为实体零件。

单击工具栏【型腔插入】按钮, 创建出定模、动模和螺纹型芯3个模具元件。

4.3完善模具结构

根据模具结构要求, 创建动模顶杆孔。根据螺纹管的结构特点, 创建放置磁铁孔, 如图5所示。

5浇注系统与冷却系统

5.1建立浇注系统

本例螺纹管模具采用直浇口式主流道, 冷料穴设计在主流道的末端, 分流道采用梯形流道。

5.2设计冷却系统

塑料模具的温度直接影响塑件的成型质量和生产效率, 而各种塑料的性能和成型工艺各不相同, 因此对模具的温度要求也不相同。对于大多数热塑性塑料, 为缩短成型周期, 必需对模具进行有效的冷却, 模具通常采用水作为冷却液, 使水在模具中往复循环流动, 从而带走热量以维持模具所需要的温度。冷却水的通道称为水线, 利用Pro/ENGINEER软件, 在定模板和动模板上设计冷却水线。

6模流分析

模流分析在模具设计过程中是非常重要的一个环节, 在此过程中能够检查注塑制品的充模、保压、冷却、 翘曲等问题。在传统的模具设计中往往需要通过经验来设计流道以达到流动平衡的目的, 因此需要经过不断地修模与试模才能找到解决方案, 这样会造成产品开发时间拉长以及成本上的浪费。通过模流分析的方式可以辅助流道设计, 使产品开发时间缩短并且容易发现产品潜在的问题, 可以提升产品质量以及达到降低成本的目的。

6.1塑件成型分析

打开创建好的螺纹管铸件, 选择【塑料顾问模块】→ 【分析人选项】, 再选择材料为ABS, 对螺纹管进行塑料填充, 填充过程仿真如图6所示, 填充时间为1.53s。

6.2塑件压力、压力损失及分子的取向检测

使用塑料顾问模块, 可以对注塑压力、压力损失及注塑时分子的取向进行检测, 如图7所示。为试模提供理论依据, 将模具设计存在的缺陷在模具制造之前就找出来, 提高试模成功率, 从而达到降低生产成本的目的。

7创建注塑仿真及模具开模仿真

7.1创建注塑仿真

Pro/ENGINEER提供了创建铸模的命令, 铸模操作是模拟注塑过程, 在模具组件的型腔和浇注系统中填充材料, 生成模具的原始成型件。将注塑模型与设计模型进行对照, 可以检查注塑成型的塑件是否与设计模型相同。

7.2创建开模仿真

模具体积块抽取完成之后, 得到的模具元件仍然处于原来模具体积块的位置。“模具开模”可以模拟模具的打开过程, 检查模具设计是否正确;可以移动模具组件的任何零件, 但是参照模型、分型面和工件模型除外。执行操作前, 通常遮蔽住工件模型和分型面。

最后使用EMX6.0模块, 调入模架, 将模具元件装入模架中, 完成模具总装配, 如图8所示。

8结束语

Pro/ENGINEER是集成参数化的三维CAD/ CAM/CAE软件, 其基础模块、模具模块、塑料顾问模块和模架设计专家系统一起, 形成了一个完整的注塑模具设计体系, 提供了快速准确地设计完整注塑模具所需的全部功能, 具有强大的专业化功能组合, 显著提高了注塑模具设计的水平、自动化程度和工作效率。 本文使用Pro/ENGINEER软件对螺纹管模具进行设计, 同时解决了这类带有螺纹产品的脱模问题, 本例产品使用手动方式脱模, 减少了模具制造的费用。

参考文献

[1]冯晓宁, 娄骏彬.Pro/ENGINEER Wildfire 5.0注塑模具分模技术与案例[M].北京:科学出版社, 2010.

内锥管螺纹的铣削加工 第2篇

一、引言

内锥管螺纹在航天，航空、机械和模具的应用越来越来广泛。现代制造中，综合零部件在加工中心上铣削内锥管螺纹可以减少工装次数提高加工效率、精度。如图 1所示的液压连接零件为例介绍内锥管螺纹在加工中心的加工方法与编程。零件具有密封性的内锥管螺纹，要求保证其加工精度，密封性。

图 1液压连接件零件图

技术要求：

（1）未注内倒角 C1，外倒角 C2。

（2）未注公差按 IT10。

材料：铝合金 ZL10。

二、零件分析

我国最常用的的管螺纹主要分为三种有，英制的 55°密封管螺纹、55°非密封管螺纹、美制的 60°密封管螺纹。适用于管子、阀门、管接头、旋塞及其他管跟附件的螺纹联结。55°密封管螺纹和 60°密封管螺纹具有密封性但，常常会受到加工精度和形位公差的影响力，其密封性不可靠，实际应用中一般需要在配合面上施加密封介质，如密封胶带或密封胶等。

三、加工方案分析

1.圆锥管螺纹的分析

60°内锥管螺纹是一种典型的密封性管螺纹。其基本牙型如图 2所示。图中相应的代码如表 1所示。

零件图内的NPT1 1/1 内锥管螺纹通过查GB7306-87《用螺纹密封的管螺纹》和上述图表公式可以得出以下相关数据。NPT1 1/1：（1）螺纹大径 D：41.985mm；（2）螺纹中径 D2：40.218mm；（3）螺纹小径径 D2：38.451mm；（4）每 25.4mm内所包含的螺纹牙数 n：11.5；（5）螺距 P=25.4/n=25.4/11.5=2.209mm；（6）牙型高度 h=0.80 P=0.8×2.209=1.767mm；（7）牙型角 α=60°；（8）60°内管螺纹的锥度为 1 ∶16；（9）内圆锥半角 采用近似法计算，代号取0.0175： =1/16/2/0.0175=1.7857。

2.加工材料分析

零件材料为铸造铝合金 ZL104，其材料具有以下特点。因其工晶体量多，又加入了 Mn，抵消了材料中混入的 Fe有害作用，有较好的铸造性能和优良的气密性、耐蚀性，焊接和切削加工性能也比较好，但耐热性能较差，适合制作形状复杂、尺寸较大的有较大负荷的动力结构件，如增压器壳体、气缸盖，气缸套，液压连接件等零件。其密度 ρ=2.65g·cm3，熔化温度范围 569～ 601℃，20～ 100℃时平均线膨胀系数 21.7μm/（m·K），100℃时比热容 753J/（kg·K），25℃时热导率 147W/（m·K），硬度为 65HB～ 70HB，屈服强度 195Mp，伸长率 1.5%。由上述性能参数可知，铝合金 ZL104材料加工切削性能较好，一般的机床、刀具，和冷却条件都可以满足使用。

3.刀具选用与分析

据铝合金 ZL104上述相关性能，结合工厂现有的刀具。选用 60°镶刀片式钨钢单刃螺纹铣刀 ，回转半径 R=15mm，刀杆半径 13mm，长度约 80mm，刚性良好，如图 3所示。

图3 60°镶刀片式单刃螺纹铣刀

4.加工切削参数分析

单刃螺纹铣刀的切削参数分析，单刃螺纹铣刀用于加工 NPT 内锥管螺纹，加工余量根据整个螺纹牙高来选定切削用量如下。

（1）切削速度 N选择：

其中， vc切削速度查表得 220m/min， D为单刃螺纹铣刀直径。

（2）确定进给量 F：vf=fzzn=0.18×1×2300≈410mm/ min。其中， fz为每齿进绘量，查表得 0.18齿 /min， Z为齿数， n为转速。

（3）背吃刀量确定：结合 NPT 内锥管螺纹螺距 P=2.209mm，牙型高度 h=1.767mm，与一般螺纹加工吃刀量的经验值。确定 NPT 内锥管螺纹平均分 6刀进行加工： ap=h/6=1.767/6≈0.295mm。其中， h为牙型高度，6次为经验值。

5.加工艺确定

零件图上 NPT1 1/1内锥管螺纹加工工艺确定如表 3所示。

四、内锥管螺纹走刀路线分析与编程

1.内锥管螺纹走刀路线设计

加工的螺纹孔为通孔排屑条件好，选择螺纹通孔自上而下的加工方法，加工流程应该：先快速定位到螺纹孔中心→快进到安全平面（即：螺旋进给起始位置高度）→刀具进到空间切入圆弧起点→沿切入圆弧工进到螺纹顶部大径→沿锥螺旋线加工到孔深→沿空间切入圆弧切出→快退到孔中心→返回到返回平面。内锥管螺纹走刀路线如图 4所示。

图 4内锥管螺纹走刀路线

2.内锥管螺纹编程思路

（1）将单刃螺纹刀从螺纹孔加工定位到自上而下走完一刀的过程编写为一个子程序，使程序可以像调用标准循环一样调用，具有通用性。另外考虑到是内锥螺纹孔的螺纹切削的半径一直是变值，所以将程序设计成可传递参数的宏程序。

（2）利用 FANUC系统中圆锥螺旋插补指令完成螺旋插补运动。圆锥螺旋插补指令： 。其中：G17： XY平面；G02/G03：为顺时针圆弧插补 /逆时针圆弧插补指令； X、Y、Z：圆弧终点坐标值； I/J：从圆弧起点相对于圆心位置，在 X/Y轴上的分向量。

在内圆锥管螺纹加工中，实际上是借助 G02或 G03指令完成螺旋进给运动的。但要注意在有锥度的加工中，FANUC系统中有个重要的参数说明：在 FANUC系统中，有一个参数 N0.3410，该参数定义为：在 G02/G03指令中，圆的起始点的半径与终点半径之差的允许极限值。

当加工中圆的起始点与终点在半径方向上的差值一旦超过此值时，系统就发出 P/S报警。在加工锥度螺纹时，由于其在 Z方向进给一个螺距的同时，直径值也会随之变化，其插补的起始点与终点肯定不在同一个圆柱面上，因此在加工内圆锥管螺纹时，首先要根据加工零件锥度的实际尺寸修改 NO.3410的值，或者就设置 0，因为当设定值为 0时，系统就不进行圆弧半径差的检查工作。

3.相关计算

为保证圆锥螺纹切削的完整，走刀路线应长于圆锥面，设定向上高出 0.5mm，向下延长 0.5mm。在不加入刀具半径补偿的情况下通过计算获得相应的起始半径：内锥螺纹相关参数：（1）设螺纹铣刀具实际起始圆弧半径 R2=（0.5tan1.786+D2/2）-R刀 2 =（0.0155+38.451÷2）-15=4.241mm。式中， D2为 NPT1 1/1内锥管螺纹小径，R刀2为螺纹铣刀具半径。（2）设实际走刀至螺纹大径时的半径为 R6，R6 =R2+h=4.241+1.767=6.008mm。为能了让 6次平均切削整除取 R6≈ 6.011mm。（3）在加工 NPT1 1/1内锥管螺纹前镗内锥孔已完成每一次切削，现在分 5次切削，每次切深 0.295mm，以下为 5次定位刀具实际起始圆弧半径值 R3～ R8。其中 R1镗孔已加工出来。

五、结语

由于锥度螺纹的切削半径是变值，所以其数控加工程序的编写是一个难度较大的过程，关键要注意 3点。

（1）建立半径变化规律的表达式是关键，这对编程人员的数学表达能力有较高的要求。

（2）注意螺旋切削起点位置及半径的确定，这要符合锥度变化的规律，同时初始位置的高度要与螺距相匹配。

（3）要注意 FANUC系统中参数 N0.3410的修调，否则加工中会报警。

螺纹管设计 第3篇

冷废气再循环技术是降低柴油机NOX的有效措施之一, 它降低了燃烧室内燃烧温度的峰值, 有效抑制了NOx在燃烧过程中的生成。如何提高EGR冷却器冷却效率的同时又不影响其关键的结构尺寸, 是近年来EGR冷却器的研究重点。与光滑直管相比, 螺纹管具有更大的传热面积, 加强了气体的湍流特性, 在不影响冷却器关键结构的同时, 有助于明显提高冷却器的换热效率。

2 基本理论

CFD软件在给定的工作条件下 (如气体和冷却剂的温度, 压力和流量等) 可以模拟一个特定的热交换特征, 通过这些特征的图形显示, 可以用不同的螺纹管形状对传热能力和压降进行模拟, 通过模拟的结果, 以分析螺纹管与光滑直管、不同参数的螺纹管的换热能力, 确定几何参数以实现冷却器的较大换热效率与较低压降。

图1给出了螺纹管设计中关键的几何参数。

图1中, D-螺纹管外径, P-螺纹间距, α-螺纹开口角度, h-螺纹切口深度。本文对每个参数单独分析, 以对最后的螺纹管进行优化。

3 螺纹间距P

当废气经过螺纹管内部, 与管壁发生了热交换, 光滑直管管壁处气体速度较低, 而螺纹管由于沿管长方向有螺旋存在, 增加了气体的湍流程度, 管轴线附近气体与靠近管壁气体发生剧烈混合, 传热更加剧烈。

螺距的大小反映了气体在管内螺旋向前流动时绕管中心线一周所经过的轴向距离。若螺纹间距为10mm, 则意味着气体在轴向移动10mm的过程中绕轴线360°旋转了一次。

给定直滑管以及螺纹管除螺距以外的其他尺寸, 运用CFD软件进行仿真, 得到图2。

从图2可以看出, 使用螺纹冷却管比直滑管有更低的出口温度, 且随着螺距的减小, 换热效率进一步提高。但同时, 螺距减小导致湍流程度的增加, 出口的压力降增大, 如图3所示。过低的出口压力将影响换热器的实际应用。

3 螺纹角度α

给定除螺纹角度外的其它其它尺寸, 软件模拟结果如图4、图5所示。

图5表明, 螺纹角度的改变并没有对冷却管的热流能力产生很大影响, 但是随着螺纹角度的减小, 压降进一步加大。不利于实际应用。

4 螺纹深度h

增加了螺纹深度, 将会增加气体的湍流程度, 有助于靠近管壁气体与管轴线附近高温气体的混合, 提高了换热效率, 但同时, 这也会增加出口压降, 如图6。

5 结论

螺纹管相比较直滑管有更强的换热能力, CFD软件模拟了不同设计因素对冷却器换热效率和出口压降的影响, 两者的最佳配合取决于螺纹管的螺距、螺纹角度和螺纹深度, 其每个要素的影响机理和影响结果为螺纹管的设计提供了较为直观的理论依据。

摘要：废气再循环冷却器的冷却效率对降低汽车NOX排放至关重要, 管式冷却器中采用螺纹管作为冷却管能有效地提高冷却效率。从EGR冷却器的换热效率以及废气通过冷却器后的压降两方面进行了冷却器中螺纹管的设计因素研究, 通过CFD软件模拟分析了各设计元素对废气再循环效率和压降的影响。

关键词：EGR冷却器,螺纹管设计,冷却效率,压降

参考文献

[1]向飞, 罗马吉.废气再循环 (EGR) 冷却器设计的现状与发展[J].中国水运, 2009, 7 (7) :147-149.

[2]江帆, 黄鹏.Fluent高级应用与实例分析[M].北京:清华大学出版社, 2008.

螺纹管设计 第4篇

[关键词] 光固化纳米树脂；根管螺纹钉；牙残冠

文章编号：1004-7484（2014）-03-1220-01

口腔门诊患者对残损牙齿的治疗已不仅仅局限于残牙的去除，他们对于自然牙比如残冠残根的保留要求越来越多。为了保存、利用残冠残根，现在越来越多采用根管螺纹钉联合光固化纳米树脂进行修复，经过完善的修复过程后可以使患牙更加坚固耐用，而且也为后续的治疗过程如各类烤瓷冠固定修复打下基础。作者采用根管螺纹钉联合光固化纳米树脂修复96例患者96颗患牙牙残冠，经过3年的临床观察，取得了较为满意的临床效果，现报告如下。

1 临床资料

选择2010年1月——6月，来我院口腔科就诊，牙根及髓底无缺损的大面积缺损残冠及残根96例患者96颗患牙，男46例，女50例。年龄18-75岁，前牙16颗，后牙80颗。

2 适应症

2.1 无明显的牙龈炎或牙周炎症，无松动，无叩痛。

2.2 根管无弯曲，牙冠缺损范围为1/2-3/4，牙冠破坏深度在龈缘根方2mm之内。

2.3 髓室底完整并留有部分髓室，牙体缺损不得涉及龈下。

2.4 X线片显示根尖阴影小于0.5cm，无明显根尖组织病变。

3 材 料

材料选择成品牙用根管螺纹钉（杭州西湖生物材料公司），光固化纳米树脂（卡瑞斯玛树脂，贺利氏），配套的Prime&BondNT粘接剂，3M公司光固化灯等。

4 治疗方法

对患牙进行完善的根管治疗，首先应当尽量去除牙体组织中的腐质，消除薄壁弱尖，但尽可能保留龈缘以上健康的牙体组织和残冠。将残根预备成颊舌（腭）两个斜面，在患牙邻牙的近远中邻面作轴向固位沟完成牙体预备。用与根管钉相匹配的低速专用麻花钻，沿根管方向缓慢扩大根管，深度约为根长的2/3或距根尖约3mm即可，注意不能造成根管侧壁穿通，同时保留近根尖部的根充物。根据牙齿各自的根管情况并参照X线片，选择直径大小适宜的圆形螺纹钉备用。消毒根管和螺纹钉后，将螺纹钉选入根管，调整咬合关系，旋入时严密注意手感，如觉过紧，及时反转1/4-1/2圈，以缓解应力，防止根尖裂纹[1]。牙冠缺损大固位不良者可加1-4颗自攻自断螺纹钉于牙冠牙本质处。用30%磷酸锌酸蚀1min，酸蚀处理牙体粘接面和螺纹钉暴露于根管口以外部分。然后清洗吹干后涂牙本质粘接剂，用压缩空气吹去多余的牙釉质粘接剂，光照20秒，然后用光固化复合树脂分层修复牙冠，每层修复材料不超过2mm，层层光照20秒。参考磨牙牙冠的解剖形态做出食物溢出沟。为增强殆面的耐磨性，视缺损面积情况，垂直于赊面栽埋1-2根冠钉。调殆抛光，使接触缘平滑，不留悬突。

5 疗效观察

对这96例患者随访3年，评价标准如下：根据光固化纳米树脂修复后的牙冠形态、边缘密合度、修复体折裂、牙龈炎症反应等情况，分成功和失败两种情况。成功：无自觉症状，咀嚼功能正常；充填后牙冠形态完整，边缘密合度好，充填物无明显松动。失败：有咬合痛，不能咀嚼；充填后牙冠形态不完整，充填物周围有明显裂隙或脱落，根管螺纹钉松动，X线片显示根尖周稀疏区扩大或出现新稀疏区；残冠缺损。

6 结 果

经临床观察，本组96例患者96颗患牙中，94颗修复成功，1颗因继发性龋齿致修复体脱落，1颗因慢性牙周炎导致残根松动。

7 讨 论

7.1 若对后牙牙体较大范围缺损，只行单纯充填则不易恢复，而借助钉固位采用根管螺纹钉则比较理想。其固位形式是螺旋式，与根管壁有较大面积的结合，既可利用牙本质的弹性，亦可增加机械扣锁力。本文利用根管螺纹钉联合光固化纳米树脂制备牙体外形，使修复体获得良好的固定，最后完成冠修复。不仅保护了脆弱的牙体组织，避免了由于内应力集中导致牙根折裂，同时也保护了邻牙的健康，对邻牙缺失患者同时满足了固定义齿修复的要求。成品螺纹钉与光固化纳米树脂构成的核，可更广泛应用于后牙残根残冠的修复。通过完善根管治疗，对后牙残冠保留及修复，保留了对牙周膜敏感的本体感受传入神经中枢的能力，从而可以避免牙槽骨的萎缩及修复体对邻牙及牙周组织的不良刺激，所以在治疗时尽可能保留残根、残冠，这在外观及功能上均具有一定的临床意义。

7.2 根管钉能够使牙体抗力性和固位性明显加强，后牙根管多且细弯，除了选择主桩根管外，还应选择副根桩，桩的数量视牙体缺损程度而定。

7.3 螺纹钉一端固定在牙内，而另一端包埋在修复材料中形成支架，有助于光固化纳米树脂的固位，不仅使牙具有更强大的防折裂能力，而且也增强了对冠外抗力和咬合力的抵抗。当发生大面积牙体缺损时，埋植的螺纹钉数目往往需要增加，需要至少2枚以上的螺纹钉。但是就修复效果而言，若只增加螺纹钉个数并不能解决固位力欠缺的问题，密集排列在釉牙本质界内的螺纹钉会使这一连线产生预应力，就会在抗力方面形成一条薄弱带，反而会增加牙壁折裂机会。所以在实际工作中，螺纹钉适当地内倾可提供非共同就位道产生的更大的固位力。当发生不规则缺损时，可以让所设置的螺纹钉交错形成的网络状结构，这样会使得充填物与牙体融合得更紧密。在置入螺纹钉时，过快的转速所带来的不必要的切削及大量的热量会使牙体蛋白变性，增加牙质本身的脆性，还有可能因为过快的转速使得螺纹钉与孔壁贴合不紧密及滑脱现象。

7.4 光固化纳米树脂修复牙冠能尽可能多地保存剩余牙体组织。以往临床上在后牙修复时多采用银汞合金充填修复，本文采用根管螺纹桩钉加光固化纳米树脂修复，效果良好。说明新一代纳米树脂耐磨性能已经大为提高，能够承受后牙咀嚼力充填材料。本组96颗患牙中，94颗修复成功，1颗因继发性龋齿致修复体脱落，1颗因慢性牙周炎导致残根松动，未见填充物明显磨损的案例，这也说明纳米树脂修复适合无固位型大面积充填，是一种可在临床上应用的好方法。

7.5 缺损范围较大的患牙，经过完善的修复治疗后，采用冠套保护，能够增加患牙的抗折力[2]。全冠恢复正常的牙体解剖形态，建立合适的邻面触点和咬合关系是治疗过程中的重要环节。对于牙根条件较差的牙，应尽量结合邻牙状况考虑联冠修复，以分散咬合力。

7.6 失败的案例中，1颗因继发性龋齿致修复体脱落，1颗因慢性牙周炎导致残根松动，主要因为残牙根面残留软龋，充填材料与根面不密，产生继发炎症和龋，根管钉及整个修复体脱落[3]。因此，在植入根管钉时应去净牙根面及根管内的龋坏组织，保证树脂材料与根面紧密结合，以防止继发性炎症和龋的发生。

参考文献

[1] 肖明振，主编.口腔内科学.第1版.沈阳：辽宁科学技术出版社，1999：127-130.

[2] 寇制卫.牙修复后折裂的原因及预防[J].国外医学口腔医学分册，1996，23（4）：202.

管螺纹及其相关标准 第5篇

1 管螺纹的分类

按单位制来划分, 管螺纹分为英寸制管螺纹和米制管螺纹两大类。其中, 英寸制管螺纹按牙型又可分为55°管螺纹和60°管螺纹2种。55°管螺纹也称惠氏管螺纹, 是使用最早的管螺纹, 即由英国人发明, 在欧洲及英联邦国家占主导地位。60°管螺纹也称为布氏管螺纹, 是由美国人发明, 在北美洲及美国领先的行业占主导地位。60°管螺纹牙型角为60°、55°管螺纹牙型角为55°, 由于其分别由美国人和英国人发明, 因此又被分别称为美制管螺纹和英制管螺纹。这两种管螺纹仍是目前影响较大、应用最广的管螺纹。

米制管螺纹是德国、俄罗斯和我国利用米制普通螺纹的牙型 (即牙型角一律为60°) , 制定了各自的米制锥螺纹国家标准。但这种米制密封管螺纹目前没有被世界上的多数国家接受。因此, 应用受到限制。只能用在不与外界直接发生关系的局部连接上, 目前还不能随意采用。

管螺纹按密封性又可分为密封管螺纹和非密封管螺纹。密封管螺纹靠螺纹自身密封。一般密封管螺纹也可填加密封介质, 以进一步提高螺纹密封性。但干密封管螺纹完全凭自身的密封性实现密封。密封管螺纹的螺纹副有“锥/锥”配合和“柱/锥”配合2种。非密封管螺纹不具备密封功能, 只用于管路连接。其螺纹副只有“柱/柱”配合种。管螺纹分类见表1。

2管螺纹的相关标准

1987年以前, 由于单位制的原因, 我国一直没有关于英寸制管螺纹的国家标准和行业标准。为了适应管螺纹国产化的需要, 1987年我国等效采用ISO国际标准首次发布了55°管螺纹国家标准。1991年等效采用美国国家标准首次发布了60°密封管螺纹国家标准。而米制管螺纹国家标准早在1978年就有了, 当时根据原苏联国家标准首次制定了米制60°锥螺纹国家标准。这些标准的发布实施改变了我国有管螺纹应用、但无管螺纹国家标准的现状, 极大地推进了管螺纹国产化的进程, 满足了管螺纹的生产。为了适应管螺纹加工需要, 1989年我国发布了55°管螺纹丝锥和板牙的行业标准 (当时称为“专业标准”) , 并于1999年进行了修订。1996年发布了60°密封管螺纹丝锥和板牙的机械行业标准, 至今没有修订, 仍为现行版本。

目前, 55°管螺纹已有相应国际标准, 而60°管螺纹还没有制定相应的国际标准, 只有美国机械工程师协会的英寸制标准。我国的英寸制管螺纹标准就是根据这些标准制定的。在技术内容上与这些标准完全等效。现在, 我国的55°管螺纹和6 0°密封管螺纹国家标准、米制锥螺纹国家标准都已进行修订。但到目前为止, 我国60°非密封管螺纹国家标准和行业标准仍为空白。同时, 随着管螺纹国家标准的发布实施, 管螺纹已实现了国产化。比如国产的、价格低廉的NPT、NPTF、R c、R p等丝锥在市场上已大量销售。管螺纹和管螺纹加工刀具标准现行版本情况见表2。

3管螺纹标记的识别

根据现行的国家标准规定, 英寸制55°和60°密封管螺纹, 其标记由螺纹特征代号、尺寸代号和旋向等3部分组成。55°非密封管螺纹外螺纹的标记在上述内容基础上增加了公差等级代号标记。因为55°非密封管螺纹外螺纹中径公差有A、B之分。A级的精度比B级高。由于内螺纹无公差等级之分, 所以也就无公差等级标记。米制60°锥螺纹在螺纹特征代号和尺寸代号之后还要增加基准距离代号标记。因为米制60°锥螺纹基准距离分为标准基准距离和短基准距离2种。选择标准基准距离时省略标记基准距离, 而选择短基准距离时应标记基准距离代号“S”。基准距离代号与尺寸代号之间用短横画“-”分隔。对于旋向代号, 右旋不标记, 左旋则标记代号“LH”。

管螺纹的现行螺纹特征代号及其新旧对比见表3。尺寸代号按上述相应管螺纹标准标记。

例如, 标记“Rp 3/4 LH”其含义为牙型角为55°的密封管螺纹、圆柱内螺纹、尺寸代号为3/4、左旋。在GB/T 7306.12000中可以查出尺寸代号为3/4的圆柱内螺纹的基本尺寸和公差。标记Rc3/4表示牙型角为55°的密封管螺纹、尺寸代号3/4、右旋的圆锥内螺纹。标记“R3”表示牙型角为55°的密封管螺纹、尺寸代号为3、右旋、与圆柱内螺纹相配合的圆锥外螺纹。标记“Rp/R3”表示牙型角为55°的密封管螺纹、尺寸代号为3、右旋、圆锥外螺纹与圆柱内螺纹所组成的螺纹副。标记“G 3ALH”表示牙型角为55°的非密封管螺纹、尺寸代号为3、A级左旋圆柱外螺纹。标记“G3”表示牙型角为55°的非密封管螺纹、尺寸代号为3、右旋、圆柱内螺纹。根据尺寸代号可以在GB/T 73072001中查出其基本尺寸和公差。标记“NPT 6”表示牙型角为60°的一般密封管螺纹、尺寸代号为6、右旋、圆锥内螺纹或圆锥外螺纹。根据尺寸代号6能够在GB/T127162002中查到相应的基本尺寸和公差。标记“ZM0”表示螺纹公称直径为0、标准基准距离的米制螺纹。标记ZM10S表示短基准距离的米制螺纹。其中, 公称直径表示螺纹的大径尺寸。查阅GB/T14151992能够得到该米制螺纹的基本尺寸和公差等。

需要说明:a.以前所使用的ZG和Z两个螺纹特征代号已经废止, 应使用对应的新代号;b.55°密封管螺纹外螺纹只有锥螺纹种, 而内螺纹有圆柱内螺纹和圆锥内螺纹之分;c.55°非密封管螺纹只有圆柱螺纹种, 无圆锥螺纹, 而且不论内螺纹还是外螺纹, 其螺纹特征代号均为字母“G”。内螺纹与外螺纹的区别在于尺寸代号部分。内螺纹尺寸代号后面无字母A或B, 外螺纹的尺寸代号后面有字母A或B。

另外, 我们还常常接触到“NPTF”这一代号。它是60°干密封管螺纹的特征代号。目前, 我国尚无60°干密封管螺纹国家标准, 需要时可以查阅美国相关标准。干密封管螺纹和一般密封管螺纹的区别在于, 干密封管螺纹靠螺纹本身密封, 不需填加任何密封介质。而一般密封管螺纹则可能需要填加密封介质才能实现密封。

4常用的管螺纹国家标准及其新旧差异

常用的管螺纹国家标准是GB/T7306.12000《55°密封管螺纹第1部分:圆柱内螺纹与圆锥外螺纹》、GB/T 7306.22000《55°密封管螺纹第2部分:圆锥内螺纹与圆锥外螺纹》、GB/T 73072001《55°非密封管螺纹》及GB/T127162002《60°密封管螺纹》。

(1) 55°密封管螺纹

55°密封管螺纹原来执行GB/T73061987《用螺纹密封的管螺纹》。该标准于2000年进行了修订。为了和相应国际标准对应, 本次修订时将该项标准分成2个部分分别发布。第一部分GB/T 7306.1规定了圆柱内螺纹与圆锥外螺纹配合的密封管螺纹的牙型、尺寸、公差和标记等;第二部分GB/T 7306.2规定了圆锥内螺纹和圆锥外螺纹配合的密封管螺纹的牙型、尺寸、公差和标记等。

规定圆柱内螺纹与圆锥外螺纹配合的55°密封管螺纹的标准GB/T7306.12000与原GB/T 73061987《用螺纹密封的管螺纹》相比变化不大。主要增加了2个术语和定义、增加了表中“圆柱内螺纹直径的极限偏差”项、修改了标记方法、删除了原表中“圆弧半径”1项。

关于新增加的两个术语, 其一是“参照平面”, 其二是“容纳长度”。按标准给出的定义, 参照平面是指量规检验螺纹时, 读取检验数值 (基准平面的位置偏差) 所参照的可见平面。它是内螺纹的大端面或外螺纹的小端面。所谓容纳长度是指从内螺纹大端面到防碍外螺纹旋入的第一个障碍物间的轴向距离。这两个术语和定义的增加对理解本标准是必要的。

关于新增加的圆柱内螺纹直径的极限偏差见表4。

关于55°密封管螺纹的标记, 圆柱内螺纹的特征代号没变, 仍用符号“RP”表示。但与之相配合的圆锥外螺纹的特征代号由原来的“R”改为符号“R”。

规定圆锥内螺纹与圆锥外螺纹配合的55°密封管螺纹的标准GB/T 7306.22000与原GB/T 73061987《用螺纹密封的管螺纹》相比变化不大。除了增加了“参照平面”和“容纳长度”2个术语和定义、删除了原表中“圆弧半径”项之外, 主要增加了圆锥内螺纹与圆锥外螺纹配合的55°密封管螺纹圆锥内螺纹直径的极限偏差±T2/2、修改了圆锥外螺纹的标记代号。圆锥内螺纹与圆锥外螺纹配合的55°密封管螺纹其圆锥外螺纹的特征代号由原来的“R”改为符号“R2”。

(2) 55°非密封管螺纹

GB/T 73072001《55°非密封管螺纹》规定了内外螺纹均为圆柱螺纹的55°非密封管螺纹的牙型、尺寸、公差与标记。该标准代替1987版的GB/T 73071987《55°非密封管螺纹》。新、旧标准主要差异有两点。一是删除了旧标准中的附录A。该附录给出了用于低压管路的非螺纹密封的圆柱内螺纹的尺寸和公差。二是对表1进行了重新编排, 但其中的数据未变。

(3) 60°密封管螺纹

现行的GB/T127162002《60°密封管螺纹》是对1991年版本的修订。该标准等效采用美国机械工程师协会标准ASME B1.20.1:1983 (992) 中密封管螺纹 (NPT和NPSC) 的技术内容。与1991年版标准相比, 主要变化是增加了圆柱内螺纹 (NPSC) 部分、增加了圆锥螺纹的大尺寸规格及按美国标准调整了圆锥螺纹单项要素的极限偏差值等。

a.圆柱内螺纹的螺纹特征代号为NPSC。增加的这部分内容包括基本尺寸、基准平面的位置、综合位置公差、大径和小径公差、有效螺纹的长度等规定。

b.增加的大尺寸规格圆锥螺纹的尺寸代号为14O.D、16O.D、18O D、20O.D和24O.D共5个规格。其中, 符号“O.D”是英文管子外径的缩写。

c.调整后的圆锥螺纹的单项要素的极限偏差值见表5, 其数据与美国标准一致。

空心光杆60°管螺纹处断裂分析 第6篇

1 理化检验

1.1 宏观分析

由图2 可见, 空心光杆的上端断口处采取了热扩口车螺纹的工艺[2,3], 断裂位置为螺纹消失点处, 断裂后的另一部分 (60°管螺纹部分) 留在了如图3所示的空心抽油杆短接的母扣中。 图1 中箭头所指为连接空心光杆断裂处 (60°管螺纹部分留在此处) 。从图2 可以看出, 断裂空心光杆表面有明显的机械损伤痕迹, 其断口平齐无塑性变形呈脆性断口特征。

1.2 取样

从断口处和远离断口的空心光杆基体处分别截取试样进行分析, 断口处为如图4 所示的镶嵌后1号试样, 基体处为如图5 所示的镶嵌后2 号试样, 基体试样取样后形貌如图6 所示, 断口试样取样后形貌如图7 所示。

1.3 化学成分分析

在断裂的空心光杆上进行化学成分分析, 结果见表1。 可以看出, 断裂的空心光杆的化学成分符合GB/T 3077-1999《合金结构钢 》对于35Cr Mo钢成分的要求。

1.4 硬度测试

在断裂的空心光杆上进行硬度测试, 结果见表2。 通过硬度测试结果可以看出, 断口处的硬度值与正火组织状态相吻合; 基体处的硬度值与调质组织状态相吻合。

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1.5 机械性能试验

在断裂的空心光杆的完好部位取样进行机械性能测试, 结果见表3。 通过机械性能测试结果可以看出, 空心光杆的机械性能与SY/T 5550-2012 标准要求的D级别空心抽油杆性能相吻合[4]。

1.6 金相检验

对断裂的空心光杆断口处1 号试样和基体处2号试样进行金相检验。 依据GB/T 13298-1991《金相显微组织的检验方法》进行分析, 从断口至扩口部位的微观组织均为铁素体+珠光体, 为正火组织[5,6], 依据GB/T 6394-2002 《金属平均晶粒度测定方法》进行分析, 得出从断口至扩口部位的晶粒度9 级, 空心光杆断口处显微组织如图8 所示。 对断裂的空心光杆的基体处2 号试样进行金相检验, 依据GB/T13298-1991《金相显微组织的检验方法 》进行分析, 基体微观组织为索氏体+铁素体, 为非正常调质组织[5], 空心光杆基体处显微组织如图9 所示。

1.7 螺纹

空心光杆的上端连接螺纹采取了热扩口车螺纹的工艺, 扩口后的型式 (图2) , 螺纹型式符合GB/T12716-2011《60°密封管螺纹》标准的要求。 虽然按照SY/T 5550-2012 标准要求, 空心光杆的规格和结构符合标准要求, 但在实际使用时, 是将空心光杆与空心抽油杆短接相连[4]。 空心抽油杆之间互相连接时应按照SY/T 5550-2012 标准要求的接箍连接焊接式空心抽油杆或直接连接焊接式空心抽油杆的两端螺纹连接形式进行连接, 这样才能符合空心抽油杆之间连接方式要求[3]。

2 综合分析

空心光杆材质符合35Cr Mo要求。 从金相检验可见, 空心光杆基体组织和断口组织不一致, 从非正常调质组织变成了正火组织。从硬度测试可见, 基体硬度值明显高于断口硬度值。综上所述, 与空心抽油杆短接相连接的空心光杆60°管螺纹处采取了热扩口车螺纹工艺, 在往复运动过程中形成了应力集中, 致使引起疲劳断裂, 并断于螺纹消失点处。

3 结论及建议

1) 空心光杆的上端连接螺纹采取了热扩口车螺纹的工艺, 热扩口后未采取热处理工艺, 造成组织发生变化, 易发生断裂事故, 生产过程中热扩后应对其单独采取热处理工艺。

2) 抽油杆相互连接时未按照SY/T 5550-2012标准要求的螺纹连接方式连接, 不符合其标准规定, 致使连接发生断裂。

3) 采用上述连接方式时应采取符合SY/T 5550-2012 标准规定的连接方式。

摘要：某采油厂使用的空心光杆在运转过程中发生断裂, 断裂位于空心光杆与空心抽油杆短接螺纹连接处, 即空心光杆60°管螺纹处。对空心光杆60°管螺纹连接断裂原因采取宏观和微观检验、化学成分分析、金相检验和硬度测试等方法进行了分析。结果表明, 由于该空心光杆长度不足, 采取了与空心短接连接加长的方式, 使其能够正常使用, 连接时的螺纹没有按照标准采用正确的连接方式, 致使引起疲劳断裂。

关键词：空心光杆,螺纹连接,疲劳断裂,管螺纹

参考文献

[1]邹艳霞.采油工艺技术[M].北京:石油工业出版社, 2006.

[2]丁德全.金属工艺学[M].北京:机械工业出版社, 2000.

[3]吴刚中, 李景文, 赵学胜, 等.抽油杆[M].北京:石油工业出版社, 1994.

[4]SY/T 5550-2012空心抽油杆[S].

[5]张德堂.钢中非金属夹杂物图谱[M].北京:国防工业出版社, 1980.

电厂锅炉内螺纹水冷壁管失效分析 第7篇

2015年10月, 该锅炉在运行中, 20m标高处, 后墙水冷壁管左数第118根发生爆管。该位置水冷壁管规格φ45mm×5.2mm, 材质为SA210-A1, 管型为内螺纹管。水冷壁额定工作压力为20.19MPa, 工作温度350℃。经确认, 该处水冷壁管于2013年5月进行了整体管排更换。

一、检验内容和方法

1. 水冷壁破口的宏观形貌

破口发生在向火面, 长约130mm, 最宽处约10mm, 破口起始于焊口上方20mm处, 边缘未见明显的塑性减薄, 宏观形貌呈现较明显的脆性开裂特征 (图1) 。破口内壁一侧有明显的腐蚀减薄区, 另一侧有明显的腐蚀物积垢层 (图2) , 去掉积垢层, 即可见与减薄区相似的特征, 说明该管段在运行时开裂部位产生了明显的腐蚀积垢现象。另外, 管内壁焊接处有明显突起的焊瘤存在。

2. 材料化学成分分析

取向火面试样进行化学成分分析, 分析结果见表1。试样材质符合ASTM标准SA210-A1钢管化学成分的规定。

3. 水冷壁管微观组织分析

(1) 微观形貌分析 (未腐蚀)

垢下蚀坑区域存在数量较多的微裂纹 (图3) , 裂纹沿晶界发展。破口边缘的管壁有很多的微裂纹, 分布较深。而背火面内壁未见明显的微裂纹。同时水冷壁管材组织中也未见明显的夹杂物等缺陷。

(2) 组织形貌分析 (硝酸酒精溶液腐蚀)

向火面蚀坑区域内壁微观组织为铁素体+珠光体, 为20G正常组织, 珠光体形态保持较好, 组织基本没有发生劣化 (图4) 。未腐蚀微观组织中所发现的向火面内壁存在的大量微裂纹, 在腐蚀后已经看不清楚, 这是由于微裂纹都是沿晶的, 样品腐蚀后, 被晶界所覆盖。

4. 断口形貌扫描电镜分析

通过对断口形貌的扫描电镜观察和分析, 断口具有明显沿晶脆断特征, 晶界存在有明显的沿晶二次裂纹 (图5) 。为典型的脆性断口。

二、水冷壁管失效原因综合分析

1. 水冷壁管破坏机制分析

锅炉受热面管失效多数由以下因素引起的:管材质量、短时超温、长时超温、机械磨损、腐蚀与氧化、氢损伤等, 还可能是以上几种因素共同作用的结果。

本次爆管的水冷壁管段向火面管材内壁附着有一层较厚的积垢, 有的部位垢层已脱落。垢层脱落区域的管材壁厚已经因腐蚀严重减薄。

从微观组织分析, 向火面垢层管材内壁有许多的沿晶裂纹, 且破口裂纹周围存在大量的微裂纹, 根据裂纹特征判定为垢下氢腐蚀所致。

2. 水冷壁管垢下腐蚀机制分析

水冷壁管在高温下工作, 水蒸汽与铁元素接触发生如下反应:

正常情况下, 反应生成的[H]将被循环的水、水蒸汽带走, 不会渗透到水冷壁管材中, 生成的Fe3O4覆盖在水冷壁管的内表面, 形成致密的保护膜, 有效抑制管材腐蚀。

而当运行工况出现异常时, 情况会发生变化。由于焊接突兀或凹陷的焊缝使平滑的炉管表面出现的几何形状不连续, 水循环在此处发生紊流, 破坏了保护膜的形成, 同时此区域成为各种垢、盐等物质的沉积场所, 而积垢又为氢原子聚集提供了条件。如[H]不能很快被水、水蒸汽带走就会造成水冷壁管氢腐蚀。本分析管段正是由于焊接处焊瘤的存在, 导致焊缝附近严重积垢, 进而产生氢腐蚀。

氢腐蚀是一种脱碳过程。在水冷壁管内表面, 氢原子通过晶界向钢材内扩散, 这些固溶于钢中的氢原子和钢中的碳化物发生化学反应:

上述反应均生成甲烷CH4, 聚集在晶界原有的微观空隙内。随着反应不断进行, 气体在局部形成的内压力逐渐增高, 于是晶界发生开裂, 形成微裂纹, 使钢的性能急剧降低, 局部承载能力大为降低。当管壁的有效厚度不足以承受内压, 水冷壁管产生破口泄漏。

三、结语

水冷壁管的泄漏失效主要原因是氢腐蚀造成的, 而管内壁向火面焊缝处造成大量结垢是造成氢腐蚀损伤的前提和基础。

首先, 建议停炉时对工况条件类似的水冷壁管进行检查, 特别是高热负荷区焊缝附近管段, 及早发现此处萌生的缺陷。其次, 为了提高内螺纹水冷壁管内壁抗腐蚀能力, 水冷壁管在焊接时应严格执行相关标准, 避免因接头质量问题而引起积垢。第三, 加强水质监督, 检测, 确保炉水的水质满足相关标准的要求。

摘要：通过宏观形貌、化学成分、微观组织分析等手段, 对某电厂锅炉内螺纹水冷壁管爆管原因进行了综合分析。判定该水冷壁管失效、管内壁焊缝处大量结垢的原因并提出改进建议。

关键词：爆管,结垢,氢脆,失效分析

参考文献

[1]刘喜文, 刘长禄, 傅强等.循环流化床锅炉水冷壁管失效原因分析[J].中国特种设备安全, 2010 (9) :68-69.

螺纹管设计 第8篇

在化学工业生产中所得到的固态产品或半成品往往含有过多的水分或有机溶剂 (湿份) , 要制得合格的产品需要除去固体物料中多余的湿份, 其干燥是利用热能使湿物料中的湿份汽化, 除湿程度高, 是制药生产中常用后期物料处理单元。其最为常见的干燥方式是:热风烘干及真空干燥。前者是利用换热器将空气或惰性气体 (用于烘干对氧化敏感的物料) 加热, 对物料进行热风吹干, 而后利用换热器对溶媒进行冷凝收集;后者是烘干设备对物料进行间壁式加热, 利用真空系统将物料中溶媒抽出, 通过换热器进行冷凝收集, 此种方式主要是为提高烘干速度和针对热敏性物料的烘干。

2 常见干燥方式对换热器的要求

在常见干燥方式中, 换热器是较为重要的环节, 其对于整个干燥过程的速率、干燥品质、能耗起到关键性的作用。

2.1 设备的安全运行

设备运行中始终伴随着高温、高压或高真空条件, 其安全性是系统的首要保障。

2.2 换热高效

干燥过程, 由于任何制药物料在此过程对于温控要求、干燥速率都有着相应的工艺要求, 因此高效换热是保障完成干燥指标要求的有效手段。

2.3 节能

干燥过程所供热能利用率及物料湿品溶媒回收率将直接影响生产成本。而且, 此单元溶媒损失在整个生产操作过程中所占比例, 较之其他单元操作要大得多, 这一点也是困扰大多数企业的难题。

2.4 占地空间有所限制

一般干燥系统都有着单独的系统空间。而整套干燥流程都会受现场空间的制约, 换热器在其中更会受空间及布局的制约, 设备占地越小, 安装越简便将越有利于系统合理布局。

3 螺旋螺纹管换热器在干燥系统中的性能

用于干燥系统的换热器有很多种, 螺旋螺纹管换热器 (结构如图1) 是其中性价比较高的产品, 其性能如下。

3.1 全不锈钢, 耐高温、高压, 寿命长

此种新型换热器的换热管束和壳体采用不锈钢316、316L材质, 具有统一的膨胀系数, 不会因压力和温度变化而引起换热器的变形。换热器耐高温、高压, 最高耐温400℃, 耐压1.6 MPa, 设计寿命为40年。

3.2 单位面积传热能力高

换热管束经特殊工艺加工成盘旋缠绕结构。换热管束两端通过先强度胀接后焊接的工艺固定在管板上, 管束与管板封装在换热器壳体内, 管板焊接在两端封头上。单位体积内增大换热面积, 经盘旋缠绕后的换热管束拉伸后长度可达壳体长度的4～6倍, 使热媒体在换热管内停留时间长, 换热更充分。双侧流体通过时沿轴向运动, 不断改变流体运动方向。在螺纹管增加湍流强度的同时, 再次强化传热, 保持稳定连续的强化作用, 使传热效果显著提高。

3.3 节能

在干燥过程中, 其传热难度大。如, 热风的制备中, 空气本身密度小, 热导率低, 蒸汽加热空气的传热系数低, 同时要求输送风量较大。又如, 溶媒回收, 系统真空度较高, 一般可达到-0.09 MPa以上, 要求溶媒蒸汽的流道要足够保持真空。无论真空还是热风, 不凝性气体量偏高, 甚至要远大于溶媒蒸汽量, 因此会大大降低溶媒的露点。这对换热器换热能力本身及冷煤供给都有严格的要求。

然而, 此种新型换热器的螺旋管式结构, 加大了热传导的分子碰撞几率 (见图2) , 实现双面强化传热, 传热系数是传统换热器的3～4倍, 可大幅提高热能利用率及溶媒回收率, 降低物料生产成本。

3.4 结构紧凑, 体积小, 重量轻, 便于安装

相对于传统换热器体积庞大, 笨重, 需要大型吊装而言, 此新型换热器螺旋缠绕方式, 结构紧凑, 换热器体积只有传统管壳式换热器的1/10左右, 占地面积小, 节省空间。

同时, 也因为体积小、重量轻, 更加便于安装、拆卸, 非常利于干燥系统合理布局。

4 螺旋螺纹管换热器对工况的要求

(1) 由于此新型螺旋螺纹管换热器的螺旋缠绕结构, 目前缠绕能力为单台设备480根管 (8 mm管径不锈钢管) 。因此, 大风量 (>万m3/h) 使用时能力有所限制。

(2) 对于物料加热冷却过程中, 易结晶或絮状粉尘类造成换热管严重堵塞的工况, 此种螺旋螺纹管换热器不适用。

(3) 溶媒蒸汽对316不锈钢有强腐蚀性时, 螺旋螺纹管换热器不适用。

5 结语

螺纹管设计 第9篇

1.1 设备概况

韶关电厂300 MW机组凝结型号N-18250-8,东方汽轮机厂制造。凝结器铜管总数22 668条,空冷区1 404条,布管区边沿840条,主凝结区20 424条。凝结器中间支撑管板13层格,均距布置。空冷区和每个布管区边沿2层管材相同,为BFe30-1-1铜管;与主凝结区管材不相同,为HSn70-1B。凝结器两端管板外侧距离10 350 mm,管子规格Φ25 mm1 mm。

1.2 存在缺陷

韶关电厂300 MW机组自2005年投产以来,多次出现凝结器渗漏现象。在2011年7月,凝结器检修中,抽铜管检验,发现存在以下不足:a)凝结器安装时,铜管胀管工艺不良:胀管要求规定胀口的胀接深度一般为管板厚度的75%~90%,不允许扩胀部分超过管板内壁。在抽检的铜管中,发现有少数铜管扩胀深度过长,超过管板厚度;b)凝结器运行中,存在铜管异常振动现象,造成铜管与支撑管板产生碰撞、磨损:在高速气流和水滴的冲蚀作用下,铜管产生振动并在凝结器中间隔板处与隔板碰撞和摩擦,铜管长时间磨损,出现环形的疲劳破坏痕迹,导致管壁减薄,铜管疲劳耗尽寿命直至穿孔;c)铜管腐蚀情况:经抽检的铜管发现,部分铜管内部可以看到片状绿色区域,可以判断是铜管内部产生了沉积物腐蚀。产生沉积物腐蚀,主要因素是由于沉积在铜管表面的污泥等腐蚀物附着在管壁上,沉积物造成铜管内表面不同部位的供氧差异和介质浓度的差异,构成了氧化和电腐蚀的条件,破坏了铜管内表面保护膜,最终导致铜管腐蚀。

凝结器泄漏会造成凝结水、给水电导率增大、超标,造成汽水系统结垢,传热性能下降,严重情况下会造成局部过热而导致爆管事故。蒸汽品质不合格还会影响汽轮机及调速汽门结垢,影响机组经济性,情况严重时造成汽门卡涩引发汽轮机超速事故。

2 多向扰流不锈钢螺纹管性能分析

2.1 强化换热

通常水在光滑管壁的管中流动时,靠近管中心的水流流速较高,高到一定速度时会形成紊流;水流越靠近管壁流速越低,最靠近管壁的水流会附着在管壁上,形成一层附面层(也叫层流底层),流速越高附面层越薄,反之越厚。如果管壁上存在凸起的螺旋线,水在其中流动时,靠近管壁的水流会沿螺旋方向产生旋转运动(漩流)。漩流能减薄附面层,加快管壁与水流之间的热交换;同时水流还在螺旋凸起附近产生涡流,涡流能加快管壁附近水流与管中心水流之间的热量交换;漩流和涡流共同作用产生传热强化作用。漩流在减薄附面层加强换热的同时,还能有效地减少污垢附着于管壁。

2.2 多向扰流管与普通单螺旋槽管的比较

a)多向扰流管换热效率高,它兼有低速漩流和高速涡流双重强化作用,单螺旋槽管仅有低速漩流强化作用,而凝汽器冷却水雷诺数已达数万,不存在低速漩流,所以单螺旋槽管在凝汽器中的强化换热作用非常微弱;

b)多向扰流管槽深浅、应力小,不会造成应力腐蚀,而单螺旋槽管为了达到强化换热目的不得不采用更深的螺纹和更密的螺纹节距,从而造成冷加工应力,为应力腐蚀留下后患,国内多家电厂出现过由于应力腐蚀产生的波螺管断裂事故;

c)多向扰流管刚度高,抗振性能好;多向扰流管由于左右螺旋交叉成网状,对管子的轴向和径向刚度都起到了加强作用,不像单螺旋管由于弹簧效应削弱了管子的轴向刚度,而轴向刚度对管子的抗振能力影响非常大;

d)多向扰流管流动阻力小,而单螺旋槽管由于螺纹深而密,螺旋升角小,流动阻力大;

e)多向扰流管最佳螺旋节距和螺旋角度容易匹配,而单螺旋槽管只能二者选择其一进行优化;

f)多向扰流管除垢容易,而单螺旋槽管由于螺纹深而密,除垢困难;

g)多向扰流管能减薄附面层、分割污垢层、利用水流的冲蚀作用形成对污垢的自动清除。

2.3 多向扰流不锈钢螺纹管防结垢

多向扰流不锈钢螺纹管在借助凝汽器循环冷却水的冲蚀机理对污垢产生清除作用,水流流速越高冲蚀作用越强。多向扰流不锈钢螺纹管通过管壁的左右螺旋交叉形成的菱形花纹对污垢形成鳞片状分割,从交叉点产生冲蚀,使得污垢在水流作用下自动清除。采用光管或波螺管(单头螺纹管)的凝汽器往往每3个月清洗一次才能保证一定的传热效率,而采用多向扰流不锈钢螺纹管的凝汽器创造了投运22个月免清洗的记录。

通过多向扰流不锈钢螺纹管和光管的结垢对比试验发现,多向扰流不锈钢螺纹管结垢情况比光管轻得多,对于这种现象可以从以下几个方面解释:

a)多向扰流不锈钢螺纹管高效换热特性能有效地降低汽轮机的排汽温度,因此冷凝管壁温也相应降低。冷凝管结垢最可怕的是碳酸钙垢,而碳酸钙的溶解度是随温度的降低而升高的,因此冷凝管壁温度的降低能有效地防止碳酸钙垢的沉积;

b)凸筋引起的紊流破坏了静止的附面层,因而污垢难于附着;

c)即使有污垢附着,凸筋使污垢呈离散的鳞片状,由于污垢与不锈钢的胀差巨大而引起剥离,在水流的冲击下自行脱落。凝汽器积垢最多的是盖板、管板等水速近乎静止的地方;而最不易积垢的地方就是管子的入口处,由于入口效应使得这里的水流湍急,不存在静止的附面层,因此污垢难于附着。多向扰流不锈钢螺纹管交叉的凸筋能在管子的中部形成类似的入口效应,彻底破坏管壁静止的附面层,因此结垢情况比光管还轻。

2.4 多向扰流不锈钢螺纹管易维护

由于多向扰流不锈钢螺纹管管壁能始终保持极高的光洁度,机械清洗很容易将污垢除掉;优化设计的波纹深度e=0.3 mm~0.6 mm,螺距S=8 mm~10 mm,一般采用胶球清洗即可,胶球由于具有弹性,可充分填充在设计合理的多向扰流不锈钢螺纹管的螺旋槽中,故可轻松清理凝汽器长期运行而产生的结垢。此外其它清洗方式,如高压水、塑胶弹、酸洗等对铜管而言具有很大破坏性的清洗方式,对于不锈钢管来说基本上没有伤害,而且免去了铜管需要镀膜的麻烦,因此清洗维护比铜管方便得多。

3 改造方案

a)不改变凝结器结构、几何尺寸和管子数量,冷却水管改为凝结器专用多向扰流不锈钢螺纹管。多向扰流不锈钢螺纹管选材为TP304,主凝结区管子管壁厚度0.5 mm+0.03 mm;空冷区和每个布管区边沿2层管子管壁厚度0.7 mm+0.03 mm;

b)凝结器专用多向扰流不锈钢螺纹管供货管材长度10 500 mm和管子规格Φ25 mm0.5 mm、Φ25mm0.7 mm,管壁厚度按0.5 mm+0.03 mm、0.7mm+0.03 mm严格控制误差,管子圆度性好;

c)凝结器铜管拆卸后,对凝结器壳体全面检查,去除锈蚀层,消除缺陷;

d)为了提高胀口严密性,在胀管时严格控制胀管质量,严谨出现过胀或欠胀现象出现;

e)凝结器两端管板孔清洁除锈处理见金属光泽,消除缺陷,保证胀管部位接触面严密,确保胀管部位质量;

f)完成胀管后,进行凝结器汽侧灌水查漏,灌水高度控制在汽轮机末级的底部叶片下300 mm处,并保持24 h。

4 改造后效果

韶关电厂300 MW机组在2012年11月至2013年1月进行了机组大修工作,在此次大修中实施了凝结器更换多向扰流不锈钢螺纹管项目,机组改造后,凝结器运行参数见下表1:

a)多向扰流不锈钢螺纹管,正反向各3条螺纹,压深0.3 mm~0.6 mm,线宽约0.5 mm,则每根管子有约3 mm宽的环形壁换热变成近似平板换热,管子结构的变化带来了换热能力提升。同时,循环水在管内流动时的状态随螺纹节点而改变,也提高了冷却水在管内流动的换热效率。在冷却水管径不变的情况下,减小壁厚,扩大内径,相对降低了水阻,流速升高,换热能力也得到相应的增强。自上表中可知,在凝结器冷却进水温度相同下,凝结器真空比换管前升高230 kPa;

b)冷却水管内外壁螺纹结构,方便排汽凝结成水时,缩短水膜挂壁时间,凝结成的水降落到热水井的时间缩短,减少了凝结水与冷源的接触时间,使得凝结水过冷度损失减少。改造后,凝结水过冷度降低了0.55℃,即凝结水量608 t/h时,减少冷源损失1 397 792 kJ/h,折合标煤47 t/h。

5 结语

经过采用多向扰流不锈钢螺纹管,利用管表面菱形花纹能将低效的膜状凝结变为高效的珠状凝结,强化管内对流换热,将普通管内壁形成的连续污垢变为鳞片状污垢,由水流的冲蚀产生自洁作用,有效降低凝汽器的三大热阻(凝结热阻、对流热阻、污垢热阻),大幅提高总体传热系数。

韶关电厂凝结器经过改造后,采用凝结器冷却专用TP304多向扰流不锈钢螺纹管,机组满负荷(330MW)时,其背压在11.0 kPa(绝)以下运行,凝结水过冷度不大于2℃,凝结器端差不大于5℃,满足机组的最佳经济运行条件要求。

能源知识

油田油气集输

油田油气集输是指将油田各油井生产的原油和油田气进行收集、处理,并分别输送至矿场油库或外输站和压气站的过程。

油气集输工程要根据油田开发设计、油气物性、产品方案和自然条件等进行设计和建设。油气集输工艺流程要求做到:a)合理利用油井压力,尽量减少接转增压次数,减少能耗;b)综合考虑各工艺环节的热力条件,减少重复加热次数,进行热平衡,降低燃料消耗;c)流程密闭,减少油气损耗;d)充分收集和利用油气资源,生产合格产品,净化原油,净化油田气、液化气、天然汽油和净化污水(符合回注油层或排放要求);e)技术先进,经济合理,安全适用。

摘要：针对韶关电厂300 MW发电机组凝结器效率低、端差大、频繁出现渗漏等情况,提出了在不改变凝结器内部结构的前提下,用多向扰流不锈钢螺纹管替代铜管的改造方案,以提高凝结器换热效率,降低管道结垢、腐蚀速度,以达到消除渗漏、提高设备效率的目的。同时,对多向扰流不锈钢螺纹管换热性能进行了详细的分析,并对改造后的效果进行了对比。