СПОСОБ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ТРУБ В ТРУБНЫХ РЕШЕТКАХ Российский патент 1999 года по МПК B21D39/06 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и, в частности, к процессам закрепления труб в трубных решетках путем локализованного направленного пластического деформирования материала трубы.

Известен способ закрепления труб в трубных решетках, при котором трубу устанавливают в отверстие решетки, имеющее на поверхности три кольцевых выступа, фиксируют трубу от осевого перемещения с последующим ее закреплением в решетке приложением радиального давления к внутренней поверхности стенок трубы, вызывая внедрение кольцевых выступов решетки во внешнюю поверхность трубы с образованием уплотнения ножевого типа (см. рекламный проспект "Технологическая оснастка для ремонта и изготовления теплообменного оборудования", Санкт-Петербургский морской технический университет, 1990 г. ).

К недостаткам известного способа закрепления труб в трубных решетках следует отнести:
высокую трудоемкость изготовления кольцевых выступов в отверстиях трубной решетки, так как высота выступов определяется диаметром отверстия в решетке и составляет от 0,04 мм до 0,15 мм,
уменьшение поперечного сечения трубы из-за ее подрезания на глубину, равную высоте кольцевого выступа в отверстии решетки,
деформирование перегородок в трубной решетке при получении кольцевых выступов шариковыми раскатниками, что искажает геометрические размеры соседних отверстий,
практически невозможно повторное использование трубной решетки, что связано с операцией удаления трубы из трубного отверстия, при котором разрушаются кольцевые выступы на его поверхности.

Известен также способ закрепления труб в трубных решетках, при котором на внешней поверхности концов трубы формируют кольцевые выступы, устанавливают ее в решетку с отверстиями, имеющими кольцевые канавки прямоугольного поперечного сечения, обеспечивая совпадение выступов и канавок, фиксируют трубу от возможного осевого перемещения с последующим ее закреплением в решетке путем приложения сжимающего усилия со стороны внутренней поверхности трубы (см. а.с. N 265060, МПК B 21 D 39/06, 1970 г.) - прототип.

К недостаткам известного способа закрепления труб в трубных решетках относят:
наличие на концах трубы кольцевых выступов прямоугольного поперечного сечения, что обуславливает их небольшие геометрические размеры и, как следствие, закрепление трубы в трубном отверстии осуществляют только заполнением объемов кольцевых канавок решетки материалом трубы, что не гарантирует требуемую герметичность сборки; последнее особенно негативно, если в ремонтных трубных решетках весьма значительные односторонние зазоры между трубой и стенками трубного отверстия,
трудности, связанные с обеспечением гарантированного совпадения выступов на трубе с канавками в отверстии решетки.

Задачей изобретения является разработка такого способа закрепления труб в трубных решетках на стадии ремонта теплообменного аппарата нежесткого типа, который в условиях регламентируемого силового воздействия на решетку, позволил бы обеспечить требуемые характеристики прочности и плотности вальцовочного соединения.

Технический результат достигается тем, что в способе закрепления труб в трубных решетках, при котором на внешней поверхности концов трубы формируют кольцевые выступы, устанавливают ее в решетку с отверстиями, имеющими кольцевые канавки прямоугольного поперечного сечения, обеспечивая совпадение выступов и канавок, фиксируют трубу от возможного осевого перемещения с последующим ее закреплением в решетке путем приложения сжимающего усилия со стороны внутренней поверхности трубы, согласно изобретению трубу образуют путем соединения по торцам ее основы с наконечниками, имеющими на сопрягаемом с основой торце внутренний кольцевой выступ, кольцевые выступы трубы формируют с трапециевидным поперечным сечением на наконечниках, а в процессе закрепления трубы соединение с наконечником фиксируют между решеткой и внутренним кольцевым выступом на наконечнике; причем наконечники выполняют из того же материала, что и материал основы трубы; кроме того, наконечники и основу трубы выполняют из разных материалов; а также соединение наконечников с основой трубы выполняют посредством сварки.

Осуществление предлагаемого способа закрепления труб в трубных решетках позволяет:
регламентировать и избирательно создавать силовое воздействие трубы на стенки трубного отверстия,
обеспечить повышенные (по сравнению с известным техпроцессом - прототипом) стабильные характеристики прочности и плотности соединения,
устранить трудности, связанные с необходимостью обеспечения гарантированного совпадения кольцевых выступов на трубе с кольцевыми канавками отверстия решетки на стадии установки трубы.

Это объясняется тем, что, используя наконечники, соединенные с основой трубы, например сваркой, и имеющие на внешней поверхности кольцевые выступы трапециевидного поперечного сечения, стало возможным осуществлять закрепление труб в трубных решетках при значительно увеличенных односторонних зазорах, когда недоступны известные технические решения. Форма кольцевых выступов обеспечивает минимальное давление на стенки трубного отверстия, устраняя коробление трубной решетки. А изготовление наконечников из специальных материалов позволяет управлять антикоррозионными характеристиками сборки. Размещение же места соединения, например, сварного шва между внутренним кольцевым выступом и решеткой на стадии развальцовки обусловит его заданный эксплуатационный ресурс.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано исходное положение фрагмента трубы с одним из наконечников, имеющим кольцевые выступы трапециевидного поперечного сечения и решетку с кольцевыми канавками и углублениями треугольного типа по периметру их кромок перед осуществлением операции закрепления; на фиг. 2 - стадия касания кольцевыми выступами трубы кромок кольцевых канавок трубной решетки; на фиг. 3 - фрагмент соединения трубы с трубной решеткой.

Вариант осуществления изобретения состоит в следующем.

Предварительно подготавливается отверстие в трубной решетке 1. С этой целью производят его рассверливание на толщине решетки 1, равной 36 мм, до диаметра "Д" с переходом на диметр "Д₁" в оставшейся толщине решетки 1. По кромкам кольцевых канавок выполняют углубления треугольного поперечного сечения.

Далее, с учетом уже диаметра "Д" в решетке 1, изготавливают наконечник 2 с внешними кольцевыми выступами трапециевидного поперечного сечения. Подчеркнем, что максимальный внешний диаметр выступов "Д₂" меньше диаметра отверстия "Д₁" в трубной решетке на величину 0,4 мм. Изготовление наконечника 2 может быть выполнено методами холодной объемной деформации, режущими методами на станках или сочетанием этих методов.

Затем образуют мерную длину основы трубы 3, например, из стали 10. По торцам основы трубы 3 выполняют конические поверхности под соединение.

После чего производят установку наконечника 2 в отверстие основы трубы 3. Наличие выступа на торце наконечника 2 обеспечивает его соосность оси основы трубы 3. В результате наконечником 2 и основой трубы 3 формируется кольцевая канавка с треугольным поперечным сечением под сварку.

Далее производят, например, электросварку наконечника 2 с основой трубы 3. Сварной шов зачищают, добиваясь снятия грата и соответствия его диаметра диаметру основы трубы 3.

Подобные действия производят и на втором конце трубы 3.

Таким образом изготавливают составную трубу с наконечниками 2, которые могут быть изготовлены из того же материала, что и основа трубы 3, или из другого, но свариваемого с ней материалом.

Трубу с наконечниками 2 устанавливают в отверстие решетки 1, совмещая кольцевые выступы на наконечнике 2 с кольцевыми канавками в трубной решетке 1. В отверстие наконечника 2 вводят инструмент - вальцовку с роликами 4 (условно показан только один ролик). Причем длина ролика 4 составляет 36 мм, так что сварной шов располагают в площади вальцовочного пояска (фиг. 1).

Сообщая вращательное движение роликам 4 и вызывая их осевое перемещение, осуществляют раскатку наконечника 2 и основы трубы до размеров, определяемых геометрическими размерами внутренней поверхности отверстия в решетке 1. На одном из этапов этой раскатки будет иметь место касание кольцевыми выступами наконечника 2 кромок кольцевых канавок решетки 1 (фиг.2) и последующее заполнение объемов канавок в процессе локальной деформации выступов на наконечнике 2. При этом по месту сопряжения диаметров "Д₂" и "Д₁" на решетке 1 формируется выступ, что фиксирует сварной шов между внутренним кольцевым выступом трубы и трубной решеткой 1 (фиг. 3).

Опытно-промышленная проверка разработанного способа прошла при закреплении труб с наконечниками в трубных решетках из стали 10 диаметром 600 мм и толщиной 60 мм. Основа трубы из стали 10 имела геометрические размеры 25 x 2,5 x 2920 мм. Наконечники изготавливались из стали 10 с максимальным внешним диаметром, равным 26,5 мм. Кольцевые выступы трапециевидного поперечного сечения имели следующие геометрические размеры: нижнее основание - 4 мм, верхнее основание - 2 мм, высоту 0,75 мм. Соединение наконечников с основой трубы выполняли электросваркой.

Отверстия решетки имели кольцевые канавки прямоугольного поперечного сечения шириной - 3,0 мм и глубиной - 0,5 мм.

По периметру канавок в отверстиях решетки выполняли режущим инструментом выемки (углубления) шириной 0,5 мм и глубиной - 0,2 мм, что обеспечивало равенство объема материала в выступе трубы объему канавок в решетке по местоположению углублений треугольного поперечного сечения.

Закрепление труб в трубных решетках осуществляли вальцовками фирмы "Индреско" и с применением стенда этой же фирмы.

Проведенные испытания сборки на прочность и герметичность показали ее соответствие требованиям производства. Отсутствовала необратимая деформация перемычек решетки после закрепления труб в трубной решетке.

Изобретение может быть использовано при ремонте теплообменных аппаратов, применяемых в различных отраслях промышленности, а также в энергетических установках судов и т.д., где требуются ремонт теплообменников с нештатными геометрическими отверстиями в трубных решетках.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к процессам закрепления труб в трубных решетках путем локализованного направленного пластического деформирования материала трубы. На внешней поверхности концов трубы формируют кольцевые выступы, после чего устанавливают трубу в отверстие решетки, имеющее кольцевые канавки прямоугольного поперечного сечения, обеспечивая совпадение выступов и канавок. Фиксируют трубу от возможного осевого перемещения и производят последующее ее закрепление в решетке путем приложения сжимающего усилия со стороны внутренней поверхности трубы. Трубу образуют путем соединения по торцам ее основы с наконечниками, имеющими на сопрягаемом с основой торце внутренний кольцевой выступ. Кольцевые выступы трубы формируют с трапециевидным поперечным сечением на наконечниках, а в процессе закрепления трубы соединение с наконечником фиксируют между решеткой и внутренним кольцевым выступом на наконечнике. Соединение наконечников с основой трубы выполняют посредством сварки. В результате обеспечивается получение соединения с требуемыми параметрами прочности и плотности. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ закрепления труб в трубных решетках, при котором на внешней поверхности концов трубы формируют кольцевые выступы, устанавливают ее в отверстие решетки, имеющее кольцевые канавки прямоугольного поперечного сечения, обеспечивая совпадение выступов и канавок, фиксируют трубу от возможного осевого перемещения и производят последующее ее закрепление в решетке путем приложения сжимающего усилия со стороны внутренней поверхности трубы, отличающийся тем, что трубу образуют путем соединения по торцам ее основы с наконечниками, имеющими на сопрягаемом с основой торце внутренний кольцевой выступ, кольцевые выступы трубы формируют с трапециевидным поперечным сечением на наконечниках, а в процессе закрепления трубы соединение с наконечником фиксируют между решеткой и внутренним кольцевым выступом на наконечнике. 2. Способ по п1, отличающийся тем, что соединение наконечников с основой трубы выполняют посредством сварки. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что наконечники выполняют из того же материала, что и материал основы трубы. 4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что наконечники и основу трубы выполняют из разных материалов.