CN1332771C - 液压膨胀的设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于管道的液压膨胀方法。应用该方法可以增加使用膨胀设备实施的液压管道膨胀的次数。本发明的液压膨胀方法在控制时间、压力和流量方面被高度优化。在此方法中，压力通过介质分离器和压力增强器由液压油在压力介质中产生。此外，本发明说明了用于实施该膨胀方法的设备以及可以由探测器进行的确定液压管道膨胀的最大次数的方法。最终，考虑膨胀管道的变形确定膨胀的最大次数。

Description

液压膨胀的设备及方法

技术领域

本发明涉及一种紧靠管板的保持开口(retaining opening)的管道的液压膨胀方法。在该液压膨胀方法中，使用液压油通过介质分离器和压力增强器在压力介质中产生压力。本发明还涉及一种实施该方法的设备。此外，本发明还阐明了一种用于测定直至探测器的材料疲劳时液压管道膨胀的最大可允许次数的方法。

背景技术

例如DE2616523已经公开了此类方法和设备。过去，这些方法和设备被证明尤其非常适合于固定热交换器或汽车发动机凸轮轴的制造中的热交换管。

由于使用液压方法和设备可以产生非常高的压力，承受压力的单个元件随着时间显现材料疲劳的信号。这会危害膨胀设备的使用安全。因此膨胀设备的使用应定期的维护监控。维护包括以预定的维护周期更换大量的受压部件。因此维护周期限制了膨胀设备的应用。由于这些液压设备非常成功，人们日益希望能够比目前更经常和/或更长时间的使用液压膨胀设备。

发明内容

因而，本发明的目的是增加使用膨胀设备可以进行的液压膨胀的次数。

使用根据紧靠管板的保持开口的管道的液压膨胀的方法、根据用探测器实施的用于测定液压管道膨胀的最多次数的方法和根据实施紧靠管板的保持开口的管道的液压膨胀的方法的设备已解决此目的。另外的优选实施例可以从从属权利要求推知。

本发明涉及一种管道液压膨胀的已知方法。该方法包括用液压油通过介质分离器和压力增强器在压力介质中产生压力。这种已知方法的特点在于其使用彼此分离的两种不同液体用于膨胀。一种液体是压力介质而另一种液体为对压力介质产生压力作用的液压油。此方法在使用水作为压力介质时是特别有利的，因为被膨胀管不与液压油接触，并因而无需膨胀处理完成后的繁重清洗。

压力介质的循环和液压油的循环通过使用都与两液体循环相连的介质分离器和压力增强器分开。介质分离器起到填充膨胀设备和/或压力增强器的作用。压力增强器起到增加膨胀实际所需压力的作用。

一般管道的液压膨胀方法发生以下处理步骤：引入探测器、为膨胀空间和膨胀设备中填充压力介质、在压力介质中增加压力、保持膨胀压力持续一段预定的膨胀时间以及最后降低膨胀压力。原理上，必须保持该方法流程。由发明人进行的试验已证明为了解决本发明的任务需要重复进行许多处理步骤。因此，本发明的任务由下面的方法解决：

a)将探测器插入要膨胀的管件中，管件的外面由保持开口包围，连接在探测器上的密封件封闭要膨胀的管件和探测器之间的膨胀空间；

b)与探测器连接的压力增强器、探测器和膨胀空间内，以至少1秒～至多20秒的填充时间，压力介质被施压，介质分离器在压力介质中产生1.3～1.5倍、优选1.4倍液压油压力的填充压力；

c)在最少1秒～最多20秒的压力增加时间内，在压力介质中累积膨胀压力，由压力增强器使压力介质中的膨胀压力增加到液压油压力的13～15倍、优选为14倍。

d)压力介质中的膨胀压力保持最少1秒～最多10秒的预定膨胀时间；

e)在膨胀时间的结束时膨胀压力被自动降低。

基于本发明的任务的技术方案包括大量的在复杂组合中达到不同协同效果的可变处理参数的相互作用。因而，为了简化，在下面描述中仅简要说明方法步骤的个别作用。

通过将填充时间限定为限于这些下限和上限的时间范围(timeframe)，探测器上的弹性密封件可以很好地被调节至该方法步骤中产生的压力。这降低了由此导致密封件的材料疲劳的减弱信号的变形率。压力介质的填充包括膨胀空间、探测器和所有与探测器相连的压力管线和设备如压力增强器的填充。而且，填充时间是有限的，从而保证了对膨胀设备的泵和活塞的足够响应时间。然而，同时，填充时间优化小于最多时间的操作流程。此外，例如时间的最大值的延长说明存在某些泄漏，并且因而必须检测密封件或探测器。

以一种经济的操作模式将压力增加时间限定到最大值将从而得到设备中膨胀压力的均衡产生。同时使用最小压力增加时间与最小膨胀压力的结果是，向密封件内的压力的传送时间再次为足够长，以增强其稳定性。因而密封件不会被突然地负载。

因此1秒～最大20秒的时间范围表示在填充和压力增加过程中方法实施的优选快速和持续方法流程所需的较慢压力传送之间的最优折中。由于这种折中，连接在探测器上的密封件在快速填充时间和压力增加时间内具有明显较强的稳定性。

此外，研究表明，通过压力增强器与填充膨胀空间和探测器的限定时间范围的相互作用而特别地将膨胀压力显著地增加到13～15倍、优选14倍液压，是尤其适当的比值。于使用单独措施可以预料的结果相比，该组合更有效地再次降低了密封件和探测器内的磨损的信号。与相当于14倍液压油压力的膨胀压力比较，相当于1.4倍液压油压力的填充压力证明为是理想的。

进而，膨胀压力被保持1秒～最多10秒的膨胀时间。在膨胀压力的影响下，管道开始塑性地变形。管道材料由于经受大而持久的变形因而“流动”。管道变形通过时间而并非通过压力实施被控制。这一点可以通过根据管道材料、保持开口的几何构形和管板的硬度和/或几何构形选择膨胀时间而实现。限制时间范围也会导致对应于常规尺寸和材料的变形行为。密封件具有恰好足够的时间能够跟随要膨胀的管道塑性形变。就此而论，1秒的最低限是必需值，从而常规使用的材料塑性地变形到足够的程度。

最终，在膨胀时间结束时膨胀压力的自动降低能够立即减轻探测器和探测器密封件上的负载。因此，如果已达到预期的结果，则可能避免不必要的负载，并且这将会明显地增加这些部件的寿命时间。

总之，在各管道的膨胀过程中，引起由同一膨胀设备实施的增加次数的膨胀补偿的较慢工艺流程。因而可以更快且更经济地实施数个管道的膨胀操作。

在本方法的一个有益实施例中，产生了200MPa～400MPa的膨胀压力。从膨胀设备的稳定性考虑，该压力范围已证明特别适合于膨胀所有普通材料管道。

如果被预先热收缩封装(shrink-wrapped)到管板(tube plate)内的管道液压地膨胀，那么在本方法的一个优选实施例中，探测器被安置距管板的热密封边缘1.0～1.5倍于要膨胀的管道的内直径的距离处。

进而，优选地管道内出现的变形在膨胀中被测量。在膨胀中进行的管道的变形测量可以被用于优化压力输送，以保护用于该方法实施的设备例如探测器和密封件的免于不必要的或过多的负载。

除此以外，优选通过压力介质和/或液压油中的压力下降检测管道内出现的变形。因而，可以由压力介质和/或液压油的已知性质直接测量变形。为此目的，例如，因为当达到所谓流动极限(flow limit)(液体界限(liquid limit))时，材料特性必然改变，因此可以使用测量技术测量塑性形变行为。例如，直到达到流率(flow rate)前，钢材的压力和张力具有近线性关系，然而，此后无需进一步增加压力就会出现大的变形。如果钢管流动，在较大压力下钢管会突然伸出。这种效果现已被用于使用测量技术记录变形行为。因此受压的压力介质由于快速增大的管道横截面可以容易地、并突然消除压力。这就导致可以使用如压力波动或也可以是液压系统的驱动能力的测量技术测定短期压力降低。因此可以在膨胀中立即测量正形成的变形。

优选地以根据在管内出现的变形选择膨胀压力和/或膨胀时间的方式实施该方法。因此膨胀参数与实际出现的变形偶联从而能够最优化膨胀压力和膨胀时间使其产生精确的所需变形。

优选本方法在控制系统的协助下实施，由此控制系统在膨胀时间内保持恒定的膨胀压力。这说明在本方法的优选实施例中，通过例如具有存贮介质和处理单元的计算机的适当的控制系统，使用例如高压传感器的适当测量设备通过控制系统测定膨胀压力。如果在膨胀方法中，在膨胀空间中有强化的体积变化(intensified volume change)，可以借助如液压泵的驱动元件通过控制系统调整方法的速率。这补偿了由于屈服(yielding)(flowing)造成的压力下降、并优化和/或再次加快了膨胀方法。

根据本发明方法的另一实施例中，控制系统至少获知要膨胀的管道的几何构形、在管板内的保持开口的几何构形以及预定管道保持力。控制系统决定达到这种管道保持力和膨胀时间所需的膨胀压力。这意味着，要达到的保持力，即在保持开口中管道必须保持的力量，作为目标值提供给控制系统。应用该保持力以及要膨胀的管道的几何构形的说明，控制系统可以自动计算为达到目标所必需的膨胀压力和膨胀时间参数。

管壁的直径和厚度以及保持开口的孔径也应提供给控制系统。只有当如使用除常规材料以外的材料或一系列不同材料时，关于要膨胀的管道的材料和/或管板的材料的说明是必要的。然后，控制系统获知关于这些材料的材料性能的说明，如E-模数(E-module)。如果经常使用相同的材料，可以从材料数据库中以实用且方便的方式向控制系统提供材料值。控制系统可以使用几何值和材料值决定完成膨胀所需膨胀压力。

如果为了测定所需膨胀压力和膨胀时间，控制系统使用变形测量自动地测定管道材料的性能、并且如果需要也可以测定管板的材料性能是尤其有利的。通过根据应用压力而记录变形状态，控制系统既可以通过对比变形测量的测量值与材料数据库而识别基本的材料，或者也可以自动地计算自身材料定律(material laws)。这就为膨胀压力和膨胀时间的应用提供了最高的准确性并且极大地降低了探测器和密封部件的负载。因而，增加使用同一膨胀设备可以被实施的膨胀操作的次数。

在本发明的另一实施例中，控制系统测定探测器的磨损程度。磨损程度是使用探测器实际实施的膨胀次数的结果。然而控制系统也可以记录在探测器内实际逐步形成的压力作为磨损程度。例如压力可以由在液压系统中实施的压力被测定。磨损程度可以评估探测器的状态，依据磨损程度，膨胀的次数和/或探测器的使用期限可以理想地被调节至其耐久度。这就明显地导致可以由一个探测器实施的更多次数的应用和/或膨胀。

本发明的主要目的也可以通过测定可由一个探测器实施的液压管膨胀的最多次数的方法来解决。根据膨胀管道的管道变形可以测定膨胀的最大次数。该方法是一种预测探测器的稳定性的方法，其中由通过该方法膨胀的管道的变形间接地确定探测器的负载，而不是通过探测器的直接负载确定。该方法的优点是膨胀管道的变形比通过用压力负载探测器本身更容易地被基本测量。另一方面，根据使用的密封件，管道变形和探测器负载之间有直接的相互关系。探测器负载能力的上限可以由这种相互关系被决定。

在膨胀操作开始前，优选依据限定的管道变形测定可能膨胀的最大次数。这就意味着使用探测器可以实施的膨胀的最多可能次数可以根据所需管道变形、并且甚至在使用探测器进行一个膨胀操作之前尽可能地被确定。因而探测器的操作条件和其随后的寿命都被准确地确定。以此方式甚至在探测器的初始操作前，探测器的使用者就被告知他在这些条件下该使用探测器的频率。这就提供了非常准确的探测器的估计值。使用该值就可以确定探测器的负载能力的上限。

在本发明的另一实施例中，管道内出现的管道变形在实施至少一次膨胀、优选每次膨胀后被测量，并且应用该测量确定可能膨胀的最大次数。因而每次膨胀后并且使用实际达到的管道变形，可以确定还可以使用膨胀设备进行多少次可能的膨胀。因而可能使用具有的稳定性预测的最优准确性的膨胀设备实施不同的操作条件和/或不同强度的膨胀。

另外，根据本发明的方法也可以从基于限定的管道变形的稳定性预测开始实施。然后如果偏离限定的管道变形，根据使用探测器实际产生的管道变形可以确定修正的最多次数。从第一理论估计值开始，膨胀的最大允许次数可以达到每次膨胀后稳定地提高的预期值。

总之，在稳定性预测的方法的两个技术方案中，由于提高了预测的准确性，因此可以降低在允许的最大压力膨胀测定中的一般安全因素。这就导致使用探测器可以进行的膨胀次数的进一步明显增加。同时，由于探测器负载的实际程度被更准确地确定，因此改善的预测为使用者提供了提高的安全性。

本发明的任务还通过使用实施这些方法的设备得以解决。该设备具有介质分离器、压力增强器和具有密封件的探测器。使用液压油通过介质分离器和压力增强器在压力介质中产生压力。探测器的基本材料为34 CrNiMo 6。测试中，这种特殊材料证明具有特别的抗压性、持久的可受载性和抗腐蚀性。

在本发明的另一技术方案中，探测器的密封件包括具有90 shore A硬度的密封材料。这种硬度的胶质材料具有良好的弹性变形性、高稳定性和极佳的密封性能。

此外，液压油应该符合德国工业标准(DIN)51524的第二部分。这保证了如测试所示极大程度地依赖于所使用液压油的质量的液压膨胀设备的特定高度的操作安全性和成本效率。因而，在液压油稳定地润滑膨胀设备的彼此相对移动的所有内部部件的同时，其还充当能源的作用。同时，这种液压油不会腐蚀前述密封元件、不会由于存在的工作压力而起泡、具有良好的抗老化性能且对于腐蚀提供了良好的保护。最后，这种液压油还具有有利的粘度-温度比率，即，在膨胀操作中在油内出现的温度差异不会导致任何太大的粘度变化。

而且，液压油经过滤和/或冷却，其中最高油温优选限制在40℃～50℃。具体地液压油应符合遵守ISO4406标准的纯度等级16/12。冷却防止液压油不稳定地变热，由此最好使用在50℃开启并在40℃关闭空气冷却的油冷却器。

尤其优选最好在设备中使用脱盐水作为压力介质。这不会腐蚀膨胀的管道并且管道在液压膨胀后也无需清洁。

本发明由下面伴随附图的详细说明将变得更清楚地理解，下面是说明的附图：

附图说明

图1为根据第一实施例的具有探测器的液压膨胀设备的空间剖视图；

图2为根据第二实施例的插入到要膨胀的管道中的探测器的纵截面图。

具体实施方式

图1中所示的膨胀设备1具有探测器2、介质分离器3、压力增强器4、水箱5、开关阀门6和油箱7。在介质分离器3中有一个可替换介质分离器活塞8。在压力增强器中有一个可替换压力增强器活塞9。压力增强器4通过液压线管10与液压油箱7相连。介质分离器3通过从液压线管10中分支出来的液压线管11和液压线管12与油箱7相连。从水箱5向探测器线管14引出压力水线管13。压力水线管15从探测器线管14分支并且导向介质分离器15。

在相邻管板18的保持开口17中的管道16的液压膨胀方法的第一步中，探测器2被插入管道中。在图1中所示的探测器2的第一实施例中，管道16的直径上突出的圆形挡块19确保探测器的密封件20和21位于保持开口17的内部。挡块19还可以确保管道膨胀仅发生在保持开口17的区域内。此外，挡块19和后探测器密封件21之间的距离为要膨胀的管道的直径的1.0倍，因为在此处为了密封，要膨胀的管道16在管板18中用密封焊接缝22被收缩包装。

插入并调节探测器2后，通过该探测器将水泵入膨胀空间，从而第一液压开关阀门6被置于第一位置I。然后液压油由泵23通过液压线管12被泵入介质分离器3。这种液压油向介质分离器活塞8施压推动之前已经从水箱5中被注入介质分离器3的水，通过压力水线管15进入压力水线管13，其中检测阀门24防止水流回水箱5中。水被泵入探测器线管14中并从那里经探测器2流入位于两个密封件20及21和管道壁以及探测器之间的膨胀空间中。同时水也流进压力增强器4中。活塞和介质分离器3的1∶1.4的比例造成水压增加到液压油压的1.4倍。这样就确保探测器和压力增强器的膨胀空间的快速填充。

作为该方法的下一步骤，开关阀门6被置于位置II，从而油泵23将液压油泵入压力增强器4中，并且同时通过液压线管11使介质分离器活塞复位。因此，液压油同时被泵入压力增强器4和从介质分离器3中被压出，且新的水被吸入介质分离器3中。压力增强器4内的液压油的挤压将水压入压力增强器4及与其相连的膨胀空间。活塞与压力增强器4的1∶14的比例将水压增加为液压油压的14倍。在该过程中，液压油压可以从压力计25中被读出。如果液压油中达到所需压力，膨胀空间中的膨胀压力相应的增加14倍。这会保持一段确定的时间。在膨胀时间结束时和/或达到所需管道变形时，开关阀门6被置于第三位置。这是一种无负载操作，其中探测器2、介质分离器3和压力增强器4均被除去负载。同时油泵23关闭，从而因为水由于检测阀门26而只能流进压力增强器4，因此，水能够将压力增强器活塞9推回原处。在膨胀过程的最后探测器2可以从膨胀的管道16中被挤出，然后残余的水流出，并且膨胀设备1被再次用于另一膨胀过程。

图2中，探测器2的第二实施例表明具有两条各自与探测器线管14连接的流入线管27和28。密封环20和/或21停留在环行凹槽内的这两条线管27、28上。

探测器的该实施例的优点是在两个密封件20、21之间的膨胀空间的填充以水通过探测器线管14和与其相连的流入线管27和28被泵入的方式进行。水挤压相对于管道16壁的密封环20和21。这意味着密封环在插入过程中不能伸出探测器2的表面。因此探测器2可以容易地被插入。只有在用水填充膨胀空间时，通过流出的水，密封件20、21伸出、并被置于管道16上以密封。这样在插入管道16的过程中使密封20、21磨擦最小并因此提高了使用它们可以进行的膨胀的次数。

Claims (20)

1、紧靠管板(18)的保持开口(17)的管道(16)的液压膨胀方法，其中通过介质分离器(3)和压力增强器(4)使用液压油在压力介质中产生压力，并且在该方法中：

a)探测器(2)被插入要膨胀的管道部件中，管道部件外部由保持开口(17)环绕，连接在探测器(2)上的密封件(20，21)密封要膨胀的管道部件及探测器(2)之间的膨胀空间；

b)压力介质在至少1秒和最多20秒的填充时间内在与探测器(2)相连的压力增强器(4)、探测器(2)和膨胀空间中被加压；介质分离器(3)在压力介质中产生1.3～1.5倍液压的填充压力；

c)在至少1秒和最多20秒的压力增长时间内在压力介质中产生膨胀压力，从而压力介质中的膨胀压力通过压力增强器(4)增加到13～15倍的液压；

d)压力介质中的膨胀压力被保持至少1秒至最多10秒的预定膨胀时间；

e)在膨胀时间结束时，膨胀压力被自动降低。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述介质分离器(3)在压力介质中产生1.4倍液压的填充压力。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压力介质中的膨胀压力通过压力增强器(4)增加到14倍的液压。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，产生200MPa～400MPa的膨胀压力。

5、根据前述权利要求中之一所述的方法，其特征在于，对于被预先收缩封装在管板(18)内的管道(16)的膨胀，在距管板的热密封边缘(22)为膨胀的管道(16)内直径的1.0～1.5倍的距离处安置探测器(2)。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在膨胀过程中测量管道(16)内出现的变形。

7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，可以根据管道(16)内出现的变形选择膨胀压力和/或膨胀时间。

8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在膨胀时间内控制系统将膨胀压力保持在恒定的水平。

9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制系统至少获知要膨胀的管道(16)和在管板(18)中的保持开口(17)的几何形状以及预定的管道维持力，控制系统决定达到该维持力所需的膨胀压力和膨胀时间。

10、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了确定所需膨胀压力和膨胀时间，控制系统由变形测量独立地确定管道(16)的材料性能，而且也可以测定管板(18)的材料性能。

11、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制系统确定探测器(2)的磨损程度。

12、可以用探测器实施的用于测定液压管道膨胀的最多次数的方法，其特征在于，考虑膨胀管道(16)的变形测定膨胀的最多次数。

13、根据权利要求12的所述方法，其特征在于，在实施膨胀操作前，依据确定的管道变形测定管道可能膨胀的最大次数。

14、根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，在实施至少一次膨胀操作，并且使用该测量确定可能膨胀的最多次数。

15、根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在实施每次膨胀操作后测量管道变形，并且使用该测量确定可能膨胀的最多次数。

16、实施根据权利要求1至11之一所述的方法的设备，具有介质分离器(3)、压力增强器(4)和具有密封件(20，21)的探测器(2)，由此使用液压油通过介质分离器(3)和压力增强器(4)在压力介质中产生压力，实施该膨胀方法的设备的特征在于探测器(2)的基本材料为34 CrNiMo 6。

17、根据权利要求16的设备，其特征在于，探测器(2)上的密封件(20，21)包括具有90 Shore A硬度的密封材料。

18、根据权利要求16所述的设备，其特征在于，液压油符合德国工业标准51524的第2部分。

19、根据权利要求16所述的设备，其特征在于，液压油被过滤和/或冷却，由此最高的油温度限制在40℃～50℃。

20、根据权利要求16所述的设备，其特征在于，使用脱盐水作为压力介质。

Images