Способ крепления труб в трубных решетках теплообменных аппаратов Советский патент 1984 года по МПК B21D39/06 

1. СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ТРУБ В ТРУБНЫХ РЕШЕТКАХ ТЕШ100БМЕННЫХ АППАРАТОВ, заключающийся в развальцовке трубы с образованием натяга между трубой и решеткой, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы путем повышения внбропрочности вальцованных соединений, трубу предварительно закрепляют в отверстии трубной решетки у ее внутренней плоскости в локальных участках одного сечения,суммарная окружная длина которых составляет не более 60% длины окружности на внутреннем диаметре трубы, а развайьцовку трубы производят от зоны закрепления до наружной плоскости трубной решетки. 2. Способ ПОП.1, отличающийся тем, что развальцовку осуществляют инструментом с вращающимися роликами, перемещающимися в осевом направлении,, причем развальцовку производят в два этапа: на первом этапе трубу развальцовывают до .аыбора зазора между трубой и решеткбй по всей датине сопряжения, а на втором этапе - до заданной степесл ни развальцовки от зоны закрепления до наружной плоскости трубной решетки. .

Изобретение относится к производству теплообменных аппаратов, в част ности к креплению труб в трубных решетках. Известен способ крепления труб в трубных решетках, осуществляем1 1й развальцовкой с образованием натяга между трубой и трубной решеткой по всей длине их контакта Щ. Такие соединения надежны И удовлетворительно работают в регламентированных режимах эксплуатации тепло.обменного аппарата. Однако, в экстре мальных условиях работы, например при возникновении автоколебаний труб ньк пучков, вальцованные соединения разрушаются в опасном сечении - в начале вальцованного пояса из-за остаточных напряжений большой величины распределенных по всей площади контакта трубы и решетки. Из-за разруше ния вальцованных соединений тетшорб.менных аппаратов, работающих при поВьш1енных уровнях вибраций трубных пучков, снижается срок их службы, . что вызывает необходимость дополни . тельного изготовления аппаратов. Цель изобретения - увеличение сро ка службы теплообменных аппаратов пу тем повышения вибропрочности вальцованнь1х соединений. . . , „ . , Поставленная цель достигается тем что согласно способу, заключающемуся в развальцовке трубы с образованием «натяга между трубой и решеткой, трубу предварительно закрепляют в отверстии трубной решетки у ее внутренней плоскости в локальных участках одного сеЧения, суммарная окружная длина которых составляет не более 60% длины окружности на внутреннем диаметре трубы, а развальцовку трубы производят от зоны закрепления до наружной плоскости трубной р-ешетки Развальцовку осуществляют инструментом с вращающимися роликами, перемещающимися в осевом направлении, причем развальцовку производят в-два этапа: на первом этапе t трубу разваль-доВДзают до выбора зазора между : ттрубой и решеткой по всей длине сопря йения, а на втором этапе до за дашой степени развальцовки от зоны закрепления до наружной плоскости Трубной решётки. . Применение предлагаемого способа повышает вибропрочность вальцованных соединений вследствие уменьшения объема материала трубы, находящейся в зоне максимальных напряжений, т.е. в зоне контакта трубы с трубной решеткой. В описываемом способе труба и решетка контактируют в опасном сечении не по всей длине окружности, а только в локальньк участках, между которыми имеет место зазор или контакт без натяга. Эксперименты показали, что при выполнении соединений по предлагаемому способу предел выносливости, характеризующий вйбропрочность соединений, увеличивается, в зависимости от материала труб, на 30-70% по сравнению с пределом выносливости соединений, развальцованных без лредварительного закрепления труб у внутренней плоскости трубной решетки. Для того, чтобы при последуйщей развальцовке не создавать дополнительно остаточные напряжения в опасном сечении труб, их деформирование с заданной степенью необходимо производить на участке от зоны закрепления до наружной плоскости решетки. Вальцовки заводят в трубу, не доводя 1-2 мм до зоны закрепления, и развальцовывают трубу до заданной степени на всем участке контакта роликов с трубой. При применении роликовых инструментов, перемещающихся В осевом направлении к наружной плоскости трубной решетки (труборасширители), невозможно обеспечить При однократном проходе развальцов;ку соеди нений с заданной степенью сразу же за зоной закрепления. Особенность работы труборасширителя заключается в том, что ролики в начале развйльцовки перемещаются не только в радиальном, но и в осевом направлениях, плавно увеличивая наружный диаметр трубы от исходного значения до соответствующего заданной в технологическом процессе степени развальцовки. Так хсак качество вальцованных соединений обеспечивается только зоной вальцованного пояса с заданной степенью развальцовки, то наличие такс™ го переходного участка, уменьшающего длину Вальцованного пояса, снижает герметичность и прочность вальцованных соединений. Протяженность переходного участка в основной зависит от величины исходного зазора между трубой и поверхностью отверстия и, например, при развальцовке труб размером. 16x1,5 мм составляет при минимальном зазоре примерно 10 мм, при максимальном -г примерно 20 мй. Следовательно, для сокращения переходного участка и увеличения длины валь цованного пояса необходимо развапь цовку с заданной степенью производит при нулевом зазоре, чтобы ролики тру борасширителя,сразу же деформировали трубу совместно с решеткой. По сравнению с известным предлагаемый способ повышает ррок службы теплообменных аппарато1В и снижает расходы на их изготовление за счет повышения вибропрочности вальцованны соединений. На фиг,1 показана труба, вставлен ная с зазором в отверстие трубной ре шетки j на .2 - труба, закреплен-. .пая п отверстии трубной решетки, и труборасниритель в исходном положении перед первым этапом развальцовки на фиг.З - исходное положение труборасширителя перед:вторым этапом развальцовки; на фиг.4 - развальцованное соединение; на фиг.5 - сече-. нйе А-А на фиг.4. В трубу 1 (фиг.1), вставленную в трубную решетку 2, заводят цанговый инструмент (не показйн) н, раздвигая Лепестки инструмента, деформируют трубу в локальных уч:астках ; 3 (фиг.2) до создания натяга между этими , участками и поверхностью отверстия. Зону .закрепления располагают на расстоянии 2-4 мм от внутренней плоскрс ти трубной решетки. Число локальных участков выбирают из условия обеспечения их суммарной окружной длины :(не более 60% длины окружности) на. внутреннем диаметре трубы. Величину натяга в локальных участках подбирают экспериментально так, чтобы при последующей развальцовке труба не провора 1ивалась. ртносительно оси. Зй тем Цанговый инструмент выводят из трубы и производят развальцовку При использовании инструментов, не перемещающихся в осевом направлении (.вальцовок), их, устанавливают за зоной закрепления и развальцовывают трубу с заданной степеныЬ развальцовки от зоны закрепления до наружной плоскости трубной решетки за од- ну установку инструмента. При использовании инструментов, перемещающихся в осевом направлении (труборасширителей) подготавливанп- два ком плекта инструментов, отличающихся величиной максимального диаметра расположения роликов и соответственно максимальным диаметром деформирования трубы, а также глубиной заводки в трубу. В первом комплекте труборасширители настраивают на величину деформирования трубы, равной величине зазора между трубой и отверстием трубной решетки, и на глубину заводки, равную толщине трубной решетки, а во втором комплекте - на величину деформирования трубы, соответствующую заданной степени; развальцовки, и на глубину заводки в трубу - до зоны закрепления. На первом этапе в трубу 1, закрепленную по локальным участкам 3 в трубной решетке 2 , (фиг.2), заводят труборасширитель 4 первого комплекта так, чтобы ролики 5 располагались з.а трубной решеткой 2. При вращении труборасширителя ролики 5 в начальный момент перемещаются в радиальном и осевом направлениях, деформируя трубу При этом переходный участок, на котором наружный диаметр плавно увеличивается от исходной величины до величины диаметра отверстия, из-за начального расположения роликов за трубной решеткой также расположен за трубной решет1 ой. Поэтому после первого этапа/развальцовк труба оказьшается деформированной по наружному диаметру на величину исходного зазора по всей толщине трубной решетки. Так как труба на первом этапе не привальцована к трубной решётке, то и дополнительные остаточные контактные, напряжения между локальными участками трубы и решеткой в зоне закрепления не возникают. На втором этапе развальцовки в трубу 1 заводят труборасширитель А, взятый из второго комплекта (фиг.З). При этом ролики 5 располагает в трубной решетке за зоной закрегшения. При вращении труборасширителя из-за отсутствия зазора ролики 5 начинают сразу же деформировать трубу совместно с трубной решеткой, увеличивая степень развальцовки от нуля до требуемого значения. При этом величина переходного участка уменьшается с 10-20 мм до 2-4 мм, Ир и м е р. Изготавливают две группы образцов вальцованных соединений мельхиоровых труб размером 16/1,5 мм с латунными трубными решетками толщиной 30 мм. Трубы образцов первой группы развальцовывают труборасширителем за один проход по всей толщине.решетки без предварительного закрепления труб, а трубы образцов второй группы развальцовывают труборасишрителями по предлагаемому способу с предварительным закреплением в шести локальных участка длиной по 3,5 мм каждый. Величина пе реходного участка развальцованной трубы от исходного ее диаметра до ди аметра, соответствующего требуемой степени развальцовки (10%) составля756ет для первой группы 9,6-19,8 мм, а для второй группы 2-3,8 мм. Испытания вибропрочности образцов при переменном изгибе с 4acTOTofi 50 Гц на базе 10 циклов показывают, что предел выносливости образцов, вьщолненных по базовому способу равен 90 МПа, а по предлагаемому 120 МПа. При этом герметичность соединений первой группы составляет в зависимости от фактической длины вальцованного пояса от 12 до 25 МПа, а соединений второй группы в связи с увеличением длины вальцованного пояса от 28 до 34 МПа.

1

.З