[发明专利]用于感应弯曲成形具有大壁厚和大直径的耐压管的方法以及感应管弯曲装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1前序部分特征的、用于感应弯曲成形具有大壁厚和大直径的耐压管的、尤其是对发电厂用管和管道用管进行感应弯曲成形的方法以及一种具有权利要求8前序部分特征的、适合用于实施的感应管弯曲装置。

背景技术

为了在压力下输送液态和气态介质，需要具有大壁厚以承受应力的钢管。这种要求例如适用于发电厂中热蒸汽的输送，在那里需要使管弯曲，以便使管道适配于已有结构条件；或适用于原油或天然气在长距离管道中的输送，在那里需要以规则的间距使用U形管，以便补偿由热引起的长度变化。为了实现大的通过量，需要大的开口横截面和相应大的管外径。本方法所涉及的管通常具有大于300mm的公称直径并且直径与壁厚的比值为10:1至100:1、通常为20:1至70:1。

这种感应弯曲成形方法早已知晓，例如由DE 2513561 A1公开，并且不断被改进，以便在管具有大尺寸以及大壁厚的情况下也能制造尺寸非常稳定的弯管。尽管对于管弯曲而言预设弯曲角度的精确维持受到控制，但在管弯曲区域中仍留有两个不利的形状偏差。这一方面涉及椭圆度，即管横截面与期望圆形理想形状的偏差，另一方面涉及弯管外侧上的壁厚减少。

具有上述尺寸比例的圆管以约1％的椭圆度制造和供货。在实施感应弯曲过程后在弯管上的允许非圆度根据欧洲和北美标准为4％。更大的偏差是有问题的，因为基于通过弯管传输的介质的内部压力在管壁上出现局部不同的拉应力。在尤其是用于厚壁管的高压应用中，这种基于非圆度出现的附加负荷十分重要。基于几何偏差常常必须选择比仅基于流体压力计算所需更大的壁厚。

感应弯曲成形对管的另一不利影响在于在弯管外侧和弯管内侧上不同的壁厚分布。在围绕位于管纵轴线上的中性区弯曲时，管壁在待形成弯管外侧的区域中受到拉应力。由于弯管外侧比未变形管区段更长，因此不可避免地出现壁厚减少。相反，在弯曲时在弯管内侧上存在压应力并且基于必要的弯管长度缩短而产生壁厚增加。但这些不可避免的影响也导致对于高压应用的强度计算必须始终从最薄弱的壁(即弯管外侧上的壁)着手。出于该原因，整个管的壁厚必须选择得显著大于直线区段，以便在弯管中实现足够的强度。

发明内容

本发明的任务在于，在成形时减少削弱弯管强度的几何变化、如椭圆度和壁厚减少。

根据本发明的解决方案通过一种具有权利要求1特征的用于感应弯曲成形的方法和一种具有权利要求8特征的用于实施该方法的感应弯曲装置来提供。

根据本发明的方法首先基于：在成形开始之前在管上人为施加椭圆度，即所谓的平椭圆形状。“平”表示椭圆(其相应于管横截面的形状)的长径轴线位于弯曲平面中。基于管的大质量和所需的弯曲臂的位置固定设置，感应弯曲成形在实践中只能在水平面中实施，因此长径轴线同时水平定向。

为了实现平椭圆度，根据本发明，管在加热之前和因此在进入成形区之前在压力机单元中通过压力柱塞和支座或通过两个彼此相对工作的压力柱塞被竖直压缩并且在水平方向上被侧向引导。

该压缩在此优选以与在对管类型相同的具有特定弯曲角度的弯管实施感应弯曲成形方法时出现的非圆度相同的非圆度进行。特别优选地，在实施管弯曲方法时连续调整椭圆度，使得首先以较小的预椭圆度加工，该预椭圆度朝向弯管中心增加，因为如果没有本发明的预处理过程在那里将出现最大的椭圆度。

通过在进入电感器之前作为平椭圆施加在管上的横截面形状，在管弯曲的起点、在其中心以及末端上的所有椭圆度都被消除，在此起点定义为沿进给方向看的前端部。因此在弯曲时——与传统成形相比以非常小的公差——获得横截面为圆形的管。明显的矛盾(即根据本发明虽然在管弯曲开始前人为制造椭圆度但在管弯曲起点处获得圆形横截面)在于压应力和拉应力在弯管中的内部分布。在没有本发明的措施时这些应力是椭圆度的原因，但它们在本发明预处理的影响下导致所有效果相互补偿。

根据本发明规定的、用于在感应弯曲成形时优化管几何形状的第二措施基于：至少转移在弯管内侧和弯管外侧上不可避免的不同壁厚分布，其方式是：将中性区向外部移动，尽管弯管内侧上的壁厚基于体积不变自然法则进一步增加，但这对弯管的强度和后期加工性没有负面影响。重要的是，该措施可减小外侧上的壁厚减少，即根据本发明获得比目前可能使用的同类管更大的壁厚。