RU2203759C2

RU2203759C2 - Method for electrohydraulically pressing-in tubes

Info

Publication number: RU2203759C2
Application number: RU2001110200/02A
Authority: RU
Inventors: А.И. Жучков; Н.Т. Зиновьев; В.И. Курец; Э.Н. Таракановский; Г.П. Филатов
Original assignee: Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете
Priority date: 2001-04-13
Filing date: 2001-04-13
Publication date: 2003-05-10

Abstract

FIELD: metal working by pulse pressure, possibly electrohydraulic expansion of tubes in tube plates of heat exchangers, sizing tubular blanks and vessels. SUBSTANCE: method comprises steps of using electric pulse charge created between high-voltage and ground electrodes arranged in water-filled tube; pressing in tube at applying to high-voltage electrode several pulses whose number at preset energy of unit pulse is determined according to given relation. It provides lowered energy level of unit pulse. EFFECT: lowered mass and dimension, simplified design of apparatus, enhanced quality of joints. 1 dwg, 1 ex, 1 tbl

Description

Изобретение относится к обработке металлов импульсным давлением для электрогидравлической развальцовки труб в трубных досках теплообменных аппаратов, калибровки трубчатых заготовок и емкостей. The invention relates to the processing of metals by pulsed pressure for electro-hydraulic expansion of pipes in tube sheets of heat exchangers, calibration of tubular billets and containers.

Известен способ получения деформирующих усилий посредством электрогидравлических ударов в жидкости (а. с. 142502, кл. 49 g с приоритетом от 5.07.50 г.), при котором электрогидравлические удары воспроизводят в цилиндре или камере с поршнем или мембраной, воспринимающей удары и передающей их непосредственно через связанный с поршнем или мембраной инструмент деформируемому объекту. A known method of obtaining deforming forces by means of electro-hydraulic shocks in a liquid (a.s. 142502, class 49 g with a priority of 5.07.50), in which electro-hydraulic shocks are reproduced in a cylinder or chamber with a piston or membrane that receives shock and transmits them directly through a tool connected to a piston or membrane to a deformable object.

Недостатком данного способа является наличие дополнительных систем, передающих давление на деформируемые изделия, таких как поршень или мембраны, что существенно снижает эффективность воздействия на металл, увеличивает энергоемкость процесса. The disadvantage of this method is the presence of additional systems that transmit pressure to deformable products, such as a piston or membranes, which significantly reduces the impact on the metal, increases the energy intensity of the process.

Наиболее близким к заявляемому способу является выбранный нами за прототип способ запрессовки труб в трубных досках (Б.Я.Мазуровский. Электрогидроимпульсная запрессовка труб в трубных решетках теплообменных аппаратов. Киев: "Наукова думка" 1980, с.94, рис.37), включающий размещение в заполненной водой трубе высоковольтного и заземленного электродов и создание между ними электрического импульсного разряда путем подачи импульса на высоковольтный электрод. Closest to the claimed method is the prototype method of press fitting pipes in tube sheets (B.Ya. Mazurovsky. Electrohydropulse press fitting of pipes in tube sheets of heat exchangers. Kiev: Naukova Dumka 1980, p. 94, Fig. 37), including placement of a high-voltage and grounded electrodes in a tube filled with water and the creation of an electric pulse discharge between them by applying a pulse to the high-voltage electrode.

Недостатками этого способа являются необходимость создания мощных высоковольтных генераторов с энергией в несколько десятков килоджоулей в импульсе, соответственно большие массогабаритные характеристики аппаратов, т.к. на каждый импульс используется одноразовый специальный патрон, невозможность использования этого способа при запрессовке труб в трубных досках, бывших в эксплуатации, в связи с наличием дефектов на внутренних поверхностях отверстий в трубных досках, множество подготовительных операций, связанных с монтажом и демонтажом приспособлений при запрессовке. Указанные недостатки не позволяют использовать этот способ для ремонтных работ непосредственно в организациях, эксплуатируемых теплообменные аппараты. The disadvantages of this method are the need to create powerful high-voltage generators with an energy of several tens of kilojoules per pulse, respectively, large mass and size characteristics of the devices, because for each impulse, a one-time special cartridge is used, the impossibility of using this method when pressing pipes in tube boards that were in operation, due to the presence of defects on the inner surfaces of the holes in the tube boards, a lot of preparatory operations associated with the installation and dismantling of devices during pressing. These disadvantages do not allow the use of this method for repair work directly in organizations operating heat exchangers.

Основной технической задачей предложенного решения является снижение уровня энергии единичного импульса, уменьшение массогабаритных характеристик установки, упрощение конструкции за счет ликвидации разовых патронов с взрывающейся проволочкой, возможность создания качественных соединений на трубных решетках, бывших в эксплуатации и имеющих дефекты на внутренней поверхности отверстий. The main technical task of the proposed solution is to reduce the energy level of a single pulse, reduce the overall dimensions of the installation, simplify the design by eliminating one-time cartridges with exploding wire, the ability to create high-quality joints on tube sheets that were in use and have defects on the inner surface of the holes.

Указанная техническая задача достигается тем, что в способе для электрогидравлической запрессовки труб в трубных решетках теплообменных аппаратов, включающем размещение в наполненной водой трубе высоковольтного и заземленного электродов и создание между ними электрического разряда путем подачи импульса на высоковольтный электрод, согласно предложенному решению производят подачу нескольких импульсов, количество которых при заданной энергии единичного импульса определяется из соотношения

где W₀ - энергия единичного импульса, Дж;
N - число подаваемых импульсов, шт.;
W_Т - энергия деформации трубы, Дж;
W_Р - энергия деформации трубной решетки, Дж.The specified technical problem is achieved by the fact that in the method for electro-hydraulic pressing of pipes in the tube sheets of heat exchangers, comprising placing a high-voltage and grounded electrodes in a water-filled pipe and creating an electric discharge between them by applying a pulse to a high-voltage electrode, according to the proposed solution, several pulses are supplied, the number of which for a given energy of a single pulse is determined from the relation

where W ₀ is the energy of a single pulse, J;
N is the number of supplied pulses, pcs .;
W _T - pipe strain energy, J;
W _R - strain energy of the tube sheet, J.

Пример конкретного выполнения. На чертеже представлено устройство для осуществления предложенного способа. Устройство состоит и высоковольтного электрода 1, трубной доски 2, проволочных заземленных электродов 3 и вальцуемой трубы 4. An example of a specific implementation. The drawing shows a device for implementing the proposed method. The device consists of a high-voltage electrode 1, a tube plate 2, grounded wire electrodes 3 and a rolled pipe 4.

Способ осуществляется следующим образом: на высоковольтный электрод 1 подается несколько высоковольтных импульсов, которые пробивают промежуток между высоковольтным электродом 1 и заземленными проволочными электродами 3. В результате труба 4 деформируется, заполняя промежуток в трубной доске 2, обеспечивая надежное соединение трубы 4 с трубной доской 2. Проводили запрессовку латунной трубы марки Л070-1 с внешним диаметром 19 мм и толщиной стенки 1 мм (W_Т ≈ 1,24 кДж) в стальную трубную доску (Ст 3) с диаметром отверстий 19,2 мм и толщиной 90 мм (W_Р ≈ 4,83 кДж). Нами использовался генератор импульсов с энергией единичного импульса W₀ ≈ 1260 Дж. Из неравенства

определяем необходимое количество импульсов, которое обеспечит качественное соединение 6≤N≤10. Испытание запрессованного соединения проводили под давлением 40 атм. В таблице представлены результаты запрессовки соединений при различном количестве поданных импульсов.The method is as follows: several high-voltage pulses are fed to the high-voltage electrode 1, which pierce the gap between the high-voltage electrode 1 and the grounded wire electrodes 3. As a result, the pipe 4 is deformed, filling the gap in the tube plate 2, ensuring reliable connection of the tube 4 with the tube plate 2. The brass pipe L070-1 with an external diameter of 19 mm and a wall thickness of 1 mm (W _T ≈ 1.24 kJ) was pressed into a steel tube board (St 3) with a hole diameter of 19.2 mm and a thickness of 90 mm (W _P ≈ 4.83 kj). We used a pulse generator with the energy of a single pulse W ₀ ≈ 1260 J. From the inequality

determine the required number of pulses, which will provide a high-quality connection 6≤N≤10. The test of the pressed-in compound was carried out under a pressure of 40 atm. The table shows the results of pressing the joints with a different number of impulses.

Как видно из таблицы, качественная запрессовка трубы в трубной доске успешно осуществляется при подачи 6 и более импульсов с энергией W₀ ≈ l260 Дж, что почти на порядок ниже, чем при единичном воздействии при взрыве проволочки (в прототипе W₀=7 кДж). Подавать более 10 импульсов не рекомендуется в связи с превышением раздачи трубы на внутренней границе трубной доски более 20 мм, что снижает прочность при вибрационных нагрузках, возникающих в процессе работы теплообменника.As can be seen from the table, high-quality press-fitting of the pipe in the tube plate is successfully carried out when 6 or more pulses with an energy of W ₀ ≈ l260 J are applied, which is almost an order of magnitude lower than with a single exposure to a wire explosion (in the prototype W ₀ = 7 kJ). Serving more than 10 pulses is not recommended due to excess pipe distribution at the inner border of the tube plate of more than 20 mm, which reduces the strength under vibration loads arising during the operation of the heat exchanger.

Таким образом, показана возможность снижения энергии единичного импульса и последовательной их подачи для получения качественного соединения трубы и трубной доски, что позволяет значительно сократить массогабаритные показатели установки и выполнить се в транспортируемом варианте. Предложенный способ может успешно применяться для ремонта теплообменников непосредственно на производстве (например, на ТЭЦ, котельных). Thus, the possibility of reducing the energy of a single pulse and their sequential supply to obtain high-quality connection of the pipe and tube plate, which significantly reduces the overall dimensions of the installation and perform CE in the transported version, is shown. The proposed method can be successfully applied for repair of heat exchangers directly in production (for example, at thermal power plants, boiler houses).

Claims

The method of electro-hydraulic pressing of pipes in tube sheets of heat exchangers, comprising placing a high voltage and grounded electrodes in a water-filled pipe and creating an electric pulse discharge between them by applying a pulse to a high voltage electrode, characterized in that several pulses are produced, the number of which is at a given energy of a single pulse determined from the ratio

where W _o is the energy of a single impulse, J;
N is the number of supplied pulses, pcs. ;
W _t - pipe strain energy, J;
W _p - strain energy of the tube sheet, J.