DE2528739C2

DE2528739C2 - Method for pressure-tight fastening of pipes to a pipe disc

Info

Publication number: DE2528739C2
Application number: DE19752528739
Authority: DE
Inventors: Herbert 4630 Bochum-Langendreer; Podhorsky Miroslav Dipl.-Ing. 4630 Bochum Krips
Original assignee: Balcke Duerr AG
Current assignee: Balcke Duerr AG
Filing date: 1975-06-27
Publication date: 1977-06-08

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur druckdichten Befestigung von Rohren an einer Rohrscheibe, insbesondere bei der Herstellung von Wärmetauschern, bei dem die Rohre mit Spiel in Bohrungen der Rohrscheibe eingesetzt und mit ihren Enden an der Rohrscheibe in ihrer Lage fixiert werden, bevor die Rohrenden durch ein Druckmittel hydraulisch aufgeweitet und hierdurch an die Rohrscheibe angepreßt und anschließend mindestens auf einem Teil des hydraulisch aufgeweiteten Bereiches mechanisch angewalzt werden.The invention relates to a method for pressure-tight Attachment of pipes to a pipe disc, especially in the manufacture of heat exchangers which the pipes are inserted into holes in the pipe disc with play and their ends on the pipe disc in their position are fixed before the pipe ends are hydraulically expanded by a pressure medium and thereby pressed against the pipe disc and then at least on part of the hydraulically expanded Area are mechanically rolled.

Es ist bei der Herstellung von Wärmetauschern bekannt, die Wärmetauscherrohre mit Spiel in Bohrungen der Rohrscheibe einzusetzen und im Bereich der Rohrscheibe derart an die Wandungen der Bohrungen anzuwalzen, daß die Rohrenden druckdicht anliegen und gleichzeitig an der Rohrscheibe befestigt sind. Dieses seit Jahrzehnten bekannte Einwalzen von Rohren in Rohrscheiben besitzt nicht nur den Nachteil, daß das Einwalzen eine verhältnismäßig lange Zeit erfordert, sondern birgt auch die Gefahr von Beschädigungen des Rohres im Bereich des Überganges zwischen dem in der Rohrscheibe eingespannten Teil und dem freien Teil des Rohres. Beim Bau hochwertiger, beispielsweise für Kernenergieanlagen verwendeter Wärmetauscher muß jedoch sichergestellt werden, daß die Befestigung der Rohre an der Rohrscheibe ohne Überbeanspruchung und ohne die Bildung von Spalten geschieht.It is known in the manufacture of heat exchangers, the heat exchanger tubes with play in bores insert the pipe disc and in the area of the pipe disc in such a way on the walls of the bores to roll that the pipe ends are pressure-tight and at the same time attached to the pipe disc. This rolling of pipes into pipe disks, which has been known for decades, not only has the disadvantage that the rolling requires a relatively long time, but also harbors the risk of damage of the pipe in the area of the transition between the part clamped in the pipe disc and the free part of the pipe. Used in the construction of high-quality ones, for example for nuclear power plants Heat exchanger must be ensured, however, that the attachment of the tubes to the tube disc without Overuse and occurs without the formation of crevices.

Neben dem Einwalzen von Rohren in Rohrscheiben ist es bekannt, die Rohre mit Spiel in Bohrungen der Rohrscheibe einzusetzen und anschließend hydraulisch unter Verwendung eines Druckmittels aufzuweiten. Zu diesem Zweck wird nacheinander in die Rohrenden eine Sonde eingeführt, deren Außendurchmer.ser geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der aufzuweitenden Rohre ist. In den hierdurch gebildeten, an seinen Enden durch Dichtungen abgedichteten Raum wird ein Druckmittel eingebracht, welches das Rohr im Bereich der Rohrscheibe aufweitet und an die Innenwandung der Bohrungen anpreßt. Damit sich das aufzuweitende Rohr während des hydraulischen Aufweitvorganges nicht innerhalb der Rohrscheibe verschiebt, wird das Rohr mit seiner Stirnkante an der jeweiligen Rohrscheibe befestigt, und zwar vorzugsweise durch Anschweißen der Stirnkante des Rohres auf der Außenseite der Rührscheibe.In addition to the rolling of pipes in pipe disks, it is known that the pipes with play in the bores Insert the pipe disc and then expand it hydraulically using a pressure medium. to For this purpose, a probe is inserted one after the other into the pipe ends, the outer diameter of which is slightly is smaller than the inner diameter of the pipes to be expanded. In the one thus formed, at its ends A pressure medium is introduced into the space sealed by seals, which the pipe in the area the pipe disc expands and presses against the inner wall of the bores. So that the widening If the pipe does not move within the pipe disc during the hydraulic expansion process, it will Pipe attached with its front edge to the respective pipe washer, preferably by welding the front edge of the pipe on the outside of the agitator disk.

Das hydraulische Aufweiten von Rohren besitzt gegenüber dem mechanischen Anwalzen den Vorteil, daß der Befestigungsvorgang innerhalb erheblich kürzerer Zeit abläuft. Selbst bei einer exakten Absiimmung der Abmessungen der Sonde auf die jeweils vorliegenden Verhältnisse läßt sich jedoch nicht sicherstellen, daß die aufgeweitete Länge des Rohres exakt mit der Dicke der Rohrscheibe übereinstimmt. Bei einer Vielzahl der in einer Rohrscheibe einzusetzenden Rohre und im Hinblick auf die Toleranz der Rohrscheibendicke läßt sich in der Praxis nicht vermeiden, daß einige Rohre auch in einem außerhalb der Rohrscheibe liegenden Bereich aufgeweitet werden, wodurch Überbeanspruchungen an den Rohren auftreten. Schließlich wird bei einigen Rohren die aufgeweitete Länge kurzer sein als die Dicke der Rohrscheibe, so daß ar, dem Übergang zwischen Rohrscheibe und Rohr Spalte entstehen, in denen die gefürchtete Spaltkorrosion auftritt.The hydraulic expansion of pipes has the advantage over mechanical rolling, that the fastening process takes place in a considerably shorter time. Even with an exact one However, it is not possible to tailor the dimensions of the probe to the prevailing conditions ensure that the expanded length of the pipe exactly matches the thickness of the pipe washer. at a variety of tubes to be used in a tube disc and with a view to the tolerance of the In practice, it is unavoidable that some tubes are also in an outside area the area lying on the pipe disc are widened, as a result of which overstressing occurs on the pipes. Finally, for some pipes, the expanded length will be shorter than the thickness of the pipe washer, see above that ar, the transition between the pipe washer and pipe gaps arise in which the dreaded crevice corrosion occurs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur druckdichten Befestigung von Rohren an einer Rohrscheibe zu schaffen, welches die voranstehend beschriebenen Nachteile der bekannten Verfahren vermeidet und neben einer guten Befestigung des Rohres an der Rohrscheibe eine exakte Anpassung des aufgeweiteten Rohrabschnittes an die Dicke der Rohrscheibe gewährleistet, ohne daß hierbei die Gefahr von Überbeanspruchungen der Rohre oder des Entstehens von Spalten besteht.The invention is based on the object of a method for pressure-tight fastening of pipes to create a pipe disc, which the above described disadvantages of the known method avoids and in addition to a good attachment of the Pipe on the pipe disc an exact adaptation of the expanded pipe section to the thickness of the Pipe washer guaranteed without the risk of overstressing the pipes or the There is formation of gaps.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein kleiner Bereich jedes Rohres an der Innenseite der Rohrscheibe vom hydraulischen Aufweiten ausgenommen wird und daß diese nicht aufgeweitete, innerhalb der Rohrscheibe liegende Teillänge des Rohres durch das mechanische Anwalzen des Rohres im hydraulisch aufgeweiteten Bereich aus der Rohrscheibe herausgeschoben wird. Der vom hydraulischen Aufweiten ausgenommene Bereich wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung unter Berücksichtigung der Toleranz der Rohrscheibendicke und der Lagefixierung der Rohre vorgegeben.The solution to this problem by the invention is characterized in that a small Area of each pipe on the inside of the pipe disc is excluded from hydraulic expansion and that this unexpanded part of the length of the pipe lying within the pipe disc is caused by the mechanical Rolling the pipe is pushed out of the pipe disc in the hydraulically expanded area. The area excluded from the hydraulic expansion is according to a further feature of Invention taking into account the tolerance of the pipe washer thickness and the fixing of the position of the pipes given.

Durch die Verkürzung des hydraulisch aufgeweiteten Bereiches gegenüber der gesamten Dicke der Rohrscheibe wird ein Aufweiten des Rohres außerhalb der Rohrscheibc und damit eine Überbeanspruchung des Rohres mit Sicherheit vermieden. Der hierdurch zwangsläufig entstehende Spalt zwischen Rohr und Rohrscheibe auf deren Innenseite wird durch das anschließende Anwalzen des Rohres im hydraulisch aufgeweiteten Bereich beseitigt, da dieses Anwalzen eine Verlängerung des hydraulisch aufgeweiteten Rohrabschnittes bewirkt, wodurch der nach dem hydraulischen Aufweiten verbliebene Spalt zwischen dem Rohr und der Bohrung an der Innenseite derBy shortening the hydraulically expanded area compared to the entire thickness of the pipe disc a widening of the pipe outside the Rohrscheibc and thus an overstressing of the Rohres avoided with certainty. The resulting gap between the pipe and The pipe washer on the inside is hydraulically formed by the subsequent rolling of the pipe Eliminated the expanded area, as this rolling an extension of the hydraulically expanded Pipe section causes, whereby the gap remaining after the hydraulic expansion between the pipe and the hole on the inside of the

Rohrscheibe verschlossen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren verhindert somit zuverlässig einerseits Überbeanspruehungen der Rohre und andererseits das Entstehen von Spalten, die im Hinblick auf die Spaltkorrosion besonders gefürchtet sind.Tube disc is closed. The method according to the invention thus reliably prevents on the one hand Overstressing of the pipes and, on the other hand, the formation of gaps, which in view of the Crevice corrosion are particularly feared.

Mit dem DT-Patent 24 56 811 ist ein Verfahren zur druckdichten Befestigung von geraden, zwischen zwei Rohrscheiben verlaufenden Rohren geschützt, bei welchem die Rohre mit Spiel in Bohrungen der Rohrscheiben eingesetzt und mit ihrer Stirnkante an der jeweiligen Rohrscheibe befestigt werden. Die Rohrenden werden durch ein Druckmittel hydraulisch aufgeweitet und an die Rohrscheibe angepreßt und zusätzlich im aufgeweiteten Bereich innerhalb mindestens einer Rohrscheibe angewalzt. Mit diesem älteren, nicht zum Stande der Technik rechnenden Verfahren können die beim hydraulischen Aufweiten der Rohrenden beidseitig eingespannter Rohre in den Rohren entstehenden Zugspannungen zumindest teilweise gesteuert abgebaut werden, so daß während des Betriebes des Wärmetauschers unzulässige Spannungen in den Rohren und in den Rohrscheiben mit Sicherheit vermieden werden. Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung handelt es sich somit bei dem älteren Verfahren um ein Verfahren zum Abbau von Spannungen innerhalb der beidcndig eingespannten Rohre, wogegen das erfindungsgemäße Verfahren dazu bestimmt ist, sowohl Überbeanspruehungen der Rohre durch das hydraulische Aufweiten als auch das Entstehen von Spalten zwischen Rohr und Rohrscheibe zu verhindern. Die beiden Verfahren unterscheiden sich somit bereits hinsichtlich der Aufgabenstellung grundsätzlich voneinander. Auch das mechanische Anwalzen jedes Rohres innerhalb seines aufgeweiteten Bereiches innerhalb der Rohrscheibe wird bei beiden Verfahren jeweils zu einem anderen Zweck durchgeführt, wodurch nicht ausgeschlossen ist, daß die Kriterien beider Verfahren beim mechanischen Anwalzen berücksichtigt werden.With the DT patent 24 56 811 is a method for pressure-tight fastening of straight pipes running between two pipe washers protected, at which the pipes are used with play in holes in the pipe disks and with their front edge on the be attached to the respective pipe disc. The pipe ends are expanded hydraulically by a pressure medium and pressed against the tube disc and additionally in the widened area within at least one Rolled tube disc. With this older method, which does not count towards the state of the art, the resulting from the hydraulic expansion of the pipe ends of pipes clamped on both sides in the pipes Tensile stresses are at least partially reduced in a controlled manner, so that during operation of the heat exchanger impermissible stresses in the pipes and in the pipe washers can be avoided with certainty. in the In contrast to the present invention, the older method is a method for Reduction of tensions within the pipes clamped at both ends, whereas the one according to the invention The method is intended to prevent both overstressing of the pipes by the hydraulic expansion as well as to prevent the formation of gaps between the pipe and the pipe washer. The two procedures thus fundamentally differ from one another with regard to the task at hand. That too mechanical rolling of each pipe within its expanded area within the pipe disc is carried out for a different purpose in each of the two procedures, which does not exclude the possibility of that the criteria of both processes are taken into account for mechanical rolling.

Bei mit ihrer Stirnkante an die Rohrscheibe angeschweißten Rohren ist es gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorteilhaft, einen an die Schweißnaht anschließenden Teil der Rohrenden vom hydraulischen Aufweiten und vom zusätzlichen Anwalzen auszunehmen, um schädliche Auswirkungen auf die Schweißnaht an der Stirnkante des Rohres zu vermeiden.In the case of pipes welded to the pipe disc with their front edge, it is according to another Feature of the invention advantageous, a part of the pipe ends adjoining the weld seam from hydraulic expansion and additional rolling to avoid harmful effects on the Avoid welding seams on the front edge of the pipe.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung reicht es aus, wenn das Rohr nur über eine Tcillänge des hydraulisch aufgeweiteten Bereiches angewalzt wird. Weiterhin kann es bei mit ihrer Stirnkante an der Rohrscheibe angeschweißten Rohren vorteilhaft sein, einen an die Schweißnaht anschließenden Teil der Rohrenden vom hydraulischen Aufweilen und vom zusätzlichen Anwalzen auszunehmen, um schädliche Auswirkungen auf die Schweißnaht an der Stirnkante des Rohres zu vermeiden.According to a further feature of the invention, it is sufficient if the tube is only over a Tcilllänge des hydraulically expanded area is rolled. Furthermore, it can with its front edge on the Tube disc welded tubes be advantageous, a part of the weld seam adjoining the Exempt pipe ends from hydraulic widening and additional rolling in order to avoid damaging To avoid effects on the weld seam on the front edge of the pipe.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einem Längsschnitt durch ein in eine Rohrscheibe eingesetztes Rohr dargestellt, wobei die obere und die untere Hälfte jeweils eine Ausführungsmöglichkeit zeigen.In the drawing, two exemplary embodiments of the method according to the invention are shown schematically in one Longitudinal section through a tube inserted into a tube disk, with the upper and lower halves each show one possible implementation.

Die Zeichnung zeigt den Teil einer Rohrscheibe 1, der mit einer Bohrung versehen ist, in welche ein Rohr 2 eingeschoben wurde. Dieses Rohr 2 ist entweder gemäß der Darstellung im linken unteren Teil der Zeichnung an seiner Stirnkante, d. h. an der außenliegenden Seite der Rohrscheibe 1, mittels einer Schweißnaht 3 mit der Rohrscheibe 1 verbunden oder aber mittels einer Aufweitung 2a in axialer Richtung festgelegt, wie dies der obere Teil der Zeichnung zeigt.The drawing shows that part of a pipe disc 1 which is provided with a bore into which a pipe 2 was inserted. This tube 2 is either as shown in the lower left part of the drawing its front edge, d. H. on the outer side of the pipe disc 1, by means of a weld 3 with the Tubular disk 1 connected or fixed by means of a widening 2a in the axial direction, as this the upper part of the drawing shows.

Das Rohr 2, dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Bohrung in der Rohrscheibe 1 ist, wurde im Bereich B hydraulisch aufgeweitet. Dies ist in beiden Teilen der Zeichnung dargestellt. Es ist zu erkennen, daß der hydraulisch aufgeweitete Bereich B bei beiden Ausführungen kleiner ist als die gesamte Dicke A der Rohrscheibe 1.The pipe 2, the outside diameter of which is smaller than the inside diameter of the bore in the pipe disk 1, was expanded hydraulically in area B. This is shown in both parts of the drawing. It can be seen that the hydraulically expanded area B is smaller than the entire thickness A of the tubular disc 1 in both versions.

Um den auf der Innenseite der Rohrscheibe 1 hierdurch entstehenden Spalt zu beseitigen, wird das Rohr 2 in seinem hydraulisch aufgeweiteten Bereich mechanisch durch eine Walze an die Wandung der in der Rohrschjibe 1 ausgebildeten Bohrung angewalzt. Der Anwalzbereieh D ist jeweils eingezeichnet. Hierdurch tritt eine Verlängerung des hydraulisch aufgeweiteten Rohrabschnittes ein, wie dies mit gestrichelten Linien in der Zeichnung angedeutet ist. Die Stärke und die Länge des mechanischen Anwalzens wird derart bemessen, daß der in der Zeichnung dargestellte, vor dem mechanischen Anwalzen vorhandene Spalt mit Sicherheit durch das aus der Rohrscheibe 1 herausgeschobene Rohrstück verschlossen wird. Es kann hierzu ausreichen, das Anwalzen nur über einen Teil des hydraulisch aufgeweiteten Bereiches B durchzuführen, wie die kürzere axiale Erstreckung des Anwalzbcrciches D gegenüber dem hydraulisch aufgeweiteten Bereich ßcrkcnnen läßt.In order to eliminate the gap resulting from this on the inside of the tubular disc 1, the pipe 2 is mechanically rolled in its hydraulically expanded area by a roller onto the wall of the bore formed in the tubular disc 1. The Anwalzbereieh D is shown in each case. This results in an extension of the hydraulically expanded pipe section, as indicated by dashed lines in the drawing. The strength and length of the mechanical rolling is dimensioned such that the gap shown in the drawing, which was present before the mechanical rolling, is closed with certainty by the piece of pipe pushed out of the pipe disc 1. For this purpose, it may be sufficient to carry out the rolling over only part of the hydraulically expanded area B , as can be seen from the shorter axial extension of the rolled area D compared to the hydraulically expanded area.

Um schädliche Auswirkungen sowohl des hydraulischen Autweitens als auch des mechanischen Anwalzens auf die Schweißnaht 3 zu vermeiden, ist ein an die Schweißnaht 3 anschließender Teil des Rohres 2 sowohl vom hydraulischen Aufweiten als auch vom zusätzlichen Anwalzen ausgenommen worden, wie dies die Darstellung in der unteren Hälfte der Zeichnung zeigt.About the harmful effects of both hydraulic expansion and mechanical rolling To avoid the weld seam 3, a part of the pipe 2 adjoining the weld seam 3 is both have been excluded from hydraulic expansion and from additional rolling, as shown in the illustration shows in the lower half of the drawing.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. A method for pressure-tight fastening of pipes to a pipe washer, especially in the Manufacture of heat exchangers in which the tubes with play in the bores of the tube washer inserted and fixed with their ends on the pipe washer in their position before the pipe ends hydraulically expanded by a pressure medium and; o thereby pressed against the tubular disc and then mechanically at least on part of the hydraulically expanded area be rolled, characterized in that a small area of each tube on the Inside of the pipe disc is excluded from hydraulic expansion and that this is not widened part of the length of the pipe lying within the pipe disc by the mechanical Rolling the pipe in the hydraulically expanded zo area is pushed out of the pipe disc.

2. The method according to claim), characterized in that that the area excluded from hydraulic expansion taking into account the Tolerance of the tube plate thickness and the positional fixation * 5 tion of the pipes is specified.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that with its front edge pipes welded to the pipe disc a part of the pipe adjoining the weld seam is excluded from hydraulic expansion and additional rolling.