EP0922510B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Fertigung eines Rohres in einem Rohrboden - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method and a device for producing pipes a heat exchanger, in particular a preheater in a power plant, wherein the pipes are rolled hydraulically into a tube sheet and a rounded one Pipe inlet are formed.
- the hydraulic Rolling method as used, for example, by Teco tube expanders company in Wuppertal, DE is used instead of the mechanical expansion hydraulic expansion of the pipe. This allows, regardless of Pipe material, a problem-free expansion and the attachment of the pipe over the entire tube sheet depth, reducing the resulting strength of the connection is increased. Furthermore, the hydraulic expansion allows for the entire Tube sheet depth the use of thinner and less expensive tube sheets, as the tube wall thickness as a load-bearing part in such an expansion Tube sheet can be taken into account.
- inserts are trumpet-shaped structures which are fixed to the pipe inlet by pipe widening and project slightly beyond the surface of the pipe base.
- the trumpet shape of the inlet piece of the tube is also known under the term "bellmouth inlet”.
- the round shape of the inserts favors the flow inlet by reducing the radial velocity gradients at the transition from the water chamber to the pipe and the shear forces on the inner wall of the pipe.
- the resistance values of the flow inlet in such a pipe inlet are discussed, for example, in IE Idelchick, Handbook of Hydraulic Resistance, p. 126, 2nd edition, Springer Verlag (1986).
- a low resistance value on the one hand reduces the inlet pressure loss, on the other hand protects the oxide layer of the pipe and generally reduces the erosion and corrosion of the pipe.
- the pipe inlet pieces are each made of erosion and corrosion resistant materials.
- the inserts also have the advantage that they protrude a multiple of the tube outer diameter over the tube sheet surface and a "water cushion" is formed in the area of the inlet field, which greatly reduces erosion of the tube sheet.
- the expansion of the pipe results from hydraulic pressure in the zone mentioned.
- the ends of the zone are also arranged elastomeric rings, which are by the axial hydraulic Apply a radial force to the pipe and deform it.
- the end the tube end protruding tube end is thereby expanded in a funnel shape, with the other side of the tube sheet, the tube is bulged, which means that the tube on both sides is anchored in the tube sheet.
- this object is achieved by a hydraulic rolling process for Pipes loosened in the tube sheets of a heat exchanger, in which the hydraulic Widening of the pipes and the formation of pipe inlet pieces from the pipes can be summarized in a single operation.
- the pipes of a heat exchanger through the holes in one Tube bottom and cut at the end of the influence with an excess length, the one Is several times the outside diameter of a pipe.
- the mandrel of a hydraulic Expanding machine inserted into the entire depth of the tube sheet.
- a hydraulic pressure expands the pipe until it reaches the whole Inner wall of the hole adheres.
- the tube end, the crimping head of the Tube hydraulically pressure-molded in the direction of the tube sheet until the tube end is one predetermined rounded shape reached.
- a first advantage of the procedure lies in the fact that the expansion as well as the education of the inlet piece in a short working time and therefore carried out inexpensively becomes.
- the time required for the entire process is only 8-10 seconds, which is due to the fact that the process is purely hydraulic with no further Pieces of material is carried out and a milling back of the pipe ends as well There is no need to insert and fasten separate inserts.
- a second advantage lies in the use of the same pipe for the manufacture of the pipe inlet piece. On the one hand, no additional, prefabricated pipe inlet piece is necessary, on the other hand there is no seam and therefore no flow stumbling point which should be carefully rounded off. By completely avoiding one The interface between the pipe inlet piece and the pipe is the risk of cracking cracks and resulting corrosion also avoided.
- the device for performing the method according to claim 2 consists of a device for hydraulic expansion of a pipe with a mandrel, which is in the pipe is introduced and the one sealable pressure chamber and several channels for Filling a pressure fluid has.
- the device has a further shaping device that is set back somewhat from the end of the mandrel and is arranged outside the pipe end and externally the rounded to be formed Has shape of the pipe inlet piece.
- the molding device in turn contains one sealable pressure chamber with a filling channel for the hydraulic fluid which moves the molding device and the tube end into the predetermined shape is pressed.
- the method for manufacturing the tube in a tube sheet is described using the following device.
- 1 shows a tube sheet 1 with a bore 2 into which a tube 3 is guided.
- the device for manufacturing the tube 3 has a mandrel 4 with a central filling channel 5, which leads from a liquid container (not shown), and three side channels 6 for the hydraulic liquid.
- the central side channel 6 leads from the central channel 5 into a narrow cavity 7, which is delimited by the dome 4 and the inner wall of the tube 3.
- the two outer channels 6 each lead to an O-ring 8, which seals the cavity 7 between the mandrel 4 and the inner tube wall 9.
- a shaping device 11 is arranged on the mandrel 4, which slides on the mandrel 4.
- a channel 13 leads from a liquid container (not shown) to a cavity 14 for the hydraulic liquid.
- the cavity 13 is in turn sealed airtight by O-rings 15 and a surrounding housing 16.
- the mandrel 4 also has a stop 17 which limits the free movement of the shaping device 11 in the direction of the tube sheet 1.
- a return spring 18 is arranged between a further stop 19 and the O-rings 15 and determines the rest position of the shaping device 11 in its relaxed state.
- the tube 3 is first passed through the bore 2 to such an extent that a piece of tube projects beyond the surface 20 of the tube sheet 1.
- the tube is then cut to an excess length of two to four times the outer tube diameter.
- the mandrel 4 of the expansion device is inserted into the entire depth of the tube sheet 1.
- the cavities of the system are filled with liquid and pressurized, that is to say the central channel 5, the three side channels 6 and the cavity 7, which is delimited by the mandrel 4, the O-rings 8 and the inner tube wall becomes.
- the O-rings 8 are spread so that they close the cavity 7 airtight.
Landscapes
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- Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
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Description
Die Inserts erbringen ferner den Vorteil, indem sie um ein Mehrfaches des Rohraussendurchmessers über die Rohrbodenfläche herausragen und sich im Bereich des Einlauffeldes ein "Wasserpolster" bildet, das eine Erosion des Rohrbodens stark vermindert.
In der Figur 1 ist ein Rohrboden 1 gezeigt mit einer Bohrung 2, in die ein Rohr 3 geführt ist. Die Vorrichtung zur Fertigung des Rohres 3 weist einen Dorn 4 auf mit einem zentralen Auffüllkanal 5, der von einem nicht eingezeichneten Flüssigkeitsbehälter herführt, und drei Seitenkanälen 6 für die hydraulische Flüssigkeit. Der mittlere Seitenkanal 6 führt vom zentralen Kanal 5 in einen schmalen Hohlraum 7, der durch den Dom 4 und die Innenwand des Rohres 3 begrenzt wird. Die beiden äusseren Kanäle 6 führen je zu einem O-Ring 8, welche den Hohlraum 7 zwischen dem Dorn 4 und der Rohrinnenwand 9 abdichtet. Unmittelbar ausserhalb des Rohrendes 10 ist auf dem Dorn 4 eine Formvorrichtung 11 angeordnet, die auf dem Dorn 4 gleitet. Sie weist auf der dem Rohrende 10 zugewandten Seite eine geschwungene Form 12 auf, welche jene Form besitzt, die für die Innenseite des Rohreinlaufs gewünscht ist. Ein Kanal 13 führt vom einem nicht eingezeichneten Flüssigkeitsbehälter zu einem Hohlraum 14 für die hydraulische Flüssigkeit. Der Hohlraum 13 wird wiederum durch O-Ringe 15 und ein umgebendes Gehäuse 16 luftdicht abgeschlossen. Der Dorn 4 weist ferner einen Anschlag 17 auf, welche die freie Bewegung der Formvorrichtung 11 in Richtung des Rohrbodens 1 begrenzt. Eine Rückstellfeder 18 ist zwischen einem weiteren Anschlag 19 und den O-Ringen 15 angeordnet und bestimmt in ihrem entspannten Zustand die Ruheposition der Formvorrichtung 11.
Im Verfahren zur Befestigung des Rohres 3 in der Bohrung 2 und zur Fertigung des Rohreinlaufs wird zuerst das Rohr 3 durch die Bohrung 2 so weit hindurch geführt, dass ein Rohrstück über die Fläche 20 des Rohrbodens 1 hinausragt. Das Rohr wird sodann mit einer Überlänge vom zwei- bis vierfachen Rohraussendurchmessers abgeschnitten. Der Dorn 4 der Aufweitungsvorrichtung wird in die gesamte Tiefe des Rohrbodens 1 eingeführt. Zur hydraulischen Aufweitung des Rohres 3 werden die Hohlräume des Systems mit Flüssigkeit gefüllt und unter Druck gesetzt, d.h. also der zentrale Kanal 5, die drei Seitenkanäle 6 und der Hohlraum 7, der durch den Dorn 4, die O-Ringe 8 und die Rohrinnenwand begrenzt wird. Die O-Ringe 8 werden dabei gespreizt, sodass sie den Hohlraum 7 luftdicht abschliessen. Sobald das Rohr 3 aufgeweitet worden ist und in der Bohrung 2 haftet, erfolgt ein zweiter Druckaufbau im Hohlraum 14 der Formvorrichtung 11. Der Druck bewirkt eine Schiebung jenes Teils der Formvorrichtung 11 mit der geschwungenen Form 12 bis zum Anschlag 17, wobei der Bördelkopf, das Rohrende 10 in Richtung Rohrboden gedrückt wird. Das Rohrende erhält dabei die Trompetenform gemäss der geschwungenen Form 12. Nach Abklingen des hydraulischen Drucks kehrt die Formvorrichtung durch Wirkung der Rückstellfeder 18 wieder in ihre Ausgangsposition zurück. Figur 2 zeigt den vollendeten abgerundeten trompetenförmigen Rohreinlauf mit der Vorrichtung 11 am Anschlag 17. Der Arbeitsvorgang dauert insgesamt ca. 8-10 Sekunden.
Der Krümmungsradius der Trompetenform des gebildeten Rohreinlaufstückes beträgt vorzugsweise ca. zehn Prozent des Innendurchmessers des Rohres. Gemäss den Berechnungen von Idelchick führt eine solche Krümmung des Rohreinlaufs zu einem Widerstandswert für die Einlaufströmung, der ca. vier mal kleiner ist als der eines Rohres mit scharfen Kanten.
Nach Vollführung der Aufweitung des Rohres und Bildung der Trompetenform werden die Kanten jedes Rohreinlaufs in einer Nachbearbeitung entgratet, um von den Kanten ausgehende Wirbelströme zu minimieren.
- 1
- Rohrboden
- 2
- Bohrung
- 3
- Rohr
- 4
- Dorn
- 5
- zentraler Auffüllkanal
- 6
- Seitenkanal
- 7
- Hohlraum
- 8
- O-Ring
- 9
- Rohrinnenwand
- 10
- Rohrende
- 11
- Formvorrichtung
- 12
- geschwungene Form
- 13
- Kanal
- 14
- Hohlraum
- 15
- O-Ring
- 16
- Gehäuse
- 17
- Anschlag
- 18
- Rückstellfeder
- 19
- Anschlag
- 20
- Fläche
Claims (3)
- Verfahren zur hydraulischen Aufweitung von Rohren (3) in Bohrungen (2) in Rohrböden (1) eines Wärmeübertragers mittels einer hydraulischen Vorrichtung und zur Fertigung von Rohreinläufen,wobei die hydraulische Aufweitung der Rohre und die Fertigung der Rohreinläufe in einem einzigen Arbeitsgang durchgeführt werden,indem die Rohre (3) durch die Bohrungen (2) des Rohrbodens (1) geführt, an ihren Einflussenden mit einer Überlänge abgeschnitten und über die gesamte Tiefe der Bohrungen (2) hydraulisch aufgeweitet werden, und die Rohreinläufe mittels derselben hydraulischen Vorrichtung aus den über den Rohrboden (1) herausragenden Enden (10) derselben Rohre (3) gebildet werden,
nach Aufweitung der Rohre (3) über die gesamte Tiefe der Bohrungen (2) des Rohrbodens (1) die Rohrenden (10) mittels einer hydraulischen Formvorrichtung (11) auf derselben hydraulischen Vorrichtung für die Aufweitung der Rohre (3) in Richtung des Rohrbodens (1) druckgeformt werden, sodass die Rohrenden (10) eine vorbestimmte, gerundete Form erreichen. - Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Dorn (4) zum Einführen in das Rohr (3) und Kanälen (5,6) zum Auffüllen einer Flüssigkeit zwecks hydraulischer Ausweitung des Rohres, wobei nach Einführen des Dorns (4) in das Rohr (3) zwischen dem Dom (4) und dem Rohr (3) ein abdichtbarer Hohlraum besteht, dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung zur hydraulischen Aufweitung des Rohres (3) eine weitere hydraulische Formvorrichtung (11) zur Bildung von gerundeten Rohreinläufen aufweist, die am Dom (4) der Vorrichtung ausserhalb des Rohrendes (10) angeordnet ist, wobei die Formvorrichtung (11) abdichtbare Hohlräume (14) und Kanäle (13) zum Auffüllen der Hohlräume (14) mit Flüssigkeit aufweist, und daß
die Formvorrichtung (11) einen Teil mit einer geschwungenen Form (12) aufweist, der auf dem Dorn (4) schiebbar ist, wobei die geschwungene Form (12) jener der Innenseite des zu bildenden Rohreinlaufs entspricht. - Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die geschwungene Form (12) einen Krümmungsradius aufweist, der mehr als vier Prozent des Innendurchmessers des Rohres (3) beträgt.
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