Аналіз впливу величини кроку гвинтової канавки на процес профілювання гвинтоподібної труби обкочуванням роликом
DOI:
https://doi.org/10.25140/2411-5363-2023-3(33)-111-120Ключові слова:
гвинтоподібні труби, гвинтова канавка, обкочування роликом, теплообмінники, напружено- деформований стан трубиАнотація
В даній роботі проводився аналіз процесу роликового обкочування гвинтової канавки на трубі та впливу її кроку гвинта на напружено-деформований стан труби в зоні пластичної деформації.
Процес роликового обкочування, на ряду із гідроформуванням, є перспективною технологією виготовлення по-верхонь з високими теплоаеродинамічними характеристиками, на базі яких можна розробити теплообмінні апарати з високими коефіцієнтами корисної дії (біля 40%). Розробка високоефективних теплообмінних апаратів позитивно вплине на споживання енергоресурсів, що, відповідно, зменшить витрати на функціонування системи, яка пов’язана з теплообмінним апаратом, знизить шкідливі викиди в атмосферу та залежність від недемократичних держав, які зазвичай будують свою економіку на основі видобутку корисних копалин.
Створена чисельна модель, на базі методу скінчених елементів, процесу обкочування гвинтоподібної труби дала можливість виконати аналіз впливу величини кроку гвинта гвинтової канавки оправки на розподіл напружено-дефор-мованого стану труби в зоні її пластичної деформації. Для виконання процесу обкочування труби в чисельній моделі використаний ролик з оптимальним радіусом скруглення, що визначався по залежності, яка враховує геометрію гви-нтової канавки оправки та її кут підйому гвинтової лінії.
Отримані графічні залежності впливу кроку гвинта гвинтової канавки оправки на максимальні величини інтен-сивності напружень σi та деформацій εi показують, що зі збільшенням кроку гвинта гвинтової канавки без зміни її геометричних параметрів, в першу чергу ширини, збільшуються максимальні величини інтенсивності напружень σi та деформацій εi. Більш важливо знати характер росту інтенсивності деформацій, як фактор оцінки можливості вичерпання пластичності матеріалу. При десятикратному збільшенні величини кроку гвинта гвинтової канавки оправки максимальна величина інтенсивності деформацій зростає в 1,5 рази. Ріст величини інтенсивності дефор-мацій спричинений тим, що при більших значеннях кроку гвинта гвинтової канавки відбувається зменшення її ширини в перерізі, який перпендикулярний до напрямку гвинтової лінії. Це впливає на величину радіусу скруглення ролика, який може бути використаний в процесі обкочування труби, та на розміри локальної зони пластичної деформації труби.
Отримані результати можуть бути застосовані під час розробки технології виготовлення гвинтоподібних труб обкочуванням роликом.
Посилання
Pysmennyi, Y., Rohachev, V., Baraniuk, O., Reva, S., Panasiuk, A. (2013). Heat transfer and aero-dynamics of spiral corrugated tubes packages with the uniformly developed surface. Modern science. Research, ideas, results, technologies, 1(12), 13-18.
Pysmennyi, Y. (2013). Development of uniformly developed heat exchange surfaces for heat rege-nerators of gas turbine installations of gas transportation systems and research of their thermo-aerodynamic characteristics: report on research work (final). National Technical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute", Kyiv, Ukraine, Tech. Rep. 2538-п, 2013.
Pysmennyi, Y., Baraniuk, O., Vozniuk, M. (2012). Uniformly developed heat exchange surfaces and methods for numerical studies of their hydraulic characteristics. Industrial Heat Engineering, 34(1), 45-54.
Bobyr, M. (2017). Development of technology and equipment for profiling spiral corrugated and finned tubes and creating highly efficient heat exchangers: report on research work (final). National Tech-nical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute", Kyiv, Ukraine, Tech. Rep. 2925-п, 2017.
Sadighi Dizaji, H., Jafarmadar, S., Mobadersani, F. (2015). Experimental studies on heat transfer and pressure drop characteristics for new arrangements of corrugated tubes in a double pipe heat exchanger. In-ternational Journal of Thermal Sciences, 96, 211-220. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2015.05.009.
Hirama, S., Ikeda, T., Gondo, S., Kajikawa, S., Kuboki, T. (2020). Ball Spin Forming for Flexible and Partial Diameter Reduction in Tubes. Metals, 10(12), 1627. DOI: https://doi.org/10.3390/met10121627.
Eyvazian, A., Mozafari, H., Hamouda, A.M.S. (2017). Experimental Study of Corrugated Metal-composite Tubes under Axial Loading. Procedia Engineering, 173, 1314–1321. DOI: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.12.169.
Nayak, S., Jena S., Khan, A.S.S., Paswan, M.K., Sharma, V. K. (2021). Use of corrugated pipe heat exchangers in waste heat recovery steam generators. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 1123, 1-12. DOI: https://doi.org/10.1088/1757-899X/1123/1/012037.
Eiamsa-ard, S., Promthaisong, P. (2019). Counter-rotation vortex flows and heat transfer mechanisms in a V-spirally-corrugated tube. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, 233(7), 821-958. DOI: https://doi.org/10.1177/0957650919829367.
Kalinin, E., Dreytser, G., Yarho, S. (1990). Intensification of heat transfer in channels. Moscow: Mashinostroenie.
Shi, C., Li, J., Deng, J., Zhu, X. (2021). External high-pressure forming of metal spiral tube of equal wall thickness. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering, 235(2), 151-656. DOI: https://doi.org/10.1177/0954408920967786.
Paunoiu, V., Ciocan, O., Nicoara, D. (2010). Numerical study of tube hydroforming technology. International Journal of Modern Manufacturing Technologies, II(1), 67-72.
Shi, C., Li, J., Zhu, X. (2021). Research on Hydroforming Micro-Sized Spiral Pipe With Equal Wall Thickness. Research Square. https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-694676/v1.
Protsenko, P., Makovei, V. (2013). Stamp for forming grooves on the tube. UA Patent 85412, Nov. 25, 2013.
Makovei, V., Protsenko, P., Borodii, Yu., Klisko, A. (2011). The method of forming spiral grooves on thin-walled tubular blanks by roller spinning using internal back pressure. UA Patent 60663, Jun. 25, 2011.
Bobyr, M., Makovei, V., Melnyk, V. (2016). The method of profiling long spiral corrugated tubes. UA Patent 107828, Jun. 24, 2016.
Makovei, V., Melnyk, V. (2015). Improvement of the technological process of manufacturing tubes with the spiral corrugated profile. Materials working by pressure, 1(40), 81-84.
Makovei, V., Bobyr, M., Protsenko, P. (2017). Profiling of spiral corrugated tubes of heat ex-changers. Balti: LAP Lambert Academic Publishing.
Del, H. (1971). Determination of stresses in the plastic region by hardness distribution. Moscow: Mashinostroenie.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
