DE2456811B1

DE2456811B1 - Process for pressure-tight fastening of straight pipes between two pipe washers

Info

Publication number: DE2456811B1
Application number: DE2456811A
Authority: DE
Inventors: Herbert Krips; Miroslav Dipl-Ing Podhorsky
Original assignee: Balcke Duerr AG
Current assignee: Balcke Duerr AG
Priority date: 1974-11-30
Filing date: 1974-11-30
Publication date: 1975-10-23
Also published as: FR2292534B1; NL156940B; SE404305B; IT1043643B; NL7512479A; DE2456811A1; SE7510982L; FR2292534A1; BE834871A

Description

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (2) nur über eine Teillänge (9) des hydraulisch aufgeweiteten Bereiches (8) angewalzt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the tube (2) only over a partial length (9) of the hydraulically expanded area (8) is rolled on.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein an die Schweißnaht (3) anschließender Teil der Rohrenden vom hydraulischen Aufweiten und vom zusätzlichen Anwalzen ausgenommen wird.3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that one to the weld seam (3) Subsequent part of the pipe ends from hydraulic expansion and additional rolling is excluded.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur druckdichten Befestigung von geraden Rohren zwischen zwei Rohrscheiben, insbesondere bei der Herstellung von Wärmetauschern, bei dem die Rohre mit Spiel in Bohrungen der Rohrscheiben eingesetzt und mit ihrer Stirnkante an der jeweiligen Rohrscheibe befestigt, insbesondere angeschweißt werden, bevor die Rohrenden durch ein Druckmittel hydraulisch aufgeweitet und an die Rohrscheibe angepreßt werden.The invention relates to a method for pressure-tight fastening of straight pipes between two Tube disks, especially in the manufacture of heat exchangers, in which the tubes with play in bores of the tube disks inserted and fastened with their front edge to the respective tube disk, in particular be welded on before the pipe ends are hydraulically expanded and connected to by a pressure medium the pipe disc are pressed.

Bei der Herstellung von Wärmetauschern unter Verwendung von zwischen zwei Rohrscheiben verlaufenden geraden Rohren ist es bekannt, die Rohre mit Spiel in Bohrungen der Rohrscheiben einzusetzen und im Bereich der Rohrscheiben derart an die Innenwandungen der Bohrungen anzuwalzen, daß die Rohrenden druckdicht an den Rohrscheiben befestigt sind. Dieses seit Jahrzehnten bekannte Einwalzen von Rohren in Rohrscheiben besitzt den Nachteil, daß das Einwalzen nicht nur eine verhältnismäßig lange Zeit erfordert, sondern die Gefahr von Beschädigungen des Rohres im Bereich des Übergangs zwischen dem eingespannten Teil des Rohres in der Rohrscheibe und dem freien Teil des Rohres in sich birgt. Beim Bau hochwertiger Wärmetauscher, wie sie beispielsweise bei Kernenergieanlagen Verwendung finden, muß jedoch sichergestellt werden, daß die Rohre auch im Bereich des erwähnten Übergangs spaltfrei an die Rohrscheibe angewalzt werden, ohne daß hier Überbeanspruchungen des Rohrmaterials auftreten.In the manufacture of heat exchangers using tubes that run between two tube disks straight pipes, it is known to use the pipes with play in holes in the pipe disks and in the area to roll the pipe disks onto the inner walls of the bores in such a way that the pipe ends are pressure-tight are attached to the pipe disks. This rolling of pipes in pipe disks, which has been known for decades has the disadvantage that rolling in not only requires a relatively long time, but the risk of damage to the pipe in the area of the transition between the clamped part of the Tube in the tube disc and the free part of the tube conceals in itself. When building high-quality heat exchangers, as they are used, for example, in nuclear power plants, however, must be ensured that the pipes are also rolled onto the pipe disc without gaps in the area of the transition mentioned, without overstressing the pipe material occurring here.

Um die voranstehend geschilderten Nachteile beim Einwalzen von Rohren in Rohrscheiben zu beseitigen, ist es bekannt, die mit Spiel in die Bohrungen der Rohrscheiben eingesetzten Rohre hydraulisch unter Verwendung eines Druckmittels aufzuweiten, wozu in die Rohrenden eine Sonde eingeführt wird, deren Außendurchmesser geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des aufzuweitenden Rohres ist. In den hierdurch gebildeten, an seinen Enden durch Dichtungen abgedichteten Bereich wird ein Druckmittel eingebracht, welches das Rohr im Bereich der Rohrscheibe aufweitet und an die Innenwandung der Bohrung anpreßt. Damit sich das aufzuweitende Rohr während des hydraulischen Aufweitungsvorganges nicht innerhalb der Rohr-In order to eliminate the disadvantages outlined above when rolling tubes into tube disks, it is known to use the pipes inserted with play in the bores of the pipe disks hydraulically to expand a pressure medium, for which purpose a probe is inserted into the pipe ends, the outer diameter of which is slightly smaller than the inner diameter of the pipe to be expanded. In the hereby formed area sealed at its ends by seals, a pressure medium is introduced, which expands the pipe in the area of the pipe washer and presses it against the inner wall of the bore. In order to the pipe to be expanded does not move within the pipe during the hydraulic expansion process

S scheibe verschiebt, wird das Rohr mit seiner Stirnkante an der jeweiligen Rohrscheibe befestigt. Dieses Befestigen geschieht vorzugsweise durch Anschweißen der Stirnkante über deren gesamten Umfang an der Rohrscheibe, wodurch zugleich ein zusätzliches Abdichten erreicht wird.S disc moves, the pipe is attached with its front edge to the respective pipe disc. This fastening is preferably done by welding the front edge over its entire circumference to the pipe disc, whereby an additional sealing is achieved at the same time.

Während das hydraulische Anpressen von U-förmigen, mit beiden Rohrenden in derselben Rohrscheibe zu befestigenden Rohren keinerlei Schwierigkeiten bereitet, treten beim Befestigen von geraden Rohren zwisehen zwei Rohrscheiben in den Rohren auf Grund des hydraulischen Aufweitvorganges Zugspannungen über die gesamte Rohrlänge auf, da die Rohre beim Aufweiten in die Bohrung der Rohrscheiben gezogen werden. Diese Zugspannungen können bei Inbetriebnahme des Wärmetauschers einen unzulässig hohen Wert erreichen, wenn bei Inbetriebnahme des Wärmetauschers gegenüber dem unbelasteten Zustand weitere Zugspannungen in den Rohren entstehen, die von den Druckverhältnissen beim Betrieb des Wärmetauschers abhängen. Zur Vermeidung von Spannungsrißkorrosionen sollten die Rohre von Wärmetauschern möglichst unter Druckspannung stehen.During the hydraulic pressing of U-shaped, with both pipe ends in the same pipe washer pipes to be fastened poses no difficulties whatsoever when fastening straight pipes two pipe disks in the pipes due to the hydraulic expansion process tensile stresses the entire length of the pipe, as the pipes are drawn into the bore of the pipe disks when they are expanded. These tensile stresses can reach an impermissibly high value when the heat exchanger is put into operation, if, when the heat exchanger is put into operation, there are further tensile stresses compared to the unloaded state arise in the tubes, which depend on the pressure conditions during operation of the heat exchanger. To avoid stress corrosion cracking, the tubes of the heat exchangers should be under Compressive stress.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur druckdichten Befestigung von geraden Rohren zwischen zwei Rohrscheiben zu schaffen, mit dem die beim hydraulischen Aufweiten der Rohrenden in den Rohren entstehende Zugspannung zumindest teilweise gesteuert abgebaut werden kann, so daß während des Betriebes unzulässige Spannungen in den Rohren und in den Rohrscheiben mit Sicherheit vermieden werden können.The invention is based on the object of a method for the pressure-tight fastening of straight pipes to create between two pipe disks, with which the hydraulic expansion of the pipe ends in the pipes resulting tensile stress can be at least partially reduced in a controlled manner, so that during During operation, inadmissible tensions in the pipes and in the pipe washers are definitely avoided can be.

Ausgehend von dem bekannten Verfahren zur druckdichten Befestigung von geraden Rohren zwischen zwei Rohrscheiben, bei welchem die Rohre mit Spiel in Bohrungen der Rohrscheiben eingesetzt und mit ihrer Stirnkante an der jeweiligen Rohrscheibe befestigt, insbesondere angeschweißt werden, bevor die Rohrenden hydraulisch aufgeweitet und an die Rohrscheibe angepaßt werden, ist die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung gekennzeichnet durch ein zusätzliches Anwalzen jedes Rohres in seinem aufgeweiteten Bereich innerhalb mindestens einer Rohrscheibe.Based on the known method for pressure-tight fastening of straight pipes between two pipe disks, in which the pipes are inserted with play in holes in the pipe disks and with their Front edge attached to the respective pipe washer, in particular welded, before the pipe ends The solution to this problem is to be hydraulically expanded and adapted to the pipe disc characterized by the invention by an additional rolling of each tube in its expanded Area within at least one pipe section.

Durch dieses zusätzliche Anwalzen jedes Rohres können nicht nur die beim hydraulischen Aufweiten entstehenden Zugspannungen abgebaut werden, sondern es kann auch die beim Betrieb des Wärmetauschers in den Rohren herrschende Spannung vorbestimmt werden, da durch das zusätzliche Anwalzen jedes Rohres im hydraulisch aufgeweiteten Bereich Druckspannungen im Rohr entstehen, die den Spannungszustand im gesamten Rohr beeinflussen. Da die bei Inbetriebnahme in den Rohren entstehenden Spannungen errechenbar sind, kann durch die Wahl des Spannungszustandes vor der Inbetriebnahme der beim Betrieb herrschende Spannungszustand in den Rohren vorgegeben werden. Zu diesem Zweck kann das Rohr gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung nur über eine Teillänge des hydraulisch aufgeweiteten Bereiches angewalzt werden.With this additional rolling of each pipe, not only those during hydraulic expansion can resulting tensile stresses are reduced, but it can also be reduced during operation of the heat exchanger prevailing tension in the tubes can be predetermined, as each Pipe in the hydraulically expanded area compressive stresses arise in the pipe, which affect the state of stress affect throughout the pipe. Since the tensions that arise in the pipes during commissioning can be calculated by selecting the voltage state before commissioning the at Operation prevailing stress state in the pipes can be specified. To this end, the pipe according to a further feature of the invention only over a partial length of the hydraulically expanded area be rolled.

Da die Größe der durch den zusätzlichen Anwalzvorgang in die Rohre eingeleiteten Druckspannung nicht nur von der axialen Länge des zusätzlich angewalzten Abschnittes im Verhältnis zur GesamtlängeBecause the size of the compressive stress introduced into the pipes by the additional rolling process not only on the axial length of the additionally rolled section in relation to the total length

der hydraulisch aufgeweiteten Rohrlänge abhängt, sondern auch von der Stärke und der Art des Walzvorganges, werden diese Faktoren gemäß der Erfindung in Abhängigkeit vom Spannungszustand im hydraulisch aufgeweiteten Rohr und unter Berücksichtigung der beim Betrieb entstehenden Spannungen gewählt.depends on the hydraulically expanded pipe length, but also on the strength and type of rolling process, these factors are according to the invention depending on the state of tension in the hydraulic expanded pipe and taking into account the stresses that arise during operation.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur druckdichten Befestigung von geraden Rohren zwischen zwei Rohrscheiben ermöglicht nicht nur eine einfache und gefahrlose Einpressung der Rohrenden in die Rohrscheiben, sondern ermöglicht darüber hinaus, daß der beim Betrieb in den Rohren herrschende Spannungszustand exakt vorausbestimmt wird. Damit Auswirkungen sowohl des hydraulischen Aufweitvorganges als auch des zusätzlichen Walzvorganges auf die Schweißnaht an den Stirnkanten des Rohres vermieden werden, ist es zweckmäßig, einen an die Schweißnaht anschließenden Teil des Rohres von der hydraulischen Aufweitung und vom zusätzlichen Anwalzen auszunehmen.The method according to the invention for the pressure-tight fastening of straight pipes between two pipe disks not only enables the pipe ends to be pressed easily and safely into the pipe washers, but also enables the stress condition prevailing in the pipes during operation is exactly predetermined. This affects both the hydraulic expansion process and the additional rolling process on the weld seam at the front edges of the pipe is avoided expediently, a part of the pipe adjoining the weld seam from the hydraulic expansion and exempt from additional rolling.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiei des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, und zwar zeigtIn the drawing is a Ausführungsbeispiei of the invention Procedure shown, namely shows

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein mit seinen Enden in jeweils eine Bohrung zweier Rohrscheiben eingelegtes und an seiner Stirnkante mit der jeweiligen Rohrscheibe verschweißtes Rohr,F i g. 1 shows a longitudinal section through an inserted with its ends in a bore of two tubular disks and pipe welded to the respective pipe washer at its front edge,

F i g. 2 ein hydraulisches Aufweiten der Rohrenden gemäß Fig. 1,F i g. 2 a hydraulic expansion of the pipe ends according to FIG. 1,

F i g. 3 ein zusätzliches Anwalzen auf einer Teillänge des hydraulisch aufgeweiteten Bereiches undF i g. 3 an additional rolling on part of the length of the hydraulically expanded area and

F i g. 4 den Endzustand des mit dem erfindungsgemäßen Verfahren an den beiden Rohrscheiben befestigten Rohres in einem Längsschnitt.F i g. 4 shows the final state of the fastened to the two tubular disks with the method according to the invention Tube in a longitudinal section.

Das Befestigen von geraden Rohren zwischen zwei Rohrscheiben wird an Hand eines einzigen Rohres 2 erläutert. Dieses Rohr 2 wird mit seinen Enden in Bohrungen la zweier Rohrscheiben 1 eingeführt. Die Rohrscheiben 1 befinden sich im Abstand voneinander und sind parallel zueinander ausgerichtet. Der Außendürchmesser des Rohres 2 ist kleiner als der Innendurchmesser der Bohrungen la, so daß das Rohr 2 ohne Schwierigkeiten in die beiden Rohrscheiben 1 eingeführt werden kann.The fastening of straight pipes between two pipe washers is carried out using a single pipe 2 explained. This tube 2 is inserted with its ends into bores 1 a of two pipe disks 1. The pipe washers 1 are at a distance from each other and are aligned parallel to each other. The outer diameter of the tube 2 is smaller than the inner diameter of the bores la, so that the tube 2 without difficulty can be inserted into the two pipe disks 1.

An seinen Stirnkanten wird das Rohr 2 mittels einer Schweißraupe 3 an der jeweiligen Rohrscheibe 1 befestigt, wie dies in F i g. 1 dargestellt ist. Die Schweißraupe 3 bewirkt nicht nur eine Festlegung des Rohres 2 an der jeweiligen Rohrscheibe 1, sondern stellt zugleich eine Abdichtung dar.At its front edges, the pipe 2 is fastened to the respective pipe disc 1 by means of a welding bead 3, as shown in FIG. 1 is shown. The weld bead 3 not only fixes the pipe 2 the respective pipe disc 1, but also represents a seal.

Gemäß F i g. 2 wird nunmehr eine Sonde 4 in das innerhalb der Rohrscheibe 1 liegende Ende des Rohres 2 eingeführt. Der Außendurchmesser der Sonde 4 ist kleiner als der Innendurchmesser des nicht aufgeweiteten Rohres 2. Hierdurch ergibt sich ein Ringraum, der durch Dichtungen 5 und 6 abgeschlossen ist, welche auf der Sonde 4 angeordnet sind. In diesen Ringraum wird über eine Zuflußbohrung 4a in der Sonde 4 Druckmittel eingeführt. Durch den Aufbau eines Druckes im Ringraum, der bei mehreren tausend at liegen kann, wird das Rohr 2 hydraulisch aufgeweitet und mit seiner Mantelfläche an die Innenwand der Bohrung la angepreßt. According to FIG. 2, a probe 4 is now inserted into the end of the pipe located inside the pipe disc 1 2 introduced. The outer diameter of the probe 4 is smaller than the inner diameter of the unexpanded Tube 2. This results in an annular space which is closed by seals 5 and 6, which on the probe 4 are arranged. Pressure medium is fed into this annular space via an inflow bore 4a in the probe 4 introduced. By building up a pressure in the annulus, which can be several thousand at the pipe 2 is expanded hydraulically and pressed with its outer surface against the inner wall of the bore la.

Da die beiden Rohrscheiben 1 im vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind, entstehen beim Aufweiten der Enden des Rohres 2 im gesamten Rohr 2 Zugspannungen, weiche sich über die gesamte Rohrlänge erstrecken. Diese Zugspannungen sind dadurch zu erklären, daß das Rohr 2 beim Aufweiten in die Bohrung la der Rohrscheiben 1 hineingezogen wird. Die Zugspannungen erstrecken sich demgemäß über die gesamte Rohrlänge.Since the two pipe disks 1 are arranged at a predetermined distance from one another, arise during expansion the ends of the pipe 2 in the entire pipe 2 tensile stresses, soft over the entire length of the pipe extend. These tensile stresses can be explained by the fact that the pipe 2 when expanding into the bore la the pipe disks 1 is drawn in. The tensile stresses accordingly extend over the entire pipe length.

Um den sich an die Schweißraupe 3 anschließenden Enübereich des Rohres 2 von schädlichen Einflüssen durch derartige Zugspannungen freizuhalten, werden die Rohrenden nicht bis unmittelbar an die Schweißraupe 3 heran aufgeweitet. Dies ist in F i g. 2 zu erkennen.
Um die durch den hydraulischen Aufweitvorgang im Rohr 2 erzeugten Zugspannungen zumindest teilweise abzubauen, werden die hydraulisch aufgeweiteten Rohrenden zusätzlich mittels einer Walze 7 an die Rohrscheiben 1 angewalzt. Dieser Walzvorgang, der "\iur innerhalb einer Rohrscheibe 1 und nur über einen Teilbereich des hydraulisch aufgeweiteten Endstücks stattfinden kann, erzeugt im gesamten Rohr 2 entgegengesetzt gerichtete Spannungen. Diese Spannungsänderungen ergeben sich dadurch, daß das Material des Rohres 2 durch den zusätzlichen Walzvorgang aus der Rohrscheibe herausgedrängt wird. Da das Rohr 2 mit seiner Stirnkante an der Rohrscheibe 1 befestigt ist, entsteht über die gesamte Rohrlänge eine gewünschte Spannungsrichtung. Die Größe dieser Spannung ist von der Art und der Intensität des Walzvorganges bzw. von der Länge des zusätzlich angewalzten Bereiches abhängig
ln F i g. 4 ist der hydraulisch aufgeweitete Bereich mit der Bezugsziffer 8 und der zusätzlich gewalzte Bereich mit der Bezugsziffer 9 gekennzeichnet. Durch eine geeignete Wahl des Bereiches 9 im Verhältnis zum Bereich 8 läßt sich bei vorgegebenem Walzvorgang der Spannungszustand im Rohr 2 beliebig beeinflussen.In order to keep the area of the pipe 2 adjoining the welding bead 3 free of harmful influences from such tensile stresses, the pipe ends are not widened right up to the welding bead 3. This is in FIG. 2 to recognize.
In order to at least partially reduce the tensile stresses generated in the pipe 2 by the hydraulic expansion process, the hydraulically expanded pipe ends are additionally rolled onto the pipe disks 1 by means of a roller 7. This rolling process, which can only take place within a tube disc 1 and only over a partial area of the hydraulically expanded end piece, generates oppositely directed tensions in the entire tube 2. These tension changes result from the fact that the material of the tube 2 is removed from the tube by the additional rolling process Since the end edge of the tube 2 is attached to the tube disk 1, a desired direction of tension arises over the entire length of the tube
ln Fig. 4, the hydraulically expanded area is labeled with the reference number 8 and the additionally rolled area with the reference number 9. With a suitable selection of the area 9 in relation to the area 8, the stress state in the tube 2 can be influenced as desired for a given rolling process.

Wenn das Rohr 2 zur Vermeidung von Spannungsrißkorrosionen möglichst unter Druckspannung stehen soll, richtet sich der Walzvorgang und das Verhältnis der Bereiche 8 und 9 zueinander einmal nach der Größe der durch das hydraulische Aufweiten im Rohr 2 entstehenden Zugspannungen und zum anderen nach denjenigen Spannungen, die bei der Inbetriebnahme des Wärmetauschers entstehen. Diese bei der Inbetriebnahme entstehenden Spannungen hängen von der Art der Beaufschlagung des Wärmetauschers und von den jeweiligen Temperaturverhältnissen ab. Da diese Verhältnisse bekannt sind und die sich hierdurch ergebenden Spannungen im Rohr errechenbar sind, können durch den zusätzlichen Walzvorgang im Rohr 2 Spannungen erzeugt werden, die nach dem Hinzutreten der Spannungen durch die Inbetriebnahme einen optimalen Spannungszustand im Rohr 3 zur Folge haben.When the pipe 2 is under compressive stress as far as possible to avoid stress corrosion cracking should, the rolling process and the ratio of the areas 8 and 9 to each other depends once on the size the tensile stresses created by the hydraulic expansion in the pipe 2 and on the other hand those voltages that arise when the heat exchanger is put into operation. This during commissioning resulting stresses depend on the type of loading of the heat exchanger and on the respective temperature conditions. Since these relationships are known and the resulting ones Stresses in the pipe can be calculated, 2 stresses can be created in the pipe by the additional rolling process are generated, which after the addition of the voltages by commissioning an optimal Stress condition in the pipe 3 result.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Method for pressure-tight fastening of straight pipes between two pipe disks, in particular in the manufacture of heat exchangers, in which the tubes with play in bores of the tube disks inserted and fastened with their front edge to the respective tube disk, in particular be welded on before the pipe ends are hydraulically expanded by a pressure medium and pressed against the pipe disc, characterized by additional rolling each tube (2) in its widened area (8) within at least one tube disc