Взрывной патрон для запрессовки труб

 

Использование: изготовление трубчатых теплообменных аппаратов. Сущность изобретения: патрон содержит корпус с размещенным в нем с кольцевым зазором зарядом взрывчатого вещества. Корпус состоит из двух частей, равных по массе и выполненных из материала с одинаковой акустической жесткостью. Масса заряда и общая масса патрона связаны между собой соотношением, указанным в тексте описания. 1 ил. , 1 табл.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением с использованием энергии взpыва взрывчатых веществ и может быть использовано для запрессовки труб, преимущественно тонкостенных, в отверстиях трубных решеток теплообменных аппаратов. Известны взрывные патроны для запрессовки труб, содержащие корпус в виде центрирующей втулки, в которой размещены отрезок детонирующего шнура и рабочий заряд взрывчатого вещества. Недостатком известных патронов является низкая надежность их разделения на две части и вылета этих частей из запрессовываемых, особенно тонкостенных труб, т. к. для запрессовки таких труб применяют заряды малой мощности или с небольшой массой на единицу длины. Это приводит к тому, что энергии взрыва не хватает для удаления остатков корпусов патронов из запрессовываемых труб. Для удаления остатков из трубы необходимо увеличить массу или мощность рабочего заряда, однако это приводит к так называемой "перезапрессовке" труб, т. е. к появлению зазоров между трубой и отверстием трубной решетки за счет повышенной деформации стенки трубы и перемычек (стенки между отверстиями) трубной решетки, что снижает плотность и прочность трубных соединений, а в случае очень тонкостенных (менее 1 мм) - к образованию трещин на трубах, что является недопустимым. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является взрывной патрон для запрессовки труб, содержащий корпус, выполненный из двух стыкующихся между собой частей в виде донной части, выполненной из растворимого в воде материала с акустической жесткостью, превышающей акустическую жесткость материала цилиндрической втулки и рабочий заряд взрывчатого вещества, размещенного в корпусе. Недостатком известного патрона является низкая надежность разделения его на части и вылета этих частей из трубы, особенно при использовании их для крепления тонкостенных труб, т. к. в этом случае в патронах используются рабочие заряды малой мощности или с небольшой массой на единицу длины. В результате этого энергии взрыва недостаточно для удаления остатков корпуса патрона из трубы, особенно при удалении цилиндрической втулки, в которой сосредоточена основная масса, что приводит к необходимости дополнительно удалять остатки после запрессовки труб. Кроме того, надежность разделения патрона снижается в случае невыполнения условия при подборе акустических жесткостей из-за того, что не обеспечивается их полное удаление из запрессовываемой трубы, что также приводит к необходимости производить очистку трубы. Целью изобретения является повышение надежности работы взрывного патрона за счет использования материала обеих частей с одинаковой акустической жесткостью и подбора соотношения масс патрона и рабочего заряда. Поставленная цель достигается тем, что взрывной патрон, содержащий корпус, выполненный из двух стыкующихся между собой частей, в котором размещен рабочий заряд взрывчатого вещества, отличается тем, что обе части патрона выполнены равными по массе и выбраны из материала с одинаковой акустической жесткостью, при этом общая масса патрона и масса рабочего заряда связаны между собой соотношением M ≅30m , где М - общая масса патрона; m - масса рабочего заряда взрывчатого вещества; Q_тэн - теплота взрыва ТЭНа, ккал/кг; Q_вв - теплота взрыва рабочего заряда, ккал/кг, а рабочий заряд размещен с сохранением между ним и внутренней поверхностью корпуса патрона воздушного промежутка. Выполнение обеих частей корпуса патрона равными по массе и с одинаковой акустической жесткостью повышает надежность разделения корпуса патрона на две части за счет того, что после детонации рабочего заряда в этих частях возникают волны разрежения, идущие навстречу друг другу, с одинаковыми параметрами (скоростью распространения звука, давлением и т. д. ), а т. к. массовая скорость вещества в волне разрежения направлена в обратную сторону их движения, то обе части корпуса патрона испытывают одинаковые усилия на растяжения, что приводит к рассоединению их на части в месте стыка, где прочность практически равна нулю, и вылету этих частей из трубы под действием энергии взрыва рабочего заряда в противоположные стороны. Использование указанного соотношения между общей массой патрона и рабочего заряда обеспечивает достижение необходимой скорости частям корпуса патрона для вылета их из трубы, что ведет к повышению надежности разделения патрона. При М > 30m не обеспечивается полного удаления остатков корпусов патронов из труб из-за того, что масса патрона значительно превышает массу рабочего заряда, в результате чего большая часть энергии расходуется на разделение патрона на части, а оставшейся энергии не хватает для придания частям необходимой скорости и вылета их из трубы, что приводит к дополнительной их очистке. Наличие воздушного промежутка между повеpхностью рабочего заряда и внутренней стенкой корпуса патрона позволяет варьировать мощность заряда в более широком диапазоне, т. е. чем больше воздушный промежуток, тем более мощный заряд можно применять без снижения качества запрессовки труб, т. к. спад давления взрыва - Р с расстоянием r от места подрыва заряда в газообразных средах происходит как Р ≈ 1/r⁶, а в жидких и твердых телах как Р ≈ 1/r². Следовательно, за счет подбора мощности заряда повышается надежность разделения патрона на две части и тем самым обеспечивается возможность запрессовки труб. Предлагаемый патрон отличается тем, что обе его части выполнены равными по массе и выбраны из материала с одинаковой акустической жесткостью, при этом общая масса патрона и масса рабочего заряда связаны между собой указанным соотношением, а рабочий заряд размещен с сохранением между ним и поверхностью корпуса патрона воздушного промежутка. Известен взрывной патрон (авт. св. N 1499797), в котором сечение корпуса патрона также ослаблено к усилиям на разрыв за счет изготовления в корпусе кольцевой канавки. Однако применение этого патрона для запрессовки тонкостенных труб приводит к необходимости использовать маломощные заряды, что не обеспечивает надежного разделения корпуса патрона на две части и придания им необходимой скорости для вылета из запрессовываемой трубы после детонации таких зарядов, т. е. не соблюдается указанное соотношение предлагаемого технического решения, т. к. энергии взрыва не хватает для достижения поставленной цели. На чертеже показан взрывной патрон, продольное сечение. Взрывной патрон состоит из корпуса, выполненного из двух частей 1 и 2 примерно одинаковой массы, выполненных из материала с одинаковой акустической жесткостью, например из полиэтилена литьем в пресс-форму. В патроне размещен рабочий заряд 3, в качестве которого применяют, например, детонирующие шнуры марок ДШЭ-6, ДШЭ-4 и другие. Патрон работает следующим образом. После детонации рабочего заряда 3 по продуктам взрыва и корпусу патрона по обеим его частям 1 и 2 пойдут навстречу друг другу волны разрежения (ВР): по оси Х - ВР+, против оси Х - ВР-, т. к. материал обеих частей 1 и 2 патрона выполнен с одинаковой акустической жесткостью, то параметры (скорость волны разрежения, давление и т. д. ) обеих волн разрежения будут одинаковыми, что обеспечивает возникновение одинаковых растягивающих усилий, действующих на обе части патрона. При выборе масс патрона и заряда по указанному соотношению величина растягивающих усилий достаточна для разделения патрона на две части (на преодоление сил трения между двумя стыкующимися поверхностями обеих частей патрона) и вылета этих частей из запрессовываемой трубы. Отрабатывалась конструкция взрывного патрона для запрессовки труб ⊘ 16х1,2 мм из стали 08Х14МФ в трубных решетках теплообменника ПН-1200 (подогреватель низкого давления). Трубы из стали 08Х14МФ обладают повышенной хрупкостью из-за отсутствия никеля в стали по сравнению с трубами, изготовленными из других сталей. Этот факт в сочетании с небольшой толщиной стенки трубы 1,2 мм приводил при взрывной запрессовке обычными патронами к появлению на трубах микротрещин, что можно устранить снижением массы рабочего заряда. Однако это в свою очередь приводило к снижению надежности разделения корпуса патрона на две части и их вылета из трубы, что повышало трудозатраты процесса взрывной запрессовки за счет необходимости проводить дополнительную операцию по удалению остатков корпуса патрона из труб. Оптимальная величина рабочего заряда для запрессовки указанных выше труб была найдена экспериментально. В качестве рабочего заряда был выбран детонирующий шнур марки ДШЭ-4 с массой взрывчатого вещества (ТЭНа), равной m = 4 г/м. Обе части корпуса патрона изготавливались из полиэтилена литьем в пресс-форму, при этом масса патрона М варьировалась за счет толщины h стенки корпуса (см. чертеж). Согласно конструкторской документации участок запрессовки трубы в отверстии трубной решетки должен быть не менее 180 мм, поэтому длины патрона и рабочего заряда были выбраны также равными 180 мм, при этом масса заряда была равной m = 0,72 г. Были изготовлены 4 партии взрывных патронов с разной массой корпуса и этими патронами (каждой партией отдельно) были запрессованы трубы в 4-х теплообменниках ПН-1200. В каждом теплообменнике количество трубных соединений n = 7628 шт. В опытах фиксировалось количество (в % ) случаев, когда остатки корпуса патрона (часть 2) застревали в трубе. Отметим, что после взрыва рабочего заряда в процессе запрессовки труб часть 1 корпуса патрона всегда вылетала из трубы и пролетала в среднем расстояние ≈ 10 м от теплообменника, а часть 2 патрона должна была пройти всю трубу и вылететь из нее с противоположного конца, т. е. дополнительно преодолевая силы трения скольжения при своем движении по трубе длиной 6 м. Отметим, что длина труб в теплообменном оборудовании АЭС в основном не превышает 7 м. Результаты по запрессовке труб приведены в таблице. Из таблицы видно, что при соотношении массы (М) патрона к массе заряда (m) М/m ≅ 30 количество остатков патронов в трубах после их запрессовки невелико - 3 шт. на 7623 трубных соединений. При увеличении соотношения, т. е. М/m > 30 резко возрастает количество остатков патронов в трубах. Такое же соотношение М/m ≅ 30 было получено для взрывных патронов при запрессовке труб ⊘ 18х1 мм, где в качестве рабочего заряда патрона использовался детонирующий шнур марки ДШЭ-6 (m = 6 r/м), а также трубы ⊘ 25х1,4 мм, запрессовка которых производилась детонирующим шнуром марки ДША (m = 12 г/м). Отметим, что во всех перечисленных детонирующих шнурах используется взрывчатое вещество ТЭН, а если применять в качестве рабочего заряда другое взрывчатое вещество, то в полученном соотношении M/m ≅ 30 нужно ввести поправку на мощность этого взрывчатого вещества в виде коэффициента т. е. M ≅30m . Изготовление корпуса взрывного патрона из двух стыкующихся между собой частей из материала с одинаковой акустической жесткостью при указанном соотношении масс патрона и рабочего заряда позволяет повысить надежность разделения корпуса патрона на две части и вылета этих частей из труб после их запрессовки, что в свою очередь существенно снижает (практически исключает) трудозатраты по удалению остатков корпусов патронов из труб. (56) Авторское свидетельство СССР N 1545404, кл. В 21 D 26/08, 10.06.88.

Формула изобретения

ВЗРЫВНОЙ ПАТРОН ДЛЯ ЗАПРЕССОВКИ ТРУБ, содержащий корпус, выполненный из двух стыкующихся между собой частей, в котором размещен рабочий заряд взрывчатого вещества, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, части патрона выполнены равными по массе и из материала с одинаковой акустической жесткостью, заряд установлен в корпусе с кольцевым зазором между их боковыми поверхностями, а масса заряда и общая масса патрона связаны между собой следующим соотношением M ≅ K30m , где M - общая масса патрона, кг; m - масса рабочего заряда взрывчатого вещества; K - коэффициент, учитывающий мощность используемого взрывчатого вещества
K = ,
где Q_тэн - удельная теплота, выделяемая при взрыве взрывчатого вещества ТЭНа, ккал/кг;
Q_вв - удельная теплота, выделяемая при взрыве используемого взрывчатого вещества, ккал/кг.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000

Извещение опубликовано: 10.11.2000        

---