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彎管知識詳解及計算下料方法

彎管按其製作方法不同,可分為煨製彎管、衝壓彎管和焊接彎管。煨製彎管又分為冷煨和熱煨兩種。本章著重介紹常用煨管設備的結構特點、性能及操作等方麵的知識,以及煨製彎管的下料計算。
 
 
 
01
 
彎管的一般知識
 
彎管是改變管道方向的管件。在管子交叉、轉彎、繞梁等處,都可以看到彎管。
 
煨製彎管具有較好的伸縮性、耐壓高、阻力小等優點。因此,在施工中常被采用。
 
彎管的主要形式有:各種角度的彎頭、U形管、來回彎(或稱乙字彎)和弧形彎管等,如圖1—1所示。
 
彎頭是帶有一個任意彎曲角的管件,它被用在管子的轉彎處。彎頭的彎曲半徑用R表示。R較大時,管子的彎曲部分就較大,彎管就比較平滑;R較小時,管子的彎曲部分就較小,彎得就較急。
 
來回彎是帶有兩個彎曲角(一般為135°)的管件。來回彎管子彎曲端中心線間的距離叫做來回彎的高度,用字母h表示。室內采暖立支管與幹管及散熱器連接,管道與不在同一平麵上的接點連接時,一般需采用來回彎。
 
U形管是成正半圓形的管件。管子的兩端中心線問的距離d等於兩倍彎曲半徑R。U形管可代替兩個90°彎頭,經常用來連接上下配置的兩個圓翼形散熱器。
 
 
 
圖1-1彎管的主要形式
 
弧形彎管是帶有三個彎曲角的管件。中間角一般成90°,側角成135°。弧形彎管用於繞過其它管子,在有冷熱水供應的衛生設備配管時,經常采用弧形彎管。
 
彎管尺寸由管徑、彎曲角度和彎曲半徑三者確定。彎曲角度根據圖紙和施工現場實際情況確定,然後製出樣板,照樣板煨製並按樣板檢查煨製管件彎曲角度是否符合要求。樣板可用圓鋼煨製,圓鋼的直徑根據所煨管徑的大小選用,10-14mm即可。彎管的彎曲半徑應按管徑大小、設計要求及有關規定而定。既不能過大,也末虛選得太小。因為彎曲半徑過大,不但用材料多,而且管子彎曲部分所占的地方也大,這樣會給管道裝配帶來困難;彎曲半徑選得太小時,彎頭背部管壁由於過分伸長而減薄,使其強度降低,而在彎頭裏側管壁被壓縮,形成皺紋狀態。因此,一般規定:熱煨彎管的彎曲半徑應不小於管子外徑的3.5倍;冷煨彎管的彎曲半徑應不小於管子外徑的4倍;焊接彎頭的彎曲半徑應不小於管子外徑的1.5倍;衝壓彎頭彎曲半徑應不小於管子外徑。
 
彎管時,彎頭裏側的金屬被壓縮,管壁變厚;彎頭背麵的金屬被拉伸、管壁變薄。彎曲半徑越小,彎頭背麵管壁減薄就越嚴重,對背部強度的影響就越大。為了使管子彎曲後不致對原有的工作性能有過大改變,一般規定管子彎曲後,管壁減薄率不得超過15%。管壁減薄率可按下式進行計算:
 
 
 
式中A——管子彎曲後外側母線處管壁的減薄率(%);
 
DW——管子外徑(mm);
 
R——彎管的彎曲半徑(mm)。
 
彎管時,由於管子彎曲段內外側管壁厚度的變化,還使得彎曲段截麵由原來的圓形變成了橢圓形。彎管斷麵形狀的改變,會使管子的過流斷麵麵積減小,從而增加流體阻力,同時還會降低管子承受內壓力的能力,因此,一般對彎管的橢圓率做以下規定:管徑小於或等於150mm時,橢圓率不得大於10%;管徑小於或等於200mm時,橢圓率不得大於8%。
 
管道的橢圓率可按下式進行計算:
 
 
 
式中T——橢圓率(%);
 
d1——最大橢圓變形處的長徑(mm);
 
d2——最大橢圓變形處的短徑(mm)。
 
應用水、煤氣鋼管和直縫焊接鋼管製作冷煨彎管或熱煨彎管時,管子的焊縫應位於距側麵中心線45°的地方,如圖1-2所示。以免彎曲時,管子焊縫開裂。
 
 
 
圖1-2有縫鋼管彎曲時焊縫的位置
 
煨製彎管一般不允許產生皺紋,如有個別起伏不平的地方,其高度亦不得大於以下規定:管徑小於或等於125mm時,不得超過4mm;管徑小於或等於200mm時,不得超過5mm。
 
 
 
 
 
02
 
彎管計算及下料
 
在進行彎管工作之前,必須先算出管子彎曲段的展開長度,並劃出彎曲的始點,以便彎曲後能得到正確的半成品件。
 
一、90°彎管的計算
 
90°彎管在管道工程中應用最廣,其彎曲半徑月因製作方法不同而異。對於冷煨彎管,常取R=(4~6)D;熱煨彎管取R=4D;衝壓彎頭或焊接彎頭,常取R=(1~1.5)D。彎曲半徑確定以後,即可計算出彎曲部分的下料長度,並能確定熱煨時的加熱長度,如圖1-3所示。從圖中可知,管道彎曲後,其彎曲段的外弧、內弧不是原來的直管實際長度,而隻有彎管中心線的長度在彎曲前後不變,其展開長度等於原直管段長度。現設彎曲段起止端點分別為a、b,當彎曲角為90°時,管子彎曲段的長度正好是以r為半徑所畫圓的周長的1/4,其弧長用彎曲半徑來表示,即為
 
弧長
 
由式(1-3)可知,90°彎管彎曲段的展開長度為彎曲半徑的1.57倍。
 
 
 
圖1-3 90°彎臂
 
在彎製U形彎、反向雙彎頭或方形伸縮器時,如以設計圖樣要求或實際測量得出的兩個相鄰90°彎頭的中心距尺寸進行劃線煨製,那麽彎成的兩個彎頭中心距將比原來的距離要大些,這是由於金屬管材加熱彎曲時產生延伸的結果。下料時,應將兩個彎頭中心距減去這一延伸誤差,再劃出第二個彎頭中心線和加熱長度,這樣才能使兩個彎頭彎好後,中心線間的距離正好等於所需要的尺寸。延伸誤差如圖1-4所示,其數值可按下式進行計算:
 
 
 
式中△L——延伸長度(mm);
 
R——彎曲半徑(mm);
 
a——第二個彎曲角的角度(°)。
 
 
 
圖1-4U形彎劃線示意圖
 
1-第一個彎頭 2-規定的第二個彎頭中心線位置
 
3-實際第二個彎頭中心線位置4-第二個彎頭
 
下麵以方形伸縮器為例,說明彎管劃線下料計算方法。
 
在圖1-5a中,已知方形伸縮器的尺寸單位為mm,管徑為DNl50,彎曲半徑R=4DN=600mm。
 
若劃線在圖1-5b的直線上進行,並以左邊端點o為起點,由圖上可以看出
 
Oa=1500—R=1500—600=900mm
 
ab是彎曲部分,其弧長為
 
ab=1.57R=1.57 X 600=942mm
 
從a到d由兩個反向90°彎加一直管段bc組成,直管段bc的長度應減去延伸誤差△L,則
 
bc=2100—2R—△L
 
由式(1—4)可知
 
△L=600X(1—0.00875×90)=127.5mm
 
那麽bc=2100—2×600—127.5=772.5mm
 
依此類推,便可計算出各管段的下料長度,如圖1—5b所示,劃線工作便可順利進行。
 
在實際工作中,煨製多個彎頭組成的管件時,劃線工作都分幾次去完成。首先在草圖上計算出各段下料長度,選取適當長度的直管;然後從一端開始逐個彎頭進行製作,在前一個彎頭製作好之後,再劃下一個,以便處理在彎管工作中的尺寸誤差。
 
 
 
圖1—5b方形伸縮器的下料
 
二、任意彎管的計算
 
任意彎管是指任意彎曲角度和任意彎曲半徑的彎管。這種彎管彎曲部分的展開長度可按下式進行計算:
 
 
 
式中L——彎曲部分的展開長度(mm);
 
a——彎曲角度(°);
 
p——圓周率;
 
R——彎曲半徑(MM)。
 
此外,任意彎管彎曲段展開長度的計算,還可按圖1-6及表1-1進行。
 
 
 
圖1-6任意彎管
 
 
 
例  已知圖1-7中彎頭的彎曲角度a=25°,彎曲半徑R=500mm,安裝管段距轉角點M的距離為91lmm,取一根直管來煨製彎頭,試問應如何劃線?
 
解  需加工的彎管端直管段長度
 
b=911-CR
 
查表1-1得,當a=25°時,C=0.2216,L=0.4363;故CR為:
 
0.2216R=0.2216×500=111mm
 
因此,得b=911-111=800 mm
 
彎曲部分實際展開長度
 
L=0.4363R=0.4363×500=218 mm
 
根據計算出來的直管段長度b及彎曲部分展開長度L,便可進行劃線。如圖1-7b所示。
 
 
 
圖1—7彎管計算
 
由上麵的例子可以看出,隻要彎曲角度和彎曲半徑一定,利用表1—1就能很方便地進行任意角度、任意彎曲半徑的彎管計算。而在熱煨時,其加熱管段長度一般應比彎曲長度稍長一些,以便保證彎曲部分加熱均勻。增加的長度一般規定為:對於彎曲角度大的管子,可增加二倍管外徑長度;對彎曲角度小的則增加彎曲長度的20%。
 
三、其它彎管的計算
 
1.任意角度來回彎  任意角度來回彎分等彎曲半徑和不等彎曲半徑兩種。圖1—8為等彎曲半徑的任意角度來回彎。這種彎管具有彎曲半徑R、彎曲角度a、彎曲距離H、彎管長度A及直管長度L五個可變數據。在實際工作中,一般可根據設計或現場實際情況確定三個數據(H、R及a),僅有兩個數據(L、A)需由計算確定。
 
 
 
1-8帶等彎曲半徑的任意角度來回彎             圖1-9帶不等彎曲半徑的來回彎
 
L、A值的計算分兩種情況
 
1)當H≠2R時
 
 
 
 
 
來回彎展開總長度為。
 
2)當H=2R時
 
 
 
 
 
 
 
來回彎展開總長度仍為。
 
圖1—9為不等彎曲半徑來回彎,其下料計算可按下述公式進行。
 
彎管間直管段的長度
 
 
 
彎管展開總長度
 
 
 
2.弧形彎管計算  
 
弧形彎管也叫半圓彎、抱彎。常見弧形彎管的角度為45°及60°兩種,如圖1—10所示。45°弧形彎下料總長度計算公式為
 
 
 
式中L/——彎曲件的展開總長度(mm);
 
    R——鼻尖彎的彎曲半徑(mm);
 
    r——膀彎的彎曲半徑(mm);
 
    L——鼻梁的直管段長度(mm)。
 
 
 
圖1-10弧形彎管
 
a)角度為45°b)角度為60°
 
60°弧形彎管下料總長度計算公式為
 
 
 
式中L/——彎曲件的展開總長度(mm);
 
    R——彎曲半徑(mm)。
 
3.折皺彎頭  
 
折皺彎頭的煨製方法與冷煨、熱煨彎管均不相同,其特點是:彎頭背部管壁彎曲前後總長度不變,而彎頭裏側管壁由於局部加熱受熱彎曲,產生有規律的折皺。因此,其劃線方法也完全不同。彎曲角度為90°的折皺彎頭各部位劃線尺寸,可按以下公式進行計算:
 
(1)外圓弧展開長度L(mm)
 
 
 
(2)彎頭背部不加熱部位的寬度上L1(mm)
 
 
 
(3)折皺間距a
 
 
 
式中R——彎頭的彎曲半徑(mm);
 
DW——管子外徑(mm);
 
DN——管子公稱直徑(mm); 
 
n——折皺數。
 
現將公稱直徑為100—600mm的管子,彎曲鬥徑R=3DN時的90°折皺彎頭各部位劃線尺寸列於表1-2內,供選用。其餘常用彎曲半徑下的90°折皺彎頭各部位劃線尺寸,可查閱有關資料。
 
下麵以煨製公稱直徑DNl25mm的鋼管、彎曲半徑R=3DN的90°折皺彎為例,介紹如何利用表1-2所列尺寸,進行折皺彎頭劃線計算。
 
根據已知條件,先查表1-2,得R=375mm,a=117mm,L=700mm,n=7,b=89mm,m=28mm,L1=65mm。
 
然後沿管子軸線劃兩條平行線AA/、BB/,使AA/=BB/=700mm,兩線的端點A、B在垂直於管子軸線的同一圓周上,兩平行線之間距(即圓弧AB的弧長)L1=65mm。
 
將AA/、BB/兩線段分為6等分(n-1=6),每等分長度即為a=117mm,得Al、A2…及B1、B2…等等分點。如圖1-11所示。
 
 
 
再在管子反麵的正中劃直線OO/,在直線O一O/與AB、A1B1、A2B2,…各圓弧交點兩邊各截取b/2=44.5mm,得T1、T2…各點,如圖1-11所示。將A、B兩點分別與T3、T4相連…,這些連線的區域就是彎頭的折皺部位。
 
 
03
 
常用煨管設備
 
管子煨彎分冷煨和熱煨兩種。冷煨是在常溫下對管子進行彎曲,既不需往管內灌砂,也不需對煨彎管段進行加熱,便於操作,省人力、物力。鍍鋅鋼管、不鏽鋼管及銅、鉛管等有色金屬管彎頭,采用這種方法煨製最為適宜。
 
冷煨彎管必須依靠機具來加工。常用冷煨AG亚游集团有:手動彎管器、電動彎管機液壓彎管機等。采用冷報彎膏機,一般可煨製公稱直徑不超過250mm的彎頭。當煨製大直徑厚壁管道時,常采用中頻彎管機。
 
采用冷煨AG亚游集团進行彎管時,彎頭的彎曲半徑不應小於管子公稱直徑的4倍。當用中頻彎管機進行彎管,彎頭的彎曲半徑隻需不小於管子公稱直徑的1.5倍。
 
金屬管道具有一定的彈性。在冷煨過程中,當施加在管子上的外力撤除後,彎頭會彈回一個角度。彈回角度的大小與管子的材質、管壁厚度及彎曲半徑的大小等因寒有關;對於一般冷煨彎曲半徑為4倍管子公稱直徑的碳素鋼管,彈回角度大約為3°~5°。因此,在控製彎曲角度時,應考慮增加這一彈回的角度。
 
一、手動彎管器煨管
 
手動彎管器分攜帶式和固定式兩種。可以煨製公稱直徑不超過25mm的管子,一般需備有幾對與常用管子外徑相應的胎輪。
 
攜帶式手動彎管器結構如圖1-12所示。這種彎管器由帶彎管胎的手柄和活動擋板等部件組成。操作時,將所煨管子放在彎管胎槽內,一端固定在活動擋板上,推動手柄,便可將管子彎曲到所需要的角度。這種彎管器的特點是輕巧靈活,可以在任何場合下進行煨彎作業,最適宜於電器儀表等配管。
 
 
 
圖1-12攜帶式手動彎管器
 
1-活動擋板2-彎管胎3-連板4-偏心弧形槽5-離心臂卜手柄
 
固定式手動彎管器結構如圖1-13所示。它是目前施工中自製的一種常用手動彎管器。這種彎管器由定胎輪3、動胎輪2和推架等構件組成,胎輪的邊緣都有向裏凹陷的半圓槽,半圓槽直徑與被彎曲管子的外徑相符合。煨管時,先根據所煨管子的外徑和彎曲半徑,選用合適的胎輪,把定胎輪用銷子固定在操作平台上,動胎輪插在推架上,把要彎曲的管子放在定胎輪和動胎輪之間的凹槽內,一端固定在管子夾持器內,然後推動手柄,繞定胎輪旋轉,直到彎成所需要的角度為止。
 
 
 
圖1-13固定式手動彎管器
 
1-手柄2-動胎輪3-定胎輪4-管子夾持器
 
二、電動彎管機煨管
 
目前,常見的電動彎管機有WA27-60型、WB27—108型及WY27—159型等幾種。WA27-60型能彎曲外徑25—60mm的管子;WB27—108型能彎曲外徑38-108mm的管子;WY27—159型能彎曲外徑51—159mm的管子。
 
 
 
圖1—14電動彎管機
 
1-管子 2-彎管模 3-U型管卡 4-導向模 5-壓緊模
 
電動彎管機由電動機通過傳動裝置,帶動主軸以及固定在主軸上的彎管模一起轉動進,行煨管。為電動彎管機煨管示意。煨管時,先把要彎1曲的管子沿導向模放在彎管模和壓緊模之間,調整導向模,使管子處於彎管模和壓緊模的公切線位置,並使起彎點對準切點,再用U型管卡將管端卡在彎管模上,然後起動電動機開始煨管,使彎管模和壓緊模帶著管子一起繞彎管模旋轉,到所需彎曲角度後停車,拆除U型管卡,鬆開壓緊模,取出彎管。
 
在使用電動彎管機煨管時,所用的彎管模、導向模和壓緊模,必須與被彎曲管子的外徑相符,以免煨完後彎管質量不符合要求。
 
當被彎曲管子外徑大於60mm時,必須在管內放置彎曲心棒。心棒外徑比管子內徑小1-1.5mm,放在管子起彎點稍前處;心棒的圓錐部分轉為圓柱部分的交線要放在管子的起彎麵上。如圖1-15所示。心棒伸出過前,煨彎時會使心棒開裂;心棒伸出過後,又會使煨出來的彎管產生過大的圓度。心棒的正確位置可用試驗方法獲得。凡使用心棒煨管時,在煨管前應將被煨管子管腔內的雜物清除幹淨,有條件時可在管子內壁塗少許機油,用以減小心棒與管壁的摩擦。
 
 
 
圖1-15彎曲心棒的放置位置
 
1-拉杆 2-心棒 3-管子的開始彎曲麵
 
三、液壓彎管機煨管
 
液壓彎管機主要由頂胎和管托兩部分組成。頂胎的作用和電動彎管機的彎管模作用相同。管托的作用及形狀和電動彎管機上的壓緊模一樣。圖1-16為液壓彎管機外形。
 
使用這種彎管機液壓煨管時,先把頂胎退至管托後麵,再把管子放在頂胎與管托的弧形槽中,並使管子彎曲部分的中心與頂胎的中點對齊,然後開動機器,將管子彎成所需要的角度。彎曲後,開倒車把頂胎退回到原來位置,取出煨好的彎管,檢查角度。若角度不足,可繼續進行彎曲。
 
 
 
圖1-16液壓彎管機
 
1-頂胎 2-管托 3-液壓缸
 
這種彎管機胎具簡單、輕便、動力大,可以彎曲直徑較大的管子。但是,在彎曲直徑較大的管子時,彎管斷麵往往變形比較嚴重。因此,一般隻用於彎曲外徑不超過44.5mm的管子。
 
使用這種彎管機煨管時,每次彎曲的角度不宜超過90°。操作中還需注意把兩個管托間的距離最好調到剛好讓頂胎通過。太小時,會造成頂胎頂在管托上,損壞彎管機;太大時,則在彎曲時管托之間的管段會產生彎曲變形,一向彎管質量。
 
四、中頻彎管機
 
中頻彎管機是采用中頻電能感應對管子進行局部環狀加熱,同時用機械拖動管子旋轉,噴水冷卻,使彎管工作連續不斷地協調進行。采用這種管機,可以彎製f325×10mm的彎頭,彎曲半徑為管子公稱直徑的1.5倍,比焦碳加熱熱煨彎管提高工效近10倍。與常用冷煨AG亚游集团比較,這種彎管機具有占地少、造價低,不需要昂貴的模具,彎曲半徑調整方便等優點。其結構如圖1-17所示。
 
彎管時,先清除待彎鋼管表麵的浮鏽及髒物,將與所彎管子規格相符的管子夾頭裝在轉臂上,並調整夾頭中心線至所需彎曲半徑的位置,然後加以固定;然後,調整支撐滾輪的位置,使被彎曲管子的中心線至轉臂軸中心的距離等於彎曲半徑。調節支撐滾輪及托架的高低,使彎管的中心線與夾頭中心在同一平麵內,並與轉臂平麵平行;將鋼管穿入加熱圈,並夾緊在夾頭中;調節加熱圈,使其內側與鋼管外表麵間間隙一致。開啟中頻機組進行加熱,當管子被加熱到950—1000℃(呈橙黃色)時,立即啟動電動機進行彎管;同時打開冷卻水閥門,對局部部位噴水冷卻。在彎管時,如管子溫度偏高,可適當加快轉臂轉速;反之,則調慢轉臂轉速,使鋼管的加熱區始終保持同一溫度。當彎至所需角度時,停止加熱,同時停止電動機(但在彎管中途不得停止),並澆水繼續冷卻,使彎管冷卻至常溫為止,取出彎管,檢查彎曲角度和質量是否符合要求。
 
 
 
圖1-7中頻彎管機
 
1-減速機 2-電動機 3-管子 4-支撐滾輪 5-加熱圈 6-加熱區 7-夾頭 8-轉臂
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