การขยายท่อในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนคืออะไร?

ไม่ว่าคุณกำลังสร้างเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อสำหรับการแปรรูปปิโตรเคมี การบำรุงรักษาคอนเดนเซอร์ไอน้ำในโรงไฟฟ้า หรือการผลิตชุดคอยล์ครีบสำหรับระบบ HVAC การขยายท่อเป็นกระบวนการที่เชื่อมผนังท่อเข้ากับแผ่นท่อหรือปลอกครีบด้วยการเปลี่ยนรูปพลาสติกที่ควบคุมอย่างแม่นยำ คู่มือนี้ครอบคลุมถึงวิธีการทำงานของเครื่องขยายท่อ หมวดหมู่หลักๆ ที่มีให้เลือก วิธีเลือกการกำหนดค่าที่เหมาะสม และแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการแยกซีลเชิงกลที่เชื่อถือได้ออกจากความล้มเหลวที่มีค่าใช้จ่ายสูง

การขยายท่อในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนคืออะไร?

การขยายท่อเป็นกระบวนการทำงานเย็นที่ดันเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อออกไปทางพื้นผิวด้านในของรูในแผ่นท่อ ทำให้เกิดข้อต่อทางกลที่ปลอดภัยและปราศจากการรั่วซึม โดยไม่ต้องเชื่อมหรือติดกาว การขยายท่อหมายถึงศิลปะของการทำงานเย็นที่ปลายท่อโดยการสัมผัสอย่างใกล้ชิดกับโลหะของรูท่อที่บรรจุอยู่ เพื่อสร้างซีลและ/หรือข้อต่อเชิงกลที่ป้องกันการรั่วซึม ซึ่งเป็นวิธีการทางกลในการสร้างการเชื่อมต่อระหว่างท่อและรูท่อ

ฟิสิกส์ของกระบวนการอาศัยการควบคุมการเปลี่ยนรูปของวัสดุ ในระหว่างการขยายตัว ท่อและแผ่นท่อจะขยายตัวจนกระทั่งท่อถึงสถานะพลาสติกและถูกกักไว้ด้วยคุณสมบัติยืดหยุ่นของแผ่นท่อ ผลลัพธ์ที่ได้คือข้อต่อที่เชื่อมต่อกันด้วยกลไกผ่านการสปริงตัวของวัสดุแผ่นท่อที่อยู่รอบๆ โดยไม่จำเป็นต้องใช้น้ำยาซีล

สำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบครีบ-คอยล์ที่ใช้ใน HVAC และระบบทำความเย็น กลไกจะแตกต่างกันเล็กน้อย การขยายคอยล์ใช้แมนเดรลหรือกระสุนเพื่อขยายเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อโดยกลไก 2–5% โดยบังคับเข้ากับส่วนคอครีบ ทำให้ได้หน้าสัมผัสความร้อนที่เหนือกว่าเพื่อการถ่ายเทความร้อนที่เหมาะสม ความสมบูรณ์ของโครงสร้างที่ทนทานต่อแรงกด การสั่นสะเทือน และการหมุนเวียนของความร้อน และข้อต่อที่ไม่มีรอยรั่วที่พร้อมสำหรับการบัดกรีแข็งหรือการประกอบขั้นสุดท้าย

วิธีการทำงานของเครื่อง Tube Expander: ทีละขั้นตอน

ไม่ว่าเครื่องจักรประเภทใด การขยายท่อจะเป็นไปตามลำดับการทำงานเชิงกลที่สอดคล้องกันตั้งแต่การแทรกไปจนถึงการสร้างข้อต่อขั้นสุดท้าย การเลือกเครื่องมือและการตั้งค่า

ส่วนประกอบสำคัญของ Expander Tube แบบกล

การทำความเข้าใจกายวิภาคของเครื่องขยายท่อถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการเลือก การบำรุงรักษา และการแก้ไขปัญหาที่ถูกต้อง แม้ว่าตัวขยายท่อจะมีหลายประเภท แต่ทั้งหมดก็มีส่วนประกอบร่วมกันคือแมนเดรล ม้วน และกรง แต่ละส่วนมีบทบาทที่แตกต่างกันในการควบคุมกระบวนการขยาย

ประเภทของเครื่องแผ่ท่อสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน

ตลาดมีเครื่องขยายท่อหลายประเภท ตั้งแต่เครื่องมือม้วนแบบกลไกแบบมือถือไปจนถึงระบบการผลิต CNC อัตโนมัติเต็มรูปแบบ ทางเลือกที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับวัสดุท่อ ความหนาของแผ่นท่อ ปริมาณการผลิต และสภาพของไซต์งาน

การขยายตัวทางกลกับไฮดรอลิก: การเปรียบเทียบโดยตรง

ทางเลือกระหว่างการขยายม้วนเชิงกลและการขยายไฮดรอลิกเป็นหนึ่งในการตัดสินใจที่ถกเถียงกันมากที่สุดในการสร้างและบำรุงรักษาเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน แต่ละวิธีมีข้อได้เปรียบที่แตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับวัสดุของท่อ รูปทรงของแผ่นท่อ และสภาพแวดล้อมการผลิต

กระบวนการขยายท่อไฮดรอลิกใช้แรงดันไฮดรอลิกสม่ำเสมอกับพื้นผิวด้านในของท่อเพื่อทำให้เกิดการเสียรูปแบบพลาสติก ทำให้เกิดข้อต่อระหว่างท่อต่อท่อ-แผ่น วิธีที่เรียกว่าข้อต่อขยายท่อแบบยืดหยุ่น ความสม่ำเสมอนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับโลหะผสม เช่น ไทเทเนียม อินโคเนล และสเตนเลสดูเพล็กซ์ที่แข็งตัวได้อย่างรวดเร็วภายใต้การรีดด้วยกลไก ความเค้นตกค้างหลังจากข้อต่อส่วนขยายไฮดรอลิกต่ำและการกัดกร่อนของช่องว่างมีโอกาสน้อยที่จะเกิดขึ้น นอกจากนี้รอยต่อส่วนขยายจะไม่ยืดออกในแนวแกน แต่จะหดตัวเล็กน้อย ซึ่งช่วยลดเสียงรบกวนในการปฏิบัติงาน

เครื่องแผ่ท่อตามการใช้งานในอุตสาหกรรม

ประเภทส่วนขยาย: Parallel vs. Flare vs. Bead

นอกเหนือจากประเภทของเครื่องจักรแล้ว รูปทรงของข้อต่อส่วนขยายจะต้องตรงกับข้อกำหนดทางวิศวกรรมของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน การกำหนดค่าข้อต่อที่แตกต่างกันจะรองรับแรงกดและข้อกำหนดด้านโครงสร้างที่แตกต่างกัน

การขยายตัวแบบขนาน (ม้วนตรง)

วิธีการทั่วไปสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อ การขยายท่อแบบขนานส่วนใหญ่จะใช้ในระหว่างการขยายท่อในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน คอนเดนเซอร์ไอน้ำ หม้อไอน้ำ และอุปกรณ์อื่นๆ ที่คล้ายคลึงกัน ผนังท่อถูกขยายอย่างสม่ำเสมอตามความหนาของแผ่นท่อ ทำให้เกิดข้อต่อที่แน่นหนาโดยไม่ต้องเปลี่ยนรูปทรงของปลายท่อ เครื่องขยายท่อสำหรับงานประเภทนี้ประกอบด้วยการกำหนดค่าประเภท MB, ประเภท CB และประเภท HB

การขยายตัวของแฟลร์โรล

การบานและประดับด้วยลูกปัดช่วยป้องกันไม่ให้ปลายท่อร้อนเกินไปและการแตกร้าว หม้อต้มน้ำแบบท่อน้ำต้องการให้บานท่อแล้วรีดเป็นแนวตรง ในขณะที่หม้อต้มน้ำแบบท่อน้ำจะบานออกที่ด้านทางออกและประดับประดาที่ด้านไฟ เครื่องขยายแฟลร์จะหมุนท่อขนานและแฟลร์ปลายท่อที่ยื่นออกมาพร้อมกัน — โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 15° หรือ 20° จากเส้นกึ่งกลางของเครื่องมือ — ในการทำงานครั้งเดียว ซึ่งช่วยประหยัดเวลาได้อย่างมากในการใช้งานหม้อไอน้ำและคอนเดนเซอร์

การขยายตัวของลูกปัดม้วน

ใช้โดยเฉพาะในการใช้งานหม้อไอน้ำของ firetube เครื่องขยายลูกปัดแบบม้วนจะขยายท่อเข้าไปในแผ่นท่อในขณะที่สร้างลูกปัดเชิงกลที่ปลายท่อ เม็ดบีดนี้ให้ความต้านทานเพิ่มเติมต่อการดึงท่อออกภายใต้สภาวะการหมุนเวียนที่อุณหภูมิสูง และเป็นข้อกำหนดมาตรฐานในรหัสหม้อไอน้ำ ASME สำหรับการกำหนดค่าท่อบางอย่าง

วิธีการเลือกเครื่องแผ่ท่อที่ถูกต้อง

เครื่องแผ่ท่อไฮดรอลิก: ขับเคลื่อนด้วยลมและไฟฟ้า

ภายในหมวดหมู่ไฮดรอลิก การเลือกระหว่างระบบขับเคลื่อนด้วยลมและระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับขนาดการใช้งานและขนาดของท่อ

สำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อ เช่น บอยเลอร์ คอนเดนเซอร์ขนาดใหญ่ หรือเครื่องทำความร้อนแรงดันสูงที่ท่อมีความหนาและแผ่นท่อมีขนาดใหญ่ เครื่องขยายท่อไฮดรอลิกที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าสามารถส่งแรงดันเอาต์พุตได้สูงถึง 500 MPa ทำให้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่มีความต้องการสูง ระบบไฟฟ้ายังมีการควบคุมแรงดันบนหน้าจอสัมผัส การอ่านค่าแบบดิจิตอล และการลดแรงดันอัตโนมัติเมื่อถึงค่าการขยายเป้าหมาย ซึ่งทั้งหมดนี้ส่งผลให้ได้ผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอและทำซ้ำได้ตลอดจำนวนหลอดขนาดใหญ่

เครื่องแผ่ท่อ CNC อัตโนมัติสำหรับการผลิต HVAC

การผลิตเครื่องปรับอากาศและเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบทำความเย็น โดยที่ครีบอะลูมิเนียมหลายพันชิ้นต้องถูกเชื่อมเข้ากับอาร์เรย์ท่อทองแดง ต้องใช้เครื่องขยายประเภทที่แตกต่างกันโดยพื้นฐาน เครื่องขยายท่ออัตโนมัติเต็มรูปแบบเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจำนวนมากที่ใช้ในเครื่องปรับอากาศ เมื่อขยาย แท่งส่วนขยายและกระสุนส่วนขยายจะเข้าไปในท่อทองแดงเพื่อทำให้ท่อกว้างพอที่จะยึดติดกับครีบ ขยายส่วนขยายของท่อ ขยายปาก และจับเจ่า ทั้งหมดในวงจรการทำงานที่สมบูรณ์ในหนึ่งเดียว

เครื่องขยาย CNC ที่ขับเคลื่อนด้วยเซอร์โวสมัยใหม่ได้เข้ามาแทนที่ชุดทำงานไฮดรอลิกแบบเดิมในโรงงานที่มีปริมาณมาก การทำงานของเครื่องจักรที่ขับเคลื่อนด้วยเซอร์โวนั้นสะอาดมากและเงียบเป็นพิเศษเมื่อเทียบกับเครื่องขยายที่ขับเคลื่อนด้วยไฮดรอลิกทั่วไป การใช้พลังงานก็ลดลงเช่นกัน เนื่องจากเครื่องจะใช้พลังงานไฟฟ้าเฉพาะเมื่อมีการปั่นจักรยานเท่านั้น สามารถจัดเก็บพารามิเตอร์สำหรับคอยล์ประเภทต่างๆ และเรียกคืนได้ทันที ซึ่งช่วยลดเวลาการเปลี่ยนแปลงในสายการผลิตได้อย่างมาก

เครื่องขยายแนวตั้งที่หดตัวเป็นศูนย์จัดการกับความท้าทายที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในการผลิตคอยล์แบบครีบ นั่นคือ การทำให้ท่อสั้นลงระหว่างการขยาย ด้วยการออกแบบที่ไม่มีการหดตัว ปลายทั้งสองด้านของชิ้นงานจะถูกยึดไว้ในตำแหน่งคงที่ จากนั้นท่อจะขยายออก ความยาวของชิ้นงานไม่เปลี่ยนแปลง ไม่หดตัว ลดการสูญเสียวัสดุลง 3–5% ตลอดระยะเวลาการผลิตหลายพันหน่วย การประหยัดวัสดุนี้มีความสำคัญทางเศรษฐกิจ

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการขยายท่อในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน

ปัญหาและวิธีแก้ปัญหาการขยายท่อทั่วไป

แม้ว่าจะเลือกเครื่องถูกต้องแล้วก็ตาม ความล้มเหลวในการขยายก็เกิดขึ้น ปัญหาที่พบบ่อยที่สุด — และสาเหตุ — ได้รับการบันทึกไว้อย่างดีในแนวปฏิบัติทางอุตสาหกรรม

การขยายตัวที่ไม่สมบูรณ์ / Tube ไม่ถึง ID เป้าหมาย

สาเหตุต่างๆ ได้แก่ การใช้ตัวขยายขนาดใหญ่เกินไปสำหรับท่อที่มีผนังขั้นต่ำ การตั้งค่าแรงบิดไม่เพียงพอ ม้วนสึกหรอหรือปนเปื้อน หรือการหล่อลื่นไม่เพียงพอ วิธีแก้ไข: ลดขนาดส่วนขยาย BWG ลงหนึ่งขนาดหากมีท่อที่มีผนังขั้นต่ำ ตรวจสอบการหล่อลื่น และเพิ่มแรงบิดทีละน้อยด้วยการตรวจสอบการทดสอบม้วนก่อนดำเนินการต่อ

ท่อดึงเข้าไปในเครื่องแผ่ (การโยกย้ายตามแนวแกน)

เกิดขึ้นเมื่อขยายท่อโดยมีส่วนยื่นและไม่มีปลอกหุ้ม วิธีแก้ไขคือการใช้เครื่องขยายที่ติดตั้งส่วนครอบแบบเว้าที่เหมาะสมกับความยาวฉายภาพที่ระบุ สำหรับคอนเดนเซอร์ที่มีส่วนยื่นแบบแปรผัน คอเหลื่อมแบบเหลื่อมหรือแบบช่องเต็มจะรองรับการฉายภาพที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางท่อเต็มขนาดสูงสุดหนึ่งเส้น

การขยายตัวที่ไม่สม่ำเสมอบนแผ่นท่อ

โดยทั่วไปในการนับจำนวนท่อขนาดใหญ่ที่มีการกลิ้งแบบแมนนวล ซึ่งความล้าของผู้ปฏิบัติงานทำให้เกิดความแปรปรวน วิธีแก้ไขคือการเปลี่ยนไปใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าหรือไฮดรอลิกที่ควบคุมแรงบิด ซึ่งรักษาแรงที่สม่ำเสมอโดยไม่คำนึงถึงสภาพของผู้ปฏิบัติงาน การขยายตัวมากเกินไปทำให้ท่ออ่อนตัวลง การขยายตัวภายใต้การลดการถ่ายเทความร้อน เครื่องเซอร์โวสมัยใหม่พร้อมการบันทึกข้อมูลทำให้การตรวจสอบแรงขยายตัวตรงไปตรงมา

ข้อ จำกัด การเข้าถึงท่อปริมณฑล

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีกล่องช่องสัญญาณหรือแผ่นแบ่งส่วนซึ่งท่ออยู่ในตำแหน่งใกล้กับผนังมากเกินไปเพื่อให้คอของส่วนขยายเข้าถึงท่อในขอบเขตได้นั้น ต้องใช้ปลอกคอแบบเสียดสี ซึ่งเป็นปลอกคอที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าปลอกมาตรฐาน ทำให้สามารถเข้าถึงพื้นที่ที่ยากลำบากได้มากขึ้น ควรใช้ปลอกสวมเสียดสีตามความจำเป็นเท่านั้น เนื่องจากไม่สามารถทดแทนปลอกสวมแบริ่งได้