ボイラーチューブローリングマシンとは何ですか?

産業用ボイラーの製造とメンテナンスでは、安全で長期的な運転のために、すべての管と管板の接合部の完全性が重要です。の ボイラーチューブ圧延機 チューブ エキスパンダーまたはチューブ ローラーとも呼ばれるこのツールは、漏れのない機械的接合部を作成する精密ツールです。これらのマシンがどのように機能するか、どのタイプを選択するか、およびそれらを正しく操作する方法を理解することで、信頼性の高い設置と、コストが高く危険な故障を区別できます。

火管ボイラー、水管ボイラー、熱交換器、復水器、圧力容器などの製造やメンテナンスに欠かせない機械です。正しく巻かれたチューブ継手は、産業用ボイラーの運転に特有の極端な熱サイクル、振動、圧力差に耐えることができ、多くの場合、再巻かなくても機器の全耐用年数が持続します。

ローリングプロセスは 2 つの成果を同時に達成します。 シール チューブの流体漏れを防止し、 機械的にロックする 熱膨張とシステム圧力によって発生する引き抜き力に抗してチューブを所定の位置に固定します。

チューブローリングマシンの仕組み

基本的な動作原理は半径方向の塑性変形です。チューブエキスパンダーは、チューブシートの穴の内側にあるチューブの端に挿入されます。マンドレルが回転すると、テーパーローラーがマンドレルのテーパーに乗り、半径方向外側に押し出され、管壁を管板の穴に押し付けます。チューブは塑性変形を受けますが、チューブシートには弾性応力が残っており、残留圧縮グリップが形成されます。熱膨張差が小さいほど、結果として得られる接合部は強くなります。

主要コンポーネント

• マンドレル ローラーがケージ内に進入するときにローラーを外側に押すテーパードライブシャフト
• ローラー 3 ～ 5 個の硬化鋼製ローラーが管壁に接触し、半径方向外側に変形させます。
• ケージ・本体 ローラーをマンドレルの周りに正確な角度間隔で収容して配置します
• 駆動モーター 制御された回転トルクをマンドレルに提供する電気または空圧モーター
• トルクリミッター オーバーローリングを防止するために、あらかじめ設定されたトルクでドライブを切断するクラッチ機構
• 送りねじ マンドレルの軸方向の前進を制御して圧延の深さと長さを設定します

ボイラーチューブローリングマシンの種類

チューブ圧延機市場には、いくつかの異なる構成が用意されています。適切なタイプの選択は、チューブの寸法、材質、アクセス制約、体積、および該当するコードで要求される精度によって異なります。

適切なチューブエキスパンダーの選択

エキスパンダー ツール自体 (ローラー ケージとマンドレルのセット) は、チューブとチューブシートの仕様に正確に一致する必要があります。不適切なサイズのエキスパンダーを使用すると、ローリング不足 (漏れ) またはローリング過多 (壁の薄化) が発生します。次の表は、主要な選択基準をまとめたものです。

ローラー数: 3 ローラー vs. 5 ローラー

3 ローラー エキスパンダーが最も一般的で、軽量で安価で、ほとんどのボイラー チューブ サイズに適しています。 5 つのローラーの設計により、拡張力がチューブの周囲により均等に分散され、拡張ゾーンの楕円形が減少します。重要なサービスにおける大径または薄肉のチューブの場合は、5 ローラー ツールが強く推奨されます。

段階的なチューブ圧延手順

チューブの圧延を成功させるには、規律あるプロセスが必要です。準備手順を省略することは、ボイラーの運転開始後の熱サイクル下でのみ現れる接合部の故障の最も一般的な原因です。

1. チューブシートの穴を検査して準備する

   ボアブラシと溶剤を使用してすべてのチューブシートの穴を清掃し、ミルスケール、酸化、グリース、および機械加工の切り粉を除去します。各穴の直径を校正済みのボアゲージで確認し、図面公差内にあることを確認します。真円でない穴は転造前にリーマ加工する必要があります。

2. チューブ端の検査と準備

   チューブは清潔で丸く、拡張される部分にスケールや潤滑剤が付着していない必要があります。拡張ゾーンでチューブの外径をアセトンまたは MEK で拭きます。マイクロメーターで楕円度をチェックします。真円度が 0.1 mm を超えるチューブは、取り付ける前に拒否する必要があります。

3. 正しいエクスパンダを選択して設定する

   チューブの外径と肉厚の組み合わせに合わせてエキスパンダーのサイズを選択してください。マンドレルのストップカラーの深さを設定して、ローリング長さを確認します。軽い機械油またはローラー潤滑剤を使用してローラーとマンドレル テーパーを潤滑します。切り粉が付着するグリースは絶対に使用しないでください。

4. トルククラッチ値の設定

   チューブ材質、肉厚、目標膨張率から必要な設定トルクを算出します。メーカーのトルク表を参照するか、次の公式を使用してください: 壁減少率 % = (T1 – T2) / T1 × 100。ほとんどのボイラー規格では 5 ～ 8% の壁減少が必要です。クラッチを計算値より若干低めに設定し、テストピースで試転を行います。

5. エキスパンダーを挿入してローリングを開始します

   ケージがチューブシートの穴内の正しい深さに配置されるまで、装填されたエキスパンダーをチューブの端に挿入します。駆動モーターを使用して、チューブの端に対して安定した軸方向の圧力を加えます。トルク クラッチが解除されるまでモーターを回転させます。下向きの力をさらに加えないでください。

6. エキスパンダーを反転して抽出します

   モーターを逆回転させてマンドレルをケージから引き抜きます。チューブからエキスパンダーを引き抜きます。圧延ゾーンの均一性を視覚的に検査します。正しく圧延されたチューブには、ローラーの跡、びびり、段差のない滑らかで明るい表面が見られます。

7. 拡張の測定と検証

   校正された内部マイクロメーターまたはチューブ肉厚ゲージを使用して、達成された肉の減少を確認します。測定値を記録します。要求仕様と比較してください。静水圧試験に進む前に、許容範囲外のジョイントを拒否して再評価します。

8. チューブの端をベルマウスまたはフレアにする（必要な場合）

   多くのボイラー規格や設計基準では、圧延後に管端を管板面よりわずかに超えてフランジ（ベルマウス）にする必要があります。これにより、引き抜きに対する機械的抵抗が追加され、別個のベルマウスツールまたは同じエキスパンダーのフレアアタッチメントによって実現されます。

チューブの材質と転がり特性

チューブ合金が異なれば、圧延プロセスに対する反応も異なります。重要な変数は、材料の降伏強度と加工硬化率です。高強度または急速に加工硬化する合金では、回転不足または過剰な回転を避けるために、より高いトルク設定と膨張率のより慎重な制御が必要です。

一般的な障害とその回避方法

チューブ圧延の失敗は予測可能であり、ほとんどの場合回避可能です。以下に、ボイラーチューブの圧延作業で最も頻繁に発生する問題と、その根本原因と予防策を示します。

• 水圧試験後のジョイントの漏れ: ほとんどの場合、ローリング不足 (不十分な肉厚減少) またはチューブシートの穴の汚れが原因で発生します。トルクを 5% 増加し、穴がきれいであることを確認し、エキスパンダーがチューブと穴の組み合わせに対して正しいサイズであることを確認します。
• ロールゾーンにビビリマークが表示される: ローラーの摩耗または穴、不十分な潤滑、またはローラーとマンドレルの不適切な嵌合が原因で発生します。ローラーを直ちに交換してください。ビビリマークにより応力上昇が生じ、熱サイクル下で疲労亀裂が発生します。
• チューブ壁が過度に薄くなった (過剰な圧延): トルク設定が高すぎるか、オペレーターがクラッチを切断した後も回転を続けました。ジョイントを損傷し、チューブを交換する必要があります。薄くなったチューブは巻き直しでは元に戻すことができません。
• 隣接する穴間のチューブシートの変形: 圧延深さが管板の裏面を超えました。作業を開始する前に必ずマンドレルにストップカラーの深さを設定し、デプスゲージで確認してください。
• ベルマウス部の管端亀裂： フレア加工前にチューブ材料が加工硬化されているか、フレア加工ツールの半径が鋭すぎます。オーステナイト系ステンレス鋼などの加工硬化合金を使用する場合は、フレア加工の前にチューブの端を焼きなましします。
• ジョイント全体のトルク測定値が一貫していない: チューブシートの穴径、チューブの外径公差、またはローラーの摩耗の変動。生産作業では、10 穴ごとにボアゲージで測定し、200 ～ 300 継目ごとにローラーを交換します。
• 熱サイクル中にチューブが引き抜かれた場合: 用途に対して不適切なエキスパンダー タイプ - 適切なベルマウスや溝のロックがなく、ジョイントが摩擦のみに依存していました。ジョイントの設計と該当するコード要件を確認します。

鋼管圧延設備のメンテナンス

ローリングマシンおよびエキスパンダーツールは精密機器です。メンテナンスを怠ると、ジョイントの一貫性が損なわれます。規定に準拠した圧力容器の作業では、体系化されたメンテナンス スケジュールはオプションではありません。

ローラーの保管と取り扱い

ローラーセットは、ラベルを貼ったパッド入りのケースに保管し、工具箱の中で決して緩めないでください。衝撃による微細な表面損傷であっても、チューブの表面に伝わり、接合部の品質が低下します。ローラーとマンドレルは一致するセットとして保管してください。さまざまな摩耗状態のコンポーネントを混合すると、予測できない膨張結果が生じます。

適用される規格と規格

ボイラー管の圧延は、管轄区域と用途に応じて、いくつかの重複する国内規格と国際規格によって規制されています。製造業者と保守請負業者は、ローリング手順を定義する前に、該当するコードを特定する必要があります。

• ASME ボイラーおよび圧力容器コード (BPVC)、セクション I: 北米の発電ボイラーを管理します。許容可能な継手のタイプ、拡張要件、および管と管板の継手の検査基準を定義します。
• ASME BPVC セクション VIII、ディビジョン 1: 未燃焼の圧力容器と熱交換器をカバーします。付録 A では、拡張されたチューブ継手の設計とテスト要件について詳しく説明します。
• TEMA 規格 (管状交換器製造者協会): 3 つのクラス (R、C、B) における熱交換器のチューブとチューブシートのクリアランスと膨張許容差の主な基準。
• EN 13445 (欧州非燃焼圧力容器規格): ASME VIII と同等の欧州コード。伸縮継手の設計ルールと検査要件を提供します。
• BS EN 12952 (水管ボイラー): 管継手の要件を含む、水管ボイラー構造に関する英国および欧州の規格。
• AWS D1.1 / EN ISO 15614: これらは主に溶接規格ですが、多くの場合、溶接および拡張継手のチューブ圧延と組み合わせて参照されます。