Способ крепления труб в трубных решетках кожухотрубчатых теплообменных аппаратов

 

Изобретение относится к теплообменной технике, в частности к способам крепления труб в трубных решетках кожухотрубчатых 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИЛЛИСТИ 4Еских

РЕ.СПУБЛИК

„„5U„„1703225 А2 (я)5 В 21 0 39/06. F 28 F 1/00

ГОСУДАРСТВЕ И 1ЫЙ КО1ЛИТЕТ

fI0 ИЗО6РЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ния труб в трубных решетках кожухотрубчатых теплообменных аппаратов, может быть использовано в химическом, нефтяном и энергетическом машиностроении и является усовершенствованием изобретения по авт, св. N 1366263. Цель изобретения — повышение ресурса теплообменных аппаратов до капитального ремонта эа счет увеличения контактного давления в соединениях труб с трубными решетками, Это достигается тем, что раэвальцовку ведут при

ВСЕСтОПОННЕМ, РаДИаЛЬНОл.. РаЬ 1ОМЕРНОМ растяжении трубной решетки с контролем по деформации центральной части при раэвальцовке каждой кольцевой зоны. с последующим снятием растяжения после раэвальцовки каждой кольцевой зоны. Усилие растяжения рассчитывается по приведенной математической зависимости.

Максимальное контактное. давление

Риакс. которое может быть получено цовочном соединении. ограничивает условиям прочности л4инил1альн ым зн ем несущей способности раэвальцова конца трубы

2 1Рмакс

Рмакс = тттиин 1п

Г11иакс где 0„„— наименьшее значение и текучести материала трубы; брмакс — наибольший диаметр ото в трубной решетке:

dIaarc — наибольшс1й внутренний диаметр трубы после развальцовки.

В то же врел я согласно ОСТУ для этих вальцовочных соединений на 14. ж1 ей границе поля допуска существует минимальное

КОНтаКтНОЕ (ОСтатОЧНОЕ) даВЛЕНИЕ РРл, .

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1366263 (2 I) 4666419/27 (22) 24.03.89 (46) 07.01.92. Бюл. М 1 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт технологии химического и нефтяного аппаратостроения (72) В.M.Áðèô, Г.А.Дубинина, В.В.Козуб, Ю.И.Николаев, П.M.Íîñêîâ. А.М,Поэдняк, k.Ñ.Ñóþðoâà и С.А.шейнбаум (53) 621.774.72 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1366263, кл. В 21 0 39/06. 20.05.86. (54) СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ТРУБ В ТРУБНЫХ РЕШЕТКАХ КОЖУХОТРУБЧАТЪ|Х

ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ (57) Изобретение относится к теплообменной технике. в частности к способам креплеИзобретение относится r. способу крепления труб в трубных решетках кожухотрубчатых теплооблтенных аппаратов. может быть использовано в нефтяном, химическом и энергетическом машиностроении и является усовершенствованием известного способа по авт. св. М 1366263.

Целью изобретения является повышение ресурса теплообменных аппаратов до капитального рел1онта за счет увеличения контактного давления в соединениях труб с трубными решеткалти.

В связи с естественным разбросом геометрических и л1еханичеслих параметров вальцовочных соединений несущая способность развальцованных концов труб колеблется от лтакс«анального до минимального значения. в валь Я ся по аче ни- С нного | Ы ! ()

1 ) (1) С редела ерстия

1703225

При раэоальцовке несущая способнос1ь трубы используе1 ся не о полной мере, т.е. имеется резеро для пооышения уровня контактного давления

Л Р =- Pvàêc Ромин. (2)

Сущность заяоляемого способа состоит о том, чтобы до иа !ала.разоальцооки растянуть трубную решетку осесторонни!л равномерным радиальны!л усилием Р, приложенным к ее бокоосй пооерхности, а после окончания развальцооки это усилие снять„При этом трубная решетка сожмется и контакт11ое давление о оальцооочных соединениях возрастет.

Рассмотрим подробное этот процесс.

При растяжении трубно!1 решетки осесторонним равномерным радиальным усилием

P поверхности отоерст!1й отрубной решетке соободны от напряжений, поэто!лу процесс разоальцооки протекает как обычно. После снятия растяжения трубная решетка сжимается. Согласно принципу супеопозиции снятие растягивающего усилия экоиоалентно приложени!о равного сжимающего усилия.

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

2 2

Р ЛГ, (3) г (Тг « „.-2

- где t и d1 — шаг расположения и номинальный диаметр отверстий а трубной решетке:

d! — средний внутренний диаметр труб после развальцооки, Из решения осасииметричной задачи теории упругости определяется также рэдиальная деформация трубной решетки . я = —. - Р, !п! где — коэффициент Пуансона, принимаемый равным 0 3;

Š— модуль упругости материала трубной решетки; ф — коэффициент хесткости перфорирооанной плиты, определяемый о зависимости от коэффиц!1ента

n d! и= 1- — .

4 а1 где и — число отверстий в трубной решетке: а1 — радиус перфорированной зоны трубной решетки.

Деформацию трубной решетки удобно регистрировать механическим деформометром, уста!!ооленным о центре. Обозна- чим длину его изморителы!ой базы l, тогда показания деформометра при зада!!!!ой! дефор!лоции е определяется по фор!луле

5 u = l e (5)

Способ осущестоляется следующим образом.

По формуле (1) определя!от допустимый

УРовень контактвого Даоле!п1Я Рмакс.

1 0 3 а д 8 о т с Я !.1 è í o4 о ë û (û è к о н т а к т ! ы м (ОСТаТОЧНЫМ) ДаОЛЕНИЕМ Ромин. ПО фОРМуЛЕ (2) определяют допустимое повышение контактного даоления dP.

Из формулы (3) по найденпо!лу значе15 ни!о Л P определя!от соотоетстоующее радиальное усилие Р, а по формулам (4) и (5)— соотоетстоу!ощис усилию Р дсфор!лацию я и показаниедеформометра и.

20 Затем размеча!от трубную решетку на

3-5 кольцевых зон, содержащих примерно одинаковое количество труб.

Затем о центральной части трубной решетки устанаолиоа!от деформометр. На25 чальное показание деформометра устонаолиоа!от на О.

Далее осуществляют растяжение трубной решетки, например, разогревом ее бокооой поверхности. Контроль урооня

30 растяжения осуществляют по показанию деформометра, определенному по формуле (5).

Затем первой разоальцооыоают онешнюю кольцевую зону. После раэоальцооки внешней зоны растяжение снимают. Если

35 растяжение производилось раэогреоом бокооой пооерх!!ости делают перерыв до оыраониоания температур по ссем зонам.

Растяжение снимают для того, чтобы исключить накопление дополнительного необра40 тимого растяжения трубной решетки от разоальцооки труб. Перед раэоальцоокой каждой последующей зоны о последооательности от периферии к центру показания .деформометра устанаолиоа!от на 0 и растя45 жен!1е осущестоля!от на одно и тоже. определенное по формуле (5) показание деформометра, Пример. Раэоальцооыоались трубы из стали 10 о трубной решетке иэ стали 16ГС.

50 Размер труб 25 х 2 мм. Диаметр перфорированной эоны трубной решетки 1362 м!л. Число sпуб 1241. Шаг расположения1руб 32 1М.

Согласно формуле (1) наибольшее допу стимое иэ условия прочности контактное

55 даоление

2, б макс»

Рмакс = 01мич 1п

di макс

-3 2100 Ь -- — - — =,304 кгс/см .

2 2563 2

ЧЗ 22,61

i 7fv 3225

Составитель С.Евсюков

Редактор Л.Гратилло Техред M.tËoðãåíòýë Корректор М.Кучерявая

Заказ 17 Тираж Подписное

ВНЛИПИ Государственного комитета по изобретенинл н открытиям при ГКНТ СССР

113035, Е1осква, Ж-35, Рэушскэя нэб.. 4/5

Произеодстеенно-издательский коидинат Патент, г. Ужгород, уе.Гагарина. 1О1

Данные пс допускам взяты в ОСТэх для соединений четвертого кл",ccrc точности.

Согласно ОСТУ для рассматриваемых соединений нижняя грэпицэ поля допу кэ 5

КОНтаКтНОГО (ОС ОатОЧНОГО) даВЛЕНИя Ро.i»» —.

163 кгС/См2, В соответствии с формулой (2)

Л Р Рк1акс Ромин 304 163 = 141 кгс/см, 10

По формуле (3)

P —,. „— 294 кгсlсм .

/ -ъ р с1 р / г г1 2

1 (о1„/в d )

Деформация, соответствующая этому значению радиэльного усилия согласно (4). равна к = P = 2.8 10 ".

1-ч ф где 1/ф определяется по ОСТУ в зависимости 20 от коэффициента4. и =1 — — =1 и dt 1241 22,16 — — 0.67 .

4э1 4 . бя1 — 2

На базе дефор лометра i = 145 мм имеем согласно (5)

u = е I = 2.8-10 ° 145 = 40 мкм.

Трубная решетка размечалась нэ три кольцевые зоны, содержащие примерно по

400 труб.

В центральной части трубной решетки устанавливался деформометр.

Начальное показание деформометра устанавливалось на О.

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

МК!Л, Сначала раэвальцовывалэсь периферийная кольцевая зона. Затем делался перерыв до выравнивания температур по всем зонам. Далее показа ния деформометра сновэ устанавливались на О. Зате/л разогоепом боковой поверхнссти достигалось расчетное растяжение т убной решетки 40 мкгл и развэльцовывалэ=ь средняя кольцевая зона. Центральная зона развальцоаывалась аналогично предыдущим.

Процесс обеспечил повышение контактного давления нэ 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 выше начальный уровень контактного давления, тем долговечнее соединения и тем выше ресурс теплообменного аппарата до капитального ремонта.

Формула изобретения

Способ крепления труб в трубных решеткэх кожухотрубчатых теплообменных аппаратов по авт. св. N. 1366263. о т л и ч аю шийся тем, что. с целью повышения ресурса теплообменных аппаратов до капитального ремонта за счет увеличения контактного давления в соединениях труб с трубными решетками, крепление труб осуществляют при всестороннем равномерном радиально1л растяжении трубной решетки усилием

Д (1 — О ,2 (с12 @ где t — шаг располо:кения отверстий в трубной решетке;

dl — средний внутренний диаметр труб после рэзвэльцовки;

hP — разность между минимальным значением несущей способности закрепленного конца трубы и минимальным значением контактного давления; бя — диаметр отверстий в трубной решетке с контролем по деформации центральной части трубной решетки при закреплении каждой кольцевой зоны по формуле е= -Р, ф где е — степень деформации трубной решетки;

/t — коэффициент Пуассона материала трубной решетки; у — коэффициент жесткости перфорированной плиты;

Š— модуль упругости материала трубной решетки с последующим снятием рэстягивающей нагрузки в каждой кольцевой зоне после закрепления труб.