弯管知识详解及计算下料方法

 文章来源:www.yibiaob.com  作者:弯管机   |      2019-01-11 21:41
弯管按其制作方法不同,可分为煨制弯管、冲压弯管和焊接弯管。煨制弯管又分为冷煨和热煨两种。本章着重介绍常用煨管设备的结构特点、性能及操作等方面的知识,以及煨制弯管的下料计算。
 
 
 
01
 
弯管的一般知识
 
弯管是改变管道方向的管件。在管子交叉、转弯、绕梁等处,都可以看到弯管。
 
煨制弯管具有较好的伸缩性、耐压高、阻力小等优点。因此,在施工中常被采用。
 
弯管的主要形式有:各种角度的弯头、U形管、来回弯(或称乙字弯)和弧形弯管等,如图1—1所示。
 
弯头是带有一个任意弯曲角的管件,它被用在管子的转弯处。弯头的弯曲半径用R表示。R较大时,管子的弯曲部分就较大,弯管就比较平滑;R较小时,管子的弯曲部分就较小,弯得就较急。
 
来回弯是带有两个弯曲角(一般为135°)的管件。来回弯管子弯曲端中心线间的距离叫做来回弯的高度,用字母h表示。室内采暖立支管与干管及散热器连接,管道与不在同一平面上的接点连接时,一般需采用来回弯。
 
U形管是成正半圆形的管件。管子的两端中心线问的距离d等于两倍弯曲半径R。U形管可代替两个90°弯头,经常用来连接上下配置的两个圆翼形散热器。
 
 
 
图1-1弯管的主要形式
 
弧形弯管是带有三个弯曲角的管件。中间角一般成90°,侧角成135°。弧形弯管用于绕过其它管子,在有冷热水供应的卫生设备配管时,经常采用弧形弯管。
 
弯管尺寸由管径、弯曲角度和弯曲半径三者确定。弯曲角度根据图纸和施工现场实际情况确定,然后制出样板,照样板煨制并按样板检查煨制管件弯曲角度是否符合要求。样板可用圆钢煨制,圆钢的直径根据所煨管径的大小选用,10-14mm即可。弯管的弯曲半径应按管径大小、设计要求及有关规定而定。既不能过大,也末虚选得太小。因为弯曲半径过大,不但用材料多,而且管子弯曲部分所占的地方也大,这样会给管道装配带来困难;弯曲半径选得太小时,弯头背部管壁由于过分伸长而减薄,使其强度降低,而在弯头里侧管壁被压缩,形成皱纹状态。因此,一般规定:热煨弯管的弯曲半径应不小于管子外径的3.5倍;冷煨弯管的弯曲半径应不小于管子外径的4倍;焊接弯头的弯曲半径应不小于管子外径的1.5倍;冲压弯头弯曲半径应不小于管子外径。
 
弯管时,弯头里侧的金属被压缩,管壁变厚;弯头背面的金属被拉伸、管壁变薄。弯曲半径越小,弯头背面管壁减薄就越严重,对背部强度的影响就越大。为了使管子弯曲后不致对原有的工作性能有过大改变,一般规定管子弯曲后,管壁减薄率不得超过15%。管壁减薄率可按下式进行计算:
 
 
 
式中A——管子弯曲后外侧母线处管壁的减薄率(%);
 
DW——管子外径(mm);
 
R——弯管的弯曲半径(mm)。
 
弯管时,由于管子弯曲段内外侧管壁厚度的变化,还使得弯曲段截面由原来的圆形变成了椭圆形。弯管断面形状的改变,会使管子的过流断面面积减小,从而增加流体阻力,同时还会降低管子承受内压力的能力,因此,一般对弯管的椭圆率做以下规定:管径小于或等于150mm时,椭圆率不得大于10%;管径小于或等于200mm时,椭圆率不得大于8%。
 
管道的椭圆率可按下式进行计算:
 
 
 
式中T——椭圆率(%);
 
d1——最大椭圆变形处的长径(mm);
 
d2——最大椭圆变形处的短径(mm)。
 
应用水、煤气钢管和直缝焊接钢管制作冷煨弯管或热煨弯管时,管子的焊缝应位于距侧面中心线45°的地方,如图1-2所示。以免弯曲时,管子焊缝开裂。
 
 
 
图1-2有缝钢管弯曲时焊缝的位置
 
煨制弯管一般不允许产生皱纹,如有个别起伏不平的地方,其高度亦不得大于以下规定:管径小于或等于125mm时,不得超过4mm;管径小于或等于200mm时,不得超过5mm。
 
 
 
 
 
02
 
弯管计算及下料
 
在进行弯管工作之前,必须先算出管子弯曲段的展开长度,并划出弯曲的始点,以便弯曲后能得到正确的半成品件。
 
一、90°弯管的计算
 
90°弯管在管道工程中应用最广,其弯曲半径月因制作方法不同而异。对于冷煨弯管,常取R=(4~6)D;热煨弯管取R=4D;冲压弯头或焊接弯头,常取R=(1~1.5)D。弯曲半径确定以后,即可计算出弯曲部分的下料长度,并能确定热煨时的加热长度,如图1-3所示。从图中可知,管道弯曲后,其弯曲段的外弧、内弧不是原来的直管实际长度,而只有弯管中心线的长度在弯曲前后不变,其展开长度等于原直管段长度。现设弯曲段起止端点分别为a、b,当弯曲角为90°时,管子弯曲段的长度正好是以r为半径所画圆的周长的1/4,其弧长用弯曲半径来表示,即为
 
弧长
 
由式(1-3)可知,90°弯管弯曲段的展开长度为弯曲半径的1.57倍。
 
 
 
图1-3 90°弯臂
 
在弯制U形弯、反向双弯头或方形伸缩器时,如以设计图样要求或实际测量得出的两个相邻90°弯头的中心距尺寸进行划线煨制,那么弯成的两个弯头中心距将比原来的距离要大些,这是由于金属管材加热弯曲时产生延伸的结果。下料时,应将两个弯头中心距减去这一延伸误差,再划出第二个弯头中心线和加热长度,这样才能使两个弯头弯好后,中心线间的距离正好等于所需要的尺寸。延伸误差如图1-4所示,其数值可按下式进行计算:
 
 
 
式中△L——延伸长度(mm);
 
R——弯曲半径(mm);
 
a——第二个弯曲角的角度(°)。
 
 
 
图1-4U形弯划线示意图
 
1-第一个弯头 2-规定的第二个弯头中心线位置
 
3-实际第二个弯头中心线位置4-第二个弯头
 
下面以方形伸缩器为例,说明弯管划线下料计算方法。
 
在图1-5a中,已知方形伸缩器的尺寸单位为mm,管径为DNl50,弯曲半径R=4DN=600mm。
 
若划线在图1-5b的直线上进行,并以左边端点o为起点,由图上可以看出
 
Oa=1500—R=1500—600=900mm
 
ab是弯曲部分,其弧长为
 
ab=1.57R=1.57 X 600=942mm
 
从a到d由两个反向90°弯加一直管段bc组成,直管段bc的长度应减去延伸误差△L,则
 
bc=2100—2R—△L
 
由式(1—4)可知
 
△L=600X(1—0。00875×90)=127.5mm
 
那么bc=2100—2×600—127.5=772.5mm
 
依此类推,便可计算出各管段的下料长度,如图1—5b所示,划线工作便可顺利进行。
 
在实际工作中,煨制多个弯头组成的管件时,划线工作都分几次去完成。首先在草图上计算出各段下料长度,选取适当长度的直管;然后从一端开始逐个弯头进行制作,在前一个弯头制作好之后,再划下一个,以便处理在弯管工作中的尺寸误差。
 
 
 
图1—5b方形伸缩器的下料
 
二、任意弯管的计算
 
任意弯管是指任意弯曲角度和任意弯曲半径的弯管。这种弯管弯曲部分的展开长度可按下式进行计算:
 
 
 
式中L——弯曲部分的展开长度(mm);
 
a——弯曲角度(°);
 
p——圆周率;
 
R——弯曲半径(MM)。
 
此外,任意弯管弯曲段展开长度的计算,还可按图1-6及表1-1进行。
 
 
 
图1-6任意弯管
 
 
 
例  已知图1-7中弯头的弯曲角度a=25°,弯曲半径R=500mm,安装管段距转角点M的距离为91lmm,取一根直管来煨制弯头,试问应如何划线?
 
解  需加工的弯管端直管段长度
 
b=911-CR
 
查表1-1得,当a=25°时,C=0。2216,L=0。4363;故CR为:
 
0.2216R=0.2216×500=111mm
 
因此,得b=911-111=800 mm
 
弯曲部分实际展开长度
 
L=0.4363R=0.4363×500=218 mm
 
根据计算出来的直管段长度b及弯曲部分展开长度L,便可进行划线。如图1-7b所示。
 
 
 
图1—7弯管计算
 
由上面的例子可以看出,只要弯曲角度和弯曲半径一定,利用表1—1就能很方便地进行任意角度、任意弯曲半径的弯管计算。而在热煨时,其加热管段长度一般应比弯曲长度稍长一些,以便保证弯曲部分加热均匀。增加的长度一般规定为:对于弯曲角度大的管子,可增加二倍管外径长度;对弯曲角度小的则增加弯曲长度的20%。
 
三、其它弯管的计算
 
1.任意角度来回弯  任意角度来回弯分等弯曲半径和不等弯曲半径两种。图1—8为等弯曲半径的任意角度来回弯。这种弯管具有弯曲半径R、弯曲角度a、弯曲距离H、弯管长度A及直管长度L五个可变数据。在实际工作中,一般可根据设计或现场实际情况确定三个数据(H、R及a),仅有两个数据(L、A)需由计算确定。
 
 
 
1-8带等弯曲半径的任意角度来回弯             图1-9带不等弯曲半径的来回弯
 
L、A值的计算分两种情况
 
1)当H≠2R时
 
 
 
 
 
来回弯展开总长度为。
 
2)当H=2R时
 
 
 
 
 
 
 
来回弯展开总长度仍为。
 
图1—9为不等弯曲半径来回弯,其下料计算可按下述公式进行。
 
弯管间直管段的长度
 
 
 
弯管展开总长度
 
 
 
2.弧形弯管计算  
 
弧形弯管也叫半圆弯、抱弯。常见弧形弯管的角度为45°及60°两种,如图1—10所示。45°弧形弯下料总长度计算公式为
 
 
 
式中L/——弯曲件的展开总长度(mm);
 
    R——鼻尖弯的弯曲半径(mm);
 
    r——膀弯的弯曲半径(mm);
 
    L——鼻梁的直管段长度(mm)。
 
 
 
图1-10弧形弯管
 
a)角度为45°b)角度为60°
 
60°弧形弯管下料总长度计算公式为
 
 
 
式中L/——弯曲件的展开总长度(mm);
 
    R——弯曲半径(mm)。
 
3.折皱弯头  
 
折皱弯头的煨制方法与冷煨、热煨弯管均不相同,其特点是:弯头背部管壁弯曲前后总长度不变,而弯头里侧管壁由于局部加热受热弯曲,产生有规律的折皱。因此,其划线方法也完全不同。弯曲角度为90°的折皱弯头各部位划线尺寸,可按以下公式进行计算:
 
(1)外圆弧展开长度L(mm)
 
 
 
(2)弯头背部不加热部位的宽度上L1(mm)
 
 
 
(3)折皱间距a
 
 
 
式中R——弯头的弯曲半径(mm);
 
DW——管子外径(mm);
 
DN——管子公称直径(mm); 
 
n——折皱数。
 
现将公称直径为100—600mm的管子,弯曲斗径R=3DN时的90°折皱弯头各部位划线尺寸列于表1-2内,供选用。其余常用弯曲半径下的90°折皱弯头各部位划线尺寸,可查阅有关资料。
 
下面以煨制公称直径DNl25mm的钢管、弯曲半径R=3DN的90°折皱弯为例,介绍如何利用表1-2所列尺寸,进行折皱弯头划线计算。
 
根据已知条件,先查表1-2,得R=375mm,a=117mm,L=700mm,n=7,b=89mm,m=28mm,L1=65mm。
 
然后沿管子轴线划两条平行线AA/、BB/,使AA/=BB/=700mm,两线的端点A、B在垂直于管子轴线的同一圆周上,两平行线之间距(即圆弧AB的弧长)L1=65mm。
 
将AA/、BB/两线段分为6等分(n-1=6),每等分长度即为a=117mm,得Al、A2…及B1、B2…等等分点。如图1-11所示。
 
 
 
再在管子反面的正中划直线OO/,在直线O一O/与AB、A1B1、A2B2,…各圆弧交点两边各截取b/2=44.5mm,得T1、T2…各点,如图1-11所示。将A、B两点分别与T3、T4相连…,这些连线的区域就是弯头的折皱部位。
 
 
03
 
常用煨管设备
 
管子煨弯分冷煨和热煨两种。冷煨是在常温下对管子进行弯曲,既不需往管内灌砂,也不需对煨弯管段进行加热,便于操作,省人力、物力。镀锌钢管、不锈钢管及铜、铅管等有色金属管弯头,采用这种方法煨制最为适宜。
 
冷煨弯管必须依靠机具来加工。常用冷煨弯管设备有:手动弯管器、电动弯管机液压弯管机等。采用冷报弯膏机,一般可煨制公称直径不超过250mm的弯头。当煨制大直径厚壁管道时,常采用中频弯管机。
 
采用冷煨弯管设备进行弯管时,弯头的弯曲半径不应小于管子公称直径的4倍。当用中频弯管机进行弯管,弯头的弯曲半径只需不小于管子公称直径的1.5倍。
 
金属管道具有一定的弹性。在冷煨过程中,当施加在管子上的外力撤除后,弯头会弹回一个角度。弹回角度的大小与管子的材质、管壁厚度及弯曲半径的大小等因寒有关;对于一般冷煨弯曲半径为4倍管子公称直径的碳素钢管,弹回角度大约为3°~5°。因此,在控制弯曲角度时,应考虑增加这一弹回的角度。
 
一、手动弯管器煨管
 
手动弯管器分携带式和固定式两种。可以煨制公称直径不超过25mm的管子,一般需备有几对与常用管子外径相应的胎轮。
 
携带式手动弯管器结构如图1-12所示。这种弯管器由带弯管胎的手柄和活动挡板等部件组成。操作时,将所煨管子放在弯管胎槽内,一端固定在活动挡板上,推动手柄,便可将管子弯曲到所需要的角度。这种弯管器的特点是轻巧灵活,可以在任何场合下进行煨弯作业,最适宜于电器仪表等配管。
 
 
 
图1-12携带式手动弯管器
 
1-活动挡板2-弯管胎3-连板4-偏心弧形槽5-离心臂卜手柄
 
固定式手动弯管器结构如图1-13所示。它是目前施工中自制的一种常用手动弯管器。这种弯管器由定胎轮3、动胎轮2和推架等构件组成,胎轮的边缘都有向里凹陷的半圆槽,半圆槽直径与被弯曲管子的外径相符合。煨管时,先根据所煨管子的外径和弯曲半径,选用合适的胎轮,把定胎轮用销子固定在操作平台上,动胎轮插在推架上,把要弯曲的管子放在定胎轮和动胎轮之间的凹槽内,一端固定在管子夹持器内,然后推动手柄,绕定胎轮旋转,直到弯成所需要的角度为止。
 
 
 
图1-13固定式手动弯管器
 
1-手柄2-动胎轮3-定胎轮4-管子夹持器
 
二、电动弯管机煨管
 
目前,常见的电动弯管机有WA27-60型、WB27—108型及WY27—159型等几种。WA27-60型能弯曲外径25—60mm的管子;WB27—108型能弯曲外径38-108mm的管子;WY27—159型能弯曲外径51—159mm的管子。
 
 
 
图1—14电动弯管机
 
1-管子 2-弯管模 3-U型管卡 4-导向模 5-压紧模
 
电动弯管机由电动机通过传动装置,带动主轴以及固定在主轴上的弯管模一起转动进,行煨管。为电动弯管机煨管示意。煨管时,先把要弯1曲的管子沿导向模放在弯管模和压紧模之间,调整导向模,使管子处于弯管模和压紧模的公切线位置,并使起弯点对准切点,再用U型管卡将管端卡在弯管模上,然后起动电动机开始煨管,使弯管模和压紧模带着管子一起绕弯管模旋转,到所需弯曲角度后停车,拆除U型管卡,松开压紧模,取出弯管。
 
在使用电动弯管机煨管时,所用的弯管模、导向模和压紧模,必须与被弯曲管子的外径相符,以免煨完后弯管质量不符合要求。
 
当被弯曲管子外径大于60mm时,必须在管内放置弯曲心棒。心棒外径比管子内径小1-1。5mm,放在管子起弯点稍前处;心棒的圆锥部分转为圆柱部分的交线要放在管子的起弯面上。如图1-15所示。心棒伸出过前,煨弯时会使心棒开裂;心棒伸出过后,又会使煨出来的弯管产生过大的圆度。心棒的正确位置可用试验方法获得。凡使用心棒煨管时,在煨管前应将被煨管子管腔内的杂物清除干净,有条件时可在管子内壁涂少许机油,用以减小心棒与管壁的摩擦。
 
 
 
图1-15弯曲心棒的放置位置
 
1-拉杆 2-心棒 3-管子的开始弯曲面
 
三、液压弯管机煨管
 
液压弯管机主要由顶胎和管托两部分组成。顶胎的作用和电动弯管机的弯管模作用相同。管托的作用及形状和电动弯管机上的压紧模一样。图1-16为液压弯管机外形。
 
使用这种弯管机液压煨管时,先把顶胎退至管托后面,再把管子放在顶胎与管托的弧形槽中,并使管子弯曲部分的中心与顶胎的中点对齐,然后开动机器,将管子弯成所需要的角度。弯曲后,开倒车把顶胎退回到原来位置,取出煨好的弯管,检查角度。若角度不足,可继续进行弯曲。
 
 
 
图1-16液压弯管机
 
1-顶胎 2-管托 3-液压缸
 
这种弯管机胎具简单、轻便、动力大,可以弯曲直径较大的管子。但是,在弯曲直径较大的管子时,弯管断面往往变形比较严重。因此,一般只用于弯曲外径不超过44.5mm的管子。
 
使用这种弯管机煨管时,每次弯曲的角度不宜超过90°。操作中还需注意把两个管托间的距离最好调到刚好让顶胎通过。太小时,会造成顶胎顶在管托上,损坏弯管机;太大时,则在弯曲时管托之间的管段会产生弯曲变形,一向弯管质量。
 
四、中频弯管机
 
中频弯管机是采用中频电能感应对管子进行局部环状加热,同时用机械拖动管子旋转,喷水冷却,使弯管工作连续不断地协调进行。采用这种管机,可以弯制f325×10mm的弯头,弯曲半径为管子公称直径的1.5倍,比焦碳加热热煨弯管提高工效近10倍。与常用冷煨弯管设备比较,这种弯管机具有占地少、造价低,不需要昂贵的模具,弯曲半径调整方便等优点。其结构如图1-17所示。
 
弯管时,先清除待弯钢管表面的浮锈及脏物,将与所弯管子规格相符的管子夹头装在转臂上,并调整夹头中心线至所需弯曲半径的位置,然后加以固定;然后,调整支撑滚轮的位置,使被弯曲管子的中心线至转臂轴中心的距离等于弯曲半径。调节支撑滚轮及托架的高低,使弯管的中心线与夹头中心在同一平面内,并与转臂平面平行;将钢管穿入加热圈,并夹紧在夹头中;调节加热圈,使其内侧与钢管外表面间间隙一致。开启中频机组进行加热,当管子被加热到950—1000℃(呈橙黄色)时,立即启动电动机进行弯管;同时打开冷却水阀门,对局部部位喷水冷却。在弯管时,如管子温度偏高,可适当加快转臂转速;反之,则调慢转臂转速,使钢管的加热区始终保持同一温度。当弯至所需角度时,停止加热,同时停止电动机(但在弯管中途不得停止),并浇水继续冷却,使弯管冷却至常温为止,取出弯管,检查弯曲角度和质量是否符合要求。
 
 
 
图1-7中频弯管机
 
1-减速机 2-电动机 3-管子 4-支撑滚轮 5-加热圈 6-加热区 7-夹头 8-转臂