一种换热器内螺旋换热管芯的卷制装置的制作方法

本实用新型涉及螺旋缠绕管式换热器技术领域，具体而言，涉及一种换热器内螺旋换热管芯的卷制装置。

背景技术：

螺旋螺纹管式换热器由芯体和壳体两部分组成，芯体主要由螺旋状换热管组成，壳体由筒体和封头等组成，上下封头各设两个开口。参考授权公告号为CN204866968U的中国实用新型专利，螺旋状换热管是通过绕管机加工而成的，现有绕管机存在无法精确控制螺旋线的形状的技术缺陷，另外，存在对螺旋不锈钢管的层数和卷制直径计算比较繁琐，使用不方便，生产效率低。

技术实现要素：

本实用新型就是为了解决现有用于螺旋状换热管的卷管机精确度低、使用不方便，生产效率低的技术问题，提供了一种精度高、使用方便、生产效率高的换热器内螺旋换热管芯的卷制装置。

本实用新型的技术方案是，提供一种换热器内螺旋换热管芯的卷制装置，包括机体、滚筒、主轴减速伺服电机、进给伺服电机、丝杠、螺母座、压辊框架底座、压辊框架、立柱、平轴、气缸、压辊、第一导轨和第二导轨；滚筒的两端通过轴承座与机体连接，主轴减速伺服电机通过传动机构与滚筒的一端连接；丝杠的两端通过轴承座与机体连接，进给伺服电机的输出轴通过传动机构与丝杠连接，螺母座与丝杠连接；

压辊框架底座与螺母座固定连接，立柱与压辊框架底座固定连接，平轴与立柱固定连接，压辊框架的两侧分别设有调节圆孔，平轴穿过调节圆孔，气缸与压辊框架底座连接，压辊与压辊框架的前端连接，气缸的活塞杆与压辊框架的后端连接；第一导轨和第二导轨并排连接于机体上，压辊框架底座通过轴伸连接有第一滚动轴承和第二滚动轴承，第一滚动轴承和第二滚动轴承分别支撑在第一导轨和第二导轨上；压辊的圆周上设有螺纹槽。

优选地，主轴减速伺服电机和滚筒之间的传动机构包括链条、卡盘和两个链轮，链条连接在两个链轮之间，其中一个链轮与主轴减速伺服电机的输出轴连接；另一个链轮的链轮轴通过轴承座与机体连接，卡盘与该链轮轴连接；滚筒的一端的端面上设有圆孔，卡盘上连接有圆导柱，圆导柱插入圆孔，进给伺服电机的输出轴通过同步带传动机构与丝杠连接。

优选地，还包括触摸控制屏和主控制器，触摸控制屏与和主控制器连接，主轴减速伺服电机和进给伺服电机分别与主控制器连接。

本实用新型的有益效果是，实现自动化绕制，操作方便，生产效率高，能够精确控制螺旋线、换热管间距、换热层间距，具有根据不同换热量、不同外径、不同总长度、不同换热管径的换热器要求，自动获取最优方案、指导生产，避免复杂的计算过程。

本实用新型进一步的特征，将在以下具体实施方式的描述中，得以清楚地记载。

附图说明

图1是换热器的主视图；

图2是螺旋换热管芯(三层)的结构示意图；

图3是单层螺旋换热管的结构示意图；

图4是换热管间距的示意图；

图5是卷制装置的结构示意图；

图6是卷制装置的结构示意图；

图7是压辊框架底座与机体上的导轨的连接示意图；

图8是滚筒通过卡盘与链轮连接的示意图；

图9是控制系统的示意图；

图10触摸控制屏的人机界面；

图11是卷制方法的流程图。

图中符号说明：

1.壳体，2.螺旋换热管芯，3.加热媒介入口，4.加热媒介出口，5.被加热流体入口，6.被加热流体出口；7.机体，8.滚筒，8-1.圆孔，9.压辊，10.压辊框架，11.轴承座，12.触摸控制屏，13.链轮，13-1.卡盘，13-2.圆导柱，14.链条，15.主轴减速伺服电机，16.进给伺服电机，17.同步带传动机构，18.丝杠，19.螺母座，20.气缸，21.压辊框架底座，22.第一导轨，23.第二导轨，24.第一滚动轴承，25.第二滚动轴承，26.立柱，27.平轴，28.调节圆孔，31.主控制器。

具体实施方式

以下参照附图，以具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1-2所示，换热器包括壳体1，壳体1内安装三层结构的螺旋换热管芯2。壳体1上设有加热媒介入口3、加热媒介出口4、被加热流体入口5和被加热流体出口6。

如图5-8所示，螺旋换热管芯的卷制装置包括机体7，滚筒轴承座11、主轴减速伺服电机15、进给伺服电机16、触摸控制屏12和主控制器安装在机体7上，滚筒8的一端与滚筒轴承座11连接，另一端的端面上设有三个圆孔8-1。链轮13的链轮轴通过轴承座安装在机体7上，链轮13的链轮轴连接有卡盘13-1，卡盘13-1上连接有三个圆导柱13-2。三个圆导柱13-2插入三个圆孔8-1进行匹配连接。主轴减速伺服电机15的输出轴连接有链轮，该链轮通过链条14与链轮13连接。丝杠18的两端通过轴承座与机体7连接，进给伺服电机16的输出轴通过同步带传动机构17与丝杠18连接，螺母座19与丝杠18连接。

压辊框架底座21与螺母座19固定连接，立柱26与压辊框架底座21固定连接，平轴27与立柱26固定连接，压辊框架10的两侧分别设有调节圆孔28，平轴27穿过调节圆孔28。两个气缸20安装在压辊框架底座21上。压辊9与压辊框架10的前端连接，气缸20的活塞杆与压辊框架10的后端连接。第一导轨22和第二导轨23并排安装在机体7上，压辊框架底座21通过轴伸连接有两个第一滚动轴承24和两个第二滚动轴承25，两个第一滚动轴承24和两个第二滚动轴承25分别支撑在第一导轨22和第二导轨23上。两个导轨能够保证压辊框架10和压辊9移动的稳定性，有利于提高加工出的产品质量。

压辊9的圆周上设有若干个螺纹槽。

气缸20的活塞杆向上伸出，利用杠杆原理，压辊框架10的前端带动压辊9向下压，气缸20的进气压力可调，完成压辊9对滚筒8上换热管的压制和弯曲变形；将平轴27在调节圆孔28中平移，可调节压辊9向前伸出长度，以适应不同直径滚筒的需求。

进给伺服电机16通过同步带传动机构17带动丝杠18转动，螺母座19随之移动。螺母座19带动压辊框架底座21通过四个滚动轴承在两个导轨中左右往复移动。

如图9所示，触摸控制屏12与主控制器31连接，主轴减速伺服电机15通过伺服驱动器与主控制器31连接。进给伺服电机16通过伺服电机驱动器与主控制器31连接。

如图10所示，触摸控制屏12的人机界面上有左回零按钮、右回零按钮、开始按钮、停止按钮等。触摸屏的人机界面上可输入换热面积、换热器总长度、换热器外径、换热管外径、换热管间距、换热管层间距、换热管根数等信息。

操作者在使用该卷制装置时，开机通电后，在触摸控制屏12左侧参数赋值区域进行数据输入，主控制器31中的程序根据输入的数据进行计算出最优方案，并在触摸控制屏12右侧显示卷制方案提示信息(从最内层开始)。操作者根据显示的方案选择相应外径的滚筒安装在机体上。螺旋卷制从最小直径的滚筒开始为第1层，滚筒按照图7中的箭头所指方向转动，丝杠18按照左螺旋方式转动，使压辊框架底座21随着螺母座19从如图6所示的左端移动到右端。卷制第2层时，丝杠18按照右螺旋方式转动，使压辊框架底座21随着螺母座19从如图6所示的右端移动到左端。触摸控制屏12左侧参数数据输入完成后，绕第1层时，依次点击“左回零”——“开始”，进行绕制；结束之后按第2层滚筒直径提示换好滚筒，依次点击“右回零”——“开始”，进行绕制，重复上述过程，直到完成最外层卷制，且没有下一层提示信息时，结束绕制。

操作者按照给定的第一层、第三层等奇数层卷制方案，选择相应外径的滚筒通过卡盘和轴承座安装在机体上，通过送管装置向滚筒输送多根需要卷制的不锈钢换热管，将多根换热管用卡子固定在滚筒的左端(靠近链轮13处)，手动弯曲90度，之后点动控制压辊框架10至左端，调节框架伸出长度使压辊9的螺纹槽卡住各根换热管并压在滚筒中心线上，设定气缸压力，点击开始按钮，滚筒被链轮带动旋转，配合压辊框架的从左向右平移，完成换热管的精确卷制，并自动停止。一层卷制完成停机后，手动取下滚筒，将螺旋状的换热管退下。操作者按照给定的第二层、第四层等偶数层卷制方案，将多根换热管用卡子固定在滚筒的右端，滚筒旋转，配合压辊框架的从右向左平移，完成卷制工作。

如图11所示，螺旋换热管芯的卷制方法如下：

步骤1，在触摸控制屏12左侧参数赋值区域输入换热器的螺旋换热管芯总换热面积S₀、换热器主体长度L₀、换热器外径D₀、换热管径d、换热管间距σ、换热管层间距δ。换热管径d指的是外径。换热管间隙τ＝δ-d。

步骤2，在触摸控制屏12左侧参数赋值区域输入第i层换热管根数N_i。i从1开始。

步骤3，主控制器31中的程序根据下述公式(1)计算出第i层的导程P_i：

P_i＝N_iσ (1)

根据下述公式(2)计算出第i层的滚筒直径D_i：

D_i+1＝D_i+δ+d (2)

定义第1层的滚筒直径D₁＝A。根据目前的卷制工艺要求，D_i≥70mm，即最小滚筒直径不得小于70mm，也就是A≥70mm。

步骤4，定义螺旋换热管芯的端部长度为L_d，L_d取经验值(200mm～250mm)。根据下述公式(3)计算出卷制部分长度L_j：

L₀＝L_j+2L_d (3)

步骤5，根据下述公式(4)计算出第i层换热管匝数Z_i，也就是主轴旋转的圈数。

L_j＝(Z_i+1)P_i (4)

当计算结果出现小数点后位数时，进行四舍五入。

步骤6，延时等待。

步骤7，判断是否有左回零按钮或右回零按钮被按下，如果左回零按钮被按下，则进入步骤8，如果右回零按钮被按下，则进入步骤9。卷制第一层、第三层或第五层等奇数层时，操作者应按下左回零按钮。卷制第二层、第四层或第六层等奇数层时，操作者应按下右回零按钮。

步骤8，主控制器31控制进给伺服电机16转动，进给伺服电机16通过同步带传动机构17带动丝杠18转动，使螺母座19移动到图6中最左端，丝杠18回至左旋绕制零点处，压辊框架底座21随着螺母座19移动到最左端。然后进入步骤10。

步骤9，主控制器31控制进给伺服电机16转动，进给伺服电机16通过同步带传动机构17带动丝杠18转动，使螺母座19移动到图6中最右端，丝杠18回至右旋绕制零点处，压辊框架底座21随着螺母座19移动到最右端。

步骤10，主轴回零过程，主控制器31控制主轴减速伺服电机15转动，使链轮13的链轮轴回到初始位置。

步骤11，触摸控制屏12右侧显示需要放置换热管的根数N_i和滚筒的直径D_i。操作者将相应的滚筒安装在滚筒轴承座11和与链轮13的链轮轴连接的卡盘13-1上，将相应根数的换热管用卡子固定在滚筒上，将压辊9的螺纹槽卡住各根换热管。

步骤12，延时等待。

步骤13，判断开始按钮是否按下，如果是，则进入步骤14，否则返回步骤12。

步骤14，双轴协作绕制过程：主轴减速伺服电机15驱动滚筒转动，同时，进给伺服电机16驱动压辊框架10前端的压辊9同步移动。

步骤15，当压辊9移动L_j的距离时主轴减速伺服电机15和进给伺服电机16停止转动。

步骤16，根据下述公式(5)计算出已绕制换热面积S：

公式(5)中，S_i表示第i层总换热面积，其根据公式(6)计算得出：

m为自然数，π为圆周率。

步骤17，判断是否S₀-S≤0，如果是，则进入步骤18，否则跳转到步骤2，进行下一层换热管的卷制。

步骤18，结束。

以上所述仅对本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。