Способ крепления труб в трубных решетках теплообменников с U-образными трубами Советский патент 1991 года по МПК B21D39/06 

Изобретение относится к способу крепления труб в трубных решетках теплообменников с 0-образными трубами и может быть использовано в нефтяном, химическом и энергетическом аппаратостроении.

Цель изобретения - снижение трудоемкости при развальцовке труб в теплообменных аппаратах с U-образными трубами.

На чертеже представлен график расчета размеров центральной зоны обработки.

Для определения качества развальцовки на заводе изготовителе проводится испытание герметичности вальцовочных соединений давлением испытательной среды в межтрубном пространстве. Во время этих испытаний, а также в процессе эксплуатации, когда давление в межтрубном пространстве выше, чем в трубном, в трубных решетках теплообменных аппаратов с U-образными трубами возникает значительный (до 6 мм) прогиб, направленный в сторону лицевой поверхности. При этом происходит снижение контактного давления между трубами и трубной решеткой в вальцовочных соединениях, примыкающих к лицевой поверхности, и увеличение контактного давления в вальцовочных соединениях, примыкающих к тыльной поверхности трубной решетки.

Это связано с тем, что слои трубной решетки при таком прогибе со стороны лицевой поверхности растягиваются, а со стороны тыльной поверхности сжимаются.

Согласно теории изгиба круглых пластин напряжение растяжения достигает максимума в центре пластины на ее выпуклой поверхности. Отсюда следует, что разгерметизация вальцовочных соединений,

О

ю ел ел ел

Јь

примыкающих к выпуклой поверхности трубной решетки, начинается в первую очередь в центральной зоне трубной решетки с радиусом 0 R 5 D/2, где R - радиус центральной зоны решетки, D - диаметр решетки.

Расчеты радиусов зон разгерметизации выполнены следующим образом.

В теплообменном аппарате с U-образны- ми трубами трубную решетку толщиной Н, перекрывающую кожух с внутренним радиусом а, можно рассматривать как круглую защемленную пластинку того же радиуса и толщины. Защемление образуют фланцевая часть трубной решетки совместно с фланцевой частью крышки или распределительной камеры аппарата.

Для круглой защемленной пластинки радиуса а распределение изгибающих моментов Mr и Mt при приложении давления Р определяется по формулам сопротивления материалов

a2(1 + v)- r2(3+v); (1)

Mi

16

Mf

а2(1 + v}- r2(1+3v),

где г - текущий радиус;

V - коэффициент Пуассона, принимаемый равным в данном случае 0,3.

Напряжения изгиба достигают максимума на поверхности пластинки 6Мг . (2)

Or

Or

Н Н/ Первый инвариант тензора напряжений на поверхности пластинки с учетом (1) и (2) равен

+ 0t 3- a -2 г 2.

(3)

4 Н

1 Изгибные напряжения вызывают уменьшение контактного давления в соединениях труб с трубной решеткой. Для обеспечения герметичности необходимо выполнение условия

2Рк-И Р, (4)

где Рк - минимальное значение контактного давления;

Р - эксплуатационное давление, на которое рассчитан аппарат.

Условие (4) иначе можно записать в виде

11

Рк-i 11 Р.

2 2

Это условие выражает требование, чтобы контактное давление Рк с учетом его

уменьшения на величину -к h, связанную с изгибом трубной решетки, превышало приведенное давление - Р- приложенное к трубной решетке. Коэффициент 1/2 при Р

учитывает, что давление приложено только к части поверхности трубной решетки, заключенной между трубами.

Подставляя (3) в (4), получают

- VРк-2Р /Н (ъ

г- i п ч -9 °

a f и,ь г. р g j

Если г R - радиус центральной зоны трубной решетки, где необходима развальцовка вторым поясом, 2а D - внутренний диаметр кожуха теплообменного аппарата, формула (5) принимает вид:

15

. 2Рк-2Р f2HVT (6) D I 0,5-2р I-TJ-J

где R - радиус центральной круговой зоны тыльной стороны решетки, см; D - внутренний диаметр кожуха аппарата, см;

Рк - минимальное значение контактного давления, кг/см ;

Р - эксплуатационное давление, на ко- торое рассчитан аппарат, кг/см2;

Н - толщина трубной решетки, см.

Способ осуществляют следующим образом.

Сначала развальцовывают все трубы на участках, примыкающих к лицевой поверхности трубной решетки, Затем по формуле (6) определяют радиус центральной круговой зоны, где возможна разгерметизация, В этой зоне .производят дополнительную раз- вальцовку труб на участках, примыкающих к тыльной поверхности трубной решетки.

Пример. Теплообменные аппараты 1200ТУ-16-М1-0/6-К имеют исполнение М1. Для этого исполнения минимальное контакт- ное давление (остаточное давление) РК 184 кгс/см . Эксплуатационное давление Р 16 кгс/см2, Толщина трубной решетки Н 7,6 см. Внутренний диаметр кожуха 0 120 см.

Подставляя эти данные в (6), получают 2R ,

120

: 0,44,

откуда радиус центральной зоны, где необходима развальцовка вторым поясом,

см.

Это же значение получают из графика (сплошная линия, помещенная точками) при 2H/D 2-7,6/120 0,126.

При гидройспытаниях двух контрольных аппаратов давлением 20 кгс/см2, развальцованных одним поясом, в центральной зоне того же радиуса (26 см) зафиксированы соответственно 20 и 32 течи.

Формула изобретения Способ крепления труб в трубных решетках теплообменников с U-образными трубами, заключающийся в развальцовке труб на лицевой и тыльной сторонах труб- ной решетки, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости, на тыльной стороне решетки трубы развальцовывают только в центральной круговой зоне, радиус R которой находится в пределах

О R D/2, где D - диаметр решетки.

Изобретение относится к способам крепления труб в трубных решетках теплообменных аппаратов и может быть использовано в энергетическом, химическом и нефтяном аппаратостроении. Цель изобретения - снижение трудоемкости развальцовки труб в теплообменных аппаратах пут.ем уменьшения числа узлов крепления труб. Все трубы развальцовывают с лицевой стороны решетки. Трубы, находящиеся в центральной круговой зоне решетки, дополнительно развальцовывают с тыльной стороны решетки. Радиус зоны дополнительной развальцовки труб определяют из соотношения 0 :Ј R D/2, где R - радиус центральной зоны тыльной стороны трубной решетки аппарата; D - внутренний диаметр кожуха аппарата. 1 ил. у Ё

. 0,1

о.а

ом