Способ соединения труб с коллектором парогенератора



Способ соединения труб с коллектором парогенератора

 


Владельцы патента RU 2524461:

Открытое Акционерное Общество "Машиностроительный завод "ЗиО-Подольск" (ОАО "ЗиО-Подольск") (RU)

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для закрепления теплообменных труб в коллекторах трубообразной формы парогенераторов. Предварительно осуществляют раздачу концов труб на внутренней поверхности коллектора, сварку труб, гидравлическую раздачу в пределах толщины коллектора, раздачу переднего конца в зоне, прилегающей к внутренней поверхности, и механическую развальцовку в зоне, прилегающей к наружной поверхности коллектора. Причем раздачу переднего конца труб производят механическим вальцеванием 3-х роликовыми вальцовками с ограничением крутящего момента на вале привода. После этого выполняют гидравлическую раздачу за один или за два перехода. При этом перепад диаметров между зонами механического вальцевания и участком, на котором осуществляют гидравлическую раздачу, выдерживают не более 0,75…1% от наружного диаметра теплообменной трубы. Повышается надежность и долговечность. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для развальцовки труб в трубных решетах при изготовлении ответственных узлов теплообменного оборудования преимущественно для АЭС.

Существуют различные способы закрепления теплообменных труб:

а) с помощью роликовых вальцовок, силовая часть которых содержит конические ролики (3 или 5 штук) и веретено, через хвостовик приводимое во вращение приводом, часто электрическим;

б) с помощью гидравлической раздачи, где пластическая деформация участка трубы, размещенного в отверстиях коллектора или решетки трубной, осуществляется сжатой до высокого давления жидкостью, подводимой в камеру, образованную двумя уплотнительными кольцами или двумя группами уплотнительных колец, размещенных в наружных кольцевых канавках зонда и внутренней поверхностью трубы;

в) посредством прессовой раздачи, осуществляемой давлением материала эластичной втулки, доведенного механическим способом до жидкого состояния;

г) с помощью взрывчатых веществ, обеспечивающих прижатие трубы к стенке отверстия.

Достаточно производительный и сравнительно недорогой метод раздачи взрывом не получил широкого распространения из-за трудоемкости и сложности последующей очистки внутренних поверхностей труб от продуктов взрыва.

Прессовая раздача ограниченно применяется вследствие низкой стойкости эластичного элемента (втулки) и неточном расположении конечного участка зоны раздачи.

Существует метод закрепления теплообменных труб с помощью конических роликовых вальцовок (патент РФ №2360762 кл. B21D 39/10), где крутящий момент на веретене при изготовлении производственного соединения, определяющий качество изготовления узла крепления, выбирается по результатам испытаний контрольного соединения, аналогичного производственному.

Если в конструкции теплообменного аппарата применены решетки (коллекторы) с достаточно толстой стенкой (свыше 100 мм,), то, как показал опыт, обычно используют комбинацию разных способов. Такой способ, являющийся аналогом настоящего изобретения, изложен в описании патента 2128098, кл. В21D 39/06.

По этому способу соединение осуществляется по следующей последовательности операций:

- предварительная раздача концов труб на внутренней поверхности коллектора;

- сварка концов труб с решеткой (коллектором);

- гидравлическая раздача за один или два перехода в пределах толщины решетки трубной;

- раздача переднего конца в зоне, прилегающей к внутренней поверхности коллектора;

- механическая вальцовка в зоне задней торцевой стенки трубной решетки, причем указанной кольцевой зоной охватывают по меньшей мере весь переходный участок труб в конце гидравлической раздачи.

Указанный способ нашел широкое применение на практике, однако в нем не оговорен метод раздачи переднего конца и режимы гидравлической раздачи и механического вальцевания, обусловленные свойствами используемых материалов и играющие решающую роль в обеспечении надежной работы соединения. Методика, позволяющая оценить конечное значение давления гидрораздачи, изложена в работе [Krips H., Podhorsky M. Hydraulisches Aufweiten - ein neus Verfahren zur Befestigungen fur Rohren. // VGB Kraftwerkstechnik. 56. 1976. №7. S.456-464]. Существует также нормативный документ ОСТ 26-17-01-83 «Аппараты теплообменные и аппараты воздушного охлаждения стандартные. Технические требования к развальцовке труб с ограничением крутящего момента», по которому можно оценить параметры режима механического вальцевания с помощью роликового инструмента. Однако точный диапазон окончательных значений давления гидрораздачи и крутящего момента может быть установлен только по закреплению труб в контрольном образце после необходимых испытаний.

Такой подход обусловлен тем, что избыточное давление гидрораздачи может вызвать повышенные остаточные напряжения в перемычках между трубами, а недостаточное - зазоры в соединении. Недостаточное прижатие трубы к стенке отверстия в зоне задней торцевой поверхности при механическом вальцевании может стать причиной щелевой коррозии узла крепления, а перевальцовка вызовет либо чрезмерное увеличение внутреннего диаметра трубы, т.е. переходной ступеньки, либо недопустимое шелушение труб. Увеличение переходной ступеньки между участком гидрораздачи и зоной вальцевания повышает гидравлические потери в трубах и снижает к.п.д. теплообменника, а шелушение ослабляет коррозионную стойкость труб.

Настоящее изобретение решает техническую задачу повышения надежности узла крепления теплообменных труб в коллекторе парогенератора за счет правильного выбора режимов закрепления.

Технический результат, который обеспечивается в решении поставленной задачи, заключается в повышении ресурса работы узла крепления труб. Ориентировочно отмеченное повышение может составить 10%.

Указанный технический результат достигается тем, что соединение труб с коллектором трубообразного типа известного парогенератора, включающим предварительную раздачу концов труб на внутренней поверхности коллектора, сварку труб, гидравлическую раздачу в пределах толщины коллектора, раздачу переднего конца в зоне, прилегающей к внутренней поверхности, и механическую развальцовку в зоне, прилегающей к наружной поверхности коллектора. При этом раздачу переднего конца труб производят механическим вальцеванием 3-х роликовыми вальцовками в интервале 0-6+1 мм, исчисляемом от внутренней поверхности коллектора, с ограничением крутящего момента на вале привода величиной Мкр1=2,2+0,196 Нм, после этого выполняют гидравлическую раздачу преимущественно за 2 перехода в интервале 0 - Нгв, причем Нгв=H-Imin, где H - толщина стенки коллектора (длина образца); Imin=8…12 мм, затем с помощью 3-х роликовой вальцовки в зоне, прилегающей к внутренней поверхности коллектора, в интервале lн=0-15-1 мм производят механическое вальцевание при ограничении крутящего момента величиной Мкр3=2,45+0,196 Нм, затем для удаления «кармана» в зоне, примыкающей к наружной поверхности коллектора, производится механическое вальцевание (довальцовка) с помощью 3-х роликовой вальцовки, начинающееся на глубине L д о в = 133 1 + 3 мм при ограничении крутящего момента величиной Мкр4=2,94-3,92 Нм, причем выступание рабочей конической поверхности ролика относительно наружной поверхности коллектора не должно превышать Lвр=6-1 мм, а перепад диаметров внутренней поверхности трубы между зонами механического вальцевания и участком, на котором осуществляют гидравлическую раздачу, не должен быть больше 0,75…1% от наружного диаметра теплообменной трубы.

Указанный технический результат может быть также достигнут тем, что гидравлическую раздачу осуществляют за 2 перехода, на 1-м переходе которой в камеру между уплотнительными элементами зонда и стенкой трубы подводят рабочую среду с давлением p1=196+9,8 МПа и выдерживают в течение 1-5 сек, затем для устранения «кармана» между зоной механического вальцевания переднего конца труб и началом зоны гидравлической раздачи производят механическое вальцевание 3-х роликовой вальцовкой в интервале lн=L+lk=0-15-1 мм с ограничением крутящего момента

значением Мкр2=1,96+0,196 Нм, после этого на 2-м переходе устанавливают зонд с размещением уплотнительных элементов на увеличенном диаметре зонда, а в камеру между уплотнительными элементами на зонде и стенкой отверстия подводят рабочую среду с давлением p 2 . 343 + 9,8 МПа и выдерживают в течение 3-5 сек.

Существует еще один способ достижения указанного результата, заключающийся в том, что выполняют гидравлическую раздачу за один переход, устанавливают зонд с размещенными на его увеличенном диаметре уплотнительными элементами, а в камеру между уплотнительными элементами на зонде и стенкой трубы подводят рабочую среду с давлением p2=343+9,8 МПа и выдерживают в течение 3-5 сек.

Применение изобретения показано на фиг.1, где приведены этапы закрепления труб в имеющем трубообразную форму коллекторе водо-водяного парогенератора типа ПГВ и проверяемые параметры.

Как и при реализации известных технологий, в данном способе в отверстия коллекторов 1 с толщиной стенки Н, преимущественно выше 100 мм, вводят концы подготовленных труб 2 и устанавливают торцы последних заподлицо или с некоторым выступанием относительно внутренней поверхности коллектора. Затем осуществляют раздачу переднего (входного) конца всех труб 2 на ограниченном участке длиной L=6+1 мм от dтр.вн до d т р . в н , и до полного устранения кольцевых зазоров между концами труб 2 и стенками отверстий в коллекторе 1 (фиг.1,а) механическим вальцеванием 3-х роликовым инструментом при ограничении крутящего момента величиной Мкр1=2,2+0,196 Нм. После этого выполняют кольцевую сварку 3 с использованием известных устройств, например сварочной головки АГ-10-18. В последнем случае повышается качество соединения и отпадает необходимость промежуточной обработки отверстий соединения для выполнения последующих операций. Фрагмент узла соединения после завершения этих операций показан на фиг.1,а. После завершения последней операции появляется переходная зона Lпз от dтр.вн до d т р . в н , .

Следующий этап изготовления соединения труб 2 с коллектором 1 заключается в раздаче трубы 2 в пределах толщины стенки коллектора 1.

Более целесообразно этот этап гидрораздачи трубы 2 в пределах толщины стенки коллектора 1 осуществить следующим образом. Для этого (см. фиг.1,б) в трубу 2 вводят зонд 4 с наружным диаметром уплотнительных колец 5 под размер dтрвн, при этом оба кольца располагают в трубе 2 в пределах толщины доски трубной 1, но при этом кольцо, лежащее ближе к внутренней поверхности коллектора, находится за переходной зоной Lпз после раздачи входного участка L трубы 2, а кольцо, лежащее ближе к наружной поверхности коллектора, находится на расстоянии от внутренней поверхности коллектора Нгв=H-Imin, где H - толщина стенки коллектора (длина образца); Imin=8…12 мм. По каналу 6 зонда 4 в кольцевой зазор между уплотнительными элементами 5 и трубой 2 подают рабочую среду, поднимают ее давление до необходимого значения для обеспечения раздачи и выдерживают при давлении раздачи необходимое время t=1…5 сек. При этом не должно быть пластической деформации перемычек между отверстиями в коллекторе. Затем давление среды сбрасывают, среду отсасывают из кольцевого зазора и зонд 4 удаляют из трубы 2. После этого для уменьшения перепада диаметров в интервале глубин lн=L+lк=0-15-1 мм производится механическое вальцевание 3-х роликовым инструментом с ограничением крутящего момента величиной Мкр2=1,96+0,196 Нм. Затем выполняется 2-й переход, когда в трубу устанавливается зонд 4, где обычно уплотнительные элементы размещаются на расточках с увеличенным диаметром, и в камеру между уплотнительными элементами 5 и трубой 2 подводится рабочая среда с давлением p2=343+9,8 МПа и выдерживается там в течение 3-5 сек.

Фрагмент узла соединения после рассмотренного этапа показан на фиг.1,в.

В образовавшихся после операции гидрораздачи «карманах» (фиг.1,в) длинами lк и lmin могут возникать застойные зоны, ускоряющие процесс электрохимической коррозии. Как показали проведенные исследования, их целесообразно устранять посредством обработки этих участков роликовой вальцовкой.

Для удаления ближайшего к внутренней поверхности коллектора «кармана» в расширенный участок трубы 2 на глубину lн=L+lк=0-15-1 мм вводят вальцовку с роликами 7, размещенными в относительно коротком корпусе 8 таким образом, чтобы они перекрывали зону длиной lк (фиг.1,г). После этого вращением веретена 9 вальцовки образованный «карман» удаляется. Величина крутящего момента должна быть Мкр3=2,45+0,196 Нм.

При устранении дальнего длиной lmin «кармана» вальцовку с относительно длинным корпусом 10 вводят в трубу 2 так, чтобы ролики 11 перекрывали этот «карман» (фиг.1,д). При этом довальцовка начинается на глубине L д о в = 133 1 + 3 мм, а выступание рабочей конической поверхности роликов не должно превышать Lвр=6-1 мм.

В обоих случаях перепад диаметров между зонами механического вальцевания и участком, где пластическая деформация выполнялась рабочей средой, сжатой до высокого давления, для снижения гидравлических потерь выдерживается не более 0,75…1% от наружного диаметра теплообменной трубы. В операциях механического вальцевания необходимо учитывать, что в случае использования вальцовок с иным, чем три нечетным числом роликов zii крутящий момент должен быть увеличен в zii/3 раз.

1.Способ соединения труб с коллектором трубообразного парогенератора, отличающийся тем, что
в отверстия коллектора вводят концы труб, осуществляют раздачу переднего конца труб до полного устранения кольцевых зазоров между концами труб и стенками отверстий механическим вальцеванием 3-х роликовой вальцовкой в интервале 0- 6+1 мм, исчисляемом от внутренней поверхности коллектора, с ограничением крутящего момента на вале привода величиной Мкр1=2,2+0,196 Нм,
после этого выполняют гидравлическую раздачу в интервале 0- Нгв, причем Нгв=Н-Imin, где Н - толщина стенки коллектора, Imin=8…12 мм,
затем с помощью 3-х роликовой вальцовки в зоне, прилегающей к внутренней поверхности коллектора, в интервале lн=0-15-1 мм производят механическое вальцевание при ограничении крутящего момента величиной Мкр3=2,45+0,196 Нм,
далее для удаления «кармана» в зоне, примыкающей к наружной поверхности коллектора, производят механическое вальцевание с помощью 3-х роликовой вальцовки, которое начинают на глубине мм при ограничении крутящего момента величиной Мкр4=2,94-3,92 Нм, причем выступание рабочей конической поверхности ролика относительно наружной поверхности коллектора не должно превышать Lвр=6-1 мм,
при этом перепад диаметров внутренней поверхности трубы между зонами механического вальцевания и участком, на котором осуществляют гидравлическую раздачу, не должен превышать 0,75…1% наружного диаметра трубы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидравлическую раздачу осуществляют за 2 перехода, на 1-м переходе которой в трубу вводят зонд с уплотнительными элементами, по каналу зонда в кольцевой зазор между уплотнительными элементами и трубой подают рабочую среду с давлением p1=196+9,8 МПа и выдерживают в течение 1-5 сек, затем давление рабочей среды сбрасывают, зонд удаляют, после чего для устранения «кармана» между зоной механического вальцевания переднего конца труб и началом зоны гидравлической раздачи производят механическое вальцевание 3-х роликовой вальцовкой в интервале lн=L+lk=0-15-1 мм с ограничением крутящего момента значением Мкр2=1,96+0,196 Нм, на 2-м переходе устанавливают зонд с уплотнительными элементами, в кольцевой зазор между уплотнительными элементами и трубой подают рабочую среду с давлением p2=343+9,8 МПа и выдерживают в течение 3-5 сек.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что выполняют гидравлическую раздачу за один переход, устанавливают зонд с уплотнительными элементами, в кольцевой зазор между уплотнительными элементами и трубой подают рабочую среду с давлением p2=343+9,8 МПа и выдерживают в течение 3-5 сек.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при закреплении труб в трубных решетках теплообменных аппаратов. На трубах выполняют профилированные законцовки, имеющие бандаж и калиброванные участки полотна.

Изобретение относится к процессу получения ацетилена окислительным пиролизом углеводородов, например метана, и может быть использовано в нефтехимической промышленности.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при закреплении труб в трубных решетках теплообменных аппаратов. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для исследования процесса развальцовки труб в трубных решетках (досках) при изготовлении теплообменных аппаратов в различных областях техники.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для развальцовки труб в трубных решетках при изготовлении теплообменных аппаратов для различных областей техники.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к процессам закрепления труб в трубных решетках теплообменных аппаратов. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к процессам закрепления труб в трубных решетках теплообменных аппаратов. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при закреплении труб в трубных решетках теплообменных аппаратов. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к закреплению теплообменных труб в трубных решетках теплообменных аппаратов с образованием неразъемных механических соединений.

Изобретение относится к обработке давлением, в частности к закреплению труб в трубных решетках теплообменных аппаратов. .
Наверх