Разработка технологии и машины для производства низкопрофильных витых труб

• Автор: Паршин, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.03.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 194 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ И МАНТИИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПРОФИЛЬНЫХ ВИТЫХ ТРУБ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ
ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Особенности геометрии низкопрофильных витых труб
1.2. Анализ существующих способов и особенностей конструкций машин для производства ПВТ
1.3. Методы теоретического исследования параметров очага деформации при изготовлении профильных труб
1.4. Постановка задач исследования и разработки новой установки для производства НПВТ
ВЫВОДЫ
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЕФОРМАЦИИ МЕТАЛЛА ПРИ ПОЛУЧЕНИИ НПВТ
2.1. Схема очага деформации при профилировании НПВТ
2.1 Л. Допущения, принятые при построении геометрической модели и граничные условия в очаге деформации
2.2.' Выбор метода теоретического исследования и способа его реализации
2.3. Основные уравнения, описывающие напряженно -деформированное состояние металла при профилировании
2.3.1. Уравнения деформационной теории пластичности
2.3.2. Вариационное уравнение
2.3.3. Методика расчета степени использования запаса пластичности металла
2.4. Применение метода конечных элементов для численной реализации модели ВЫВОДЫ
3. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА НА НАПРЯЖЕННО - ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТАЛЛА В ОЧАГЕ ДЕФОРМАЦИИ И СТЕПЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗАПАСА ПЛАСТИЧНОСТИ
3.1. Описание конечно - элементной модели и оценка точности решения
3.2. Распределение давления по поверхности деформирующего инструмента

3.3. Напряженное и деформированное состояние при
профилировании
3.4. Степень использования запаса пластичности
3.5. Зависимость усилия от глубины вдавливания
ролика и упругая деформация трубы
3.6. Определение нагрузок при изготовлении пакеров
профильного перекрывателя
ВЫВОДЫ
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДЕФОРМАЦИИ И РАЗРАБОТКА НОВОЙ МАШИНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА НПВТ
4.1. Цели и задачи экспериментального исследования
4.2. Аппаратура и приспособления
4.2.1 Экспериментальная установка для исследования процесса профилирования труб
4.2.2 Аппаратура для микроструктурного анализа
металла трубы
4.2.3 Аппаратура и методика для сканирования поверхности
4.3. Методика подготовки образцов
4.4. Результаты исследования усилий и деформаций
при профилировании труб на экспериментальной установке
4.5. Определение деформированного состояния микроструктурным методом
4.6. Исследование формоизменения при производстве
НПВТ методом лазерного сканирования
4.7. Особенности технологии производства НПВТ
4.8. Описание новой установки для производства НПВТ
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Профильные трубы, имеющие некруглое поперечное сечение находят широкое применение в различных отраслях промышленности. Так, например, трубы, представляющие собой в поперечном сечении несколько плавно сопряженных кривых составляют основу профильных перекрывателей нефтяных и газовых скважин, которые позволяют весьма эффективно выполнять изоляцию зон осложнения при бурении. Профильные трубы, имеющие каплеобразную форму поперечного сечения и переменную по длине толщину стенки, составляют основу несущего винта вертолета. Особое место занимают профильные витые трубы, имеющие на поверхности одну или несколько винтовых канавок. Этот вид труб находит широкое применение в теплообменных аппаратах различных типов.
Принятый Государственной Думой РФ Федеральный закон №28-ФЗ от 13 марта 1996 года «Об энергосбережении» ставит своей целью регулирование отношений, возникающих в процессе деятельности в области энергосбережения, в целях создания экономических и организационных условий для эффективного использования энергетических ресурсов [1].
Особенно остро проблемы энергосбережения стоят в тех отраслях, которые являются основными потребителями топливных, энергетических и тепловых ресурсов [2]. К ним в первую очередь можно отнести теплоэнергетическую, металлургическую, химическую и другие отрасли промышленности. Все указанные производства имеют в своем составе значительное количество теплообменных аппаратов различных типоразмеров. Таким образом, повышение эффективности их работы способно значительно уменьшить энергопотребление в этих отраслях.
Известно несколько способов интенсификации теплообмена, при этом для трубчатых теплообменников, составляющих большую часть имеющихся в наличии на настоящий момент, среди основных может быть назван способ, интенсифицирующий теплообмен в приграничных (прилегающих к поверхностям разделения теплоносителей) областях. Достигается это применением профилированных труб, что приводит к существенному изменению гидродинамики потоков теплоносителей как внутри, так и снаружи трубы, повышению коэффициента теплопередачи и, как следствие, к значительному повышению интенсивности процесса теплопередачи [3].
Отработка конструкции изделия на технологичность согласно ГОСТ 14205-83 должна обеспечить снижение расхода топливно-энергетических ресурсов при его применении. Таким образом, коэффициент повышения теплопередачи является частным показателем технологичности изделия (теплообменника).

Рис. 2.1. Схема перемещения деформирующего ролика при профилировании НПВТ: 1 - ролик, 2 - трубная заготовка.
Рассмотрим характерные сечения очага деформации.
Продольное относительно оси трубы сечение очага деформации при
профилировании НСПТ.
В результате предварительных экспериментов и наблюдения за формоизменением металла трубы на наружной поверхности были выделены следующие характерные зоны очага деформации (рис.2.3.): контактная зона ас, внеконтактная зона с<1, имеющая криволинейный профиль, и зона внеконтактной деформации бе. На внутренней поверхности были выделены две характерные точки - точка максимального перемещения Ь и край зоны деформации £ Характерными параметрами являются также протяженность половины зоны деформации на наружной поверхности трубы хе и на внутренней х р. Глубина профиля трубы характеризуется глубиной
вдавливания Ь, входящей в нее глубиной приконтактного следа и высотой внутреннего выступа Ьв. Штриховой линией обозначена исходная (непрофилированная) стенка трубы, сплошной - зона деформации в момент вдавливания.
Для процессов профилирования НПВТ характерньш является малая величина радиуса внеконтактной зоны сё, что позволяет говорить о протекающем процессе местной деформации стенки.