Способ крепления труб в трубных решетках кожухотрубчатых теплообменных аппаратов Советский патент 1992 года по МПК B21D39/06 F28F1/00 

Изобретение относится к способу крепления труб в трубных решетках кожухотруб- чатых теплообменных аппаратов, может быть использовано в нефтяном-, химическом и энергетическом машиностроении и является усовершенствованием известного способа по авт. ев № 1366263.

Цепью изобретения является повышение ресурса теплообменных аппаратов до капитального ремонта за счет увеличения контактного давления в соединениях труб с трубными решетками.

В связи с естественным разбросом геометрических и механических параметров вальцовочных соединений несущая способность развальцованных концов труб колеблется от максимального до минимального значения.

Максимальное контактное давление Рмэкс. которое может быть получено в вальцовочном соединении, ограничивается по условиям прочности минимальным значением несущей способности развальцованного конца трубы

Рмакс

Рмакс In -- JOil

(1)

О макс

где Стмин - наименьшее значение предела текучести материала трубы:

йрмэкс наибольший диаметр отверстия в трубной решетке:

diManc наибольшей внутренний диаметр трубы после развальцовки.

В то же время согласно ОСТу для этих вальцовочных соединений на нижней границе поля допуска существует минимальное контактное (остаточное) давление Рошть.

о

ICO Ю

Ю ;СЛ

l

to

При развальцовке несущая способность трубы используется не о полной мере, т.е. имеется резеро для пооышения уровня контактного давления

Л Р Рмакс - Ронял.(2)

Сущность заявляемого способа состоит в том, чтобы до начала.развальцовки растянуть трубную решетку всесторонним равно- мерным радиальным усилием Р, приложенным к ее боковой поверхности, а после окончания развальцовки это усилие снять„При этом трубная решетка сожмется и контактное давление в вальцовочных соединениях возрастет.

Рассмотрим подробнее этот процесс. При растяжении трубной решетки всесторонним равномерным радиальным усилием Р поверхности отверстий втрубной решетке свободны от напряжений, поэтому процесс развальцовки протекает как обычно. После снятия растяжения трубная решетка сжимается. Согласно принципу суперпозиции снятие растягивающего усилия эквивалентно приложению равного сжимающего усилия.

В круглой пластинке, нагруженной по боковой поверхности всесторонним равномерным радиальным сжимающим усилием реализуется состояние гидростатического равновесия. При этом повышение контактного давления ДР от сжатия пластинки радиальным усилием Р определяется из решения осесимметричной задачи теории упругости

- .(3) . . . ; . dp4 .-(r-dr) .-.-.. - где t и dp - шаг расположения и номинальный диаметр отверстий в трубной решетке; di - средний внутренний диаметр труб после развальцовки.

Из решения ооесиглметричной задачи теории упругости определяется также радиальная деформация трубной решетки 1-Я

Ґ1

где ft - коэффициент Пуансона, принимаемый равным 0,3;.

Е - модуль упругости материала трубной решетки;. -.

ф- коэффициент жесткости перфорированной плиты,определяемый о зависимости от коэффициента

.

W

п 1 n di

-1

A ai

где n - число отверстий n трубной решетке;

ai - радиус перфорированной зоны трубной решетки.

Деформацию трубной решетки удобно регистрировать механическим деформо

25

30

метром, установленным в центре. Обозначим длину его измерительной базы I, тогда показания деформометра при заданной деформации Ј определяется по формуле

5 и I e(5)

Способ осуществляется следующим образом.

По формуле (1) определяют допустимый уровень контактного давления Рмэкс.

10 Задаются минимальным контактным (остаточным) давлением Ромин. По формуле (2) определяют допустимое повышение контактного давления ДР.

Из формулы (3) по найденному значе15 нию А Р определяют соответствующее радиальное усилие Р, а по формулам (4) и (5) - соответствующие усилию Р деформацию е и показание деформометра и.

20 Затем размечают трубную решетку на 3-5 кольцевых зон. содержащих примерно одинаковое количество труб.

Затем в центральной части трубной решетки устанавливают деформометр. Начальное показание деформометра устанавливают на 0.

Далее осуществляют растяжение трубной решетки, например, разогревом ее боковой поверхности. Контроль уровня растяжения осуществляют по показанию деформометра, определенному по формуле (5). Затем первой развальцовывают внешнюю кольцевую зону. После развальцовки внешней зоны растяжение снимают. Если

35 растяжение производилось разогревом боковой поверхности делают перерыв до выравнивания температур по сеем зонам. Растяжение снимают для того, чтобы исключить накопление дополнительного необра40 THMO.ro растяжения трубной решетки от развальцовки труб. Перед развальцовкой каждой последующей зоны в последовательности от периферии к центру показания деформометра устанавливают на 0 и растя45 жеиие осуществляют на одно и тоже, определенное по формуле (5) показание деформометра.

П р и м е р. Развальцовывались трубы из стали 10 в трубной решетке из стали 1GTC.

50 Размер труб 25 х 2 мм. Диаметр перфорированной зоны трубной решетки 1362 мм. Число труб 1241. Шаг расположения труб 32 мм. Согласно формуле (1) наибольшее допу- 1 стимое из условия прочности контактное

55 давление

,т, . i Рмакс - VTСТТмин т -f--- - J Oi макс

V23 2100 In |||y 304 кгс/см2. .

Данные по допускам пзлш о ОСТлх для соединений четвертого класса точности.

Согласно ОСТу для рассматриваемых соединений нижняя граница поля допуска контактного (осглточного) давления РОМИМ - 163 кгс/см2.

В соответствии с формулой (2)

А Р Рмакс - Ронин 301 - 163 141

кгс/см2.

По формуле (3)

p AMpVt27dF 294Krc/CM2

t2(dЈ dr)

Деформация, соответствующая этому значению радиального усилия согласно (4), равна

2.8-1CrV

где у определяется по ОСТу в зависимости от коэффициента п 1 л di

-а

-1 1241 -22. 1 - ----- z- 0.67 .

t atл . eoi f.

4-681

Ha базе деформометра I 145 мм имеем согласно (5)

.и Ј1 2.8-10 145 40 мкм.

Трубная решетка размечалась на три кольцевые зоны, содержащие примерно по 400 труб.

В центральной части трубной решетки устанавливался деформометр.

Начальное показание деформометра устанавливалось на 0.

Растяжение трубной решетки осуществлялось разогревом боковой поверхности до достижения показания деформометра 40 мкм.

Сначала развальцовывалась периферийная кольцевая зона. Затем делался пе- .рерыз до выравнивания температур по всем зонам. Далее показания деформометра сноса устанавливались нз 0. Затем разогрепом боковой поверхности достигалось расчетное растяжение трубной решетки 40 мкм и развальцовывалась средняя кольцевая зона. Центральная зона развальцовывалась аналогично предыдущим.

Процесс обеспечил повышение контактного давления на 141 кгс/см во всех соединениях.

В процессе эксплуатации соединений труб с трубными решетками вследствие релаксации остаточных напряжений происходит снижение контактного давления, что приводит к разгерметизации соединений. Чем више начальный уровень контактного давления, тем долговечнее соединения и тем оыше ресурс теплообменного аппарата

до капитального ремонта.

Формула изобретения Способ крепления труб в трубных решетках кожухотрубчатых теплообменных Аппаратов по авт. св. N 1366263, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью позышения ресурса теплообменных аппаратов до капитального ремонта за счет увеличения контактного давления в соединениях труб с трубными решетками, крепление труб осуществляют при всестороннем равномерном радиальном растяжении трубной решетки усилием

р-ДрЧрС 2-. .

(-л I о 5 - г

Т2()

где t - шаг расположения отверстий в трубной решетке;

di - средний внутренний диаметр труб после развальцовки;

АР - разность между минимальным значением несущей способности закрепленного конца трубы и минимальным значением контактного давления;

dp - диаметр отверстий в трубной решетке с контролем по деформации центральной части трубной решетки при закреплении каждой кольцевой зоны по формуле

Ј

где е-степень деформации трубной решетки;

ц - коэффициент Пуассона материала трубной решетки;

V коэффициент жесткости перфорированной плиты;

Е - модуль упругости материала трубной решетки с последующим снятием растягивающей нагрузки в каждой кольцевой

зоне после закрепления труб.

Изобретение относится к теплообмен- ной технике, в частности к способам крепления труб в трубных решетках кожухотрубча- тых теплообменных аппаратов, может быть использовано в химическом, нефтяном и энергетическом машиностроении и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 1366263. Цель изобретения - повышение ресурса теплообменных аппаратов до капитального ремонта за счет увеличения контактного давления в соединениях труб с трубными решетками. Это достигается тем, что развальцовку ведут при всестороннем, радиальном, рзьномерном растяжении трубной решетки с контролем по деформации центральной части при развальцовке каждой кольцевой зоны, с последующим снятием растяжения после развальцовки каждой кольцевой зоны. Усилие растяжения рассчитывается по приведенной математической зависимости. ел