Способ соединения труб с трубнымирешетками и устройство для его осу-ществления

Способ соединения труб с трубнымирешетками и устройство для его осу-ществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП HCAHHE

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

on S06313 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) 3аявлено 020378 (21) 2585028/25-27 с присоединением заявки ¹â€” {23) Приоритет (53)M. Кл.

В 23 К 11/00

В 21 D 39/06

Государственный комитет

СССР ио дедам изобретений и открытий

Опубликовано 23.028). Бюллетень No 7 (53) УДК 621.791. . 763 (088, 8) Дата опубликования описания 230281 (54 ) СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ТРУБ С ТРУБНЫМИ

РЕШЕТКАМИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относитс я к техноло- гии машиностроения, в частности к средствам для соединения труб с трубными решетками, и предназначено преимущественно для использования при изготовлении трубчатых теплообменников в энергомашиностроении,но может найти применение и в других областях техники и народного хозяйства.

Известен способ, в котором трубу с охватывающей ее деталью (концом другой трубы большего диаметра или с трубой решеткой) соединяют путем 1$ увеличения диаметра охватываемой трубы на участке сопряжения ее принудительной раздачей с деформацией материала трубы. Раздача трубы может осуществляться механическим путем с 20 помощью различных инструментов,например механической вальцовкой, включающей корпус с вставленным в его полость конусом, вальцовочные ролики и бортовочные шарики, перемещаемые гайкой, навертываемой на корпус, в продольных каналах на внешней стороне последнего, выполненных в радиальном направлении сквозными,а бортовочные шарики все время сопри- 30 касаются с конусом вальцовки при перемещении в каналах корпуса fl), Однако этот способ соединения труб с трубными решетками механической раздачей труб малопроизводителей;дорогостоящий (из-за низкой стойкости инструмента, большой трудоемкости), вызывает наклеп материала труб в зоне их раздачи, что снижает их стойкость против некоторых видов коррозии, особенно в аппаратах для ядерных реакторов АЭС.

Известен способ и различные средства для соединения труб с трубными решетками, при котором раздачу участка трубы в зоне ее соединения с охватывающей деталью осуществляют давлением текучей среды, например жидкости, для чего полость трубы в зоне раздачи герметизируют, подают в эту полость жидкость и осуществляют необходимый подъем ее давления.

Устройство для осуществления этого способа содержит цилиндрический нако. нечник, вводимый в конец вальцуемой трубы, на боковой стенке по концам которого выполнены кольцевые пазы и в ннх помещены уплотнительные кольца из эластичного материала, внешний диаметр которых несколько

ВО6З1З

60 б5 больше внутреннего диаметра вальцуемой трубы, и систему каналов в наконечнике для подачи рабочей среды под давлением в кольцевой зазор между наконечником и вальцуемой трубой, ограииченный уплотнительными кольцами (2)*

Оцнако такой способ малопроиэводителен, не применим для раздачи труб высокой точности изготовления по форме и размерам, обеспечивает относительно небольшую раздачу труб .

Известен также способ и различные средства для соединения труб с.трубными решетками, при котором раздачу участка трубы в зоне ее соединения с охватывающей деталью осуществляют давлением газов, создаваемым от подрыва заряда взрывчатого вещества, предварительно установленного в трубу в зоне ее раздачи.

Этот способ обеспечивает возможность одновременной раздачи большой группы труб (3) .

Известны различные конструкции патронов с зарядом BB для осуществления этого способа. Принципиальной конструктивной особенностью их является то, что они включают полый корпус (оболочку) с дном и крышкой, по оси которого размещен заряд взрывчатого вещества и средства для подключения заряда к детонатору (41.

Недостатками этого способа являются необходимость очистки поверхности вальцуемых труб от продуктов взрыва, что повышает трудоемкость, стоимосТь изготовления,а также значительный наклеп получает поверхность материала труб в зоне раздачи.

Кроме того, проведение процесса требует соблюдения особых требований по технике безопасности и осуществления его в специальных камерах, ограничивающих передачу ударной и звуковой волн в окружающее пространство.

Общим недостатком описанных выше способов является то, что плотность соединений труб постепенно ослабевает, особенно в условиях значительных механических и температурных циклических нагрузок аппаратов. Это не только приводит к выходу последних из строя и снижает их надежность в эксплуатации, но может привести и к другим нежелательным последствиям.

Известен спбсоб соединения трубчатых элементов, при котором в охватывающем элементе выполняют кольцевую канавку, в которую до установки и вальцовки охватываемого трубчатого элемента вводят деформируемый элемент из мягкого металла, точка плавления которого лежит выше максимапьной температуры работы соединения (аппарата), а коэффициент расширения его выше коэффициентов расширения материалов элементов, образующих соединение (5).

Однако при осуществлении этого способа значительно по вышае тс я трудоемкость и стоимость изготовления оборудования, усложняется технология, Более технологичным и менее трудоемким явл:четсй способ соединения труб с трубными решетк ами, при котором осуществляют раздачу труб в пределах толщины трубн зй решетки и приварку их по периметру соединения к трубной решетке. Такая приварка может осуществляться до раздачи охватываемого элемента или после нее. Раздачу охватываемого элемента выполняют с использованием энергии взрыва (6).

Однако и этот способ сложен в тех(нологическом отношении, трудоемок, требует значительных материальных и энергетических затрат, включает много необходимых вспомогательных и подготовительных операций, например

20 изготовление, установку и подключение взрывных патронов, проверку полноты их срабатывания и повторение операции раздачи для отдельных труб, что не исключает воэможности наруше 5 ния соседних соединений, очистку труб от продуктов взрыва. Кроме того, очень сложной, трудоемкой и длительной является сама приварка труб к трубным решеткам.

30 Из вес тно ус тройство для мес тной раздачи труб, содержащее полый корпус с наконечником, имеющим на наружной поверхности кольцевое углубление с выполненной в каждой торцовой стенке кольцевой канавкой, внутренняя боковая поверхность которой совмещена с боковой поверхностью углубления, размещенную в кольцевом углублении наконечника втулку из эластичного материала ступенчатой

40 формы с выступающей центральной частью, размещенные на эластйчной втулке между торцовыми стенками кольцевого углубления наконечника и выступающей центральной частью са45 мой втулки разрезные пружинные кольца и систему каналов в наконечнике, соединяющих полость корпуса с коль- цевым углублением наконечника под эластичной втулкой (7).

В этом устройстве дополнительно предусмотрены установка разрезной тонкостенной пружинной втулки под разрезными пружинными кольцами на эластичной втулке, армирование концов эластичной втулки разрезной тонкостенной пружинной втулкой, выполнение наконечника из нескольких соединяемых между собой элементов.

При раздаче труб с помощью этого устройства разрезные пружинные коль— ца все время оказываются прижатыми по всему, периметру к внутренней поверхности вальцуемой трубы давлением рабочей среды и под ним происхо дит более интенсивная раздача трубы

806313

14.ль изобретения — повышение производительности и качества выполняемых соединений при одновременном упрощении процесса, экономия материалов и снижении трудоемкости.

Пос тавле ни ая цель дос ти гаетс я тем, что операцию приварки труб к трубной решетке осуществляют одновременно с операцией их раздачи и выполняют контактной сваркой кольцевым швом, для чего в зону раздачи труб вводят сварочные электроды, прижимают их к внутренней поверхности трубы по ее периметру в процессе раздачи и к электродам и трубной решетке подают сварочный ток.

Устройство для осуществления пред- 1S лагаемого способа снабжено установленными на конце полого корпуса втулками из электроизоляционного материала, а наконечник закреплен на этих втулках и оснащен токопод- Щ водом от источника питания, при этом наконечник и разрезные пружинные кольца выполнены из материала с высокой электропроводностью, На чертеже показано устройство для осуществления способа соединения труб с трубной решеткой после установки наконечника в вальцуемую трубу ! (верхняя половина чертежа) и в конце раздачи трубы после приварки ее к трубной решетке (нижняя половина чертежа) контактной сваркой .

Устройство для осуществления предлагаемого способа соединения труб с трубными решетками содержит наконечник, выполненный составным, основание 1 в виде фасонной втулки, цент- ральный стержень 2 с осевым 3 и радиальным 4 каналами и головки 5, соединенные между собой по резьбе. В собранном виде наконечник представ- 40 ляет собой цилиндрический стержень кольцевым углублением на боковой поверхности, торцовые стенки б и 7 которого имеют одну кольцевую канавку 8 и 9 соответственно, внутренняя 45 боковая поверхность которых совмещена с боковой стенкой кольцевого углубления наконечника. В кольцевом углублении наконечника размещена втулка

10 из прочного эластичного материала, щ имеющая ступенчатую форму боковой поверхности с выступающей центральной частью. Концы втулки 10 входят в кольцевые канавки 8 и 9 на торцовых стенках 6 и 7 кольцевого углубления наконечника. На втулке 10 между торцовыми стенками б и 7 кольцевого углубления наконечника и торцами выступающей центральной части втулки установлены разрезные пружинные кольца 11. Для повышения иадеж- 30 ности и долговечности в эксплуатации, концы эластичной втулки 10 ag>мированы тонкостенными разреэными пружинными втулками 12, а под ее раэрезными пружинными кольцаМи 11 установлены разрезные пружинные тонкостенные втулки 13, при этом прорези разрезных пружинных колец 11 смещены одна относительно другой и относительно прорези втулки 13.

Наконечник электрически изолирован от полого корпуса 14, С этой целью торец корпуса 14 имеет боковой кольцевой выступ 15, который введен в фасонную втулку 16,закрывающую торец корпуса 14 и боковую поверхность выступа 15, а на конце корпуса 14 установлена басонная втулка 17, закрывающая обратный торец выступа 15 и часть прилегающей к нему боковой поверхности корпуса 14, Втулка 17 для удобства сборки-разборки может быть выполнена из двух частей с раэьемом по образующим боковой поверхности. Втулки 16 и 17 изготовлены из электроизоляционного материала, например гекстолита. Наконечник торцовой частью основания 1 надевается на конец корпуса 14 с установленными на нем втулками 16 и 17 и крепится фланцем 18 с помощью деталей 19 крепления, например винтами. Детали наконечника и пружинных разрезных колец выполнены из материала с высокой электрической проводимостью,например из железистой или бериллиевой бронзы, Подвод шины 20 электропитания для разрезных пружинных колец 11 выполнен к основанию 1 наконечника, имеющему надежный электрический контакт с кольцами 11, например, при помощи винта 21. Кольца 11 в устройстве выполняют дополнительно и функцию электрода цля контактной сварки, Для исключения искрения между буртом

22 наконечника 1 и вальцуемой трубой

23 или трубной решеткой 24 при подаче питания для осуществления контактной сварки, на эту часть основания 1 может устанавливаться защитная центрирующая втулка 25 из электроизоля,ционного материала.

Способ соединения труб с трубной решеткой осуществляется следующим образом.

Трубы 23 устанавливают в отверстиях трубной решетки 24 и осуществляют предварительную фиксацию их взаимного .наложения одним из известных способов. Трубную решетку 24 соединяют со второй шиной от сварочного трансформатора, Затем наконечник устройства вводят в одну из труб 23 до упора втулки 25 на бурте 22 наконечника 7. в поверхность трубной решетки 24 или в торец трубы 23. Предварительно из полости корпуса 14 и каналов 3 и

4 в наконечнике удаляют воздух и заполняют их рабочей средой, После этого одним из известных способов поднимают давление рабочей среды в полости корпуса 14 и в каналах наконечника. Рабочая среда, например, вода поступает под эластичную

806 313 втулку 10 и постепенно разжимает ее и втулку 12 с установленными на ней разрезными пружинными кольцами 11 до плотного контакта центральной части втулки 10 и разреэных колец 11 с внутренней поверхностью трубы 23.

При дальнейшем повышении давления рабочей среды радиальную нагрузку раздачи будет воспринимать и труба

23 на участке в зоне кольцевого углубления наконечника. Сжатие выступающей центральной части эластичной втулки вызывает появление осевого распорного усилия и соответствующее сжатие кохЫц ll что обеспечивает надежный электрический контакт их

;между собой и с торцовыми стенками 15 б и 7 кольцевого углубления наконеч. ника. При определенной величине давления рабочей среды происходит раздача трубы 23 — ее пластическая деформация. В это время и осущестВ- 20 ляют подачу тока соответствующей силы от сварочного трансформатора через соединяемые элементы в течение времени, достаточного,для проплавления материала соединяемых элементов и образования сварного шва

26 в зоне пружинных разрезных колец

11. В данном случае кольца 11 выполняют дополнительную функцию — служат одним из электродов, После выполнения сварного шва и требуемой выдержки соединения под давлением, давление рабочей среды снимают,. под действием упругих сил эластичная втулка 10 и разрезные кольца 11 сжимаются и возвращаются в исходное положение, перемещением корпуса 14 наконечник выводят из трубы 23 и ус танавливают в следующую трубу, после чего операции по раздаче трубы и выполнению сварного шва повторяют. 40

Устройство может иметь некоторое количество корпусов 14 с наконечниками для выполнения раздачи и сварки одновременно соответствующего количества труб. В этом случае все кор- 4 пуса 14 соединяют с коллектором и располагают их в один или в несколько рядов с шагом, соответствующим шагу и расположению рядов труб 23 в трубной решетке 24. Целесообразно корпуса 14 выполнять достаточной дли" ны, чтобы компенсировать за счет их упругой деформации возможные отклонения и неточности расположения самых корпусов и труб 23. Максимально допустимое число корпусов 14 с наконечниками для одного устройства опРеделяется мощностью и допустимой нагрузкой применяемых сварочных трансформаторов, а также током и нагрузкой на наконечник одного корпуса, ф0 которые зависят от материала и размеров соединяемых элементов.

Сборку аппаратов можно проводить с одновременным использованием нескольких устройств, 65

Длительность процесса соединения одной трубы с трубной решеткой при использовании предлагаемого способа зависит только от скорости подъема давления рабочей среды. Поэтому весь процесс соединения одного элемента по предлагаемому способу может протекать быстрее одной операции приварки трубы к трубной решетке при использовании известного способа. Кроме того, при предлагаемом способе соединения труб с трубными решетками отпадает необходимость выполнения ряда вспомогательных операций: изготовления и установки патронов, проверки их срабатывания и повторения раздачи для отдельных труб, очистки поверхностей от продуктов взрыва.Надежность и качество соединений при использовании предлагаемого способа несомненно выше,его проведение не требует специальных камер, не вызывает вредного воздействия на окружающую среду и являетrÿ более безопасным для обслуживающего персонала.

Формула изобретения

1. Способ соединения труб с трубными решетками, при котором осуществляют раздачу труб в пределах толщины трубной решетки и приварку их к трубной решетке по периметру соединения, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и качества выполняемых соединений при одновременном упрощении процесса, экономии материалов и снижении трудоемкости, операцию приварки труб к трубной решетке осуществляют одновременно с операцией их раздачи и выполняют контактной сваркой кольцевым швом, для чего в зону раздачи труб вводят сварочные электроды,прижимают их к внутренней поверхноcòè трубы по ее периметру в процессе раздачи и к электродам и трубной решетке подают сварочный ток.

2. Устройство для осуществления способа по п.l, содержащее полый корпус с наконечником, имеющим на наружной поверхности кольцевое углубление с выполненной в каждой торцовой стенке кольцевой канавкой, внутренняя боковая поверхность которой совмещена с токовой поверхностью углубления, размещенную в кольцевом углублении наконечника втулку из эластичного материала ступенчатой формы с выступающей центральной частью, размещенные на эластичной втулке между торцовыми стенками кольцевого углубления наконечника и выступающей центральной частью самой втул ки раэреэные пружинные кольца и систему каналов в наконечнике, сообщающих полость корпуса с кольцевым уг806313

Составитель Л.Комарова

Редактор Н.Егорова Техред H. Вабурка Корректор О.Билак

Заказ 124/20 Тираж .1159 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР..ло делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул,Проектная, 4 лублением наконечника под эластичной втулкой, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что устройство снабжено установленными на конце полого корпуса втул.ками из электроизоляционного матери ала,а наконечник закреплен на этих втулках и оснащен тркоподводом от источника питания,при этом наконечник и разрезные пружинные кольца выполнены из материала с высокой электропроводностью.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

В 105903, кл. В 21 D 39/06р 1956.

2. Заявка ФРГ М 2400148, кл, В 21 D 39/06, 1975.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 172844 кл. F 28 f 99/16, 1963.

4. Авторское свидетельство СССР по заявке Р, 2474604/27, кл. В 21 D 39/06, 1977, 5. Патент Франции 9 1294938, кл, F 16 В, 1962.

6, Аппараты теплообменные судовые ° Закрепление труб в трубных решетках с использованием энергии взрывчатых веществ. ГОСТ 5098-72.

7. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2559451/27, кл, В 21 D 39/02, 1977.