Способ развальцовки труб в отверстиях трубной решетки

 

СПОСОБ РАЗВАЛЬЦОВКИ ТРУБ В ОТВЕРСТИЯХ ТРУБНОЙ РЕШЕТКИ, заключающийся в предварительном деформировании концов труб принудительно вращающимся инструментом с последующей довальцовкой, отличающийся тем, что, с целью повышения плотности и прочности соединения, при деформировании контролируют момент сопротивления вращению инструмента, предварительную деформацию осуществляют до значения текущего момента сопротивления не менее момента сопротивления , соответствующего началу упругой деформации трубной рещетки, а затем деформируют трубу при инерционном опг fic. с, I стадия вращении инструмента, при этом определяют количество оборотов инструмента за время инерционного вращения и момента статического сопротивления в начале и в конце периода инерционного вращения, после чего трубу довальцовывают, сообщая инструменту количество оборотов, определяемое по зависимости Mcoi, :llConTL Ll5 2. N N. ЛЛс2-/ с, -количество оборотов инструменгде NI та за время инерционного вращения; М -момент статического сопротивС1 ления в начале инерционного вра- g щения; (Л М -момент статического сопротив г ления в конце инерционного вращения; (Л -момент статического сопротив ЧИ1Т ления,соответствующий требуемому натягу соединения. jy со сд со 1 i йстадия

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1031591 A (19) (111 з(59 В 21 13 39/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ где Я(/ с

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3008361/25-27 (22) 26.11.80 (46) 30.07.83. Бюл. № 28 (72) Г. А. Косулин и Л. П. Косулина (7!) Волгоградский политехнический институт (53) 621.774.72 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 700245, кл. В 21 D 39/06, 28.09.77 (прототип). (54) (57) СПОСОБ РАЗВАЛЬЦОВКИ ТРУБ

В ОТВЕРСТИЯХ ТРУБНОЛ РЕШЕТКИ, заключающийся в предварительном деформировании концов труб принудительно вращающимся инструментом с последующей довальцовкой, отличающийся тем, что, с целью повышения плотности и прочности соединения, при деформировании контролируют момент сопротивления вращению инструмента, предварительную деформацию осуществляют до значения текущего момента сопротивления не менее момента сопротивления, соответствующего началу упругой деформации трубной решетки, а затем деформируют трубу при инерционном вращении инструмента, при этом определяют количество оборотов инструмента за время инерционного вращения и момента статического сопротивления в начале и в конце периода инерционного вращения, после чего трубу довальцовывают, сообщая инструменту количество оборотов, определяемое по зависимости

1Ц /41 сопт /41сг — количество оборотов инструмента за время инерционного вращения, Я вЂ” момент статического сопротивс ления в начале инерционного вра- Я щения;

Ж вЂ” момент статического сопротивС2 ления в конце инерционного вращения;

И -момент статического сопротив онт ления,соответствующий требуе- ф мому натягу соединения.

1031591

Изобретение относится к способам крепления труб в отверстиях трубной решетки и может быть использовано в энергетическом и нефтехимическом машиностроении.

Известен способ развальцовки труб в отверстиях трубной решетки, заключающийся в предварительном деформировании концов труб принудительно вращающимся инструментом с последующей довальцовкой (1) .

Известный способ не позволяет обеспечить необходимое качество развальцован- 10 ного соединения, характеризующееся плотностью и прочностью. Объясняется это тем, что поскольку не известны способы контроля плотности и прочности соединения в процессе деформирования концов труб, деформирование осуществляют с одновременным конт15 ролем переменной, лишь косвенно характеризующей качество соединения, а именно, крутящего момента на веретене или осевого усилия. При этом не учитываются вариации геометрических размеров труб и отверстий в трубной решетке и изменение момента трения в системе двигатель — инструмент— труба, существенно влияющих на величину текущих радиальных усилий, радиальных давлений и остаточных напряжений в соединении и тем самым на качество соединения.

Цель изобретения — повышение плотности и прочности соединения труб с трубными решетками развальцовкой.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу развальцовки труб в отвер- зо стиях трубной решетки, заключающемся в предварительном деформировании концов труб принудительно вращающимся инструментом с последующей довальцовкой, при деформировании контролируют момент сопротивления вращению инструмента, пред- 35 варительную деформацию осуществляют до значения текущего момента сопротивления не менее момента сопротивления, соответствующего началу упругой деформации трубной решетки, а затем деформируют 4О трубу при инерционном вращении инструмента, при этом определяют количество оборотов инструмента за время инерционного вращения и моменты статического сопротивления в начале и в конце периода инерционного вращения, после чего трубу до- 45 вальцовывают, сообщая и нструменту количество оборотов. определяемое по зависимости

2: 1 11з

Мссп г Мс

1 с2 с . где й, — количество оборотов инструмента за время инерционного вращения;

Х,, — момент статического сопротивления в начале инерционного вра щения;

Ис -момент статического сопротив-.

2 ления в конце инерционного вращения;

Мс, †моме статического сопротивления, соответствующий требуемому натягу соединения.

Осуществление принудительного вращения развальцовочного инструмента до значений текущего момента сопротивления не менее момента сопротивления, соответствующего началу упругой деформации трубной решетки с последующим переходом на инерционное вращение, позволяет создать условия для измеренин параметров движения привода развальцовочного инструмента, таких как число оборотов развальцовочного инструмента за время инерционного вращения и моментов статического сопротивления в начале и конце инерционного вращения. Измерение вышеперечисленных параметров движения привода позволяет получить информацию о характере процесса деформирования либо в виде уравненин связи момента статического сопротивления с числом оборотов развальцовочного инструмента, либо в виде коэффициента пропорциональности указанных переменных, что в конечном итоге позволяет задать определенные условия давальцовки концов труб для достижения оптимального соединения.

На фиг. 1 приведена зависимость момента статического сопротивления на веретене развальцовочного инструмента от числа оборотов веретена (диаграмма развальцов ки); на фиг. 2 — зависимость частоты вращения развальцовочного инструмента от времени при отключении. двигателя от сети; на фиг. 3 — функциональная схема устройства, с помощью которого реализуется способ.

В процессе деформирования концов труб сначала осуществляют принудительное вращение развальцовочного инструмента до значений текущего момента статического сопротивления не менее момента сопротивления, соответствующего началу упругой деформации, трубной решетки, т. е. до перехода на вторую стадию диаграммы развальцовки (фиг. 1). В соответствии с фиг. 1 первая стадия диаграммы означает деформацию трубы до соприкосновения с поверхностью отверстия трубной решетки, вторая стадия — совместную деформацию трубы и трубной решетки. Этим обеспечивается обязательное выполнение следующей операции предложенного способа (инерционного вращения развальцовочного инструмента) ча линейном участке диаграммы развальцовки. Продолжительность инерционного вращения определяется временем выполнения последующих измерительных операций и должна быть не более времени выбега, потому, что после окончания выбега изменений числа оборотов и момента статического сопротивления не происходит.

Переход от принудительного вращения развальцовочного инструмента к инерцион!

03159!

40 2

М = - 9 —,С2 ДВ.

55 ному вращению может осуществляться, например, отключением двигателя от сети или отключением развальцовочного инструмента от двигателя.

При отключении двигателя развальцовочной установки от сети осуществляется

5 выбег привода при переменном моменте статического сопротивления, характер изменения которого показан на фиг. 1. Если обеспечить отключение двигателя на второй стадии развальцовки при М

5 ления на веретене увеличится с М„до 1 (точка В диаграммы развальцовки) . Поскольку точки А и В лежат на одной прямой, то по заданному значению момента статического сопротивления М,,соответствующему оптимальному давлению, и определен-ными во время выбега координатами точек и В вычисляется из треугольников ABC u

ВДЕ число оборотов N,,необходимое для довальцовки соединения.

Так как — = з c — 74ct 25 опт- + cz то N = т

pjc0B pbbs с2-+cg

Одновременно может быть определен коэффициент пропорциональности между момензо том статического сопротивления и числом оборотов развальцовочного инструмента

И -+c»

К. =

М!

Вместе с тем известно, что уравнение движения привода при отключении двигателя от сети приводится к виду где J — момент инерции привода;

Жс — момент. статического сопротивления; — частота вращения привода; т. е. момент статического сопротивления равен динамическому моменту.

Эта зависимость дает возможность определять момент статического сопротивления М, и М по зависимости «> = (t) (фиг. 2) и определенному заранее расчетным

50 путем или экспериментально моменту инерции J

Так М,= -!

At где Ьсд,Ьсй — приращение частоты вращения развальцовочного инстру4 мента в начале и конце выбега;

Ы приращение времени.

ДМ

Тогда Мсопт / hcdz lcd,

1 At дт

Кратковременное отключение двигателя развальцовочной установки сети может осуществлятьсн без непосредственного измерения М, по какому-либо дополнительному признаку, например по определенной величине тока статора двигателя, соответствующей точке А диаграммы развальцовки.

Таким образом; определение момента статического сопротивления по измеренному динамическому моменту в начале и конце выбега позволяет найти уравнение второй стадии диаграммы развальцовки, которое учитывает свойства материала трубы и трубной решетки, геометрические размеры труб и отверстий в трубной решетке и момент трения в системе двигатель — развальцовочный инструмеHT.

После проведения измерений развальцовки продолжается повторным включением двигателя в сеть до достижения М,,что обеспечивается поворотом развальцовочного инструмента на вычисленное по вышеприведенной формуле число оборотов N .

Предлагаемый способ поясняется на конкретном примере работы устройства, разработанного для его реализации (фиг. 3).

Устройство содержит аналоговый датчик 1 скорости, импульсный датчик 2 оборотов, систему 3 управления двигателем 4-, блок 5 контроля тока статора двигателя, форми рователь 6 импульсов, аналоговые ключи 7 — 9, дифференцирующий элемент 10, элементы 11 и 12 памяти, сумматоры 13 и

14, блок 15 умножения-деления, комнараторы 16 и 17, цифроаналоговые преобразователи 18 и 19, счетчики 20 и 21 импульсов, нуль-орган 22, логические элементы

И 23 — 26 и логический элемент HE 27.

Устройство работает следующим образом.

При подаче команды «Пуск» на систему 3 управления включается двигатель 4 развальцовочной установки и устанавливаются в исходное состояние (обнуляются) счетчики 20 и 21 и элемент 12 памяти. На первой стадии развальцовки, т. е. при раздаче только трубы, ток статора двигателя 1 меньше заданного 1 т и выходной сигнал блока 5 контроля тока статора равен нулю, что равносильно запрету работы ключа 7 логических элементов 25 и 26. Поэтому сигналы датчиков 1 скорости и числа оборотов 2 не обрабатываются устройством.

При 1 > 1,",на выходе блока 5 формируется потенциал, открывающий ключ 7, раз1031591 решающий по одному из входов работу логических элементов 25 и 26 и запускающий формироатель 6 импульсов. За счет включения ключа 7 начинается аналоговое дифференцирование сигнала скорости с датчика 1 дифференцирующим элементом 10.

На управляющий вход ключа 8 с формирователя импульсов 6 приходит один импульс длительностью Г, в результате чего на элементе памяти ll запоминается значение производной в конце интервала Ь(, т. е. Ьс4/Ь(, которое хранится до окончания развальцовки.

В этом же время значение d dt подается непосредственно на неинвертирующий вход компаратора 16 и через ключ 9 и элемент 12 памяти — на инвертирующий вход этого же компаратора. За счет такого включения компаратора 16 при исходном (ну левом) состоянии элемента 12 памяти на выходе компаратора 16 формируется потенциал, разрешающий прохождение импульсов на ключ 9 от формирователя 6 импульсов через логический элемент 23 и импульсов с датчика 2 числа оборотов на счетчик 20 через логический элемент 25. Это вызовет, во-первых периодическую работу ключа 9, а значит и периодическую запись значений

du /dt в элемент 12 памяти. Эта запись будет происходить до тех пор, пока будет увеличиваться значение d(s/dt: т. е. последующее значение Ьа1;+ /Ь1 будет больше

5411 /Ь(. В противном случае на выходе компаратора 16 вырабатывается нулевой потенциал, запрещающий работу логического элемента 23, при этом ключ 9 размыкается и на элементе 12 памяти запоминается значение Ь оЭ; Ь ь . Одновременно нулевым потенциалом компаратора блокируется работа формирователя 6 импульсов.

Во-вторых, наличие разрешающих потенциалов с выхода блока 5 контроля тока статора и компаратора 16 на соответствующих входах логического элемента 25 обеспечивает прохождение через него импульсов датчика 2 оборотов на вход счетчика

28. Работать счетчик 20 будет до тех пор,. пока осуществляется условие Ьс,1/Ьt 064)1/

/Ь(, т. е. во все время инерционного вращения. Когда на выходе компаратора 16 станет нулевой потенциал, импульсы с датчика

2 оборотов на вход счетчика 20 проходить не будут и на нем отработается число N соответствующее числу оборотов за время инерционного вращения. Цифроаналоговым преобразователем 18 число N1 преобразуется в аналоговый сигнал.

Так осуществляется измерение М, Мсг

С1

Одновременно напряжения, пропоцриональные М,, М, NI, с выходов элементов 11, 12 и 18 подаются на соответствующие входы сумматора 13 и 14 и блока 15

55 умножения деления, в результате чего на выходе сумматора 13 имеем (М вЂ”, М,), на выходе сумматора 14 — (М, „— „. N, ), и на выходе блока 15 которое в виде напряжения подается на один из входов компаратора 17.

Значение Мг определяется непрерывно и одновременно с измерением М, и N, а в дальнейшем отрабатывается только то, которое сформируется на выходе блока 15 перед появлением на выходе компаратора 16 нулевого (запрещающего) потенциала.

Нулевой потенциал с выхода компаратора 16 подается на вход логического элемента НЕ 27, в результате чего на его выходе формируется потенциал, разрешающий работу логических элементов 24 и 26. Так, если Nz )0 на выходе нуль-органа 22 также появится разрешающий потенциал, что вызовет на выходе логического элемента

24 появление сигнала, вновь включающего двигатель 4 через систему 3 управления (сигнал «Довальцовка»). Одновременно за счет присутствия на обоих входах логического элемента 26 разрешающих потенциалов с элементом 27 и 5 импульса датчика 2 оборотов считаются счетчиком 21, т. е. идет счет текущего значения числа оборотов довальцовки Nz „. Сигнал Мг., npeгтеК у обраованный в напряжение цифроаналоговым преобразователем 19, сравнивается на компараторе 17 с Nz,Ïðè их равенстве на выходе компаратора 17 появляется сигнал, ведущий после срабатывания системы

3 управления к отключению двигателя 4.

На этом довальцовка и весь процесс развальцовки одного конца трубы заканчивается.

Устройство выполнено на серийных элементах серий 140, 155 и 284. В качестве датчика 1 скорости использован тахогенератор, в качестве датчика 2 числа оборото в — фотоэлектри ческий датчик. Развал ьцовочный инструмент, использованный при испытаниях, серийный типа P — 25.

Реализация способа соединения труб с трубными решетками исключает влияние на качество соединения ряда меняющихся факторов, что ведет к обеспечению гарантированной плотности и прочности соединений. По сравнению с известными способами соединение труб с трубными решетками предлагаемым способом обеспечивает повышением средней плотности и прочности соединений на 15 — 20О/о, увеличение надежности работы всего теплообменного аппарата и уменьшение эксплуатационных расходов.

103159 l

Редактор И. Ковальчук

Заказ 5274/9

Составитель И. Капитонов

Техред И. Верес Корректор Ю. Макаренко

Тираж 816 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4