DE2622753B2

DE2622753B2 - Einrichtung zum druckdichten Befestigen von Rohren in Bohrungen von Rohrscheiben

Info

Publication number: DE2622753B2
Application number: DE2622753A
Authority: DE
Inventors: Herbert Krips; Miroslav Dipl.-Ing. Dr. Podhorsky
Original assignee: Balcke Duerr AG
Current assignee: Balcke Duerr AG
Priority date: 1976-05-21
Filing date: 1976-05-21
Publication date: 1979-07-12
Also published as: BR7702353A; CS194793B2; SE7704539L; NL7702798A; ATA392977A; ZA77960B; FR2351726A1; DE2622753A1; DE2622753C3; GB1543524A; AT363477B; CH615369A5; SE424827B; JPS52142356A; ATA363477A; CA1079041A; AT351901B; BE854788A; FR2351726B1; IT1076425B

Description

Gegenstand des Hauptpatentes ist eine Einrichtung zum druckdichten Befestigen von Rohren in Bohrungen von Rohrscheiben, insbesondere bei Wärmetauschern, entsprechend dem Oberbegriff des obigen Anspruchs 1.

Die nach dem Hauptpatent für das Aufweiten der Rohre benutzte Sonde ist für die Anwendung von sehr hohen Drücken, z. B. 4000 bar und mehr, geeignet. Derart hohe Drücke sind notwendig, um das Rohr und den das Rohr umgebenden Rohrscheiben-Werkstoff in gewünschter Weise zu verformen, wobei die Überschreitung der Streckgrenze des Rohrwerkstol'-fes Voraussetzung ist für die Erzielung einer dauerhaften Haftverbindung zwischen Rohr und Rohrscheibe, während der Werkstoff der Rohrscheibe nur im elastischen Bereich verformt wird. Der Gedanke, bei der Befestigung von Rohren in Rohrscheiben den Rohrwerkstoff plastisch zu verformen, ist für das mechanische Einwalzen von Siederohren in Kesseltrommeln bereits bekannt, und zwar aus dem Aufsatz in der Zeitschrift »Maschinenbautechnik«, 2. Jg., Heft 7, JuLi 1953, S. 327 bis 329.

Für die Verwendung der im Hauptpatent beschriebenen Sonde ist nicht nur eine geeignete Druckmittelquelle erforderlich, sondern es müssen auch entsprechende Einrichtungen zur Steuerung und Druckkontrolle des Druckmittels während des hydraulischen Aufweitvorganges vorhanden sein. Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die Einrichtung nach dem Hauptpatent in dieser Hinsicht weiter auszubilden.

Für den Betrieb der Sonde mit einem hydraulischen

Druckmittel, dessen Druck auf die notwendigen Druckwerte auf einfache Weise gesteigert werden kann, ist erfindungsgemäß eine Einrichtung vorgesehen, die einen Druckwandler aufweist, dessen Hochdruckseite an den Aufweitraum und dessen Niederdruckseite an eine Druckmittelpumpe angeschlossen

Zur Steuerung des Druckmittels ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ein Umschaltventil mit drei Betriebsstellungen (Füllen, Aufweiten, Entlasten) vorgesehen, mittels dessen entweder die Druckmittelpumpe mit der Niederdruckseite bzw. beim Füllen mit der Hochdruckseite des Druckwandlers verbindbar ist oder die Hochdruckseite des Druckwandlers an einen Sammelbehälter anschließbar ist. Zur Vermeidung einer Drucküberschreitung ist

jo nach einer anderen zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung an die Verbindungsleitung auf der Niederdruckseite des Druckwandlers ein einstellbares Überströmventil angeschlossen, welches jeweils auf einen vorgegebenen maximalen Druckwert eingestellt wird.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß der Einsatz eines Druckwandlers zur Drucksteigerung den Hochdruckbereich auf die Sonde und die zugehörige Anschlußleitung beschränkt, während alle übrigen Einrichtungen auf der

Niederdruckseite liegen und nur für den entsprechend kleineren Druck auszulegen sind, dies gilt sowohl für das Steuerventil als auch für die Druckmittelpumpe. Als weiterer Vorteil kommt die einfache Meßbarkeit des Arbeitsdruckes des Druckmittels auf der Niederdruckseite hinzu. Eine genaue und kontrollierbare Messung dieses Druckes ist wichtig für eine genaue Einstellung des Aufweitdruckes in der Sonde und folglich für die Erzielung einer gewünschten Verspannung des Rohrs in der Rohrscheibe. Ein während des Aufweitvorganges genau meßbarer Arbeitsdruck gewährleistet darüber hinaus eine entsprechende Gleichmäßigkeit bei der Vielzahl von Rohrbefestigungen an ein und derselben Rohrscheibe.

Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an

>5 einem Ausführungsbeispiel und anhand von zeichnerischen Darstellungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum hydraulischen Aufweiten von Rohren mit Hilfe einer Sonde, und

bo Fig. 2 ein Diagramm des Verlaufs der Verformungen von Rohr und Rohrplatte während des Aufweitvorganges.

Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung zum Aufweiten enthält eine Sonde 1, eine Pumpe 2, einen Druck-

b5 wandler oder Multiplikator 3, ein Druckmeßgerät 4, ein Überströmventil 5, einen Vorratsbehälter 6 für Druckflüssigkeit und ein Schaltventil 7.

Das aufzuweitende Ruhr 8 isi in die Bohrung einer

Rohrplatte 9 eingesetzt. Die Sonde 1 enthält einen zylindrischen Dorn, auf dem zwei Dichtringe 10 in umlaufenden Nuten gelagert sind, die einen, zwischen ihnen liegenden ringförmigen Aufweitrauin an den Enden abdichten.

Die Arbeitsweise der Aufweiteinrichtung ist folgende:

Vor Beginn des Aufweitens wird der Sekundärbereich mit Flüssigkeit angefüllt und der Stufenkolben des Multiplikators 3 in die in der Zeichnung wiedergegebene Ausgangsstellung gedrückt. Dieser Zustand wird dadurch erreicht, daß das Schaltventil 7 in die Stellung »Füllen« gebracht wird. Anschließend wird das Schaltventil in die Stellung »Aufweiten« umgelegt. Der mittels der Hochdruckpumpe 2 erzeugte Druck wirkt auf die große Querschnittefläche des Stufenkolbens des Multiplikators 3, wodurch entsprechend dem Querschnittsverhältnis des Stufenkolbens im Sekundärbereich ein entsprechend erhöhter Druck erzeugt wird. Der Arbeitsdruck im Sekundärbereich wird anhand des Druckmeßgerätes 4 im Primärberekh kontrolliert. Die Begrenzung des Primärdruckes erfolgt durch das Überströmventil 5. Sobald der gewünschte Höchstdruck erreicht worden ist, wird die Flüssigkeit über das Überströmventil aus dem Primärbereich in den Vorratsbehälter 6 abgeleitet.

Nach Beendigung des Aufweitvorganges wird das Schaltventil in die Stellung »Entlasten« bewegt. Die Sonde 1 kann danach ohne Schwierigkeit aus dem aufgeweiteten Rohr 8 herausgezogen werden.

Fig. 2 zeigt den Verlauf der Verformungen des Rohres 8 und der Rohrplatte 9 während des Aufweitvorganges. Im Bereich α wird das Rohr 8 mit ständig steigendem Druck des Druckmittels elastisch bis zur Fließgrenze beansprucht. Im Bereich b fließt das Rohr 8 bis es das Spiel zwischen Rohraußenwandung und Bohrungswapdung überbrückt hat. Dieser Vorgang findet ohne nennenswerte Steigerung des Drukkes des Druckmittels statt. Im Bereich c findet die elastische Verformung der Bohrungswandung in der Rohrplatte 9 statt, wobei gleichzeitig das Rohr 8 weiter plastisch verformt wird.

Der Enddruck wird unter Berücksichtigung der Werkstoffe, der Geometrie von Rohr 8 und Rohrplatte 9 und im Hinblick auf den gewünschten Haftdruck berechnet und am Überströmventil 5 eingestellt.

Die in Fig. 2 auf der Radialkoordinate aufgetragenen Strecken α und c sind ein Maß für die elastische

ίο Verformung des Rohres und der Rohrplatte. Sie geben damit gleichzeitig auch die unbehinderten elastischen Rückwege dieser beiden Bestandteile wieder. Wie aus dem Diagramm hervorgeht, ist die Strecke c größer als die Strecke a, d. h. die Differenz der unbehinderten elastischen Rückwege von Plattenbohrung und Rohr ist positiv.

Der Aufweitdruck, bei dem die unbehinderten elastischen Rückwege von Plattenbohrung und Rohr gleich groß sind, d. h. c' — a = ο, wird als Grenzdruck bezeichnet. Wenn beim Aufweiten der Arbeitsdruck gerade diesen Grenzwert erreicht, liegt das Rohr nach der Druckentlastung zwar an der Bohrungswandung an, es ist aber praktisch keine Umklammerung und damit kein Haftdruck vorhanden. Mau erkennt hieran, daß es zur Erzielung einer festen Rohrverbindung notwendig ist, während des Aufweitvorganges den Arbeitsdruck bis über den erwähnten Grenzdruck hinaus zu steigern.

Zahlenbeispiel

Rohraußendurchmesser

Rohrwandstärke

Rohrwerkstoff

Rohrplattenwerkstoff

Dreiecksteilung

erzielte Ergebnisse:

Fließdruck des Rohres

Grenzdruck

Enddruck

Haftdruck, errechnet

22 mm
2,9 mm
Incoloy 800
22 NiMoCr 37 30 mm

1995 bar

3106 bar

4700 bar

728 bar

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum druckdichten Befestigen von Rohren in Bohrungen von Rohrscheiben, insbesondere bei Wärmetauschern, bei denen die Rohre mit Spiel in die Bohrungen eingesetzt werden, enthaltend eine zylindrische Sonde, die während des Befestigungsvorgangs den Innenraum des aufzuweitenden Rohres unter Freilassung eines Aufweitraumes ausfüllt, der an den Enden abgedichtet ist und in den durch einen Kanal ein hydraulisches Druckmittel eingeleitet wird, wobei an den Enden des Aufweitraumes in der Außenwand der Sonde je eine umlaufende Nut mit einem darin enthaltenen Dichtring aus einem elastischen Werkstoff hoher Festigkeit vorhanden ist, dessen Außendurchmesser geringfügig größer ist als der Innendurchmesser des aufzuweitenden Rohres und wobei die Sonde außerhalb des durch die Dichtringe bestimmten Aufweitraumes mit Spiel in das Rohr einsetzbare zylindrische Endabschnitte aufweist nach Patent 2 400148, d a d u r ch gekennzeichnet, daß der Aufweitraum mit der Hochdruckseite eines Druckwandlers (3) verbunden ist, an dessen Niederdruckseite eine Druckmittelpumpe (2) angeschlossen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Druckmittels ein Umschaltventil (7) mit drei Betriebsstellungen (Füllen, Aufweiten, Entlasten) vorgesehen ist, mittels dessen entweder die Druckmittelpumpe (2) mit der Niederdruck- oder Hochdruckseite des Druckwandlers (3) verbindbar ist oder die Hochdruckseite des Druckwandlers (3) an einen Sammelbehälter (6) anschließbar ist.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Verbitidungsleitung zur Niederdruckseite des Druckwandlers (3) ein auf einen vorgegebenen Druckwert einstellbares Überströmventil (5) angeschlossen ist.