DE2456811C2 - Verfahren zur druckdichten Befestigung von geraden Rohren zwischen zwei Rohrscheiben - Google Patents

Description

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (2) nur über eine Teillänge (9) des hydraulisch aufgeweiteten Bereiches (8) angewalzt wird

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.

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 Rührscheibe befestigt, insbesondere angeschweißt werden, bevor die Rohrenden durch ein Druckmittel hydraulisch aufgeweitet und an die Rohrscheibe angepreßt werden.

Bei der Herstellung von Wärmetauschern unter Verwendung von zwischen zwei Rohrscheiben verlaufen- den 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 so 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.

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 Innendurch- messer 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 dei Rohrscheibe 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.

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 zwischen 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.

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.

Ausgehend von dem bekannten Verfahren zur druckdichten Befestigung von geraden Rohren zwischen zwei RohrscKeiben, 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.

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.

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 Gesamtlänge

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.

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.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, und zwar zeigt

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. 2 ein hydraulisches Aufweiten der Rohrenden gemäß F i g. 1,

F i g. 3 ein zusätzliches Anwalzen auf einer Teillänge des hydraulisch aufgeweiteten Bereiches und

F i g. 4 den Endzustand des mit dem erfindungsgemäßen Verfahren an den beiden Rohrscheiben befestigten Rohres in einem Längsschnitt.

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 I a zweier Rohrscheiben 1 eingeführt. Die Rohrscheiben 1 befinden sich im Abstand voneinander und sind parallel zueinander ausgerichtet. Der Außendurchmesser des Rohres 2 ist kleiner als der lnnendurchmesser der Bohrungen la, so daß das Rohr 2 ohne Schwierigkeiten in die beiden Rohrscheiben 1 eingeführt werden kann.

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.

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, wiru das Rohr 2 hydraulisch aufgeweitet und mit seiner Mantelfläche an die Innenwand der Bohrung la angepreßt.

Da die beiden Rohrscheiben 1 im vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind, entstehen beim Aufweiten der Enden des Rohre» 2 im gesamten Rohr 2 Zugspannungen, welche 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.

Um den sich an die Schweißraupe 3 anschließenden Endbereich 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 nur 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 abhängigln 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 läClt sich bei vorgegebenem Walzvorgang der Spannungszustand im Rohr 2 beliebig beeinflussen.

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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur druckdichten Befestigung von geraden Rohren zwischen zwei Rohrscheiben, insbesondere bei der Herstellung von Wärmetauichern, 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 Rohren- den durch ein Druckmittel hydraulisch aufgeweitet und an die Rohrscheibe angepreßt werden, gekennzeichnet durch ein zusätzliches Anwalzen jedes Rohres (2) in seinem aufgeweiteten Bereich (8) innerhalb mindestens einer Rohrscheibe