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

Союз Советских Социалистических РеспубликОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(53)М. Кл. В 23 К 11/00В 21 О 39/06 Государственный комитет СССР ио дедам изобретений и открытий(53) УДК 621,791, . 763 (088, 8) Дата опублииования описания 230281(54 ) СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ТРУБ С ТРУБНЫМИРЕШЕТКАМИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГООСУЩЕСТВЛЕНИЯ 10 Изобретение относится 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 охватывающейее деталью (концом другой трубы большего диаметра или с трубой решеткой) соединяют путем 13 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, перемещае мые гайкой, навертываемой на корпус, в продольных каналах на внешней стороне последнего, выполненных в радиальном направлении сквозными,а бортовочные шарики все время сопри касаются с конусом в альцовки при перемещении в каналах корпуса 1.Однако этот способ соединения труб с трубными решетками механичес. кой 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 ох. ватывающей 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 них помещены уплотнительные кольца из эластичного материала, внешний диаметр которых несколькобольше 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 23Оцнако 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 труб33 .Известны различные конструкции патронов с зарядом ВВ 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 41Недостатками 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 установкии вальцовки охватываемого трубчатогоэлемента вводят деформируемый элементиз мягкого металла, точка плавления которого лежит выше максимапьной температуры работы соединения (аппарата), а коэффициент расширения его выше коэффициентов расширения материалов элементов, образующих соединение 51.55 60 б 5 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 происходит более интенсивная раздача трубы Однако при осуществлении этогоспособа значительно по вышае тс я трудоемкость и стоимость изготовленияоборудования, усложняется технология,Более технологичным и менее трудоемким является способ соединения трубс трубными решетками, при которомосуществляют раздачу труб в пределахтолщины трубной решетки и приваркуих по периметру соединения к трубнойрешетке. Такая приварка может осуществляться до раздачи охватываемого элемента или после нее. Раздачу охватываемого элемента выполняют с использо.ванием энергии взрыва 61.Однако и этот способ сложен в технологическом отношении, трудоемок,требует значительных материальных иэнергетических затрат, включает много необходимых вспомогательных иподготовительных операций, например 20 изготовление, установку и подключение взрывных патронов, проверку полноты их срабатывания и повторениеоперации раздачи для отдельных труб,что не исключает воэможности наруше ния соседних соединений, очисткутруб от продуктов взрыва. Кроме того, очень сложной, трудоемкой и длительной является сама приварка трубк трубным решеткам.Известно устройство для местнойраздачи труб, содержащее полый корпус с наконечником, имеющим на наружной поверхности кольцевое углубление с выполненной в каждой торцовой стенке кольцевой канавкой, внутренняя боковая поверхность которойсовмещена с боковой поверхностью углубления, размещенную в кольцевомуглублении наконечника втулку изэластичного материала ступенчатой 40 формы с выступающей центральнойчастью, размещенные на эластйчнойвтулке между торцовыми стенкамикольцевого углубления наконечника ивыступающей центральной частью са мой втулки разрезные пружинные кольца и систему каналов в наконечнике,соединяющих полость корпуса с коль-цевым углублением наконечника подэластичной втулкой 7.50Цель изобретения - повышение про.изводнтельности и качества выполняемых соединений при одновременном упрощении процесса, экономия материалов и снижении трудоемкости.Поставленная цель достигаетсятем, что операцию приварки труб ктрубной решетке осуществляют одновременно с операцией их раздачи ивыполняют контактной сваркой кольцевым швом, для чего в зону раздачитруб 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 предлагаемого способа снабжено установленными на конце полого корпусавтулками из электроизоляционногоматериала, а наконечник закрепленна этих втулках и оснащен токоподводом от источника питания, приэтом наконечник и разрезные пружинные кольца выполнены из материалас высокой электропроводностью,На чеРтеже показано устройстводля осуществления способа соединениятруб с трубной решеткой после установки наконечника в вальцуемую трубу(верхняя половина чертежа) и в концераздачи трубы после приварки ее ктрубной решетке (нижняя половина чертежа) контактной сваркой,Устройство для осуществления предлагаемого способа соединения труб струбными 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. Всобранном виде наконечник представляет собой цилиндрический стерженьс кольцевым углублением на боковойповерхности, торцовые стенки б и 7которого имеют одну кольцевую канавку 8 и 9 соответственно, внутренняя 45боковая поверхность которых совмещена с боковой стенкой кольцевого углубления наконечника. В кольцевом углублении наконечника размещена втулка10 из прочного эластичного материала, 50имеющая ступенчатую форму боковойповерхности с выступающей центральной частью. Концы втулки 10 входятв кольцевые канавки 8 и 9 на торцовых стенках б и 7 кольцевого углубления наконечника. На втулке 10 между торцовыми стенками б и 7 кольцевого углубления наконечника и торцами выступающей центральной частивтулки установлены разрезные пружинные кольца 11, Для повышения иадежности и долговечности в эксплуатации, концы эластичной втулки 10 армированы тонкостенными разреэнымипружинными втулками 12, а под еераэрезными пружинными кольцаМи 11 , 5 установлены разрезные пружинные тонкостенные втулки 13, при этом прорези разрезных пружинных колец 11 смещены одна относительно другой и относительно прорези втулки 13.Наконечник электрически изолированот полого корпуса 14, С этой цельюторец корпуса 14 имеет боковой кольцевой выступ 15, который введен вфасонную втулку 16,закрывающую торецкорпуса 14 и боковую поверхность выступа 15, а на конце корпуса 14 установлена басонная втулка 17, закрывающая обратный торец выступа 15и часть прилегающей к нему боковойповерхности корпуса 14, Втулка 17для удобства сборки-разборки можетбыть выполнена из двух частей с раэьемом по образующим боковой поверхности. Втулки 16 и 17 изготовленыиз электроизоляционного материала,например гекстолита, Наконечник торцовой частью основания 1 надеваетсяна конец корпуса 14 с установленными на нем втулками 16 и 17 и крепится фланцем 18 с .помощью деталей 19крепления, например винтами. Деталинаконечника и пружинных разрезныхколец выполнены из материала с высокой электрической проводимостью,например из железистой или бериллиевойбронзы, Подвод шины 20 электропитания для разрезных пружинных колец 11выполнен к основанию 1 наконечника,имеющему надежный электрический контакт с кольцами 11, например, припомощи винта 21, Кольца 11 в устройстве выполняют дополнительно и функцию электрода цля контактной сварки,Для исключения искрения между буртом22 наконечника 1 и вальцуемой трубой23 или трубной решеткой 24 при подаче питания для осуществления контактной сварки, на эту часть основания 1может устанавливаться защитная центрирующая втулка 25 из электроизоля,ционного материала,Способ соединения труб с трубнойрешеткой осуществляется следующимобразом,Трубы 23 устанавливают в отверстиях трубной решетки 24 и осуществляютпредварительную фиксацию их взаимного .наложения одним из известных способов. Трубную решетку 24 соединяютсо второй шиной от сварочного трансформатора, Затем наконечник устройства вводят в одну из труб 23 до упоравтулки 25 на бурте 22 наконечника 7.в поверхность трубной решетки 24или в торец трубы 23, Предварительноиз полости корпуса 14 и каналов 3 и4 в наконечнике удаляют воздух и заполняют их рабочей средой, Послеэтого одним из известных способовподнимают давление рабочей среды вполости корпуса 14 и в каналахнаконечника, Рабочая среда, например, вода поступает под эластичнуювтулку 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 колец 11, 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 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 устанавливают в следующую трубу, после чего операции по раздаче трубы и выполнению сварного шва повторяют, 40Устройство может иметь некоторое количество корпусов 14 с наконечниками для выполнения раздачи и сварки одновременно соответствующего количества труб, В этом случае все кор 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, 60 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 является более безопасным для обслуживающего персонала.Формула изобретения1, Способ соединения труб с трубными решетками, при котором осуществляют раздачу труб в пределах толщины трубной решетки и приварку их ктрубной решетке по периметру соединения, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения производительности и качествавыполняемых соеди-нений при одновременном упрощениипроцесса, экономии материалов и снижении трудоемкости, операцию приваркитруб к трубной решетке осуществляютодновременно с операцией их раздачии выполняют контактной сваркой кольцевым швом, для чего в зону раздачитруб вводят сварочные электроды,прижимают их к внутренней поверхноститрубы по ее периметру в процессераздачи и к электродам и трубной решетке подают сварочный ток,2. Устройство для осуществленияспособа по п.1, содержащее полыйкорпус с наконечником, имеющим нанаружной поверхности кольцевое углубление с выполненной в каждой торцовой стенке кольцевой канавкой,внутренняя боковая поверхность которой совмещена с токовой поверхностьюуглубления, размещенную в кольцевомуглублении наконечника втулку изэластичного материала ступенчатойформы с выступающей центральной частью, размещенные на эластичной втулке между торцовыми стенками кольцевого углубления наконечника и выступающей центральной частью самой втулки раэреэные пружинные кольца и систему каналов в наконечнике, сообщающих полость корпуса с кольцевым уг20 Тираж .115 ВНИИПИ Государствело делам изобре 3035, Москва, Жаказ 1 ное ного комитета СССРений и открытийРауаская наб., д. ППП Патентф, г.ужгород, ул,Проектно Ф лублением наконечника под эластичнойвтулкой, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что устройство снабжено установленными на конце полого корпуса втул.ками из электроизоляционного материала,а наконечник закреплен на этихвтулках и оснащен тркоподводом отисточника 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 0 39/06( 1956.2. Заявка ФРГ М 2400148, кл, В 21 Р 39/06 1975.3. Авторское свидетельство СССР Р 172844 кл, Р 28 й 99/16, 1963.4. Авторское свидетельство СССР по заявке 9, 2474604/27,кл. В 21 0 39/06, 1977,5, Патент Франции В 1294938, кл, Р 16 В, 1962.6, Аппараты теплообменные судовыеЗакрепление труб в трубных решетках с использованием энергии взрывчатых веществ. ГОСТ 5098-72.7. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2559451/27,кл, В 21 О 39/02, 1977.