Способ закрепления труб в трубных отверстиях

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к процессам закрепления труб в трубных отверстиях теплообменных аппаратов с использованием эффекта локализованного направленного пластического деформирования материала трубы. Предварительно концы трубы обжимают с формированием переходного участка конической формы. На внешней поверхности каждого конца трубы выполняют кольцевой выступ. Трубу устанавливают одним концом в трубное отверстие, имеющее внешнюю и внутреннюю кольцевые канавки. Внутренняя кольцевая канавка выполнена с треугольным поперечным сечением. При установке трубы ее переходный участок размещают в пределах ширины внутренней кольцевой канавки. Трубу фиксируют от возможного перемещения и закрепляют в трубном отверстии путем развальцовки. Развальцовку производят последовательно в две стадии приложением к внутренней поверхности трубы сжимающего усилия. На первой стадии развальцовки формируют второй кольцевой выступ, обеспечивая внеконтактную деформацию материала трубы с заполнением им объема внутренней кольцевой канавки трубного отверстия. Первый кольцевой выступ трубы выполняют с трапециевидным поперечным сечением. Сжимающее усилие к внутренней поверхности трубы прикладывают механической вальцовкой. В результате обеспечивается более эффективная фиксация трубы в отверстии трубной решетки. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к процессам закрепления труб в трубных отверстиях теплообменных аппаратов с использованием эффекта локализованного направленного пластического деформированная материала трубы.

Известен способ закрепления труб в трубных решетках, при котором теплообменную трубу устанавливают в трубном отверстии, фиксируют ее от возможного осевого перемещения с последующим закреплением в трубной решетке путем приложения нормального к внутренней поверхности трубы давления, например, механической вальцовкой (см. Дорошенко П.А. Технология производства судовых парогенераторов и теплообменных аппаратов, Ленинград, Судостроение, 1972, 143 с).

К основным недостаткам известного способа закрепления труб в трубных решетках следует отнести: неравномерное остаточное давление по длине вальцовочного пояска и, как следствие, относительно низкие служебные характеристики вальцовочных соединений. Для устранения данного недостатка прибегают к повышенным деформирующим трубу давлениям. Последнее обуславливает коробление трубной решетки, выдавливание материала трубы в осевом направлении из-за имеющего место угла наклона образующей боковой поверхности ролика к образующей внутренней поверхности трубы, а значит короткий (повышенная коррозия) межремонтный пробег трубного пучка теплообменного аппарата; закрепление трубы сопровождается ее скручиванием, что отрицательно сказывается на коррозионной стойкости вальцовочного соединения.

Известен также способ закрепления труб в трубных отверстиях, включающий предварительный обжим концов трубы, выполнение на внешней поверхности каждого из них двух кольцевых выступов, установку трубы одним концом в трубное отверстие, выполненное с внешней и внутренней кольцевыми канавками, фиксацию трубы от возможного перемещения и последующее ее закрепление в трубном отверстии путем развальцовки, осуществляемой последовательно в две стадии приложением к внутренней поверхности трубы сжимающего усилия, при этом один из кольцевых выступов трубы выполняют до установки ее в трубное отверстие, а установку трубы производят с совмещением упомянутого кольцевого выступа с одной из кольцевых канавок трубного отверстия (RU 2129054 С1, В 21 D 39/06, 20.04.1999 - прототип).

Недостатком известного способа закрепления труб в трубных отверстиях является недостаточная фиксируемость трубы на поверхности трубного отверстия, что может не устранять в полной мере такого явления как скручивание трубы.

Задачей изобретения является разработка такого способа закрепления труб в трубных отверстиях, который бы, не удорожая технологический процесс, обеспечивал эффективное фиксирование трубы на поверхности трубного отверстия, а следовательно, устранял бы в полной мере явление скручивания трубы.

Технический результат достигается тем, что в способе закрепления труб в трубных отверстиях, включающем предварительный обжим концов трубы, выполнение на внешней поверхности каждого из них двух кольцевых выступов, установку трубы одним концом в трубное отверстие, выполненное с внешней и внутренней кольцевыми канавками, фиксацию трубы от возможного перемещения и последующее ее закрепление в трубном отверстии путем развальцовки, осуществляемой последовательно в две стадии приложением к внутренней поверхности трубы сжимающего усилия, при этом один из кольцевых выступов трубы выполняют до установки ее в трубное отверстие, а установку трубы производят с совмещением упомянутого кольцевого выступа с одной из кольцевых канавок трубного отверстия, согласно изобретению обжим концов трубы осуществляют с формированием переходного участка конической формы, внутреннюю кольцевую канавку трубного отверстия выполняют с треугольным поперечным сечением, установку конца трубы в трубное отверстие производят с размещением переходного участка трубы в пределах ширины внутренней кольцевой канавки, а второй кольцевой выступ трубы формируют на первой стадии развальцовки, обеспечивая внеконтактную деформацию материала трубы с заполнением им объема внутренней кольцевой канавки трубного отверстия, первый кольцевой выступ трубы выполняют с трапециевидным поперечным сечением, приложение к внутренней поверхности трубы сжимающего усилия осуществляют механической вальцовкой.

Осуществление предлагаемого способа закрепления труб в трубных отверстиях позволяет получать вальцовочные соединения без скручивания труб.

Это объясняется тем, что уже на первой стадии развальцовки образуют плотный контакт трубы с поверхностью трубного отверстия. Это достигается тем, что, осуществляя раскатку трубы на обжатом ее конце, реализуют внеконтактную деформацию материала трубы за его пределами с формированием второго кольцевого выступа с треугольным поперечным сечением.

При этом задняя кромка внутренней кольцевой канавки является тем опорным местом, относительно которого происходит изгиб поперечного сечения трубы. В результате упрочненное предварительной операцией обжима переходное сечение материала трубы не раскатывается по поверхности трубного отверстия, а поворачивается относительно опорного места, заполняя объем внутренней кольцевой канавки. Таким образом, имеющим место контактным трением между трубой и поверхностью внутренней кольцевой канавки трубного отверстия предотвращается как скручивание трубы, а также течение ее материала в направлении пучка.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана теплообменная труба с профилированной внешней законцовкой, трубное отверстие и конический дорн перед реализацией первой стадии развальцовки трубы; на фиг. 2 - первая стадия развальцовки трубы с заполнением объема внутренней кольцевой канавки ее материалом; на фиг. 3 - окончание первой стадии развальцовки при наличии сформированного второго кольцевого выступа; на фиг. 4 - соединяемые элементы перед выполнением второй стадии развальцовки; на фиг. 5 - окончание второй стадии развальцовки; на фиг. 6 - вальцовочное соединение; на фиг. 7 - сборка трубы с трубным отверстием при наличии на внешней поверхности конца трубы двух кольцевых выступов трапециевидного поперечного сечения.

Вариант осуществления изобретения состоит в следующем.

Теплообменную трубу 1, например, из стали 10, прошедшую подготовительные операции (правка, резка в меру, зачистка внешних поверхностей концов до металлического блеска и обжим до заданного внешнего диаметра с формированием переходного кольцевого сечения в виде конуса) по технологии, отраженной в прототипе (RU 2129054 С1, В 21 D 39/06, 20.04.1999), подвергают деформированию с образованием на внешних поверхностях концов только по одному кольцевому выступу с трапециевидным поперечным сечением.

Далее трубу 1 (фиг. 1) одним из ее концов устанавливают в трубное отверстие решетки 2, имеющее две кольцевые канавки. Причем одна из них - внешняя выполнена с трапециевидным поперечным сечением, соответствующим по геометрии сечению кольцевого выступа, а вторая кольцевая канавка (внутренняя) - с треугольным поперечным сечением. Установку трубы в трубное отверстие осуществляют таким образом, чтобы переходное сечение трубы располагалось в пределах ширины внутренней кольцевой канавки, а кольцевой выступ трапециевидного поперечного сечения - напротив внешней кольцевой канавки.

После этого в отверстие обжатого конца трубы устанавливают конический дорн 3. Прикладывая осевое усилие к дорну, вызывают его перемещение и, как следствие, радиальную деформацию трубы на обжатом ее конце (фиг. 2).

Уже на первой стадии развальцовки, когда имеет место увеличение внутреннего диаметра трубы, в силу повышенной жесткости переходного сечения, наблюдается деформация трубы за пределами последнего. Из-за малого одностороннего зазора задняя кромка внутренней кольцевой канавки трубного отверстия становится опорным местом для фиксирования трубы. Развитие первой стадии развальцовки приводит к заполнению материалом трубы кольцевой канавки трапециевидного поперечного сечения, а также объема внутренней кольцевой канавки, но только внеконтактной деформацией. На конечной стадии первой развальцовки (фиг. 3) формируется на внешней поверхности трубы второй кольцевой выступ с треугольным поперечным сечением. Укажем, что пластическая деформация материала трубы при заполнении объема внутренней кольцевой канавки обеспечивает трение между соединяемыми элементами, что устраняет вредное влияние скручивания трубы.

Контролируемая по радиальным перемещениям стенки трубы вторая стадия развальцовки (фиг. 4, 5) не вызывает подрезания стенки трубы.

Снятие деформирующего трубу усилия (фиг. 6) обуславливает появление остаточного давления на контактных поверхностях (показано стрелками), что предопределяет повышенные служебные характеристики вальцовочных соединений. Кроме того, сниженное по величине деформирующее усилие (устраняется раскатка упрочненного переходного сечения) не приводит к интенсивному износу инструмента. Данное изобретение может быть также использовано и для случая двух кольцевых выступов на внешней поверхности конца трубы (фиг. 7).

Опытно-промышленная проверка разработанного способа прошла при закреплении стальных (сталь 10) труб в трубных решетках из стали 16 ГС толщиной 60 мм. Исходные геометрические размеры трубы составляли: внешний диаметр - 25 мм, толщина стенки - 2, 5 мм и длина 3000 мм.

Технологическая оснастка для выполнения локального обжима трубы изготавливалась из стали Х12М, имевшей твердость после закалки HRC = 56-58 ед., по 7-му квалитету точности.

Обжим труб производили на гидравлической установке двойного действия при усилиях 0,15-0,17 МН, что обеспечило уменьшение внешнего диаметра трубы до 23,8 мм.

Формирование кольцевого выступа на внешней поверхности конца трубы с трапециевидным поперечным сечением производили по двум вариантам - по технологии прототипа и с использованием той же гидравлической установки, но при усилиях, не превышающих 0,3 МН.

Геометрические размеры кольцевого выступа на внешней поверхности конца трубы оставляли: большое основание трапеции - 3,0 мм, малое основание трапеции - 2,8 мм, высота - 0,49 мм, внешний диаметр кольцевого выступа - 25 мм.

Отверстия трубной решетки выполняли диаметром 25,15 мм с кольцевой канавкой трапециевидного поперечного сечения, имеющей геометрические размеры, соответствующие геометрическим размерам кольцевого выступа. Кольцевая канавка с треугольным поперечным сечением имела геометрические размеры: ширину - 5 мм, высоту - 0,5 мм, основание треугольника делилось на отрезки 2:3.

Закрепление труб в трубных решетках проводили отечественными вальцовками на стенде фирмы "Индреско".

Исследования характеристик прочности и плотности полученных вальцовочных соединений выявили их повышенные значения по отношению к вальцовочным соединениям, полученным по традиционной технологии. При этом отмечаются существенно улучшенные характеристики коррозионной стойкости.

Изобретение применимо при изготовлении трубных пучков теплообменных аппаратов нефтеперерабатывающей, нефтехимической, газовой и других отраслей промышленности.

Формула изобретения

1. Способ закрепления труб в трубных отверстиях, включающий предварительный обжим концов трубы, выполнение на внешней поверхности каждого из них двух кольцевых выступов, установку трубы одним концом в трубное отверстие, выполненное с внешней и внутренней кольцевыми канавками, фиксацию трубы от возможного перемещения и последующее ее закрепление в трубном отверстии путем развальцовки, осуществляемой последовательно в две стадии приложением к внутренней поверхности трубы сжимающего усилия, при этом один из кольцевых выступов трубы выполняют до установки ее в трубное отверстие, а установку трубы производят с совмещением упомянутого кольцевого выступа с одной из кольцевых канавок трубного отверстия, отличающийся тем, что обжим концов трубы осуществляют с формированием переходного участка конической формы, внутреннюю кольцевую канавку трубного отверстия выполняют с треугольным поперечным сечением, установку конца трубы в трубное отверстие производят с размещением переходного участка трубы в пределах ширины внутренней кольцевой канавки, а второй кольцевой выступ трубы формируют на первой стадии развальцовки, обеспечивая внеконтактную деформацию материала трубы с заполнением им объема внутренней кольцевой канавки трубного отверстия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что первый кольцевой выступ трубы выполняют с трапециевидным поперечным сечением.

3. Способ по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что приложение к внутренней поверхности трубы сжимающего усилия осуществляют механической вальцовкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к процессам закрепления труб в трубных решетках теплообменных аппаратов с использованием эффекта локализованного направленного пластического деформирования материала трубы

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к процессам закрепления труб в трубных решетках теплообменных аппаратов с использованием эффекта локализованного направленного пластического деформирования материала трубы

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при закреплении труб в трубных решетках теплообменных аппаратов с использованием эффекта локализованного направленного пластического деформирования материала трубы

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при закреплении труб в трубных решетках теплообменных аппаратов с использованием эффекта локализованного направленного пластического деформирования материала трубы

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при закреплении труб в трубных решетках теплообменных аппаратов с использованием эффекта локализованного направленного пластического деформирования материала трубы

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при закреплении труб в трубных решетках теплообменных аппаратов с использованием эффекта локализованного направленного пластического деформирования материала трубы

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при закреплении труб в трубных решетках теплообменных аппаратов с использованием эффекта локализованного направленного пластического деформирования материала трубы

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при закреплении труб с биметаллическими профилированными законцовками в трубных решетках теплообменных аппаратов

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при закреплении труб в трубных решетках теплообменных аппаратов с использованием эффекта локализованного направленного пластического деформирования материала

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при закреплении труб в трубных решетках теплообменных аппаратов с использованием эффекта локализованного направленного пластического деформирования материала трубы

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к процессам закрепления труб в трубных решетках теплообменных аппаратов с использованием эффекта локализованного направленного пластического деформирования материала трубы

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к процессам закрепления труб в трубных решетках теплообменных аппаратов с использованием эффекта локализованного направленного пластического деформирования материала трубы

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при закреплении труб в трубных решетках теплообменных аппаратов с использованием эффекта локализованного направленного пластического деформирования материала трубы

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при закреплении труб в трубных решетках теплообменных аппаратов с использованием эффекта локализованного направленного пластического деформирования материала трубы

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при закреплении труб в трубных решетках теплообменных аппаратов с использованием эффекта локализованного направленного пластического деформирования материала трубы

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при закреплении труб в трубных решетках теплообменных аппаратов с использованием эффекта локализованного направленного пластического деформирования материала трубы

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при закреплении труб в трубных решетках теплообменных аппаратов с использованием эффекта локализованного направленного пластического деформирования материала трубы

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при закреплении труб с биметаллическими профилированными законцовками в трубных решетках теплообменных аппаратов

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при закреплении труб в трубных решетках теплообменных аппаратов с использованием эффекта локализованного направленного пластического деформирования материала

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении труб, закрепляемых в трубных решетках теплообменных аппаратов с использованием эффекта локализованного направленного пластического деформирования материала трубы

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к процессам закрепления труб в трубных решетках теплообменных аппаратов с использованием эффекта локализованного направленного пластического деформирования материала трубы
Наверх