RU2191087C2

RU2191087C2 - Method for attaching tubes in tube grids

Info

Publication number: RU2191087C2
Application number: RU2000125443/02A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Батраев; С.И. Козий; С.С. Козий
Original assignee: Самарский государственный аэрокосмический университет им. акад. С.П.Королева; Общество с ограниченной ответственностью "Ремонтно-механический завод"
Priority date: 2000-10-09
Filing date: 2000-10-09
Publication date: 2002-10-20

Abstract

FIELD: plastic working of metals, in particular, attachment of tubes in openings of heat-exchange units through the effect of localized directed plastic flowing of tube material. SUBSTANCE: method involves placing tube in grid opening equipped with annular channels; fixing it from possible movement and securing by applying deforming force to its inner surface, with tube end being preliminarily profiled for forming annular projection on its inner surface; forming no more than three equally spaced openings in tube wall along perimeter of annular projection; filling openings with plastic material in the form of core. Tube is placed in tube opening of grid, with annular projection being in cantilevered relation to outer edges of annular channels. Aluminum may be used as plastic material. Such construction allows rolled connections to be tight and corrosion resistant and tube grid to be prevented from warpage. EFFECT: increased strength and improved quality of connections. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением и, в частности, к процессам закрепления труб в трубных отверстиях теплообменных аппаратов с использованием эффекта локализованного направленного пластического течения материала трубы. The invention relates to the processing of metals by pressure and, in particular, to the processes of fastening pipes in the tube openings of heat exchangers using the effect of localized directed plastic flow of pipe material.

Известен способ закрепления труб в трубных решетках, включающий установку трубы в трубное отверстие решетки, выполненное с кольцевыми канавками, фиксацию трубы от возможного перемещения и последующее закрепление ее в трубном отверстии путем приложения к внутренней поверхности трубы деформирующего усилия (см. Дорошенко П.А. Технология производства судовых парогенераторов и теплообменных аппаратов. - Ленинград: Судостроение, 1972, 143 с. )
К главному недостатку известного способа закрепления труб в трубных решетках следует отнести неравномерное остаточное давление по длине вальцовочного пояска и, как следствие, относительно низкие служебные характеристики вальцовочных соединений. Для устранения данного недостатка прибегают к повышенным деформирующим трубу давлениям. Последнее обуславливает коробление трубной решетки, течение материала трубы в осевом направлении, а значит, короткий (повышенная коррозия) межремонтный пробег трубного пучка теплообменного аппарата.A known method of securing pipes in tube sheets, including installing the pipe in the tube hole of the grill, made with annular grooves, fixing the pipe from possible movement and then securing it in the tube hole by applying a deforming force to the pipe inner surface (see P. Doroshenko, Technology production of ship steam generators and heat exchangers. - Leningrad: Shipbuilding, 1972, 143 p.)
The main disadvantage of the known method of fixing pipes in tube sheets should be attributed to the uneven residual pressure along the length of the rolling belt and, as a result, the relatively low service characteristics of the rolling joints. To eliminate this drawback, resort to increased pressure deforming the pipe. The latter causes the warp of the tube sheet, the flow of the pipe material in the axial direction, and therefore, the short (increased corrosion) overhaul run of the tube bundle of the heat exchanger.

Известен также способ закрепления труб в трубных решетках, включающий установку трубы в трубное отверстие решетки, выполненное с кольцевыми канавками, фиксацию трубы от возможного перемещения и последующее закрепление ее в трубном отверстии путем приложения к внутренней поверхности трубы деформирующего усилия ( см. Ткаченко Г.П., Бриф B.М. Изготовление и ремонт кожухотрубчатой теплообменной аппаратуры. - М.: Машиностроение, 1980, -160 с.). There is also known a method of securing pipes in tube sheets, including installing the pipe in the tube hole of the grill, made with annular grooves, fixing the pipe from possible movement and then securing it in the tube hole by applying a deforming force to the pipe inner surface (see G. Tkachenko , B. Brief, M. Manufacture and repair of shell-and-tube heat-exchange equipment. - M.: Mechanical Engineering, 1980, -160 p.).

Недостатком известного способа является имеющий место интенсивный наклеп внутреннего слоя трубы при ее закреплении в отверстии трубной решетки, что приводит к раннему выходу из эксплуатации трубного дорогостоящего пучка ( стоимость более 100 тысяч рублей за тонну). The disadvantage of this method is the intense hardening of the inner layer of the pipe when it is fixed in the hole of the tube sheet, which leads to the early decommissioning of an expensive tube bundle (cost more than 100 thousand rubles per ton).

Задачей изобретения является разработка такого способа закрепления труб в трубных решетках, который бы обеспечивал повышенные характеристики прочности и плотности, а также коррозионной стойкости вальцовочных соединений, не вызывал бы при этом коробления трубной решетки, неоднократно увеличивая таким образом срок межремонтного пробега трубного пучка теплообменного аппарата. The objective of the invention is to develop such a method of securing pipes in tube sheets that would provide improved strength and density characteristics, as well as corrosion resistance of milling joints, would not cause warping of the tube sheet, thus repeatedly increasing the overhaul life of the tube bundle of the heat exchanger.

Технический результат достигается тем, что в способе закрепления труб в трубных решетках, включающем установку трубы в трубное отверстие решетки, выполненное с кольцевыми канавками, фиксацию трубы от возможного перемещения и последующее закрепление ее в трубном отверстии путем приложения к внутренней поверхности трубы деформирующего усилия, согласно изобретению предварительно конец трубы профилируют с формированием на ее внутренней поверхности кольцевого выступа, после чего в стенке трубы по периметру упомянутого кольцевого выступа выполняют не более трех равноудаленных одно от другого отверстий, которые заполняют пластичным материалом в виде стержня, а установку трубы в трубное отверстие решетки осуществляют с консольным расположением кольцевого выступа относительно внешних кромок кольцевых канавок, при этом используют стержень из алюминия. The technical result is achieved by the fact that in the method of fixing pipes in the tube sheets, including installing the pipe in the tube hole of the grill, made with annular grooves, fixing the pipe from possible movement and then securing it in the tube hole by applying a deforming force to the pipe inner surface, according to the invention preliminary, the pipe end is profiled with the formation of an annular protrusion on its inner surface, and then in the pipe wall around the perimeter of the said annular protrusion and perform no more than three equally spaced openings from one another, which are filled with a plastic material in the form of a rod, and the installation of the pipe in the tube hole of the lattice is carried out with a cantilever arrangement of the annular protrusion relative to the outer edges of the annular grooves, using an aluminum rod.

Осуществление предлагаемого способа закрепления труб в трубных решетках позволяет получать вальцовочные соединения труб с трубными решетками, обладающие наряду с увеличенными характеристиками прочности и плотности повышенными характеристиками коррозионной стойкости в условиях технологического управления необратимыми деформациями трубной решетки. Implementation of the proposed method for securing pipes in tube sheets allows one to obtain milling pipe joints with tube sheets, which, along with increased strength and density characteristics, have enhanced corrosion resistance characteristics under the conditions of technological control of irreversible deformations of the tube sheet.

Это объясняется тем, что вальцовочное соединение образуют на биметаллической законцовке теплообменной трубы, когда его служебные коррозионные характеристики должны существенно возрастать. Однако степень повышения коррозионных характеристик соединений всецело зависит от природы образования пограничного слоя плакирующего и плакируемого материалов. Причем здесь немалую роль играет и себестоимость производства одного вальцовочного соединения. В предлагаемом изобретении для уменьшения стоимости трубы с биметаллическими профилированными законцовками в качестве протектора используют стержни из алюминия, как материала, имеющего более отрицательный электродный потенциал, чем электродный потенциал материалов соединяемых элементов. This is because the milling connection is formed on the bimetallic tip of the heat exchange pipe, when its service corrosion characteristics should increase significantly. However, the degree of increase in the corrosion characteristics of the compounds entirely depends on the nature of the formation of the boundary layer of the cladding and cladding materials. Moreover, the production cost of one milling joint plays a significant role here. In the present invention, in order to reduce the cost of pipes with bimetallic shaped ends, aluminum rods are used as a protector, as a material having a more negative electrode potential than the electrode potential of the materials of the connected elements.

Применение в конструкции вальцовочного соединения стержней из алюминия позволяет, деформируя их в осевом направлении при закреплении трубы в отверстии трубной решетки, дополнительно формировать силовые поля с улучшением и таких основных его характеристик, как прочность и плотность. The use of aluminum rods in the milling connection design allows, deforming them in the axial direction when fixing the pipe in the hole of the tube sheet, additionally form force fields with an improvement in its basic characteristics such as strength and density.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано исходное положение профилированной законцовки теплообменной трубы, содержащей стержни из алюминия, в отверстии трубной решетки; на фиг. 2 -поперечное сечение трубы в плоскости, где размещены осевые линии стержней из алюминия; на фиг. 3 - окончание стадии совместного деформирования трубы и перемычки трубной решетки; на фиг. 4 - вальцовочное соединение трубы с трубной решеткой. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows the initial position of the profiled tip of a heat exchange pipe containing aluminum rods in the hole of the tube sheet; in FIG. 2 is a cross-section of a pipe in the plane where the axial lines of the aluminum rods are located; in FIG. 3 - end of the stage of joint deformation of the pipe and the lintel of the tube sheet; in FIG. 4 - milling connection of the pipe with the tube sheet.

Вариант осуществления изобретения состоит в следующем. An embodiment of the invention is as follows.

Подготавливают трубу 1, например, из стали 10 к закреплению в трубных решетках теплообменного аппарата. Для чего последовательно осуществляют ее правку в косовалковой машине, отрезку мерной длины, определяемой техническими условиями производства. После чего концы трубы калибруют, раздавая жестким пуансоном и увеличивая внешний диаметр калиброванного участка трубы до диаметра, который на 0,05 мм меньше диаметра отверстия трубной решетки. Далее, используя такие формообразующие операции, как обжим и раздача, калиброванный участок трубы профилируют в его центральной части. При этом формируют кольцевой выступ на внутренней поверхности законцовки с образованием поперечного сечения, имеющего минимальный диаметр. Prepare the pipe 1, for example, of steel 10 for fixing in the tube sheets of the heat exchanger. For this, they are subsequently corrected in a Kosovalkovy machine, a segment of a measured length determined by the technical conditions of production. After that, the ends of the pipe are calibrated by distributing with a rigid punch and increasing the outer diameter of the calibrated section of the pipe to a diameter that is 0.05 mm less than the diameter of the hole of the tube sheet. Further, using such forming operations as crimping and distribution, the calibrated pipe section is profiled in its central part. An annular protrusion is formed on the inner surface of the tip with the formation of a cross section with a minimum diameter.

Затем в стенке кольцевого выступа трубы на равноудаленном друг от друга расстоянии выполняют не более трех сквозных отверстий, которые заполняют стержнями 2 из алюминия. Тем самым завершают получение биметаллических профилированных законцовок на теплообменной трубе. Then, in the wall of the annular protrusion of the pipe at a distance equidistant from each other, no more than three through holes are made, which are filled with rods 2 of aluminum. This completes the preparation of bimetallic shaped endings on a heat exchange tube.

В отверстиях трубной решетки 3 резцами - канавочниками выполняют по две кольцевые канавки с треугольным поперечным сечением. Причем малые стороны треугольников поперечного сечения обращены навстречу друг другу. In the holes of the tube sheet 3 cutters - grooves perform two annular grooves with a triangular cross section. Moreover, the small sides of the triangles of the cross section are facing towards each other.

В отверстие трубной решетки устанавливают профилированную биметаллическую законцовку, образуя консольное размещение внутреннего кольцевого выступа относительно внешних кромок кольцевых канавок (фиг. 1 и 2). A profiled bimetal ending is installed in the hole of the tube sheet, forming a cantilever arrangement of the inner annular protrusion relative to the outer edges of the annular grooves (Figs. 1 and 2).

В отверстие профилированной законцовки трубы вводят механическую вальцовку (силовое воздействие ее роликов далее условно показано стрелками) и осуществляют первоначально раздачу законцовки по местоположению кольцевого выступа. Консольное же расположение кольцевого выступа относительно внешних кромок кольцевых канавок, а также наличие кольцевых конических переходных участков (жесткостей), полученных при профилировании концов трубы (условно затемнены), обуславливают изгибную деформацию (относительно точки 0) образующей калиброванного участка законцовки. Реализуется стадия заполнения объемов кольцевых канавок отверстия трубной решетки материалом трубы с формированием пластических шарниров относительно точки 0 (затемнены в виде треугольников). На завершающей стадии закрепления трубы в отверстии трубной решетки (фиг. 3) нагружению в осевом направлении подвергаются и стержни из алюминия. Следствием чего является раздача каждого стержня с формированием по их периметру силового поля, приводящего к дополнительному фиксированию трубы в отверстии трубной решетки. Mechanical rolling is introduced into the hole of the profiled pipe end (the force action of its rollers is further conventionally shown by arrows) and the end is initially distributed at the location of the annular protrusion. The cantilever arrangement of the annular protrusion relative to the outer edges of the annular grooves, as well as the presence of annular conical transitional sections (stiffnesses) obtained by profiling the pipe ends (conditionally darkened), cause bending deformation (relative to point 0) of the generatrix of the calibrated end section. The stage of filling the volume of the annular grooves of the hole of the tube sheet with pipe material is realized with the formation of plastic hinges relative to point 0 (darkened in the form of triangles). At the final stage of fixing the pipe in the hole of the tube sheet (Fig. 3), aluminum rods are also axially loaded. The consequence of this is the distribution of each rod with the formation of a force field around their perimeter, leading to additional fixation of the pipe in the hole of the tube sheet.

Снятие деформирующего трубу усилия приводит к появлению остаточного давления на контактируемых поверхностях в сочетании с остаточным давлением между трубой и алюминиевыми стержнями, претерпевшими деформацию (фиг. 4). The removal of the pipe deforming force leads to the appearance of residual pressure on the contacting surfaces in combination with the residual pressure between the pipe and the aluminum rods that have undergone deformation (Fig. 4).

Опытно-промышленная проверка предлагаемого способа прошла при закреплении теплообменных труб из стали 10 (с геометрическими исходными размерами 25•2,5 мм) с биметаллическими профилированными законцовками, содержащими стержни из алюминия марки АДО. A pilot test of the proposed method was carried out when fixing heat transfer tubes made of steel 10 (with geometric initial dimensions of 25 • 2.5 mm) with bimetal shaped ends containing ADO aluminum rods.

Предварительно концы теплообменных труб (после их соответствующей подготовки) калибровались на длине в 30 мм под диаметр отверстия в трубной решетке, равный 25,45 мм. Previously, the ends of the heat exchange tubes (after their appropriate preparation) were calibrated over a length of 30 mm to the diameter of the hole in the tube sheet equal to 25.45 mm.

Далее калиброванные участки трубы (последовательно с обеих сторон) подвергались формообразующим операциям: обжим и раздача, приводящими к образованию внутреннего кольцевого выступа шириной 7 мм и внешним диаметром 23,85 мм. При этом ширина кольцевых конических участков (жесткостей) равнялась 2 мм. Further, the calibrated sections of the pipe (sequentially on both sides) were subjected to forming operations: crimping and distribution, leading to the formation of an inner annular projection 7 mm wide and an external diameter of 23.85 mm. The width of the annular conical sections (stiffnesses) was 2 mm.

Отверстия трубной решетки имели кольцевые канавки треугольного поперечного сечения с шириной основания в 6 мм и глубиной канавок, равной 0,4 мм. The holes of the tube sheet had annular grooves of a triangular cross section with a base width of 6 mm and a groove depth of 0.4 mm.

В качестве протектора использовались стержни из алюминия с диаметром, равным 3 мм. Aluminum rods with a diameter of 3 mm were used as a tread.

Штамповая оснастка для получения биметаллических законцовок изготавливалась из стали X12 М с твердостью после закалки HRC= 52-56 единиц и исполнительными размерами по 9-му квалитету точности. The dies for bimetallic endings were made of X12 M steel with hardness after quenching HRC = 52-56 units and executive dimensions according to the 9th accuracy class.

Закрепление теплообменных труб с биметаллическими профилированными законцовками выполняли в отверстиях трубных решеток из стали 16ГС отечественными вальцовками на стенде фирмы "Индреско" (США). Fastening of heat-exchange pipes with bimetallic shaped ends was performed in the openings of 16GS steel tube sheets by domestic rolling at the stand of the company Indresco (USA).

Как показали проведенные испытания на прочность, плотность и коррозионную стойкость вальцовочных соединений, новая технология закрепления труб в трубных решетках, основанная на предлагаемом изобретении, соответствует требованиям производства в полном масштабе, не вызывая существенного удорожания трубных пучков теплообменных аппаратов. As shown by tests on the strength, density and corrosion resistance of milling joints, the new technology for fixing pipes in tube sheets, based on the invention, meets the requirements of production on a full scale, without causing a significant increase in the cost of tube bundles of heat exchangers.

Изобретение применимо при изготовлении и ремонте трубных пучков теплообменных аппаратов нефтеперерабатывающей, нефтехимической, энергетической, газовой и других отраслей промышленности. The invention is applicable in the manufacture and repair of tube bundles of heat exchangers of the oil refining, petrochemical, energy, gas and other industries.

Claims

1. A method of securing pipes in tube sheets, including installing the pipe in the tube hole of the grill, made with annular grooves, fixing the pipe from possible movement and then securing it in the tube hole by applying a deforming force to the pipe inner surface, characterized in that the pipe end is preliminarily profiled with the formation on its inner surface of the annular protrusion, after which in the pipe wall along the perimeter of the said annular protrusion perform no more than three equidistant one about from other holes that fill the plate material in the form of a rod, and the installation of the pipe in the tube hole of the lattice is carried out with a cantilever arrangement of the annular protrusion relative to the outer edges of the annular grooves.

2. The method of fixing pipes in tube sheets according to claim 1, characterized in that they use a rod of aluminum.