RU2239508C2 - Method for securing tubes to tube plates - Google Patents
Method for securing tubes to tube plates Download PDFInfo
- Publication number
- RU2239508C2 RU2239508C2 RU2002130179/02A RU2002130179A RU2239508C2 RU 2239508 C2 RU2239508 C2 RU 2239508C2 RU 2002130179/02 A RU2002130179/02 A RU 2002130179/02A RU 2002130179 A RU2002130179 A RU 2002130179A RU 2239508 C2 RU2239508 C2 RU 2239508C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tube
- pipe
- annular groove
- sleeve
- fixing
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области обработки металлов давлением и, в частности, к процессам закрепления труб в трубных решетках теплообменных аппаратов с использованием эффекта локализованного направленного пластического деформирования материала трубы.The invention relates to the field of metal forming and, in particular, to the processes of fixing pipes in the tube sheets of heat exchangers using the effect of localized directed plastic deformation of the pipe material.
Известен способ закрепления труб в трубных решетках, при котором теплообменную трубу одним из концов устанавливают в трубное отверстие, фиксируют ее от возможного осевого перемещения, приваривают торец трубы к лицевой поверхности трубной решетки с последующей развальцовкой трубы путем приложения сжимающего к ее внутренней поверхности усилия, например механической вальцовкой (см. Дорошенко П.А. Технология производства судовых парогенераторов и теплообменных аппаратов. Л.: Судостроение, 1972, 143 с.).A known method of fixing pipes in tube sheets, in which a heat exchange pipe is installed at one end in a pipe hole, it is fixed from possible axial movement, the pipe end is welded to the front surface of the tube sheet, followed by flaring of the pipe by applying a compressive force to its inner surface, for example, mechanical by rolling (see PA Doroshenko, Production Technology for Ship Steam Generators and Heat Exchangers. L .: Sudostroenie, 1972, 143 pp.).
К главному недостатку известного способа закрепления труб в трубных решетках следует отнести повышенную стоимость производства комбинированных соединений. Кроме того, последние имеют определенное ограничение по использованию, так как не все материалы образующих пары соединяемых элементов являются свариваемыми.The main disadvantage of the known method of securing pipes in tube sheets should include the increased cost of production of combined compounds. In addition, the latter have a certain restriction on use, since not all materials forming pairs of connected elements are welded.
Известен также способ закрепления труб в трубных решетках, включающий профилирование концов трубы с образованием цилиндрических участков, сопрягаемых переходным коническим участком, установку трубы законцовкой в отверстие трубной решетки, выполненное с внешней кольцевой канавкой и внутренней кольцевой канавкой с треугольным поперечным сечением с размещением переходного конического участка напротив внутренней кольцевой канавки, фиксацию трубы от возможного перемещения и последующее ее закрепление в отверстии трубной решетки путем приложения сжимающего усилия к внутренней поверхности законцовки (RU 2174888, С2, В 21 Д 39/06, бюл.29, от 20.10.2001 - прототип).There is also known a method of securing pipes in tube sheets, including profiling the ends of the pipe with the formation of cylindrical sections mating transitional conical section, installing the pipe ending in the hole of the pipe lattice, made with an outer annular groove and an inner annular groove with a triangular cross section with the transitional conical section opposite inner annular grooves, fixing the pipe from possible movement and its subsequent fixing in the hole of the tube sheet application of compressive force to the inner surface of the tip (RU 2174888, C2, B 21 D 39/06, byul.29 from 20.10.2001 - a prototype).
Недостатком известного способа для трубных пучков ремонтного варианта является существенная зависимость служебных характеристик неразъемных соединений от точности геометрических размеров отверстий трубных решеток. В результате требуется приложение повышенных давлений к внутренней поверхности трубы на стадии образования колокольчика.The disadvantage of this method for tube bundles of the repair option is a significant dependence of the service characteristics of one-piece connections on the accuracy of the geometric dimensions of the holes of the tube sheets. As a result, the application of increased pressures to the inner surface of the pipe at the stage of bell formation is required.
Задачей изобретения является разработка такого способа закрепления труб в трубных решетках ремонтного варианта, который бы обеспечивал получение качественных кольцевых плотностей на внешней поверхности концов трубы при формировании колокольчика.The objective of the invention is the development of such a method of securing pipes in the tube sheets of the repair option, which would provide high-quality ring densities on the outer surface of the pipe ends when forming a bell.
Технический результат достигается тем, что в способе закрепления труб в трубных решетках, включающем профилирование концов трубы с образованием цилиндрических участков, сопрягаемых переходным коническим участком, установку трубы законцовкой в отверстие трубной решетки, выполненное с внешней кольцевой канавкой и внутренней кольцевой канавкой треугольного поперечного сечения, с размещением переходного конического участка напротив внутренней кольцевой канавки, фиксацию трубы от возможного перемещения и последующее ее закрепление в отверстии трубной решетки путем приложения сжимающего усилия к внутренней поверхности законцовки, согласно изобретению внешнюю кольцевую канавку выполняют в виде кольцевой выемки, где размещают втулку из пластичного материала при минимальных зазорах между соединяемыми элементами, фиксацию трубы осуществляют путем осевого сжатия втулки до необратимых деформаций ее материала, после чего производят окончательное закрепление трубы, выполняя операцию дорнования отверстия законцовки, и на завершающей его стадии раздачей законцовки на конус формируют колокольчик в условиях течения материала втулки в направлении, противоположном направлению прикладываемого усилия.The technical result is achieved by the fact that in the method of fixing the pipes in the tube sheets, including profiling the ends of the pipe with the formation of cylindrical sections mating transitional conical section, installing the pipe ending in the hole of the tube sheet, made with an outer annular groove and an inner annular groove of a triangular cross section, s placing the transitional conical section opposite the inner annular groove, fixing the pipe from possible movement and its subsequent fixing in the holes of the tube sheet by applying a compressive force to the inner surface of the tip, according to the invention, the outer annular groove is made in the form of an annular recess, where a sleeve of plastic material is placed with minimal gaps between the connected elements, the pipe is fixed by axial compression of the sleeve to irreversible deformations of its material, after which produce the final fastening of the pipe, performing the operation of burnishing the ending of the ending, and at the final stage of distribution of the ending to cone is formed in a bell flow sleeve material in the direction opposite to the direction of the applied force.
Осуществление предлагаемого способа закрепления труб в трубных решетках ремонтного варианта позволяет получать качественные кольцевые плотности на внешней поверхности концов трубы при формировании колокольчика.Implementation of the proposed method of fixing pipes in the tube sheets of the repair option allows to obtain high-quality annular densities on the outer surface of the pipe ends when the bell is formed.
Это объясняется тем, что, используя в конструкции соединения промежуточный элемент в виде втулки из пластичного материала, реализуют знакопеременное трение на контактной поверхности трубы с материалом промежуточного элемента. Последнее в сочетании с остаточным контактным давлением неразъемного соединения в температурных условиях эксплуатации трубных пучков создает предпосылки к диффузии материала промежуточного элемента в материал трубы. В результате чего имеет место наращивание упомянутых кольцевых плотностей при работе трубного пучка.This is because, using the intermediate element in the form of a sleeve of plastic material in the joint design, alternating friction is realized on the contact surface of the pipe with the material of the intermediate element. The latter, combined with the residual contact pressure of the permanent connection under the temperature conditions of operation of the tube bundles, creates the prerequisites for the diffusion of the material of the intermediate element into the pipe material. As a result, there is an increase in the mentioned annular densities during the operation of the tube bundle.
Кроме того, использование промежуточного элемента снимает зависимость служебных характеристик получаемых соединений от сохраненной точности отверстиями трубной решетки и не требует повышенных давлений на внутренней поверхности трубы.In addition, the use of an intermediate element removes the dependence of the service characteristics of the obtained compounds on the stored accuracy by the openings of the tube sheet and does not require increased pressures on the inner surface of the pipe.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведено исходное положение соединяемых элементов и технологической оснастки перед закреплением трубы в отверстии трубной решетки; на фиг.2 - стадия фиксирования трубы на стенках трубного отверстия; на фиг.3 - соединяемые элементы перед выполнением операции дорнования отверстия трубы; на фиг.4 - стадия дорнования отверстия законцовки; на фиг.5 - окончание стадии формирования колокольчика, на фиг.6 - неразъемное соединение трубы с трубной решеткой ремонтного варианта.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows the initial position of the connected elements and tooling before fixing the pipe in the hole of the tube sheet; figure 2 - stage of fixing the pipe on the walls of the pipe hole; figure 3 - connected elements before performing the operation of burnishing the hole of the pipe; figure 4 is the stage of burnishing the ending of the hole; figure 5 - the end of the stage of formation of the bell, figure 6 - one-piece connection of the pipe with the tube sheet repair option.
Вариант осуществления изобретения состоит в следующем.An embodiment of the invention is as follows.
На теплообменной трубе 1 (фиг.1) выполняют операции с целью подготовки внешней поверхности ее концов к профилированию: правка трубы, отрезка ее мерной длины и зачистка поверхности концов до металлического блеска.On the heat exchange pipe 1 (Fig. 1), operations are performed to prepare the outer surface of its ends for profiling: straightening the pipe, a length of its measured length and cleaning the surface of the ends to a metallic sheen.
Далее осуществляют профилирование концов трубы, для чего трубу фиксируют от возможных перемещений и посредством жесткого пуансона производят раздачу ее конца до внешнего диаметра, превышающего диаметр отверстия в трубной решетке. После чего осуществляют радиальный ступенчатый обжим участка трубы, подвергшегося операции раздачи. В результате образования законцовки формируются два цилиндрических участка, сопряженные переходным коническим участком. Цилиндрический участок законцовки, имеющий наибольший диаметр, выполняется с диаметральным зазором по отношению к диаметру отверстия в трубной решетке, равным 0,05 мм. Тем самым обеспечивается симметричность размещения трубы в отверстии трубной решетки.Next, the ends of the pipe are profiled, for which the pipe is fixed from possible movements and, by means of a rigid punch, its end is distributed to an external diameter exceeding the diameter of the hole in the tube sheet. Then carry out a radial step crimping of the pipe section, subjected to the operation of distribution. As a result of the formation of the tip, two cylindrical sections are formed, conjugated by a transitional conical section. The cylindrical end portion having the largest diameter is performed with a diametrical clearance with respect to the diameter of the hole in the tube sheet equal to 0.05 mm. This ensures the symmetry of the placement of the pipe in the hole of the tube sheet.
Аналогичные операции производят и на втором конце трубы.Similar operations are performed at the second end of the pipe.
Затем производят набивку пучка, т.е. установку труб в трудные решетки 2 и перегородки. Отверстия трубной решетки содержат кольцевые выемки и кольцевые канавки треугольного поперечного сечения. Контролируемым параметром при набивке трубного пучка является выступание торца законцовки над лицевой поверхностью трубной решетки, что обеспечивает расположение ее переходного конического участка напротив кольцевой канавки. В зазоре между цилиндрическим участком законцовки с наименьшим диаметром и боковой поверхностью кольцевой выемки размещают втулку 3 из пластичного материала, например алюминия.Then the beam is packed, i.e. installation of pipes in difficult lattices 2 and partitions. The holes of the tube sheet contain annular recesses and annular grooves of a triangular cross section. The controlled parameter when stuffing the tube bundle is the protrusion of the end face above the front surface of the tube sheet, which ensures the location of its transition conical section opposite the annular groove. In the gap between the cylindrical portion of the ending with the smallest diameter and the lateral surface of the annular recess, a sleeve 3 of plastic material, for example aluminum, is placed.
На выступающей части законцовки располагают втулочный пуансон 4, а в ее отверстии - малую ступень дорна 5 (фиг.1).On the protruding part of the tip have a sleeve punch 4, and in its hole - a small step of the mandrel 5 (figure 1).
Далее производят предварительное закрепление трубы на стенках трубного отверстия. Для чего осевое усилие прикладывают к торцу втулочного пуансона (фиг.2). Во втулке 3, воспринимающей осевые усилия, формируется поверхность сдвига (показана пунктирными линиям) и имеет место выдавливание материала втулки в зазор за пределами кольцевой выемки. Отметим, что процесс выдавливания материала промежуточного элемента в упомянутый зазор сопровождается наличием сил трения между промежуточным элементом и трубой (показаны горизонтальными стрелками). Снятие деформирующего втулку усилия вызывает появление остаточного контактного давления, каким труба удерживается в трубном отверстии.Next, pre-fixing the pipe on the walls of the pipe hole. Why axial force is applied to the end of the sleeve punch (figure 2). In the sleeve 3, which receives axial forces, a shear surface is formed (shown by dashed lines) and there is an extrusion of the material of the sleeve into the gap outside the annular recess. Note that the process of extruding the material of the intermediate element into the said gap is accompanied by the presence of friction forces between the intermediate element and the pipe (shown by horizontal arrows). Removing the sleeve deforming force causes the appearance of residual contact pressure by which the pipe is held in the pipe hole.
После чего прикладывают осевое усилие к торцу дорна 5, сообщая ему перемещение в осевом направлении (фиг.3). Внедрение ступени дорна в отверстие законцовки приводит на первом этапе к раздаче цилиндрического участка с наименьшим внешним диаметром и осадке материала втулки (фиг.4). Дальнейшее перемещение дорна в осевом направлении вызывает формирование поперечных сдвигов в полотне законцовки и заполнение материалом трубы кольцевой канавки.Then apply axial force to the end of the mandrel 5, telling him the movement in the axial direction (figure 3). The introduction of the step of the mandrel in the ending hole leads at the first stage to the distribution of the cylindrical section with the smallest outer diameter and the settlement of the material of the sleeve (figure 4). Further movement of the mandrel in the axial direction causes the formation of transverse shears in the leaf of the tip and filling the pipe material with an annular groove.
На завершающей стадии окончательного закрепления, когда выполняют колокольчик, наблюдается интенсивное выдавливание материала промежуточного элемента в направлении, противоположном направлению прикладываемого усилия. Пластическое течение материала промежуточного элемента сопровождается его интенсивным разогревом, что при наличии ювенильной внешней поверхности трубы приводит к образованию упругих центров кристаллизации. Последние являются предвестником процесса диффузии. Эксплуатация трубного пучка с достаточно высокими температурами интенсифицирует упомянутую диффузию алюминия в сталь, что наращивает кольцевую плотность между соединяемыми элементами.At the final stage of final fastening, when the bell is performed, intensive extrusion of the material of the intermediate element is observed in the direction opposite to the direction of the applied force. The plastic flow of the material of the intermediate element is accompanied by its intense heating, which in the presence of a juvenile outer surface of the pipe leads to the formation of elastic crystallization centers. The latter are a harbinger of the diffusion process. The operation of the tube bundle with sufficiently high temperatures intensifies the mentioned diffusion of aluminum into steel, which increases the annular density between the connected elements.
Опытно-промышленная проверка разработанного способа прошла при закреплении стальных (сталь 20) труб с профилированными внешними законцовками в трубных решетках толщиной 80 мм из стали 16 ГС. Исходные геометрические размеры трубы: внешний диаметр - 25 мм, толщина стенки - 2,5 мм. Внешние поверхности концов трубы предварительно профилировались в технологической оснастке гидравлического пресса двойного действия, развивающего усилие 0,6 МН. Цилиндрический участок законцовки с минимальным внешним диаметром имел 24,3 мм, максимальным внешним диаметром - 25,3-0,05 мм. Ширина переходного конического участка равнялась 2 мм.A pilot test of the developed method took place when fixing steel (steel 20) pipes with profiled external ends in pipe grids with a thickness of 80 mm from steel 16 GS. The initial geometric dimensions of the pipe: outer diameter - 25 mm, wall thickness - 2.5 mm. The outer surfaces of the ends of the pipe were previously profiled in the technological equipment of a double-acting hydraulic press, developing a force of 0.6 MN. The cylindrical section of the tip with a minimum outer diameter was 24.3 mm, and a maximum outer diameter was 25.3 -0.05 mm. The width of the transition conical section was 2 mm.
Трубные отверстия изготавливались с диаметрами, равными 25,35+0,05 мм. Кольцевые канавки трубного отверстия с треугольным поперечным сечением имели основание - 6 мм, глубину - 0,3 мм.Pipe holes were made with diameters equal to 25.35 +0.05 mm. The annular grooves of the pipe hole with a triangular cross section had a base of 6 mm, a depth of 0.3 mm.
Кольцевые выемки имели глубину 10 мм и диаметр, равный 28 мм.The annular recesses had a depth of 10 mm and a diameter of 28 mm.
Промежуточный элемент выполнялся из алюминия марки АДО путем нарезки из трубы с длиной, равной 10 мм.The intermediate element was made of aluminum of the ADO brand by cutting from a pipe with a length equal to 10 mm.
Предварительное закрепление трубы в трубном отверстии выполняли на дорновочном комплексе, изготовленном и эксплуатируемом на ООО “Ремонтно-механический завод” ЗАО НК ЮКОС - РМ, при усилиях, не превышающих 0,07 МН.Preliminary fastening of the pipe in the pipe hole was carried out at the backyard complex manufactured and operated by Repair and Mechanical Plant LLC CJSC NK YUKOS - RM, with forces not exceeding 0.07 MN.
Окончательное закрепление производили на том же комплексе при усилиях не более 0,2 МН.Final fixing was carried out on the same complex with efforts of not more than 0.2 MN.
Технологическая оснастка для производства труб с внешними кольцевыми законцовками и их закрепления в трубных отверстиях изготавливалась из инструментальной стали У8А с твердостью HRC после закалки не менее 56 единиц и точностью исполнительных размеров по 9-му квалитету.The tooling for the production of pipes with external annular endings and their fastening in the pipe holes was made of U8A tool steel with a hardness of HRC after hardening of at least 56 units and an accuracy of executive dimensions of the 9th grade.
Установлено, что образование неразъемных соединений с использованием профилированных законцовок в сочетании с промежуточными элементами и остаточным давлением на контактных поверхностях обеспечивает гарантированные повышенные служебные характеристики соединений; устраняет какую-либо дефектность, влияющую на эксплуатацию трубного пучка.It was found that the formation of one-piece joints using profiled endings in combination with intermediate elements and residual pressure on the contact surfaces provides guaranteed increased service characteristics of the joints; eliminates any defect affecting the operation of the tube bundle.
Испытаниями на выдергивание трубы из трубной решетки подтверждены повышенные прочностные характеристики неразъемных соединений.Tests for pulling the pipe out of the tube sheet confirmed the increased strength characteristics of one-piece joints.
Плотность соединений в сочетании с высокой коррозионной стойкостью обеспечили 100% их пригодность требованиям производства.The density of the compounds combined with high corrosion resistance ensured 100% their suitability for production requirements.
Изобретение применимо при изготовлении трубных пучков теплообменных аппаратов нефтеперерабатывающей, нефтехимической, газовой и других отраслей промышленности.The invention is applicable in the manufacture of tube bundles of heat exchangers for oil refining, petrochemical, gas and other industries.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002130179/02A RU2239508C2 (en) | 2002-11-11 | 2002-11-11 | Method for securing tubes to tube plates |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002130179/02A RU2239508C2 (en) | 2002-11-11 | 2002-11-11 | Method for securing tubes to tube plates |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002130179A RU2002130179A (en) | 2004-05-20 |
| RU2239508C2 true RU2239508C2 (en) | 2004-11-10 |
Family
ID=34310076
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002130179/02A RU2239508C2 (en) | 2002-11-11 | 2002-11-11 | Method for securing tubes to tube plates |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2239508C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1285511A (en) * | 1970-03-09 | 1972-08-16 | Yorkshire Imp Metals Ltd | Explosively welded joints |
| US4413395A (en) * | 1980-02-15 | 1983-11-08 | Vallourec Sa | Method for fixing a tube by expansion |
| RU2132759C1 (en) * | 1997-08-26 | 1999-07-10 | Самарский государственный аэрокосмический университет им.С.П.Королева | Method for securing tubes in tube plates |
| RU2174888C2 (en) * | 1999-11-02 | 2001-10-20 | Самарский государственный аэрокосмический университет им. акад. С.П. Королева | Method for securing tubes to tube plates |
-
2002
- 2002-11-11 RU RU2002130179/02A patent/RU2239508C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1285511A (en) * | 1970-03-09 | 1972-08-16 | Yorkshire Imp Metals Ltd | Explosively welded joints |
| US4413395A (en) * | 1980-02-15 | 1983-11-08 | Vallourec Sa | Method for fixing a tube by expansion |
| RU2132759C1 (en) * | 1997-08-26 | 1999-07-10 | Самарский государственный аэрокосмический университет им.С.П.Королева | Method for securing tubes in tube plates |
| RU2174888C2 (en) * | 1999-11-02 | 2001-10-20 | Самарский государственный аэрокосмический университет им. акад. С.П. Королева | Method for securing tubes to tube plates |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2087231C1 (en) | Method of fixing tubes in tube wall | |
| RU2129054C1 (en) | Method for fastening tubes in tube plates | |
| RU2317173C2 (en) | Tubes with shaped end portions making method | |
| RU2202431C2 (en) | Method for making heat exchange tubes with profiled ends | |
| RU2198052C2 (en) | Method for making tubes with shaped outer ends | |
| RU2239508C2 (en) | Method for securing tubes to tube plates | |
| RU2238164C2 (en) | Method for securing tubes to tube plates | |
| RU2234994C1 (en) | Method for securing tubes to tube plates | |
| RU2164835C2 (en) | Method of fixing tubes in tube plates | |
| RU2198051C2 (en) | Method for combination fastening of tubes in tube walls | |
| RU2174888C2 (en) | Method for securing tubes to tube plates | |
| RU2233725C1 (en) | Method for forming non-detachable joints on tubes | |
| RU2164189C2 (en) | Method for fastening tube in tube plates | |
| RU2238165C2 (en) | Method for securing tubes to tube plates | |
| RU2159689C2 (en) | Method for securing tubes to tube latticed plates | |
| RU2170635C2 (en) | Method for securing tubes to tube plates | |
| RU2169631C2 (en) | Method for securing tubes to tube plates | |
| RU2202429C2 (en) | Method for combination securing of tubes to tube plates | |
| RU2171154C2 (en) | Method for securing tubes to tube plate | |
| RU2291752C2 (en) | Tube to tube walls securing method | |
| RU2212301C2 (en) | Method for securing of pins in heat-exchange unit tubular coils | |
| RU2212300C2 (en) | Method for securing of pins in tubular coils of heat-exchanger unit | |
| RU2169630C2 (en) | Method for securing tubes to tube plates | |
| RU2170153C2 (en) | Method for securing tubes to tube plates | |
| RU2224613C2 (en) | Method for securing tubes to tube walls |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20071112 |