Способ развальцовки труб в отверстиях трубной решетки

,ЯО 511 В 21 Р 39/06 ЕН при этом опредеов инструмента за ащения и момента ния в начале и в ного вращения, посывают, сообщая инборотов, определяевра ляю вре ста кон/ сопт / сг опротивного вра - момент ления щения; статического начале инерц статического сопрот конце инерционного в- момент ления в щения; тОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОПИСАНИЕ ИЗ АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВ(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 деформи рова нии 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 щении инструмента, т количество оборо мя инерционного вр тического сопротивл це периода инерцион ле чего трубу довальцов струменту количество о мое по зависимости количество оборотов инструмена за время инерционного вращестатического сопроти- втветствующи требуе- ф ягу соединения.Изобретение относится к способам крепления труб в отверстиях трубной решеткии может быть использовано в энергетическом и нефтехимическом машиностроении.Известен способ развальцовки труб в отверстиях трубной решетки, заключающийсяв предварительном деформировании концовтруб принудительно вращающимся инструментом с последующей довальцовкой (1 .Известный способ не позволяет обеспечить необходимое качество развальцованного соединения, характеризующееся плотностью и прочностью. Объясняется это тем,что поскольку не известны способы контроляплотности и прочностисоединения в процессе деформирования концов труб, деформирование осуществляют с одновременным конт 15ролем переменной, лишь косвенно характеризующей качество соединения, а именно,крутящего момента на веретене или осевогоусилия. При этом не учитываются вариациигеометрических размеров труб и отверстий 2 Ов трубной решетке и изменение момента трения в системе двигатель - инструмент -труба, существенно влияющих на величинутекущих радиальных усилий, радиальныхдавлений 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, чтосогласно способу развальцовки труб в отвер- зостиях трубной решетки, заключающемся впредварительном деформировании концовтруб принудительно вращающимся инструментом с последующей довальцовкой, придеформировании контролируют момент сопротивления вращению инструмента, предварительную деформацию осуществляют дозначения текущего момента сопротивленияне менее момента сопротивления, соответствующего началу упругой деформациитрубной решетки, а затем деформируют 4 Отрубу при инерционном вращении инструмента, при этом определяют количество оборотов инструмента за время инерционноговращения и моменты статического сопротивления в начале и в конце периода инерционного вращения, после чего трубу довальцовывают, сообщая инструменту количество оборотов. определяемое по за- висимости 2:111Мссп г Мс50Жс 2 сгде й, в количест оборотов инструментаза время инерционного вращения;Мс, - момент статического сопротивления в начале инерционного вращения;55Ис -момент статического сопротив 2ления в конце инерционного вращения; Мс, в 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 врашение 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 инерцион031591 40 ф 2 М = -5 - ,- с д 55 ному вращению может осуществляться, например, отключением двигателя от сети илиотключением развальцовочного инструмента от двигателя.При отключении двигателя развальцовочной установки от сети осуществляется5выбег привода при переменном моментестатического сопротивления, характер изменения которого показан на фиг. 1. Еслиобеспечить отключение двигателя на второйстадии развальцовки при М,М,( М,те., 1 Она линейном участке диаграммы развальцовки, например в точке А, то в результате действия кинетической энергии приводаразвальцовочный инструмент повернетсяеще на некоторое число оборотов Ивследствие чего момент статического сопротив 15ления на веретене увеличится с МдоЖ(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 точеки В вычисляется из треугольников АВС иВДЕ число оборотов Х , необходимое длядовальцовки соединения.Так как - 1 = зЮ Мс - Мс 25М 2 Иеот- Ис 2то --11.Мсдп Лс,Юс 2-ИсОдновременно может быть определен коэффициент пропорциональности между моменЗотом статического сопротивления и числомоборотов развальцовочного инструмента Ис -МсК. =35Вместе с тем известно, что уравнение движения привода при отключении двигателя от сети приводится к виду где 1 - момент инерции привода;Жс - момент. статического сопротивления;с -частота вращения привода; т. е. момент статического сопротивления равен динамическому моменту.Эта зависимость дает возможность определять момент статического сопротивления М и Мд по зависимости сд =1 (фиг. 2) и определенному заранее расчетным50 путем или экспериментально моменту инерции ЭТак МС,=-З1 где Ьсд,Ьсд - приращение частоты вращения развальцовочного инстру 4мента в начале и конце выбе.- га;Ы приращение времени. ДМТогда Мс.пт "/Ьы всеДф дтплКратковременное 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 инструмент. После проведения измерений развальцовки продолжается повторным включением двигателя в сеть до достижения Мчто обеспечивается поворотом развал ьцовоч ного инструмента на вычисленное по вышеприведенной формуле число оборотов М .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 НЕ 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 1на 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 сд датчика 1 дифференцирующим элементом 10.На управляющий вход ключа 8 с формирователя импульсов 6 приходит один импульс длительностью 7., в результате чего на элементе памяти 11 запоминается значение производной в конце интервала Ь(, т. е. ЬМ/Ь(, которое хранится до окончания развальцовки.В этом же время значение ОС,Ю 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 й//М в элемент 12 памяти. Эта запись будет происходить до тех пор, пока будет увеличиваться значение с а/й: т, е. последующее значение Ьа 1;и/Ь 1 будет больше Ьь; /Л(. 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 Ььц/Ь 1 Ьи / /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 Х 1, соответствующее числу оборотов за время инерционного вращения. Цифроаналоговым преобразователем 18 число М преобразуется в аналоговый сигнал.Так осуществляется измерение М цМсг Меода Мсг 3 ОА Мсг Мс С 1Одновременно напряжения, пропоцриональные Мс Мог Х с выходов элементов 11, 12 и 18 подаются на соответствующие входы сумматора 13 и 14 и блока 15 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 умножения деления, в результате чего на выходе сумматора 13 имеем (М - , М,), на выходе сумматора 14 - (Мсот Мсг) и на выходе блока 15 которое в виде напряжения подается наодин из входов компаратора 17.Значение Мг определяется непрерывнои одновременно с измерением М, и Х,а в дальнейшем отрабатывается только то,которое сформируется на выходе блока 15перед появлением на выходе компаратора6 нулевого (запрещающего) потенциала.Нулевой потенциал с выхода компаратора 16 подается на вход логического элемента НЕ 27, в результате чего на его выходе формируется потенциал, разрешающийработу логических элементов 24 и 26. Так,если Иг )О, на выходе нуль-органа 22 также появится разрешающий потенциал, чтовызовет на выходе логического элемента24 появление сигнала, вновь включающегодвигатель 4 через систему 3 управления(сигнал Довальцовка). Одновременно засчет присутствия на обоих входах логического элемента 26 разрешающих потенциалов с элементом 27 и 5 импульса датчика 2оборотов считаются счетчиком 21, т. е.идет счет текущего значения числа оборотов довальцовки Мг .Сигнал Мг, ,прегтекобраованный в напряжение цифроаналоговым преобразователем 19, сравниваетсяна компараторе 17 с Хг,При их равенствена выходе компаратора 17 появляется сигнал, ведущий после срабатывания системы3 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 качестведатчика 1 скорости использован тахогенератор, в качестве датчика 2 числа оборотов - фотоэлектрический датчик. Развальцовочный инструмент, использованный прииспытаниях, серийный типа Р - 25.Реализация способа соединения труб струбными решетками исключает влияниена качество соединения ряда меняющихсяфакторов, что ведет к обеспечению гарантированной плотности и прочности соединений. По сравнению с известными способами соединение труб с трубными решетками предлагаемым способом обеспечиваетповышением средней плотности и прочности соединений на 15 - 20 О/о, увеличение надежности работы всего теплообменного аппарата и уменьшение эксплуатационныхрасходов,акаренко ственного ко ретений и 35, Раушск г. Ужгород едактор И. Ковальчукаказ 52749ВНИИП 113035, М Филиал ПППставитель И.И. Верес816 ТехредТиражГосударелам изосква, Ж -с Патент КапитоновКорректор ЮПодписноемитета СССРоткрытийая наб., д. 4/5ул. Проектная