ВАЛЬЦОВКА Российский патент 2007 года по МПК B21D39/06 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для развальцовки труб в трубных решетах при изготовлении теплообменных аппаратов для различных областей техники.

Вальцовки, содержащие корпус-сепаратор с окнами для размещения конусных вальцовочных роликов, выполненными но одному вдоль образующих корпуса равномерно по периметру с разворотом оси последних под заданным углом к упомянутым образующим в касательной к ним плоскости, собственно вальцовочные ролики, установленные в указанных окнах корпуса, и проходящее по оси корпуса веретено, в технике известны. Вальцовку для раздачи трубы, установленной в отверстии трубной решетки, вводят в трубу до упора закрепленной на корпусе вальцовки втулки в поверхность трубной решетки, обеспечивая заданное положение вальцовочного пояса в трубе в пределах трубной решетки. Затем перемещают веретено вдоль оси корпуса, раздвигая ролики до появления между трубой, роликами и веретеном надежного сцепления. После этого включают привод вращения веретена. Вследствие разворота осей вращения роликов относительно образующей корпуса сепаратора и оси веретена под действием силы трения происходит автоматическое дальнейшее выдвижение веретена (его самозатягивание) и увеличение диаметра расположения роликов - развальцовка трубы. Угол разворота оси роликов (γ) определяет скорость затягивания веретена и, следовательно, скорость развальцовки. Для повышения производительности угол разворота роликов стремятся принять большим (в пределах 0°30'-4,0°), однако при этом возрастает нагрузка на ролик, растут изгибающие усилия и стойкость роликов снижается. По мере самозатягивания веретена растет крутящий момент на валу привода его вращения, что при использовании электрического привода вращения упрощает постоянный контроль за изменением величины крутящего момента и позволяет обеспечить автоматическое ограничение его увеличения сверх заданной величины при достижении необходимой степени раздачи и предупредить преждевременное разрушение элементов вальцовки, повысить надежность и долговечность в эксплуатации. Такие самозатягивающиеся вальцовки получили весьма широкое распространение. Для улучшения работоспособности вальцовки и повышения долговечности в эксплуатации большое значение имеет соотношение между средним диаметром ролика и рабочим диаметром веретена в месте их контакта по достижении заданной степени развальцовки. Оно должно быть в пределах или в среднем в пределах 0,7-0,9. Конусность роликов, как правило, в два раза меньше конусности веретена: для роликов 1:40-1:80, для веретена 1:20-1:40 (Е.И.Юзик. Развальцовка труб в судовых теплообменных аппаратах. Л.: Судостроение, 1978. с.51-58).

К положительным особенностям таких вальцовок относится возможность развальцовки труб практически из всех применяемых в теплообменниках материалов, простота конструкции и достаточно высокая скорость развальцовки. Трубы деформируются роликами одновременно на всем участке вальцовочного пояса.

Для выполнения вальцовочных соединений с трубами малого внутреннего диаметра, например менее 13 мм, при необходимой длине вальцовочного пояса более 30-40 мм не удается спроектировать вальцовку достаточной прочности даже в случае регулировки (ограничения) крутящего момента. Поэтому вальцевание соединений с отношением общей длины вальцовочного пояса к оптимальной рабочей длине ролика более 1,0 (при большой толщине трубной решетки) выполняют последовательными участками длиной, меньшей рабочей длины ролика, в несколько переходов с перекрытием участков вальцевания для обеспечения необходимой плотности соединений. Это и является одним из существенных недостатков вальцовок рассмотренного вида, поскольку ограничивает производительность работ и повышает их трудоемкость.

Частично этот недостаток устраняет известная самозатягивающаяся вальцовка, конструктивная особенность которой заключается в том, что она снабжена дополнительным (по периметру корпуса) рядом цилиндрических роликов, имеющих диаметр, равный наибольшему диаметру основных конических роликов, и размещенных в окнах сепаратора, выполненных перед окнами основного ряда конических роликов в промежутках между ними с частичным взаимным перекрытием концевых участков вальцовочных поясов роликов в указанных рядах.

Эта вальцовка может рассматриваться как наиболее близкий аналог заявляемой - ее прототип - по техническому существу и по достигаемому эффекту (увеличению общей длины вальцовочного пояса).

Конструктивные особенности рассмотренной известной вальцовки определяют и некоторые особенности ее работы. Так, после сообщения веретену вращательного движения оно начинает «затягиваться» рядом конических роликов благодаря развернутости осей последних на некоторый угол относительно оси веретена - как и в рассмотренной ранее известной вальцовке. В процессе «самозатягивания» веретено перемещается в осевом направлении, раздвигая конические и цилиндрические ролики в радиальном направлении и деформируя трубу. Причем цилиндрические ролики начинают деформировать трубу вначале своим концом, частично перекрывающим вальцовочные пояса основных конических роликов, а затем в процессе раздачи трубы при перемещении веретена ширина линии контакта цилиндрических роликов с поверхностью трубы непрерывно увеличивается, пока цилиндрические ролики не начинают деформировать трубу всей своей длиной. В этот момент процесс развальцовки прекращают, веретену сообщают вращение в обратном направлении и вальцовку извлекают из трубы. Установка оси цилиндрических роликов параллельно оси веретена обеспечивает плавное изменение деформации трубы (контактных напряжений на границе раздела трубы и трубной решетки) от необходимых минимальных значений в месте выхода трубы в теплообменную полость до максимальных значений в зоне частичного взаимного перекрытия вальцовочных поясов цилиндрических и конических роликов по всей длине последних.

При этом продольные оси окон корпуса-сепаратора под установку дополнительных вальцовочных роликов параллельны продольной оси корпуса и оси веретена (см. авт. св. СССР №1459778, МПК В 21 Д 39/06, 1987 г.).

Вместе с тем, в тексте описания изобретения на рассмотренную вальцовку совершенно не приведены обоснования повышения надежности вальцовочных соединений за счет увеличения их виброустойчивой прочности, что указано в качестве цели изобретения. Это позволяет усомниться в достижении указанной цели при реализации вальцовки по указанному изобретению. И хотя отмеченная вальцовка действительно обеспечивает большую общую длину вальцовочного пояса по сравнению с описанной ранее известной вальцовкой, она не лишена и некоторых других недостатков:

- недостаточная прочность и надежность в эксплуатации корпуса для вальцевания труб наружным диаметром 20 мм и менее из-за сильного уменьшения площади «живого» сечения корпуса в зоне взаимного перекрытия вальцовочных поясов роликов;

- незначительное увеличение общей длины вальцовочного пояса;

- контактные давления (напряжения) на границах раздела труба-трубная решетка после развальцовки трубы со стороны входа трубного пучка (межтрубного пространства) значительно меньше, чем на выходе из трубной решетки, что увеличивает вероятность нарушения плотности соединения со стороны трубного пучка от ускоренного развития коррозии именно в этой зоне.

Изобретение направлено на решение задачи увеличения общей длины вальцовочного пояса вальцовки при обеспечении надежной плотности соединения труба-трубная решетка, надежности и долговечности в эксплуатации самой вальцовки.

Технический результат, который обеспечивается в результате решения поставленной задачи, - повышение производительности работ при изготовлении теплообменного оборудования, в частности при развальцовке труб в трубных решетках при толщине последних, превышающих оптимальную рабочую длину ролика.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что вальцовка содержит корпус-сепаратор, конусные вальцовочные ролики, имеющие вальцовочные пояса и головные и хвостовые концевые участки, окна для их установки, выполненные на корпусе-сепараторе равномерно по периметру с центральным углом 120° между смежными окнами и разворотом оси последних под заданным углом к образующей корпуса, проходящее по оси корпуса веретено, при этом, согласно изобретению, упомянутые окна расположены продольными рядами по три окна разной длины, крайние окна продольных рядов корпуса в каждом ряду и установленные в них ролики также выполнены разной длины, при этом расстояние между вальцовочными поясами роликов в смежных окнах каждого их ряда по длине корпуса одинаково и равно сумме выбранных значений длины перемычек корпуса между упомянутыми окнами и выполненных одинаковыми длин округлений головного и хвостового концевых участков каждого ролика, прилегающих к соответствующим границам вальцовочного пояса, длина вальцовочного пояса первого ролика в окне первого с начала отсчета продольного ряда меньше длины вальцовочного пояса первого ролика в окне второго по периметру корпуса продольного ряда на сумму указанной выше величины расстояния между вальцовочными поясами роликов в смежных окнах каждого ряда и выбранной постоянной величины обязательного перекрытия концевых участков вальцовочных поясов вторых роликов в соответствующих окнах каждого ряда встречным участком вальцовочного пояса, по крайней мере, одного ролика в окне одного из смежных рядов по периметру корпуса, длина вальцовочного пояса первого ролика в окне второго продольного ряда меньше длины вальцовочного пояса первого ролика в окне третьего ряда на такую же величину, при этом длина последнего не превышает установленного допустимого значения по условиям прочности, длина вальцовочного пояса третьего ролика в окне первого продольного ряда равна длине вальцовочного пояса первого ролика в окне третьего продольного ряда, длина вальцовочного пояса третьего ролика в окне второго продольного ряда равна длине вальцовочного пояса первого ролика в окне этого же ряда, длина вальцовочного пояса третьего ролика в окне третьего продольного ряда равна длине вальцовочного пояса первого ролика в окне первого продольного ряда, а длина вальцовочных поясов вторых роликов в окнах каждого продольного ряда одинакова, причем, общая длина вальцовочного пояса вальцовки равна сумме длин вальцовочных поясов всех трех роликов в окнах любого продольного ряда и указанного выше удвоенного расстояния между вальцовочными поясами роликов в смежных окнах каждого ряда.

Действительно, корпус заявляемой вальцовки по сравнению с прототипом обладает большей прочностью, поскольку основные и дополнительные вальцовочные ролики, тоже выполненные конусными, расположены последовательно в каждом продольном ряду с промежутками между вальцовочными поясами роликов в смежных окнах каждого ряда, перекрытыми вальцовочными поясами роликов в окнах смежных рядов по периметру корпуса, концевые участки вальцовочных поясов вторых (средних) роликов в соответствующих окнах каждого ряда выполнены с обязательным взаимным перекрытием встречным концевым участком вальцовочного пояса ролика в окне одного из смежных рядов по периметру корпуса, причем длина взаимного перекрытия концевых участков вальцовочных поясов указанных роликов выбирается одинаковой и должна быть в пределах заданной величины.

Выполнение вдоль образующих корпуса-сепаратора в один ряд по три окна разной длины и указанное размещение в них основных и дополнительных вальцовочных роликов обеспечили, по сравнению с прототипом, большее увеличение общей длины вальцовочного пояса, что позволит для заданного контактного напряжения (давления) между трубой и стенкой отверстия в трубной решетке выполнить соединение если не со одной установки вальцовки, то с меньшим числом переходов, что и повысит производительность работ без снижения эксплуатационных качеств вальцовки.

Выполнение крайних вальцовочных роликов в каждом продольном ряду заявляемой вальцовки разной длины обеспечивает заданную плотность соединения (контактных напряжений) между трубой и стенкой отверстия трубной решетки на длине вальцовочного пояса крайнего ролика меньшей длины по периметру корпуса после развальцовки трубы как со стороны входа трубного пучка в трубную решетку (межтрубного пространства), так и со стороны его выхода.

Заявленные взаимные зависимости длин вальцовочных поясов роликов вальцовки с учетом рекомендованных ограничений и размеров отдельных элементов роликов и корпуса вальцовки позволяют определить геометрические параметры каждого ролика, указанных его элементов и выбрать оптимальное значение общей длины вальцовочного пояса самой вальцовки для решения конкретных технологических задач.

Проведенный заявителем анализ уровня техники но доступным источникам не выявил сведений об аналогах, характеризующихся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам заявленного изобретения. Выявление наиболее близкого но совокупности существенных признаков аналога позволило выявить совокупность существенных признаков но отношению к указанному ранее техническому результату от использования отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию охраноспособности «новизна».

Проведенный заявителем дополнительный поиск по доступным источникам информации не выявил известных решений, существенные признаки которых совпадали бы с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Это подтверждает, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию охраноспособности «изобретательский уровень».

Отсутствие препятствий технического, технологического или иного характера для промышленного осуществления изобретения обеспечивает его соответствие критерию охраноспособности «промышленная применимость».

Сущность изобретения поясняют приводимые ниже примеры его конкретного осуществления, которые, однако, не исключают и другие возможные варианты в пределах заявленной формулы изобретения, и чертежи, на которых представлены:

- на фиг.1 - заявляемая вальцовка в продольном осевом разрезе;

- на фиг.2 - разрез А-А по фиг.1 (увеличено и повернуто), поясняющий взаимное расположение вальцующих роликов и веретена в корпусе вальцовки;

- на фиг.3 - схема расположения всех вальцовочных роликов заявляемой вальцовки на развертке ее боковой поверхности с учетом указанных в формуле изобретения зависимостей между размерами вальцовочных поясов роликов и их взаимного расположения при оптимальной длине вальцовочного пояса вторых роликов в каждом их ряду но длине корпуса вальцовки;

- на фиг.4 - то же, при допустимом уменьшении длины вальцовочного пояса вторых роликов в каждом ряду по длине корпуса вальцовки.

Заявляемая вальцовка содержит корпус-сепаратор 1, по оси которого проходит веретено 2 с гайкой 3 на его переднем рабочем конце и выполненным на противоположном конце хвостовиком 4 для соединения с приводом вращения веретена 2. Передняя рабочая часть корпуса-сепаратора 1 выполнена с окнами для установки конусных вальцовочных роликов 5, выполненными вдоль образующих корпуса 1 равномерно по его периметру с центральным углом 120° между смежными по периметру корпуса окнами (см. фиг.2) с разворотом оси окон и установленных в них роликов под заданным углом к упомянутым образующим корпуса в касательной к ним плоскости. Для выставления заданного интервала вальцевания на корпусе 1 в хвостовой его части установлена перемещаемая вдоль оси корпуса упорная втулка 6, связанная через подшипник 7 с обоймой 8. Упорная втулка 6 кренится на корпусе 1 в требуемом положении с помощью стопорного винта 9, при этом торец обоймы 8 после введения корпуса сепаратора 1 в вальцуемую трубу 10 обычно упирается в трубную решетку 11 и определяет расположение общего вальцовочного пояса вальцовки относительно трубной решетки 11 по толщине последней.

Одной из особенностей заявляемой вальцовки является то, что вдоль упомянутых образующих корпуса-сепаратора 1 выполнены в один ряд по три окна разной длины и в них размещены вальцовочные ролики 5 соответствующей длины, при этом в отличие от прототипа все вальцовочные ролики 5 выполнены конусными, окна каждого ряда корпуса 1 для их установки имеют соответствующую форму и расположены вдоль общей для них образующей корпуса, которая пересекается с серединой продольной оси каждого ролика 5 и соответственно окна для его установки, а продольная ось последних развернута относительно упомянутых образующих вокруг указанной точки их пересечения в касательной к ним плоскости на заданный угол γ (в пределах 0°30'...4°). Эти и другие отличительные особенности конструктивного выполнения элементов вальцовки, их взаимное относительное расположение и взаимозависимость размеров части элементов вальцовки, указанные в формуле изобретения, более наглядно поясняет фиг.3 прилагаемых чертежей, на которой показана схема расположения вальцовочных роликов 5 заявляемой вальцовки друг относительно друга. С учетом приведенных на этой фигуре чертежей обозначений частей элементов роликов заявляемой вальцовки и указанной в формуле изобретения взаимной зависимости их размеров можно записать следующее:

если l₁₁, l₂₁, l₃₁ - длины вальцовочных поясов первого (крайнего слева по фиг.3 и фиг.4), второго и третьего роликов первого с начала отсчета (верхнего на чертежах) ряда,

l₁₂, l₂₂, l₃₂ - длины вальцовочных поясов соответственно первого, второго и третьего роликов второго ряда,

l₁₃, l₂₃, l₃₃ - длины вальцовочных поясов первого, второго, и третьего роликов соответственно третьего ряда,

b - длина перемычки между смежными окнами корпуса в каждом продольном ряду,

- длина округления хвостового концевого участка каждого ролика,

- длина округления головного концевого участка каждого ролика,

то промежуток «В» между вальцовочными поясами смежных роликов в окнах любого продольного ряда определяется выражением

а при примет вид

где l_c - длина скруглений концевых участков каждого ролика.

Из формулы изобретения и фиг.3 чертежей следует, что общая длина вальцовочного пояса самой вальцовки L_Σ может быть определена любым из следующих выражений:

Из формулы изобретения следует также, что

где С - величина обязательного взаимного перекрытия концевых участков вальцовочных поясов вторых (средних) роликов в окнах каждого продольного ряда встречными концевыми участками вальцовочных поясов по крайней мере одного из роликов в окнах одного из смежных продольных рядов корпуса по его периметру, а также:

где l_доп - допустимая длина вальцовочного пояса первого ролика третьего ряда по условиям прочности;

Если теперь значение l₁₂ из выражения (6) подставить в выражение (5), получим

Зависимость (11) подтверждается из рассмотрения графического изображения размеров вальцовочных поясов указанных в ней роликов в схеме на фиг.3. Эта схема позволяет записать еще одну зависимость

Откуда

Из рассмотрения графического изображения размеров и относительного взаимного расположения роликов заявляемой вальцовки в схеме на фиг.3 очевидна возможность уменьшения длины вторых (средних) роликов каждого их ряда без нарушения указанной в формуле изобретения совокупности существенных признаков. Их длина в этом случае может составить

Схема расположения всех вальцовочных роликов заявляемой вальцовки на развертке ее боковой поверхности с учетом уменьшенной длины вторых (средних) роликов каждого их ряда до указанной в зависимости (14) показана на фиг.4 прилагаемых чертежей. Зависимость размеров остальных роликов и общей длины вальцовочного пояса вальцовки по схеме на фиг.3 и на фиг.4 остается без изменений. Отличие вальцовки по схеме на фиг.3 заключается в том, что промежутки "В" между вальцовочными поясами смежных роликов всех рядов вальцовки но длине ее вальцовочного пояса L_Σ не совпадают и смещены один относительно другого по меньшей мере на указанную величину "С" обязательного взаимного перекрытия концевых участков вальцовочных поясов вторых (средних) роликов в соответствующих окнах каждого ряда встречным концевым участком вальцовочного пояса ролика в окне одного из смежных рядов по периметру корпуса. А это означает, что контактные напряжения на границе раздела труба-трубная решетка после развальцовки труб на одинаковых участках длиной, равной длине вальцовочного пояса первого ролика первого ряда (l₁₁) и третьего ролика третьего ряда (l₁₁) от соответствующих торцов трубной решетки, будут одинаковыми и будут иметь максимальное заданное значение, а между указанными участками эти напряжения будут периодически несколько снижаться на одинаковой длине, равной расстоянию "В" между вальцовочными поясами смежных роликов любого ряда, и вновь возвращаться к максимальному значению на прилегающих участках длиной, равной величине "С" указанного обязательного взаимного перекрытия концевых участков вальцовочных поясов вторых (средних) роликов каждого ряда. В вальцовке по схеме на фиг.4 эта закономерность частично нарушена: в средней части по длине вальцовочного пояса L_Σ имеет место совмещение промежутка "В" между вальцовочными поясами роликов 5 двух продольных рядов (первого и третьего по схеме на фиг.4), и снижение контактных напряжений на границе раздела труба-трубная решетка на этом участке будет более заметным. Однако это обстоятельство практически не отразится на общей плотности вальцовочных соединений и не вызовет ухудшения надежности и других показателей соединения.

Следовательно, заявляемая вальцовка при прочих равных условиях может быть изготовлена с длиной вальцовочного пояса L_Σ в некотором интервале значений.

Если в выражение (2) подставить значение l₁₁ из выражения (11), заменив в последнем на основании выражения (7) l₁₃ на равное ему l₃₁, получим:

Тогда после замены l₂₁ его значением из выражения (13) для вальцовки по схеме на фиг.3 получим:

а после замены l₂₁ его значением из выражения (14) для вальцовки по схеме на фиг.4 получим:

Иными словами, при прочих равных условиях вальцовка в соответствии с данным изобретением может быть изготовлена с общей длиной вальцовочного пояса как минимум в пределах от 2l₃₁+2(В+С) до 2l₃₁+В+С за счет возможного изменения длины вторых (средних) роликов всех продольных рядов вальцовки в пределах от l₂₁=l₂₂=l₃₁=2В+3С из выражения (13) до

l₂₁=l₂₂=l₃₁=В+2С из выражения (14).

Однако общая длина вальцовочного пояса вальцовки (L_Σ) может быть дополнительно увеличена, если длину вальцовочного пояса вторых (средних) роликов каждого продольного ряда увеличить до размеров вальцовочного пояса третьего ролика первого продольного ряда или равного ему вальцовочного пояса первого ролика третьего ряда, т.е.

l₂₁=l₂₂=l₃₂=l₃₁.

Если в выражении (2) l₂₁ заменить на l₃₁, а вместо l₁₁ подставить его значение из (11), получим:

Это позволяет при выборе по техническим, технологическим или иным соображениям конкретных значений величин "b", и или "l_c" (при ) и "С" выбирать и конкретное значение общей длины вальцовочного пояса самой вальцовки L_Σ с последующим расчетом остальных параметров элементов вальцовки. Возможен предварительный выбор и длины вальцовочного пояса первого ролика в окне первого продольного ряда в схеме на фиг.3 или фиг.4 или равной ему длины вальцовочного пояса третьего ролика третьего продольного ряда, поскольку она определяет длину входного и выходного участков в соединении труба-трубная решетка с заданной максимальной плотностью соединения после развальцовки труб.

Выбираемые для расчета значения указанных выше элементов вальцовки могут иметь абсолютную величину в следующих пределах:

- "b" - от 3 до 6 мм - по условиям прочности материала корпуса вальцовки и величины возможных нагрузок;

- и - от 2 до 4 мм - из практических данных;

- "С" - от 2 до 4 мм - для обеспечения гарантированного перекрытия граничных участков вальцовочных поясов соответствующих роликов.

Учитывая, что максимальная длина вальцовочного пояса третьего ролика в окне первого продольного ряда, равная длине вальцовочного пояса первого ролика в окне третьего продольного ряда, не должна превышать 40 мм для труб с внутренним диаметром до 13 мм, возможная максимальная длина вальцовочного пояса первого ролика в окне первого продольного ряда определяется из выражения (11). Максимальная длина вальцовочного пояса первого ролика первого продольного ряда зависит от жесткости требований по плотности входных и выходных участков соединения труба-трубная решетка, но желательно, чтобы она была не менее 6 мм. В этом случае минимальная длина вальцовочного пояса третьего ролика в окне первого продольного ряда определяется из того же выражения (11):

Для развальцовки труб диаметром 16 мм с толщиной стенки 1,2 мм и 1,4 мм в трубных решетках толщиной 125 мм, 140 мм и 170 мм при изготовлении теплообменников для разных энергетических установок заявителем разработан один типоразмер заявляемой вальцовки НТЦТ-270. При этом были приняты следующие размеры указанных выше выбираемых элементов вальцовки:

b=4 мм, , с=3 мм

Тогда из выражения (1) определится длина промежутка "В" между вальцовочными поясами смежных роликов в окнах любого продольного ряда, которая составит:

В=b+2l_c=4+2×3=10 (мм)

Исходя из требований к качеству (плотности) соединений входных и выходных участков труб в трубных решетках для изготавливаемых теплообменников энергетических установок длина вальцовочного пояса первого ролика первого продольного ряда "l₁₁" принята равной

l₁₁=10,5 (мм),

а длина вальцовочного пояса третьего ролика в окне первого ряда определится из выражения (11) и составляет

l₃₁=l₁₁+2(В+С)=10,5+2(10+3)=36,5 мм

Поскольку развальцовка труб в трубных решетках указанного ряда толщин может осуществляться только в два перехода, для обеспечения нормальной работоспособности и долговечности вальцовки оптимальная общая длина ее вальцовочного пояса выбрана из расчета полного перекрытия наибольшей толщины трубной решетки (170 мм) из указанного ряда за два перехода с обеспечением взаимного перекрытия вальцуемых участков длиной 4 мм, т.е.

L_Σ=(1704+4)/2=87 (мм)

Тогда длина вторых (средних) роликов в окнах каждого продольного ряда определится из выражения (2) и составит (после преобразований выражения 2):

l₂₁=l₂₂=l₂₃=L_Σ-l₁₁-l₃₁-2В=87-10,5-36,5-2×10=20 (мм),

а длина первого и третьего роликов в окнах второго продольного ряда может быть определена любым из указанных ранее выражений (3), (5), (6) и составит (из выражения 5):

l₁₂=l₃₂=l₁₁+В+C=10,5+10+3=23,5 (мм)

Теперь без труда можно определить полные размеры всех без исключения роликов заявляемой вальцовки и связанных с ними размеров корпуса-сепаратора, полная длина которого определяется технологическими соображениями (количеством вальцовочных переходов при развальцовке таких же труб в трубных решетках большей толщины) и конструктивными размерами узла упорная втулка (6)-обойма (8).

Из изложенного ранее можно рассчитать минимальную и максимальную длину общего вальцовочного пояса заявляемой вальцовки.

Для расчета минимальной общей длины вальцовочного пояса вальцовки надо принять минимальное из рекомендованных (или допустимых) значений длины вальцовочного пояса первого ролика в окне первого продольного ряда, в частности:

l₁₁=6 мм

Тогда минимальная длина вальцовочного пояса третьего ролика в окне первого продольного ряда определится из выражения (11):

l₁₁=l₁₃-2(В+С) или l₁₈=l₁₁+2(В+С)=6+2(10+3)=32 (мм)

Минимальная длина вторых (средних) роликов в окне любого продольного ряда определяется выражением (14) и составляет:

l₂₁=l₂₂=l₂₃=В+2С=10+2×3=16 (мм).

Тогда минимальная общая длина вальцовочного пояса заявляемой вальцовки из выражения (2) составит:

Максимальная общая длина вальцовочного пояса заявляемой вальцовки определится из выражения (18), если длину вальцовочных поясов второго и третьего роликов в соответствующих окнах первого продольного ряда принять равной максимально допустимому значению 40 мм для труб с внутренним диаметром 13 мм. Она составит:

Однако в любом из рассмотренных случаев заявляемая вальцовка сохраняет все существенные признаки, указанные в формуле изобретения.

Работа заявляемой вальцовки при выполнении соединения труб указанного типоразмера с трубными решетками названного ряда толщин при изготовлении теплообменников заключается в следующем.

Поскольку при выполнении соединения труб с трубной решеткой изготавливаемых заявителем теплообменников предусмотрено предварительное соединение выходных концов пучка труб с трубной решеткой приваркой к последней концов труб по их периметру, развальцовку труб в отверстиях трубной решетки в этом случае можно начинать с выходного конца труб или несколько отступив от него. Для этого при отпущенном стопорном винте 9 упорную втулку 6 перемещают вдоль корпуса 1 в положение, при котором рабочий торец обоймы 8 окажется в заданном положении относительно границы хвостового участка общего вальцовочного пояса вальцовки, после чего положение втулки 6 (и соответственно обоймы 8) вновь фиксируют стопорным винтом 9. В таком положении корпус 1 вальцовки с установленным по его оси веретеном 2 передним концом последнего с гайкой 3 вводят в вальцуемую трубу 10 до упора торца обоймы 8 в трубную решетку 11 или выступающий из нее выходной конец трубы 10. Затем осевым перемещением веретена 2 осуществляют радиальное смещение вальцовочных роликов 5 до появления между трубой 10, роликами 5 и веретеном 2 надежного сцепления. Затем веретену 2 сообщают вращение от привода, связанного с хвостовиком 4 веретена 2. В качестве привода используют электрический или пневматический двигатели с ограничением крутящего момента на его валу для окончания развальцовки. При вращении веретена 2 вследствие разворота осей вращения роликов 5 относительно образующих корпуса-сепаратора 1 и оси веретена 2 под действием сил трения происходит автоматическое дальнейшее выдвижение веретена 2 (его самозатягивание) и увеличение диаметра расположения роликов 5 - развальцовка трубы. При этом возрастает крутящий момент на валу двигателя. При заданной степени развальцовки трубы 10 в отверстии трубной решетки 11 крутящий момент на валу двигателя достигает установленного значения и срабатывает система автоматического отключения двигателя. Теперь веретену 2 сообщают вращение в обратном направлении и вальцовку извлекают из трубы 10. Для завершения развальцовки трубы 10 в отверстии трубной решетки 11 по всей толщине последней отпускают стопорный винт 9 и перемещают упорную втулку 6 с обоймой 8 до установки рабочего торца последней на расстоянии от границы головного участка общего вальцовочного пояса вальцовки, равном толщине трубной решетки 11. После этого положение упорной втулки 6 с обоймой 8 вновь фиксируют стопорным винтом 9, вальцовку вводят в частично развальцованную трубу 10 до упора торца обоймы 8 в трубную решетку 11 и повторяют все операции первого перехода развальцовки. После окончания развальцовки одной трубы 10 в трубной решетке 11 переходят к развальцовке очередной трубы. Для повышения производительности работ возможно выполнение первого перехода развальцовки последовательно для всех труб, установленных в трубной решетке, с последующим последовательным выполнением второго перехода развальцовки.

Проведенные у заявителя испытания изготовленных узлов соединения труб с трубной решеткой, выполненных с использованием заявляемой вальцовки, подтвердили соответствие качества выполненных соединений установленным требованиям при повышении производительности работ более чем на 30% за счет сокращения технологических переходов развальцовки труб в трубных решетках аналогичной толщины с трех-четырех переходов при использовании известных самозатягивающихся вальцовок до двух переходов за счет увеличения общей длины вальцовочного пояса самой вальцовки.

Следовательно, заявляемая вальцовка обеспечивает решение поставленной задачи с достижением указанного выше технического результата и может быть признана изобретением с предоставлением правовой защиты.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для развальцовки труб в трубных решетках. Вальцовка содержит корпус-сепаратор, конусные вальцовочные ролики, имеющие вальцовочные пояса и головные и хвостовые концевые участки, окна для их установки, проходящее по оси корпуса веретено. Окна выполнены на корпусе-сепараторе равномерно по периметру с центральным углом 120° между смежными окнами и разворотом оси последних под заданным углом к образующей корпуса. Упомянутые окна расположены продольными рядами по три окна разной длины. Крайние окна продольных рядов корпуса в каждом ряду и установленные в них ролики также выполнены разной длины. При этом длины вальцовочных поясов роликов и расстояния между вальцовочными поясами определяют из соотношений, приведенных в описании изобретения. Причем общая длина вальцовочного пояса вальцовки равна сумме длин вальцовочных поясов всех трех роликов в окнах любого продольного ряда и удвоенного расстояния между вальцовочными поясами роликов в смежных окнах каждого ряда. В результате повышается производительность работ при изготовлении теплообменного оборудования. 4 ил.

Вальцовка, содержащая корпус-сепаратор, конусные вальцовочные ролики, имеющие вальцовочные пояса и головные и хвостовые концевые участки, окна для их установки, выполненные на корпусе-сепараторе равномерно по периметру с центральным углом 120° между смежными окнами и разворотом оси последних под заданным углом к образующей корпуса, проходящее по оси корпуса веретено, отличающаяся тем, что упомянутые окна расположены продольными рядами по три окна разной длины, крайние окна продольных рядов корпуса в каждом ряду и установленные в них ролики также выполнены разной длины, при этом расстояние между вальцовочными поясами роликов в смежных окнах каждого их ряда по длине корпуса одинаково и равно сумме выбранных значений длины перемычек корпуса между упомянутыми окнами и выполненных одинаковыми длин скруглений головного и хвостового концевых участков каждого ролика, прилегающих к соответствующим границам вальцовочного пояса, длина вальцовочного пояса первого ролика в окне первого с начала отсчета продольного ряда меньше длины вальцовочного пояса первого ролика в окне второго по периметру корпуса продольного ряда на сумму указанной выше величины расстояния между вальцовочными поясами роликов в смежных окнах каждого ряда и выбранной постоянной величины обязательного перекрытия концевых участков вальцовочных поясов вторых роликов в соответствующих окнах каждого ряда встречным участком вальцовочного пояса, по крайней мере, одного ролика в окне одного из смежных рядов по периметру корпуса, длина вальцовочного пояса первого ролика в окне второго продольного ряда меньше длины вальцовочного пояса первого ролика в окне третьего ряда на такую же величину, при этом длина последнего не превышает установленного допустимого значения по условиям прочности, длина вальцовочного пояса третьего ролика в окне первого продольного ряда равна длине вальцовочного пояса первого ролика в окне третьего продольного ряда, длина вальцовочного пояса третьего ролика в окне второго продольного ряда равна длине вальцовочного пояса первого ролика в окне этого же ряда, длина вальцовочного пояса третьего ролика в окне третьего продольного ряда равна длине вальцовочного пояса первого ролика в окне первого продольного ряда, а длина вальцовочных поясов вторых роликов в окнах каждого продольного ряда одинакова, причем общая длина вальцовочного пояса вальцовки равна сумме длин вальцовочных поясов всех трех роликов в окнах любого продольного ряда и указанного выше удвоенного расстояния между вальцовочными поясами роликов в смежных окнах каждого ряда.