RU2133165C1 - Method for securing tubes in tube walls - Google Patents

Method for securing tubes in tube walls Download PDF

Info

Publication number
RU2133165C1
RU2133165C1 RU97117916/02A RU97117916A RU2133165C1 RU 2133165 C1 RU2133165 C1 RU 2133165C1 RU 97117916/02 A RU97117916/02 A RU 97117916/02A RU 97117916 A RU97117916 A RU 97117916A RU 2133165 C1 RU2133165 C1 RU 2133165C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tube
pipe
protrusions
annular
applying
Prior art date
Application number
RU97117916/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Г.А. Батраев
С.И. Козий
Ю.Д. Иванников
Т.Б. Козий
Ф.В. Гречников
Original Assignee
Самарский государственный аэрокосмический университет им.С.П.Королева
Открытое акционерное общество "Куйбышевнефтеоргсинтез"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Самарский государственный аэрокосмический университет им.С.П.Королева, Открытое акционерное общество "Куйбышевнефтеоргсинтез" filed Critical Самарский государственный аэрокосмический университет им.С.П.Королева
Priority to RU97117916/02A priority Critical patent/RU2133165C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2133165C1 publication Critical patent/RU2133165C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/04—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
    • F28F9/16—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)

Abstract

FIELD: plastic metal working, namely processes for securing tubes with profiled end portions shaped by localized directed yielding of tube material in opening of tube wall of heat exchange apparatus. SUBSTANCE: annular trapezoidal cross section protrusions are made on outer surface of tube end portions. Then tube is arranged in tube wall opening with annular rectangular cross section grooves in such a way that to provide coincidence of said protrusions and grooves. Tube is fixed against possible motion and then it is secured to wall by applying compression effort at side of tube inner surface. Annular protrusions of tube are made at initially applying axial compression effort to tube end in its portion arranged at side of tube inner surface for pressing tube material radially in order to preliminarily form protrusions. Said protrusions are finally formed due to applying deforming effort to tube end on its portion at side of tube outer surface in such a way that to combine radial pressing out of tube material and simultaneous shifting of pressed material relative to outer surface of tube. EFFECT: lowered cost price of tube. 4 dwg

Description

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к процессам закрепления труб с профилированными законцовками, получаемыми локализованным направленным пластическим течением ее материала, в отверстие трубной решетки теплообменного аппарата. The invention relates to the field of metal forming, in particular to the processes of fastening pipes with profiled endings, obtained by localized directed plastic flow of its material, into the hole of the tube sheet of the heat exchanger.

Известен способ закрепления труб в трубных решетках, при котором трубу устанавливают, а отверстие трубной решетки, имеющее кольцевую канавку, фиксируют от возможного перемещения с последующим закреплением трубы в решетке путем приложения осевого сжимающего усилия к торцу трубы (см. а.с. N 277712, МПК B 21 D 39/06, Б.И. N 25 от 05.08.70 г.). A known method of securing pipes in tube sheets, in which the pipe is installed, and the hole of the tube sheet having an annular groove, is fixed from possible movement with subsequent fastening of the pipe in the pipe by applying axial compressive force to the pipe end (see A.S. N 277712, IPC B 21 D 39/06, B.I. N 25 from 05.08.70).

К недостаткам известного способа следует отнести:
1. пониженные характеристики прочности и плотности вальцовочного соединения вследствие неоднородности пластической деформации материала трубы как на этапе ее раздачи, так и при заполнении объема кольцевой канавки.The disadvantages of this method include:
1. reduced characteristics of the strength and density of the rolling joint due to heterogeneity of the plastic deformation of the pipe material both at the stage of its distribution, and when filling the volume of the annular groove.

2. большие радиальные давления на стенках трубного отверстия, что вызывает коробление трубной решетки. 2. large radial pressures on the walls of the pipe hole, which causes warpage of the tube sheet.

Известен также способ закрепления труб в трубных решетках, при котором на внешней поверхности концов трубы выполняют кольцевые выступы трапециевидного поперечного сечения, устанавливают трубу в отверстие трубной решетки, имеющее кольцевые канавки прямоугольного поперечного сечения, совмещая кольцевые выступы с кольцевыми канавками, фиксируют трубу от возможного перемещения и производят последующее ее закрепление в трубной решетке посредством приложения сжимающего усилия со стороны внутренней поверхности трубы (патент РФ на изобретение N 2078636, МПК B 21 D 39/06, Б.И. N 13 от 10.05.97 г.). There is also known a method of securing pipes in tube sheets, in which annular protrusions of a trapezoidal cross section are made on the outer surface of the pipe ends, a pipe is installed in the hole of the tube lattice having annular grooves of rectangular cross section, combining the annular protrusions with ring grooves, fix the pipe from possible movement and make its subsequent fixing in the tube sheet by applying a compressive force from the side of the inner surface of the pipe (RF patent on the image Ttenia N 2078636, IPC B 21 D 39/06, B.I. N 13 dated 05/10/97).

К недостатку известного способа следует отнести необходимость больших перемещений ступенчатого пуансона при получении кольцевых выступов на внешней поверхности трубы. В результате обеспечение требуемых геометрических размеров выступов при их штамповке связано с большими осевыми усилиями. Как следствие этого, имеют место увеличенный энергетический расход, а также завышенная стоимость технологической оснастки. The disadvantage of this method is the need for large movements of the stepped punch when receiving annular protrusions on the outer surface of the pipe. As a result, the provision of the required geometric dimensions of the protrusions during their stamping is associated with large axial forces. As a result of this, there is an increased energy consumption, as well as an overestimated cost of technological equipment.

Задачей настоящего изобретения является разработка такого способа закрепления труб с профилированными законцовками в трубных решетках, при котором выполнение кольцевых выступов на внешней поверхности трубы не требовало бы значительных деформирующих усилий, а следовательно, и прочих затрат, обуславливающих повышенную себестоимость применяемых труб. The present invention is the development of such a method of fixing pipes with profiled endings in the tube sheets, in which the implementation of the annular protrusions on the outer surface of the pipe would not require significant deforming forces, and therefore, other costs, causing increased cost of the pipes used.

Технический результат в предлагаемом способе достигается тем, что в способе закрепления труб в трубных решетках, при котором на внешней поверхности концов трубы выполняют кольцевые выступы трапециевидного поперечного сечения, устанавливают трубу в отверстие трубной решетки, имеющее кольцевые канавки прямоугольного поперечного сечения, совмещая кольцевые выступы с кольцевыми канавками, фиксируют трубу от возможного перемещения и производят последующее ее закрепление в трубной решетке посредством приложения усилия со стороны внутренней поверхности трубы, согласно изобретению кольцевые выступы на трубе выполняют, первоначально прикладывая осевое сжимающее усилие к части торца трубы, расположенной со стороны ее внутренней поверхности, вызывая выдавливание материала трубы в радиальном направлении и предварительное формирование выступов, после чего осуществляют окончательное формирование последних, прикладывая деформирующее усилие к части торца трубы, расположенной со стороны ее внешней поверхности, совмещая выдавливание материала трубы в радиальном направлении с одновременным сдвигом выдавленного материала относительно внешней поверхности трубы. The technical result in the proposed method is achieved by the fact that in the method of fixing the pipes in the tube sheets, in which on the outer surface of the pipe ends perform ring protrusions of a trapezoidal cross section, install the pipe in the hole of the tube sheet having ring grooves of rectangular cross section, combining the ring protrusions with the ring grooves, fix the pipe from possible movement and make its subsequent fixing in the tube sheet by applying force from the inside According to the invention, the annular protrusions on the pipe are performed by initially applying axial compressive force to the part of the pipe end located on the side of its inner surface, causing the pipe material to extrude in the radial direction and the protrusions are pre-formed, after which the latter are finally formed by applying a deforming the force to the part of the pipe end located on the side of its outer surface, combining the extrusion of the pipe material in a radial direction and simultaneously shear the extruded material with respect to the outer surface of the pipe.

Осуществление предлагаемого способа закрепления труб с профилированными законцовками в трубных решетках не требует значительных деформирующих усилий, а следовательно, и прочих затрат, обуславливающих повышенную себестоимость применяемых труб. The implementation of the proposed method of securing pipes with profiled endings in the tube sheets does not require significant deforming efforts, and therefore, other costs, which lead to increased cost of pipes used.

Это объясняется тем, что выполнение кольцевых выступов трапециевидного поперечного сечения осуществляют в два этапа. На первом из которых производят предварительное формирование выступов при относительно небольшой глубине внедрения инструмента в стенку трубы. На втором этапе, к моменту которого материал трубы переведен в пластическое состояние, локализуют деформацию, осуществляя сдвиг выдавленных объемов по местоположению кольцевых выступов относительно внешней поверхности трубы. Завершающая стадия формообразования кольцевых выступов на трубе отличается достижением требуемых их геометрических размеров также при относительно небольших усилиях, так как осевое перемещение инструмента достаточно мало. This is because the execution of the annular protrusions of the trapezoidal cross-section is carried out in two stages. On the first of which, the protrusions are preliminarily formed with a relatively small depth of penetration of the tool into the pipe wall. At the second stage, at the moment of which the pipe material is transferred to a plastic state, the deformation is localized by shifting the extruded volumes by the location of the annular protrusions relative to the outer surface of the pipe. The final stage of the formation of annular protrusions on the pipe is distinguished by the achievement of their required geometric dimensions even with relatively small efforts, since the axial movement of the tool is quite small.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показано исходное положение трубы и технологической оснастки перед выполнением на ее внешней поверхности кольцевых выступов трапециевидного поперечного сечения, на фиг.2 - стадия предварительного формования кольцевых выступов, на фиг.3 и 4 - стадия формования кольцевых выступов на трубе совмещением выдавливания ее материала с его сдвигом относительно внешней поверхности трубы. The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows the initial position of the pipe and tooling before performing on its outer surface of the annular protrusions of a trapezoidal cross-section, in Fig.2 - the stage of preliminary molding of the annular protrusions, in Fig.3 and 4 - the stage of forming the annular protrusions on the pipe by combining the extrusion of its material with its shift relative to the outer surface of the pipe.

Вариант осуществления предлагаемого к рассмотрению способа закрепления труб в трубных решетках состоит в следующем. An embodiment of the method for fixing pipes in tube sheets proposed for consideration is as follows.

В отверстие толстостенной обоймы 1, выполненной из закаленной стали, например инструментальной стали У 8А, устанавливают по легкопрессовой посадке две полуматрицы 2, выполненные также из закаленной стали. Контроль правильности установки полуматриц 2 в обойме 1 производят по моменту формирования на внутренней поверхности полости, образованной полуматрицами 2, двух кольцевых выемок трапециевидного поперечного сечения. In the hole of a thick-walled holder 1 made of hardened steel, for example, tool steel U 8A, two half-matrices 2, also made of hardened steel, are installed by light-press fit. The correct installation of the half-matrices 2 in the holder 1 is controlled by the moment of formation on the inner surface of the cavity formed by the half-matrices 2 of two annular recesses of a trapezoidal cross section.

В полости полуматриц 2 с минимальным зазором размещают трубу 3, контролируя правильность выполнения операции по совмещению торца трубы 3 с торцовой плоскостью полуматриц 2. В отверстие трубы 3 с минимальным зазором вводят малой ступенью пуансон 4. Большая ступень пуансона 4, а именно ее кольцевая поверхность, является рабочей. Трубу 3 фиксируют приложением радиального давления "p0" к внешней ее поверхности за пределами технологической оснастки (фиг.1).Pipe 3 is placed in the cavity of the half-matrix 2 with a minimum gap, controlling the correctness of the operation to combine the end of the pipe 3 with the end plane of the half-matrix 2. A small step 4 is inserted into the hole of the pipe 3 with a minimum clearance 4. A large step of the punch 4, namely its annular surface, is working. The pipe 3 is fixed by applying a radial pressure "p 0 " to its external surface outside the technological equipment (figure 1).

Перед выполнением операции бандажирования концов трубы 3 на контактируемые поверхности последней с технологической оснасткой наносится смазка, например машинное масло. Before performing the operation of banding the ends of the pipe 3, a lubricant, for example, machine oil, is applied to the contacting surfaces of the pipe 3 with technological equipment.

При воздействии усилием "P1" на торец большой ступени пуансона 4 вызывают его внедрение в кольцевую поверхность торца труб 3. В один из моментов под торцем пуансона 4 возникают напряжения, по уровню превосходящие предел текучести материала трубы 3. В результате пластического течения обрабатываемого материала первоначально имеет место калибровка (давлением "p") внутреннего диаметра трубы 3 до диаметра малой ступени пуансона 4. На этой стадии толщина стенки трубы 3 несколько возрастает. Дальнейшее перемещение пуансона 4 приводит к распространению пластической деформации материала трубы 3 в осевом направлении. В силу преобладающего линейного размера трубы 3 наблюдается процесс выдавливания ее материала в радиальном направлении. Наличие свободных кольцевых объемов выемок в полости, образованной полуматрицами 2, в данном случае объясняет частичное их заполнение материалом трубы 3. Таким образом, осуществляют предварительное формование выступов на трубе 3 (фиг. 2).When the force “P 1 ” acts on the end face of the large step of the punch 4, it is introduced into the annular surface of the end of the pipes 3. At one point under the end of the punch 4, stresses arise that exceed the yield strength of the pipe material 3. As a result of the plastic flow of the processed material, there is a calibration (pressure "p") of the inner diameter of the pipe 3 to the diameter of the small stage of the punch 4. At this stage, the wall thickness of the pipe 3 increases slightly. Further movement of the punch 4 leads to the propagation of plastic deformation of the material of the pipe 3 in the axial direction. Due to the prevailing linear size of the pipe 3, a process of extruding its material in the radial direction is observed. The presence of free annular volumes of the recesses in the cavity formed by the semi-matrices 2, in this case, explains their partial filling with the material of the pipe 3. Thus, the protrusions are formed on the pipe 3 (Fig. 2).

Затем переходят ко второму этапу формования кольцевых выступов на внешней поверхности трубы 3. С этой целью на внешней боковой поверхности пуансона 4 размещают по посадке движения втулочный пуансон 5 с наружным диаметром, меньшим диаметра отверстия в обойме 1. Then go to the second stage of forming the annular protrusions on the outer surface of the pipe 3. To this end, on the outer side surface of the punch 4, a sleeve punch 5 with an outer diameter smaller than the diameter of the hole in the ferrule 1 is placed on the fit of movement.

Прикладывая осевое усилие сжатия "P2" к торцу втулочного пуансона 5, производят нагружение оставшейся недеформированной кольцевой поверхности торца трубы 3. Осевая пластическая деформация материала трубы 3 также реализует процесс его выдавливания в радиальном направлении (давление "p1" фиг.3) с продолжающимся заполнением объемов кольцевых выемок, но с одновременным сдвигом выдавленного материала относительно внешней поверхности трубы 3. Весьма малые перемещения (Δe) втулочного пуансона 5 гарантируют качественное воспроизведение на внешней поверхности трубы 3 рельефа внутренней поверхности полости, образуемой полуматрицами 2, т.е. кольцевых выемок. Деформирующее усилие также не вызывает каких-либо проблем по его производству как с энергетической стороны, так и по стойкости технологической оснастки.Applying the axial compression force "P 2 " to the end face of the sleeve punch 5, the remaining undeformed annular surface of the pipe end 3 is loaded. The axial plastic deformation of the pipe material 3 also implements the process of extrusion in the radial direction (pressure "p 1 " of figure 3) with ongoing filling the volumes of the annular recesses, but with a simultaneous shift of the extruded material relative to the outer surface of the pipe 3. Extremely small displacements (Δe) of the sleeve punch 5 guarantee high-quality reproduction on the external surface of the pipe 3 of the relief of the inner surface of the cavity formed by the semi-matrices 2, i.e. annular recesses. The deforming force also does not cause any problems in its production both from the energy side and the durability of technological equipment.

Отформованные кольцевые выступы на внешней поверхности трубы 3 (давление "p2" фиг.4) после разборки технологической оснастки контролируют шаблоном.The molded annular protrusions on the outer surface of the pipe 3 (pressure "p 2 " of FIG. 4) after disassembling the tooling are controlled by a template.

Вышеописанные действия производят и на втором конце трубы 3. The above actions are performed at the second end of the pipe 3.

Опытно-промышленная проверка разработанного способа прошла при бандажировании стальных (сталь 20) труб с геометрическими размерами 25 • 2,5 мм. A pilot test of the developed method took place when banding steel (steel 20) pipes with geometric dimensions of 25 • 2.5 mm.

Технологическая оснастка изготавливалась из инструментальной стали У 8А с твердостью HRC, после закалки не менее 58 единиц и точностью исполнительных размеров по 7-му квалитету. The tooling was made of tool steel U 8A with a hardness of HRC, after hardening of at least 58 units and with precision of the executive dimensions according to the 7th grade.

Трапециевидные кольцевые выемки выполнены следующих геометрических размеров: длина малого основания - 2 мм, длина большого основания - 4 мм, глубина - 0,5 мм. Расстояние между кольцевыми выемками по оси составляло 10 мм. Размещение полуматриц в обойме осуществляли по легкопрессовой посадке. The trapezoidal annular recesses are made in the following geometric dimensions: the length of the small base is 2 mm, the length of the large base is 4 mm, and the depth is 0.5 mm. The distance between the annular recesses along the axis was 10 mm. Placement of the half-matrix in the holder was carried out by light-press fit.

Ступенчатый пуансон имел геометрические размеры: диаметр малой ступени - 19,8 мм, ее длину - 40 мм, диаметр большой ступени - 22,5 мм. The stepped punch had geometric dimensions: the diameter of the small step was 19.8 mm, its length was 40 mm, and the diameter of the large step was 22.5 mm.

Фиксирование трубы осуществляли ее опиранием на стол пресса модели ПСУ-250. The pipe was fixed by resting it on the press table of the PSU-250 model.

Деформирующее трубу усилие на первой стадии не превышало 25 Кн, а на второй стадии его величина составляла 20 Кн. The force deforming the pipe in the first stage did not exceed 25 KN, and in the second stage its value was 20 KN.

Контроль за пластическим течением материала трубы в кольцевые выемки технологической оснастки осуществляли металлографическими средствами, и не было найдено каких-либо дефектов, что подтвердило пригодность новой технологии требованиям производства. The plastic flow of the pipe material into the annular grooves of the tooling was monitored by metallographic means, and no defects were found, which confirmed the suitability of the new technology for production requirements.

Закрепление бандажированных труб вальцовками отечественного производства в трубных решетках из стали 16 ГС выявило полное соответствие новой конструкции трубы задачам ремонтного производства. The fastening of the bandaged pipes by rolling of domestic production in tube sheets made of 16 GS steel revealed full compliance of the new pipe design with the tasks of repair production.

Изобретение применимо для ремонтных работ на трубных пучках теплообменных аппаратов нефтеперерабатывающей, нефтехимической, газовой и других отраслей промышленности. The invention is applicable for repair work on tube bundles of heat exchangers of oil refining, petrochemical, gas and other industries.

Claims (1)

Способ закрепления труб в трубных решетках, при котором на внешней поверхности концов трубы выполняют кольцевые выступы трапециевидного поперечного сечения, устанавливают трубу в отверстие трубной решетки, имеющее кольцевые канавки прямоугольного поперечного сечения, совмещая кольцевые выступы с кольцевыми канавками, фиксируют трубу от возможного перемещения и производят последующее ее закрепление в трубной решетке посредством приложения сжимающего усилия со стороны внутренней поверхности трубы, отличающийся тем, что кольцевые выступы на трубе выполняют, первоначально прикладывая осевое сжимающее усилие к части торца трубы, расположенной со стороны ее внутренней поверхности, вызывая выдавливание материала трубы в радиальном направлении и предварительное формирование выступов, после чего осуществляют окончательное формирование последних, прикладывая деформирующее усилие к части торца трубы, расположенной со стороны ее внешней поверхности, совмещая выдавливание материала трубы в радиальном направлении с одновременным сдвигом выдавленного материала относительно внешней поверхности трубы. A method of securing pipes in tube sheets, in which annular protrusions of a trapezoidal cross section are made on the outer surface of the pipe ends, the pipe is installed in the hole of the tube lattice having annular grooves of rectangular cross section, combining the annular protrusions with ring grooves, fix the pipe from possible movement and produce the following its fixing in the tube sheet by applying a compressive force from the side of the inner surface of the pipe, characterized in that the annular the stupas on the pipe are performed by initially applying an axial compressive force to the part of the pipe end located on the side of its inner surface, causing the pipe material to extrude in the radial direction and the protrusions are preformed, after which the latter is finally formed by applying a deforming force to the pipe end part located from the side of its outer surface, combining the extrusion of the pipe material in the radial direction with the simultaneous shift of the extruded material relates the outer surface of the pipe.
RU97117916/02A 1997-10-21 1997-10-21 Method for securing tubes in tube walls RU2133165C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97117916/02A RU2133165C1 (en) 1997-10-21 1997-10-21 Method for securing tubes in tube walls

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97117916/02A RU2133165C1 (en) 1997-10-21 1997-10-21 Method for securing tubes in tube walls

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2133165C1 true RU2133165C1 (en) 1999-07-20

Family

ID=20198515

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97117916/02A RU2133165C1 (en) 1997-10-21 1997-10-21 Method for securing tubes in tube walls

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2133165C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3509217B2 (en) Forming method and forming apparatus for deformed cross-section pipe
RU2133165C1 (en) Method for securing tubes in tube walls
JP2005095983A (en) Bellows pipe, manufacturing method therefor, and die
RU2129056C1 (en) Method for fastening tubes in tube plates
RU2317173C2 (en) Tubes with shaped end portions making method
RU2160175C2 (en) Method for securing tubes in tube plates
RU2182055C2 (en) Method for securing tubes to tube plates
RU2198052C2 (en) Method for making tubes with shaped outer ends
RU2096118C1 (en) Method for fastening tube in tube wall
RU2198051C2 (en) Method for combination fastening of tubes in tube walls
RU2168385C2 (en) Method for securing tubes in tube grids
RU2163851C1 (en) Method for making heat exchange tubes
RU2159689C2 (en) Method for securing tubes to tube latticed plates
JPH0732052A (en) Method for working corrugated pipe and apparatus therefor
RU2129054C1 (en) Method for fastening tubes in tube plates
RU2087231C1 (en) Method of fixing tubes in tube wall
RU2162022C2 (en) Method for securing tubes to tube plates
RU2107572C1 (en) Process of anchoring of tubes in tube grates
RU2430804C1 (en) Method of producing heat exchange tubes with shaped heavy ends
RU2156669C2 (en) Method for fastening tubes in tube plates
RU2202431C2 (en) Method for making heat exchange tubes with profiled ends
RU2095180C1 (en) Method for fastening pipes in pipe grid
RU2162023C2 (en) Method for securing tubes to tube plates
RU2163850C1 (en) Method for securing tubes to tube plates
RU2234994C1 (en) Method for securing tubes to tube plates

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20051022