Способ крепления труб в трубных решетках Советский патент 1992 года по МПК B21D39/06 

Изобретение относится к способам крепления труб в трубных решетках при помощи труборасширения и может быть использовано в нефтяном, химическом и энергетическом аппаратостроении.

Известен способ крепления труб, по которому раздачу труб производят по кольцевым зонам от периферии к центру трубной решетки. Применение этого способа повышает стабильность контактного давления в соединениях труб с трубными решетками, . так как обеспечивает независимость величин контактного давления от последовательности крепления труб Однако, при использовании этого способа для теплооб- менных аппаратов с неподвижными трубными решетками может возникнуть потеря плоской формы равновесия трубных решеток.

Известен способ крепления труб, по которому трубы закрепляются одновременно с обоих концов в спиральной последовательности от центра трубной решетки к периферии Этот способ обеспечивает

плоскую форму равновесия, однако контактное давление в центральной части трубной решетки значительно снижается при закреплении периферийных труб.

Целью изобретения является повышение качества за счет увеличения стабильности контактного давлё нй яГи о1 р§нёния плоской формы трубной решетки,

Цель достигается тем, что раздачу труб осуществляют одновременно в обеих трубных решетках кольцевыми зонами от центра к периферии, причем давление раздачи задают переменным, уменьшающимся of мак- симального в центральной зоне до минимального на краю решетки в пределах

(Л

С

VI

СЛ

N

ho оо со

0,8 Р

max

Pi Ртах,

где PI -текущая величина давления раздачи;

Ртах - максимальная величина давления раздачи.

Контактное давление в соединениях труб с трубными решеткамичи тангенциальная деформация отверстий трубной решетки после раздачи труб имеют естественный разброс Их средние значения Рср и еср являются монотонно возрастающими функциями одного и того же параметра - давления раздачи Р. Это позволяет рассмотреть функциональную связь среднего контактного давления и давления раздачи со средней тангенциальной деформацией отверстий

( Јср) (fcp).

(1)

(2)

При этом давление раздачи и, следовательно, среднее значение контактного давления и деформации отверстий ограничены по условиям прочности предельно допусти- мыми значениями

(3)

Соотношение (1), (2) иллюстрируются графиками (см. чертеж), построенными для соединений труб 25x2,5 мм из стали 10 с трубной решеткой из стали 16ГС

На узком интервале практически используемых значений деформации

(Јcpmax/2,Јcpmax ) ФУНКЦИЯ (1) бОЛЬШОЙ СТ6пенью точности может быть линеаризована,

Отметим на графике (ЈсР) две точки. Первая, с координатами (Ссртах- Рсртах). вторая, с координатами (Јсртах/2 ,

Рср (Јсртэх/2)

Проведя через эти точки отрезок пря- мой, получим линейную аппроксимацию функции (1) на интервале ( есртж/2, &Ртах) в виде

РсР К Јср + Ь,(4)

где (РСртах - Pep (Јcpmax/2))/fCpmax

Ь-2РСр( (Јсртах/2) - Рсртах

На интервале ( ЈCpmax/2(, fcPmax) Функцию Р Р(Јср) также с большой степенью точности можно рассматривать как линейную

При раздаче труб в кольцевой зоне кон- тактное давление во внутренней круговой зоне уменьшается. Это уменьшение пропорционально средней тангенциальной деформации отверстий в кольцевой зоне.

Таким образом, при креплении труб кольцевыми зонами от центра к периферии, раздача труб в каждой очередной зоне снижает контактное давление во всех зонах с закреплрнными ранее трубами

5

0

5

0

п

5

0

5

0

5

РСР1 Pcpi(fcPi)-Hi(2V;cP2 - -....-Hi 0)еср|-. ..

Рср2 РсР2 (ЈсР2) Н2 & Есрз - -....-нЈ)рср|-.... -нНсрр Pcpi Pcpi (JScpi) - HVcp(j Ч- Т) -....- HPfcpj-.. .-H(n)fcpn (5)

Pcp(n - 1) Pcp(n - 1) (Јср(П - 1))

() -H(n -1)ЈcPn

Pcpn - Pcpn (Јcpn)

где Pcpi, Јcpi - среднее контактное давление и деформация в 1-й зоне, ,. ., n, n - число зон, зоны нумеруются от центра к периферии;

Нг - коэффициенты влияния раздачи труб в j-й зоне на изменение давления в -й зоне, определяемые из условия непрерывности радиальных перемещений на границах зон, ,.. ,п

Снижение контактного давления в центральной зоне может превышать 100 кгс/см2. Это нарушает принцип равнопроч- ности конструкции и снижает надежность соединений труб с трубной решеткой,

Добиться равенства контактного давления можно, CHVB требование равенства Јср во всех зонах. Для определения последовательности средних деформаций из условия равенства контактного давления во всех зонах необходимо систему уравнений (5) линеаризовать с помощью формул (4). При этом она примет вид

Рср1 -Ь Kfcp1 -Hi (2)Јср2 -Н(П)ЕСРП

РсР2 - Ь К ЈСР2 - Н2 (3) ЈсР3 нЈ) ЈСрп

(п)

Рср(п - 1) - Ь К ЈСР(П - 1) - Н(П - 1) ЈсРп Pcpn - Ь К Јсрп

Система уравнений (6) определена на интервале ( ЈсРтах/2, Јсрп,ах )

Заранее не известно на каком уровне можно стабилизировать контактное давление, поэтому необходимо сначала решить систему (6) при заведомо завышенном требовании к уровню контактного давления, например

Pc pl Р

сртах

(7)

а затем полученное решение Јср|, пользуясь линейностью системы (6), пропорционально уменьшим так, чтобы max не превосходил Бертах в соответствии с условием (3).

По найденным значениям средней деформации отверстий давления раздачи Pi определяются как функция Pi(Јcpi). например, графически.

При креплении труб развальцовкой максимальный крутящий момент определяется по таблице 2 ОСТ 26-17-01-83. Этот крутящий момент используют при развальцовке центральной зоны В последующих зонах крутящий момент уменьшают пропорционально определенным ранее значениям давления раздачи Р,.

Способ осуществляется следующим образом.

Трубную решетку размечают на 3-5 кольцевых зон, содержащих примерно одинаковое количество труб. Из решения линеаризованной системы уравнений (6) из условия PCpi Pcpmax определяют значения средних деформаций ЈСр, для каждой зоны. Затем полученные значения пропорционально уменьшают так, чтобы выполнялось условие max ЈCP| Јcpmax По определенной таким образом последовательности средних деформаций находят соответствующие давления раздачи для каждой зоны.

Расчеты, проведенные для самых различных сочетаний механических свойств материалов труб и трубных решеток, показали, что переменное давление раздачи находится в пределах

0,8Р

max

Pi Р

max

Нижний предел обеспечивает равенство контактного давления для самого неблагоприятного сочетания механических свойств материалов труб и трубных решеток. При превышении Р( величины Ртах нарушается прочность трубы

Преимуществом предлагаемого способа является его технологичность Если бы стабильность контактного давления осуществлялась за счет развальцовки от периферии к центру, необходимо было бы принять специальные меры для обеспечения плоской формы равновесия. Например, развальцевать предварительно часть труб в

трубных решетках для образования продольных связей. При этом неизбежно снижается технологичность процесса.

Пример. Трубная решетка из стали 16ГС, трубы 25x2,5 мм из стали 10. Количество зон 3 Максимально допустимое по условиям прочности значение давления раздачи кгс/см2.

Соответствующие максимальные сред- ние значения контактного давления и деформации отверстий Рсртах 362 кгс/см2,

Јсртах 0,00136.

Система уравнений (6) для случая трех зон имеет вид

РсР1 - Ь К ЈСР1 Hi (2) ЈСР2 - Hi (3) Рсрз

РсР2 - Ь К Есрг - Н2 (3) ЈСРЗ(8)

Рсрз - Ь К ЈСрз

Согласно графика

Рср{Јсртах/2)

Рср(0,00068)243 кгс/см2. По формуле (4) получили

(362-243)/0,00136 175000 0 2x243-362 124

Из условия непрерывности радиальных перемещений

Hi(2)39275, Hi(3)42000, H2(3)42000 Разрешая систему уравнений (8) с учетом полученных значений коэффициентов и условия (7) получим

ЈСР1 0,00206,,00168, ,00136

В соответствии с условием (3) пропорци- онально уменьшим полученное решение, тогда окончательно будем иметь

ЈСР1 0,00136, ЈСР2 0,00111,есрз 0,00090.

По графику (ЈСр) находим давления раздачи в каждой зоне

, , (кгс/см2)

В случае крепления труб развальцовкой крутящий момент пропорционален давле- пию раздачи. Максимальное значение крутящего момента согласно табл. 2 ОСТ 26-17-01-83 для рассматриваемого исполнения составляет 4,6 кгс.м. Таким образом, имеем МКР1 4,6; МКр2 4,45;

,3 (кгс.м).

Уровень, на котором стабилизируется контактное давление во всех зонах, определяем из третьего уравнения системы (8)

Рсрз К Јср3+ 0 175000 х 0,0009 +124 -281,5 .(кгс/см2).

ф о р м у л а и з о б рт е н и я Способ крепления труб в трубных решетках, включающий одновременную раздачу труб от центра к периферии в обеих трубных решетках кольцевыми зонами, о т - л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью

повышения качества за счет увеличения стабильности контактного давления и сохранения плоской формы трубной решетки, давление раздачи задают переменным, .уменьшающимся от максимального в центральной зоне до минимального йа краю решетки в пределах 0,8 Ртах Pi Ртах, где PI - текущая величина давления раздачи; Ртах - максимальная величина давления раздачи.

Использование: нефтяное, химическое и энергетическое аппаратостроение. Сущность изобретения: раздачу труб осуществляют от центра к периферии одновременно в обеих трубных решетках кольцевыми зонами, причем давление раздачи уменыиа ет- ся от максимального в центральной зоне до минимального на краю решетки в пределах 0,8 Ртах Pi Ртах ,где PI - текущая вели чина давления раздачи, Ртах - максималь ная величина давления раздачи. 1 ил.

.

-/

Р Ю кгс/см

Ш

200

60701090100НОПОttOf W