УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДАЧИ ТРУБ Российский патент 1998 года по МПК B21D41/02 

Изобретение относится к машиностроению и предназначено, преимущественно, для раздачи труб в отверстиях трубных решеток при изготовлении трубчатых теплообменников и подобного оборудования и последующего соединения по периметру торца труб сваркой.

Устройства для прессовой раздачи труб в отверстиях трубных решеток в технике известны. Наиболее близким к заявляемому (прототипом) может быть устройство, содержащее собранные на неподвижном штоке подвижный и неподвижный поршни и размещенную между поршнями эластичную втулку для раздачи трубы, в котором торцы поршней, обращенные к эластичной втулке, выполнены коническими, а устройство снабжено размещенными между втулкой и поршнями шайбами и разрезными коническими вкладышами. Для фиксации устройства на различных участках трубы в подвижном поршне выполнена прорезь, а на конце штока со стороны подвижного поршня выполнен упорный фланец, входящий в прорезь поршня, и между изделием и фланцем поршня размещается сменная дистанционирующая втулка. Перемещение подвижного поршня предусмотрено с помощью нагружателя, создающего осевую нагрузку на поршень (SU, a.c. N 516454, кл. B 21 D 41/02, 1976).

При относительной конструктивной простоте это известное устройство имеет ряд существенных недостатков, ограничивающих его использование. Так раздача трубы в отверстии трубной решетки предусмотрена на определенном участке по толщине последней в зоне предварительно выполненной в стенке отверстия трубной решетки кольцевой проточки. Это существенно увеличивает затраты на изготовление трубной решетки и изделия в целом, ограничивает возможность уменьшения толщины перемычек между смежными отверстиями и возможной плотности размещения труб, увеличивая габариты теплообменника при прочих равных условиях (площадь теплообменной поверхности в единице объема резко уменьшается). Кроме того, в собранном изделии со стороны трубного пучка в трубной решетке образуются свободные кольцевые полости между стенками отверстий и трубами, в которые свободно проникает одна из рабочих сред и может вызвать разрушение металла трубы не только от ускоренной коррозии, но и от развития микротрещин в переходных участках трубы в зоне раздачи, где металл находится под воздействием значительных внутренних напряжений. А это ведет к снижению надежности и долговечности в эксплуатации изготовленных изделий. Разрезные конические вкладыши от воздействия осевого сжимающего усилия при перемещении подвижного поршня разжимаются в радиальном направлении и прижимаются к трубе со значительным усилием, вызывая не только ее раздачу в зоне контакта, но и препятствуя их сближению для требуемого осевого сжатия раздающей эластичной втулки и выдавливания стенки трубы в кольцевую проточку в стенке отверстия трубной решетки. Это тоже снижает качество выполняемых соединений, надежность и долговечность изделий в эксплуатации. Нормальная работа устройства предполагает необходимость жесткого закрепления обрабатываемого изделия и упора для толкателя подвижного штока, что создает лишние неудобства при изготовлении теплообменников с большим количеством труб, повышает трудоемкость процесса раздачи и снижает производительность работ. Наконец, использование в качестве раздающего трубу элемента эластичной втулки снижает надежность и долговечность в эксплуатации самого устройства в силу быстрого износа такой втулки и потери требуемых для эксплуатации качеств, а необходимость периодической замены эластичной втулки требует определенных затрат и снижает производительность работ.

В технике известны различные усовершенствования подобных устройств, которые в разной степени устраняют отмеченные выше и некоторые другие недостатки описанного известного устройства, но сохранение эластичной втулки в качестве раздающего трубы элемента сохраняет и все связанные с этим их недостатки.

Изобретение имеет целью устранить указанные недостатки известного устройства, повысить надежность и долговечность в эксплуатации самого устройства при обеспечении высокого качества прессовой раздачи труб в отверстиях трубной решетки.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для раздачи труб, содержащем два поршня, установленные на штоке, обращенные друг к другу, торцы которых выполнены с внешней конусной поверхностью, размещенную между поршнями втулку и нагружатель, в соответствии с изобретением втулка для раздачи трубы выполнена из набора секторных сухарей, скрепленных между собой в радиальном направлении кольцевыми упругими элементами с возможностью взаимодействия втулки с установленными на штоке поршнями ответными конусными поверхностями.

В качестве нагружателя (привода) такое устройство может быть снабжено силовым цилиндром, поршень которого жестко соединен со штоком устройства. Сменную дистанционирующую втулку целесообразно выполнить упругой (подвижной) в осевом направлении, например, с использованием в ее конструкции сильфона, пружины осевого сжатия или изготовить из эластичного материала. Крепиться такая втулка может на штоковой втулке силового цилиндра. При изготовлении втулки из эластичного материала ее крепление существенно упрощается установкой на штоковой втулке силового цилиндра с некоторым натягом.

Предлагаемое выполнение втулки для раздачи трубы позволяет обойтись без использования эластичного материала для ее изготовления, что существенно повышает ее надежность и долговечность в эксплуатации, качество раздачи труб, уменьшает потери времени на обслуживание устройства в эксплуатации. Использование силового цилиндра в качестве привода устройства исключает необходимость жесткого закрепления устройства и изделия при осуществлении раздачи труб, что существенно сокращает затраты времени на подготовительные операции и повышает производительность работ. Выполнение дистанционирующей втулки упругой (подвижной) в осевом направлении исключает перекосы режимных элементов и обеспечивает равномерную раздачу стенки трубы, а изготовление ее из упругого эластичного материала упрощает при необходимости проведение ее замены на втулку требуемой длины.

Таким образом, предлагаемое устройство для раздачи труб обеспечивает достижение поставленных целей. Наличие указанных отличительных признаков заявляемого устройства по сравнению с прототипом обеспечивает соответствие заявляемого объекта критерию изобретения "новизна". Отсутствие сведений об известности использования отличительных признаков заявляемого объекта в этой же или в смежных областях техники для достижения аналогичного эффекта позволяют признать его соответствующим критерию изобретения "изобретательский уровень". Отсутствие препятствий технического, технологического или иного порядка для практической реализации заявляемого объекта подтверждает его соответствие критерию изобретения "промышленная применимость".

Сущность изобретения поясняет пример его осуществления, который не исключает и другие варианты выполнения изобретения в пределах его формулы, и чертеж, на котором заявляемое устройство показано в продольном осевом разрезе и условно показаны элементы системы автоматического управления работой устройства и их включение.

Устройство содержит силовой цилиндр 1, поршень 2 которого жестко соединен со штоком 3, снабженным на конце съемным упором 4, служащим одновременно направляющим элементом для штока 3 при его введении в обрабатываемое изделие. На штоке 3 между упором 4 и штоковой втулкой 5 корпуса силового цилиндра 1 размещены неподвижный относительно штока 3 поршень 6 и подвижный поршень 7, обращенные друг к другу торцы которых выполнены с внешней конусной поверхностью. Между упомянутыми поршнями на штоке 3 размещена разрезная втулка для раздачи обрабатываемой трубы в радиальном направлении, выполненная из набора секторных сухарей 8, изготовленных из прочного и твердого материала и скрепленных между собой в радиальном направлении кольцевыми упругими элементами 9. Торцы разрезной втулки из набора секторных сухарей 8 выполнены с внутренней конусной поверхностью и взаимодействуют с ответными внешними конусными поверхностями поршней 6 и 7. Для обеспечения заданного расположения разрезной втулки при установке устройства на изделии для его обработки устройство снабжено упором 10. Для обеспечения равномерной и качественной раздачи трубы 11, установленной в отверстии трубной решетки 12, в пределах длины разрезной втулки из секторных сухарей 8 упор 10 должен быть подвижным в осевом направлении, что может быть обеспечено различными конструктивными решениями (например, с использованием кольцевых сильфонов или пружины осевого сжатия). В представленном на чертеже варианте конструкции заявляемого устройства упор 10 выполнен в виде втулки из упругого эластичного материала и установлен на штоковой втулке 5 корпуса силового цилиндра 1 с натягом.

Для нормальной работы устройства необходимо предусмотреть подвод в штоковую полость 13 и отвод из поршневой полости 14 силового цилиндра 1 (или наоборот - в зависимости от стадии процесса) рабочей среды и требуемый подъем ее давления. Устройство может работать в автоматическом режиме по одной из известных схем с использованием известных узлов. Одна из таких схем системы автоматического управления условно показана на чертеже. Система автоматического управления процессом раздачи труб включает четырехходовой двухпозиционный переключатель потока 15 с электромагнитным приводом, насос 16 с приводом (не показан), расходную емкость 17 для рабочей среды, регулируемый перепускной предохранительный клапан 18, реле давления "РД", реле напряжения "РН", трубопроводы и электрические провода. Переключатель потока 15 содержит установленный на пружине 19 золотник 20, жестко соединенный с якорем катушки 21 электромагнита. Золотник 20 выполнен в виде цилиндра с кольцевой проточкой на наружной боковой поверхности и разделяет полость переключателя потока 15 на три камеры, из которых средняя камера, образованная кольцевой проточкой золотника, при любом положении последнего остается подключенной трубопроводом 22 к напорному патрубку насоса 16, всасывающий патрубок которого соединен с введенным в расходную емкость 17 трубопроводом 23. Торцовые камеры полости переключателя потока 15 сообщены между собой, например, каналами в золотнике 20 и одна из них трубопроводом 24 подключена к расходной емкости 17, благодаря чему давление в этих камерах переключателя потока 15 не превышает атмосферное. Для ограничения давления рабочей среды в подающей магистрали трубопровод 22 через регулируемый предохранительный перепускной клапан 18 подключен к расходной емкости 17. Один из переключаемых золотником 20 каналов трубопроводом 25 с установленным на нем реле давления "РН" подключен к штоковой полости 13 силового цилиндра 1, а другой трубопроводом 26 подключен к поршневой полости 14 силового цилиндра. Катушка 21 электромагнита переключателя потока 15 в цепь питания включена параллельно с обмоткой реле напряжения "РН" через его нормально открытые контакты "1РН", шунтированные пусковой кнопкой "Кп" и нормально замкнутые контакты "1РД" реле давления "РД".

Работа заявляемого устройства и системы автоматического управления процессом раздачи труб заключается в следующем. Рабочий конец устройства - шток 3 с размещенными на нем элементами - вводят в подлежащую раздаче трубу 11, установленную в отверстии трубной решетки 12, до контакта последней с упором 10. Включают в цепь питания катушку 21 электромагнита переключателя потока 15 и привод насоса 16. Нажатием на пусковую кнопку "Кп" подают питание в обмотки катушки 21 и реле напряжения "РН". Срабатывание реле напряжения "РН" вызывает замыкание его контактов "1РН", шунтированных пусковой кнопкой "Кп", которые остаются замкнутыми и после отпускания кнопки "Кп". Под действием создаваемого катушкой 21 электромагнитного поля ее сердечник с золотником 20, сжимая пружину 19, сместится в крайнее правое (по чертежу) положение, сообщая трубопровод 25 с камерой высокого давления переключателя потока 15. Теперь подаваемая насосом 16 рабочая среда по трубопроводу 25 начнет поступать в штоковую полость 13 силового цилиндра 1 и давление ее начнет возрастать. Под действием давления рабочей среды поршень 2 силового цилиндра 1 начнет смещаться вправо относительно корпуса силового цилиндра 1, вытесняя рабочую среду из полости 14 по трубопроводу 26 в левую (по чертежу) камеру низкого давления переключателя потока 15 и далее по трубопроводу 24 в расходную емкость 17, втягивая одновременно шток 3 в силовой цилиндр 1. Пока относительному смещению корпуса силового цилиндра 1 по штоку 3 препятствуют упругие силы упора 10, цилиндр 1 остается неподвижным и смещаться вправо вместе с поршнем 2 начнет шток 3 и установленный на нем поршень 6. Последний взаимодействует при этом по конусной контактной поверхности с секторными сухарями 8 и, преодолевая сопротивление кольцевых упругих элементов 9, вызовет их радиальное расхождение и некоторое перемещение вправо по конусным контактным поверхностям неподвижного поршня 7. Когда секторные сухари 8 войдут в плотный контакт с внутренней поверхностью трубы 11, их перемещению относительно трубы 11 будут препятствовать силы трения на контактных поверхностях, и относительное перемещение штока 3 приостановится. Повышение давления в полости 13 силового цилиндра 1 вызовет возрастание встречных осевых усилий на штоке 3 и корпусе силового цилиндра 1 и повышение радиальных составляющих этих усилий на контактных поверхностях секторных сухарей 8 с поршнями 6 и 7 на штоке 3. Дальнейшее радиальное расхождение секторных сухарей 8 будет происходить одновременно с раздачей трубы 11 в зоне их контакта и сближением поршней 6 и 7 на штоке 3 при одновременном встречном перемещении относительно неподвижных трубной решетки 12 с трубой 11 штока 3 и корпуса силового цилиндра 1 и осевом сжатии упора 10. Когда раздаваемая труба 11 войдет в плотный контакт с трубной решеткой 12 по всей кольцевой поверхности их контакта и передаваемое трубой 11 усилие раздачи вызовет в трубной решетке 12 напряжения в пределах упругости материала трубной решетки 12, сработает реле давления "РД", установленное на трубопроводе 25, а при достижении напряжениями в трубной решетке значений, близких к пределу упругости, сработает и предохранительный перепускной клапан 18, исключая дальнейший рост давления в системе. Срабатывание реле давления "РД" вызовет размыкание его нормально-замкнутых контактов "1РД" в цепи питания катушки 21 электромагнита и обмотки реле напряжения "РН", контакты "1РН" разомкнутся. Пружина 19 возвратит золотник 20 в исходное положение и сообщит трубопровод 25 через правую камеру низкого давления переключателя потока 15, каналы в золотнике 20 и левую камеру низкого давления переключателя с трубопроводом 24 отвода рабочей среды в расходную емкость 17. Трубопровод 26 окажется подключенным к камере высокого давления переключателя потока, и рабочая среда начнет поступать в поршневую камеру 14 силового цилиндра 1, возвращая устройство в исходное состояние.

После завершения раздачи трубы 11 в отверстии трубной решетки 12 и возвращения устройства в исходное состояние оно свободно выводится из трубы 11 и может быть установлено в очередную трубу для ее раздачи, которая начнется после нажатия пусковой кнопки "Кп" повторение описанного процесса. После такой раздачи всех труб 11 в отверстиях трубной решетки 12 их окончательное закрепление может быть выполнено сваркой торцов труб с трубной решеткой.

При необходимости система автоматического управления процессом раздачи труб может быть дополнена средствами сигнализации о завершении процесса раздачи. С помощью заявляемого устройства при соответствующем подборе размеров собранных на штоке 3 рабочих органов можно осуществить раздачу труб в пределах всей толщины трубной решетки, как это предусмотрено на чертеже, или отдельным кольцевым участком ограниченной ширины в заданной зоне по толщине трубной решетки. Последовательным смещением таких кольцевых зон раздачи трубы в пределах толщины трубной решетки можно в несколько этапов обеспечить раздачу трубы в пределах всей толщины трубной решетки или части ее в заданных зонах.

Поскольку заявляемое устройство по сравнению с известными имеет меньшее количество участвующих в процессе задачи труб рабочих элементов и в их числе отсутствует раздающий элемент из эластичного материала, заявляемое устройство является более надежным и долговечным в эксплуатации, требует меньших затрат времени на обслуживание и обеспечивает повышение производительности работ при прочих равных условиях без снижения качества раздачи, а значит, без снижения надежности и долговечности изготовленного с его использованием оборудования.

Изобретение относится к машиностроению и предназначено преимущественно для раздачи труб в отверстиях трубных решеток при изготовлении трубчатых теплообменников и подобного оборудования и последующего соединения с ними по периметру торца труб сваркой. Устройство для раздачи труб в отверстиях трубной решетки или подобных узлов содержит два поршня, установленные на штоке. Торцы поршней выполнены с внешней конусной поверхностью. Устройство содержит размещенную между поршнями втулку для. раздачи трубы, а также сменную дистанционирующую упорную втулку и нагружатель. Втулка для раздачи трубы выполнена из набора секторных сухарей, скрепленных между собой в радиальном направлении кольцевыми упругими элементами с возможностью взаимодействия втулки с установленными на штоке поршнями ответными конусными торцевыми поверхностями. Технический результат заключается в повышении надежности и долговечности в эксплуатации устройства при обеспечении высокого качества прессовой раздачи труб в отверстиях трубной решетки. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для раздачи труб в отверстиях трубной решетки или подобных узлов, содержащее два поршня, установленные на штоке, обращенных друг к другу торцы которых выполнены с внешней конусной поверхностью, размещенную между поршнями втулку для раздачи трубы, а также сменную дистанционирующую упорную втулку и нагружатель, отличающееся тем, что втулка для раздачи трубы выполнена из набора секторных сухарей, скрепленных между собой в радиальном направлении кольцевыми упругими элементами с возможностью взаимодействия втулки с установленными на штоке поршнями ответными конусными торцевыми поверхностями. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве нагружателя оно снабжено силовым цилиндром, поршень которого жестко соединен с упомянутым штоком устройства. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что сменная дистанционирующая втулка выполнена упругой в осевом направлении и закреплена на штоковой втулке силового цилиндра. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что упомянутая дистанционирующая втулка выполнена из эластичного материала и на штоковой втулке силового цилиндра установлена с натягом.