CN87102477A - 在两个管座之间密封固定直管的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种在两个管座之间密封固定直管的方法和设备，首先将每根管子的一端固定到一个管座的相应的孔中。然后对每根管子进行加热，并使因加热而引起的伸长以其未固定的一端从另一个管座中伸出。当管子的冷态和加热状态的长度差达到预定值时，将管道的另一端处于另一个管座中的那一段进行液压扩张，并紧接着在其从管座伸出的端头处与管座焊接起来。采用管子加热后产生的伸长作为液压扩张工序的操作信号。

Description

本发明涉及一种在两个管座之间密封固定直管的方法，特别是用于制造换热器中，其中，管道有间隙地装在管座的孔中，至少在管道的一端利用压力介质进行液压扩张，以便使之压靠在管座中，并将其固定在，尤其是焊接在管座的端部;采取措施使固定在管座之间的管子具有预先规定的、考虑到以后的工作状态的应力状态。此外，本发明还涉及一种实施上述方法的最佳设备。

由DE-PS2456811已知一种上述这种类型的用来在两个管座之间密封固定直管的方法。在这种已知的方法中，管端的液压扩张部分在管座上的连接中，至少要对一个管座处的已扩张区中的管子进行附加的滚压，以便在处于两个管座之间的管子中产生预定的应力状态，从而不会在以后的工作状态中使管子过载。

采用这种已知的方法，可以预先在各管子中产生很准确的应力状态。然而附加的滚压过程比较费时和费工。

本发明的目的是简化此已知的方法，固定在两个管座之间的管子中预定的应力状态随着将管子固定在管座中的工序中产生。

按本发明的方法达到上述目的所采取措施的特征是，首先将每根管子的一端固定到一个管座相应的孔中;然后按所要产生的预应力对每根管子进行加热，并使得因为加热而引起的伸长以其未固定的一端从另一个管座中伸出;当管子冷态和热态之间的长度差达到预定值时，将管子的另一端处于另一个管座中的那一段进行液压扩张，并紧接着在其从管座伸出的端头处与管座焊接起来。

按本发明的方法，除了在液压扩张和固定在第二个管座上之前对每根管子进行有目的地加温以外，为了产生预定的应力状态，并不需要有其它的附加工序。只要在管座之间装入所有的管子，并经过冷却，便自动形成了这一应力状态。当各管是一根接着一根先后装入管座时，会在各管子中产生不同的应力状态，然而当制造过程结束以后便变为预定值，因为这一值取决于两个管座之间所装管子的总数，以及管座所引起的变形。

本发明方法的另一个优点是，不论是将一个管端首先固定在有关的管座上，还是将另一个管端焊接在第二个管座上，在固定区均不存在应力，因为管端事先经液压扩张被相对于管座固定。因此整个焊缝的焊接都不会有什么困难，此外焊缝可以方便地加以检验。

为了改善仅通过液压扩张而形成的管子在管座中的配合情况，可以按另一个已知的特征，在管座的孔区制成槽，使管子扩张后在槽中提高相互固持力。

按本发明对管子进行快速和干净地加热的方法是，将一个加热套管插入已经在一个管座中固定了的管子一端中去，以加热管子。

本发明的方法还建议，采用管子加热后产生的伸长作为液压扩张工序的操纵信号。因此实施本发明的方法比较简单，并避免操作人员产生错误。

在本发明的一个最佳实施例中，管子至少可以在一个管座处，经过环绕着伸出管座的管子外伸段的一个附加的管子套管作为中间连接而与管座焊在一起。通过这一附加的、其一端在管子装入前先与管座焊在一起的管子套管，使管端和管座之间的焊接简化，这时，此焊缝不仅起使管子相对于管座固定的作用，而且保证在管子和管座之间有可靠的密封。

实施本发明方法的设备采用了一个可以插入各个需扩张的管子中的扩张头，它借助于至少两个装在圆柱形扩张头部上彼此相隔一定距离的密封圈与欲扩张的管子段形成一个环形腔，当打开一个阀门后，此腔可通过从压力介质源处引来的压力介质加载而使管子扩张。

为了在采用这类的设备时，一旦由于管子加热而使管端从管座侧面伸出量达到预定的长度变化时能使管端立即扩张，按本发明在扩张头上设一个可由因加热而伸长的管子的端头操纵的开关，这一开关用来控制向环形腔供应压力介质的阀门。

这种按本发明的扩张头的结构，可以在圆柱形扩张头部伸入要扩张的管子以及此管子经过有目的地加温后，自动地起动液压扩张过程，因为由于加温而伸长的管子通过设在扩张头上的开关打开了阀门，从而使压力介质从压力介质源输入环形腔，这一环形腔的轴向边界是至少两个彼此相隔一定距离装在圆柱扩张头部上的密封圈。因此操作者不必测量温度或长度变化，只要按要求将扩张头与管座和欲扩张的管子固定好就行了。

在一个最佳结构形式中，开关包括一个绕圆柱形扩张头部并与之同心的档圈，档圈与管座或欲扩张的冷管子的端面之间沿扩张头轴向的距离是可调的，并等于预先规定的长度变化。调整时可通过更换不同的档圈，或使档圈相对于绕圆柱形扩张头部的外壳的止动面移动来实现。

在按本发明设备的一个最佳结构形式中，扩张头在管座上的定位面通过一个沿圆柱形扩张头部的轴向可移动的外环来形成，此外环的里面装有开关的档圈。这样，不仅可以在必要时考虑到欲扩张管子或中间连接套管预定的外伸量，来调整密封圈的位置按规定处于管座之内，而且可以调整预先规定的长度变化量，这一量是考虑到管子以后的应力状态通过加热获得的，并在达到这一长度变化时将其用作操纵信号，以起动液压扩张工序。

附图中除了本发明设备的一个总示意图外，还有此设备的一个实施例，以及借助于多道工序表示了本发明方法的实施过程。其中：

图1    总示意图，

图2    首先在一个管座中固定的一根管子的端部纵剖面，

图3    此管子另一端的纵剖面，管子从另一个管座上预先加工好的孔中伸出，

图4    与图3相应的剖面，但这时管子端部被切断至规定尺寸，

图5    与图2相应的剖面图，但这时加热套管已插入，

图6    与图4相当的剖面图，但扩张头已插入，并处于加热过程中，

图7    与图6相应的剖面图，这时加热过程已结束，并已进行了液压扩张，

图8    液压扩张和与管座焊后通过在图6和7中所表示的管子端部的纵剖面图，

图9    与图7相应的此设备另一种结构形式的纵剖面图，以及

图10    另一种结构形式的相应的纵剖面图。

图1示意表示了一个换热器1，它有两个焊在外壳2中的管座3和4，在管座之间装有许多根直管5。除了一根以外，其它的管子5均只用点划线来代表。

管子5有间隙地装入管座3和4事先加工好的孔中，并利用一个扩张头6通过压力介质进行液压扩张。经过扩张后，此管子紧压在管子所在的管座3和4的地方。随后，管子5最好通过焊接固定在管座3和4的端面区中。

由图2至8的剖面图可见，首先对管子5处于管座3中的该端进行液压扩张。然后将在管座3的孔中并紧压在该区域中所加工好的槽中的管子5与管座3的外侧焊在一起。起定位和密封作用的焊缝7可见于图2中。将管子5固定在管座3中亦可以采用扩压扩张，而且是通过滚压，或仅仅焊接固定。

将管子5固定在管座3上以后，管子5的另一端略微从管座4伸出，如图3所示。在此图3中还可以看到，在管座4的该孔处制有一个槽8，管子5通过液压扩张紧压在此槽中，以提高固持力。

在全部管子5均以其一端在管座3中液压扩张并通过焊缝7固定在管座3中以后，它们如图3所示从管座4伸出的那一端按图4所示那样切断至规定值。当然，如果有意让管子5从管座4端面伸出一定的长度，而且当管子5固定在管座3中以后此伸出量保持在允许的公差范围之内时，就可以不必进行上述切断工序。

如图5和图6所示，现在将一个加热套管9插入管子5已经固定在管座3的那一端中，并利用它来加热管子5。图6表示了管子5由于加热已经伸长，而且尽管事先切断至与管座4的端面齐平的规定值，它仍然从管座4的侧面向外伸出。

按照图6，在目前仍为管子5的自由端中插入扩张头6的圆柱形头部6a，并应使头部6a上的彼此相隔一定距离的密封圈10正好处于管座4壁厚的内部。为了保证使头部6a的密封圈10和管座4之间具有上述相对位置，在扩张头6的外壳上用螺纹拧上一个外环11，外环11的端面11a靠在管座4的外表面上。相对于头部6a相应地调整外环11，并且使扩张头6准确地靠在管座4上，便可以保证使密封圈10始终处于管座4横截面内部正确的位置上。

按图6和图7所示的实施例，在外环11的内部装了一个档圈12，从它的前端面伸出一根或多根触针12a，触针的前端与管座4相隔一个预先规定的距离a。在此实施例中，这一距离a同时又等于管子5因加热而引起的长度变化，这一长度变化在管子5被固定和晚些时候重新冷却之后，决定了在管座3和4之间焊接好的管子5中所形成的预应力的大小。

一旦管子5由于加热套管9的加热而伸长到所规定的量时，从管座4伸出的管子5的端面触及触针12a，如图7所示。触针12a均设计为操纵一个阀门14的开关13的一部分，阀门14设在从一个压力介质源16通往扩张头6的压力介质管路15中。压力介质管路15沿轴向引入由密封圈10所构成的环形腔17中。一旦阀门14被打开，在环形腔17所在的区域中，管子5被扩张，并压靠在管座4的孔或槽8中。

图7表示了管子5的一端处于液压扩张的过程中。经扩张后此相应的管段已经压靠在管座4的孔或槽8中。一旦在环形腔17里面已经达到一个预先调整好的压力值，并将此压力值保持了一段规定的时间，便撤消此压力，并将扩张头6从管子5中抽出。然后，管子5从管座4伸出的端头用焊缝18与管座4焊接在一起。

通过预先调整好距离a确定在冷态和被加热套管9加热了的管子5之间长度的变化，以及当达到此长度变化时自动起动液压扩张工序，在管子一方面通过扩张另一方面通过焊接与管座4连接之前，使管子从管座4伸出一个预先规定的量。在紧接着冷却管子5的时候，在此管子5中产生了拉应力，这是考虑了焊接在外壳2中的管座3和4的变形而在管子5中产生的所希望的应力状态。如果一定想要在不同的管子5中有不同的应力，那么可以在它与管座4固定前，使不同的管子5通过加热从管座4伸出不同的量。为此目的，可以使档圈能在外环11内部移动，或可更换成另一个档圈12，从而改变相对于管座4端面的距离a。

图9和10中所表示的是用于操纵阀门14的开关13其它两种可能的结构形式。按图6和7所表示的结构形式中，嵌装在不导电的挡圈中的触针12a在开关13的电路中处于这样的位置，即当伸长了的管子5的触头触及它们时起动开关13，而当采用按图9所示的结构形式时，取消了带有触针12a的挡圈12，而代之以一个在外环11上可回转地支承着的开关杆20。它与开关13的一个触点共同工作。在一般情况下，受弹簧20a的弹簧力作用，使开关杆20离开触点19。一旦管子5如图9中所表示的那样伸长到尺寸a，开关杆20如图9所示在管子5伸长后的端面作用下顺时针旋转，并与触点19接触。在这一时刻，开关13打开阀门14，如同在前面对第一种实施例中所叙述过的那样。

按图10的第三种结构形式中，开关的开断过程是通过一个装在外环11中的感应线圈21来实现的。在这一实施例中，在通过一个放大器22与开关13相连的感应线圈21的里面有一个磁环23，管子5的端面从管座4的端面外伸量为a时，磁环23被伸长后的管子5的端面移动，并给阀门14一个经放大器22放大了的操纵信号。如果取代磁环23而利用管子5从管座4外伸的部分来产生一个由感应线圈21发出的信号，则这种结构方案可以用于无接触式的触点闭合。

这三种实施例均表示了这样一种结构形式，即伸长的管子直接包括在开关13的电路中（图6和图7）。在按图9的第二种实施例中，用机械的方法使开关闭合。按图10的实施例所表示的是无接触式开关，它也可以是一个光电管，此光电管在管子5伸长的端面作用下工作。

符号表

a    距离    18    焊缝

1    换热器    19    触点

2    外壳    20    开关杆

3    管座    20a    弹簧

4    管座    21    感应线圈

5    管子    22    放大器

6    扩张头    23    磁环

6a    圆柱形扩张头部

7    焊缝

8    槽

9    加热套管

10    密封圈

11    外环

11a    端面

12    挡圈

12a    触针

13    开关

14    阀门

15    压力介质管路

16    压力介质源

17    环形腔

Claims (11)

1、在两个管座之间密封固定直管的方法，特别是用在制造换热器中，其中，管子有间隙地装在管座的孔中，至少在管子的一端利用压力介质进行液压扩张，以便使之压靠在管座上，并将其固定在，尤其是焊接在管座的端部；采取措施使固定在管座之间的管子具有预先规定的、考虑到以后的工作状态的应力状态，其特征为：首先将每根管子的一端固定在一个管座的相应的孔中；然后按所要产生的预应力对每根管子进行加热，并使因加热而引起的伸长以其末固定的一端从另一个管座中伸出；当管子的冷态和加热状态之间的长度差达到预定值时，将管子的另一端处于另一个管座中的那一段进行液压扩张，并紧接着在其从管座伸出的端头处与管座焊接起来。

2、按照权利要求1所述之方法，其特征为：在管座中的孔区制成槽。

3、按照权利要求1或2所述之方法，其特征为：将一个加热套管插入已经在一个管座中固定了的管子，一端中去，以加热管子。

4、至少按照权利要求1至3之一所述之方法，其特征为：采用管子加热后产生的伸长量作为液压扩张工序的操纵信号。

5、至少按照权利要求1至4之一所述之方法，其特征为：管子至少可以在一个管座处经过环绕着伸出管座的管子外伸段的一个附加的管子套管作为中间连接与管座焊接在一起。

6、实施至少按照权利要求1至5之一所述的方法的设备采用了一个可以插入各个需扩张的管子中的扩张头，它借助于至少两个装在圆柱形扩张头部上彼此相隔一定距离的密封圈与欲扩张的管子段形成一个环形腔，当打开一个阀门后，此腔可通过从压力介质源处引来的压力介质加载而使管子扩张，其特征为：在扩张头（6）上设一个可由因加热而伸长的管子（5）的端头操纵的开关（13），这一开关是用来控制向环形腔（17）供应压力介质的阀门（14）的。

7、按照权利要求6所述之设备，其特征为：开关（13）包括一个绕圆柱形扩张头部（6a）并与之同心的挡圈（12）。

8、按照权利要求7所述之设备，其特征为：挡圈（12）与管座（4）或欲扩张的冷管子（5）的端面之间沿扩张头（6）轴向的距离（a）是可调整的。

9、按照权利要求8所述之设备，其特征为：通过更换不同的挡圈（12）可调整距离（a）。

10、按照权利要求8所述之设备，其特征为：通过使挡圈（12）相对于绕圆柱形扩张头部（6a）的外壳的止动面移动可以调整距离（a）。

11、按照权利要求6至10之一所述之设备，其特征为：扩张头（6）在管座（4）上的定位面（11a）通过一个沿圆柱形扩张头部（6a）的轴向可移动的外环（11）来形成，在外环（11）的里面装有开关（13）的挡圈（12）。

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