[go: up one dir, main page]

RU2117544C1 - Method for securing ends of thin-wall tubes in openings of tube plates - Google Patents

Method for securing ends of thin-wall tubes in openings of tube plates Download PDF

Info

Publication number
RU2117544C1
RU2117544C1 RU94039930A RU94039930A RU2117544C1 RU 2117544 C1 RU2117544 C1 RU 2117544C1 RU 94039930 A RU94039930 A RU 94039930A RU 94039930 A RU94039930 A RU 94039930A RU 2117544 C1 RU2117544 C1 RU 2117544C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tube
thin
insert
pipe
walled
Prior art date
Application number
RU94039930A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU94039930A (en
Inventor
Наум Моисеевич Цирельман
Евгений Наумович Цирельман
Original Assignee
Наум Моисеевич Цирельман
Евгений Наумович Цирельман
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Наум Моисеевич Цирельман, Евгений Наумович Цирельман filed Critical Наум Моисеевич Цирельман
Priority to RU94039930A priority Critical patent/RU2117544C1/en
Publication of RU94039930A publication Critical patent/RU94039930A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2117544C1 publication Critical patent/RU2117544C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)

Abstract

FIELD: machine engineering, namely production of different-purpose apparatuses including tubes mounted in openings of tube plates. SUBSTANCE: method comprises steps of placing end portions of thin-wall tubes in openings of tube plates; preliminarily cold expanding that portions; introducing insert-branch pipes into end portion of tubes and realizing their common expanding. EFFECT: enhanced reliability of tube end securing. 6 dwg

Description

Изобретение относится к области энергомашиностроения, химического машиностроения, машиностроения для пищевой и холодильной промышленности и может быть использовано при производстве аппаратов различного назначения, содержащих трубы в качестве элементов конструкции, а именно: кожухотрубных и иных теплообменников. The invention relates to the field of power engineering, chemical engineering, mechanical engineering for the food and refrigeration industry and can be used in the manufacture of apparatuses for various purposes, containing pipes as structural elements, namely shell-and-tube and other heat exchangers.

Известен способ крепления концов тонкостенных труб в отверстиях трубных решеток, заключающийся в том, что в отверстиях трубных решеток размещают концы труб, вводят в них вставки-патрубки и производят их совместную развальцовку (SU, авторское свидетельство, 625817, B 21 D 39/06, 1978) [1]. A known method of fastening the ends of thin-walled pipes in the holes of the tube sheets, which consists in the fact that the ends of the pipes are placed in the holes of the tube sheets, insert the nozzles into them and jointly expand them (SU, copyright certificate, 625817, B 21 D 39/06, 1978) [1].

Указанный известный способ [1] не обеспечивает требуемую прочность и герметичность при креплении в трубных решетках концов труб с толщиной стенки от 0,2 до 0,4 мм. The specified known method [1] does not provide the required strength and tightness when fastening pipe ends with wall thicknesses from 0.2 to 0.4 mm in tube sheets.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение надежности соединения за счет увеличения сцепления трубы с решеткой. The technical problem to which the claimed invention is directed is to increase the reliability of the connection by increasing the adhesion of the pipe to the grill.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе крепления концов тонкостенных труб в отверстиях трубных решеток, заключающемся в том, что в отверстиях трубных решеток размещают концы труб, вводят в них вставки-патрубки и производят их совместную развальцовку, перед установкой вставок-патрубков осуществляют предварительную развальцовку концов труб в отверстиях решеток, причем предварительную и совместную развальцовку производят в холодном состоянии. The problem is solved in that in the known method of fastening the ends of thin-walled pipes in the holes of the tube sheets, which consists in the fact that the ends of the pipes are placed in the holes of the tube sheets, insert the nozzles into them and jointly expand them, before installing the insert nozzles carry out preliminary the flaring of the ends of the pipes in the holes of the gratings, and preliminary and joint flaring is carried out in the cold state.

На фиг. 1 изображена трубная решетка в сборе с тонкостенной трубой и вставкой-патрубком; на фиг. 2 - узел А на фиг. 1; на фиг. 3 - соединение трубной решетки с трубой без вставки-патрубка; на фиг. 4 - соединение трубной решетки с трубой с использованием вставки-патрубка; на фиг. 5 - соединение трубной решетки с тонкостенной трубой, в полости которой размещен цилиндр из мягкой стали; на фиг. 6 - то же, при наличии вставки-патрубка. In FIG. 1 shows a tube sheet assembly with a thin-walled pipe and a nozzle insert; in FIG. 2 - node A in FIG. one; in FIG. 3 - connection of the tube sheet to the pipe without insertion pipe; in FIG. 4 - connection of the tube sheet to the pipe using the insert pipe; in FIG. 5 - connection of the tube sheet with a thin-walled pipe, in the cavity of which a mild steel cylinder is placed; in FIG. 6 - the same, in the presence of an insert pipe.

Устройство, реализующее способ, содержит корпус теплообменника 1, с ним соединяется трубная решетка 2, в отверстиях которой сначала развальцованы концы тонкостенных труб 3, а затем совместно с трубами и тонкостенные вставки-патрубки 4. A device that implements the method comprises a heat exchanger housing 1, a tube sheet 2 is connected to it, in the openings of which the ends of the thin-walled pipes 3 are first expanded, and then, together with the pipes, the thin-walled insert-nozzles 4.

Пример. Эффективность предложенного способа крепления концов тонкостенных труб в отверстиях трубных решеток первоначально была проверена расчетами величины контактного давления между наружной поверхностью развальцованной трубы и поверхностью отверстия трубной решетки в двух вариантах: без тонкостенной вставки-патрубка и с ней. Example. The effectiveness of the proposed method for fastening the ends of thin-walled pipes in the holes of the tube sheets was initially verified by calculating the contact pressure between the outer surface of the flared pipe and the surface of the hole of the tube sheet in two versions: without and without a thin-walled pipe insert.

Именно величиной контактного давления в соединении трубы с трубной решеткой определяется прочность их соединения. Величина контактного давления, в свою очередь, обратно пропорциональна сумме радиальных податливостей трубной решетки и развальцованной в ее отверстии трубы. It is the magnitude of the contact pressure in the connection of the pipe with the tube sheet that determines the strength of their connection. The magnitude of the contact pressure, in turn, is inversely proportional to the sum of the radial ductility of the tube sheet and the tube expanded in its hole.

Радиальные податливости были рассчитаны в соответствии с рекомендациями в связи с изготовлением теплообменников соединения трубки из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, имеющей наружный диаметр d =16 мм и внутренний диаметр d1 = 15,2 мм (толщина стенки трубки равна 0,4 мм) с трубной решеткой из стали 45.Radial compliance was calculated in accordance with the recommendations in connection with the manufacture of tube heat exchangers made of stainless steel 12X18H10T having an outer diameter d = 16 mm and an inner diameter d 1 = 15.2 mm (tube wall thickness 0.4 mm) with a tube sheet from steel 45.

Рассчитываемое соединение показано на фиг. 3, 4. Соединение содержит трубную решетку 1, в отверстии которой сначала развальцована тонкостенная трубка 2 (фиг. 3), а затем и вставка- патрубок 3 (фиг. 4). The calculated compound is shown in FIG. 3, 4. The connection comprises a tube sheet 1, in the opening of which a thin-walled tube 2 is expanded (Fig. 3), and then the insert-pipe 3 (Fig. 4).

Вариант 1. Соединение осуществлено без вставки-патрубка (фиг. 3). Option 1. The connection is made without the insert pipe (Fig. 3).

1.1. Коэффициент радиальной податливости трубки рассчитывается по формуле
λ1= d{[1+(d1/d)2]/[1+(d1/d)2]-ν1}/2E1,
где d = 16 мм - посадочный диаметр; d1 = 15,2 мм - внутренний диаметр трубки; E1 = 18800 кр/мм2 - модуль упругости для стали 12Х18Н10Т; и ν1= 0,3 - коэффициент Пуассона для стали 12Х18Н10Т.
1.1. The coefficient of radial ductility of the tube is calculated by the formula
λ 1 = d {[1+ (d 1 / d) 2 ] / [1+ (d 1 / d) 2 ] -ν 1 } / 2E 1 ,
where d = 16 mm is the landing diameter; d 1 = 15.2 mm is the inner diameter of the tube; E 1 = 18800 cr / mm 2 is the elastic modulus for steel 12X18H10T; and ν 1 = 0.3 is the Poisson's ratio for steel 12X18H10T.

Расчет по формуле (1) дает
λ1 = 8,176•10-3 мм/кг
1.2. Коэффициент радиальной податливости трубной решетки рассчитывается до формуле
λ2= d{[1+(d/d2)2]/[1+(d/d2)2]+ν2}/2E2
где
d = 16 мм - посадочный диаметр;
d2 = 28 мм - наружный диаметр трубной решетки, в отверстии которой развальцовывалась одна тонкостенная трубка диаметром 16/15,2 мм для последующих испытаний на прочность их соединения на разрывной машине;
E2 = 20000 кг/мм - модуль упругости стали 45;
ν = 0,3 - коэффициент Пуассона для стали 45.
Calculation according to the formula (1) gives
λ 1 = 8.176 • 10 -3 mm / kg
1.2. The coefficient of radial compliance of the tube sheet is calculated to the formula
λ 2 = d {[1+ (d / d 2 ) 2 ] / [1+ (d / d 2 ) 2 ] + ν 2 } / 2E 2
Where
d = 16 mm - landing diameter;
d 2 = 28 mm - the outer diameter of the tube sheet, in the opening of which one thin-walled tube with a diameter of 16 / 15.2 mm was expanded for subsequent tests on the strength of their connection on a tensile testing machine;
E 2 = 20,000 kg / mm - modulus of elasticity of steel 45;
ν = 0.3 - Poisson's ratio for steel 45.

Расчет по формуле (2) дает; λ2 = 9,078•10-4 мм/кг
1.3. Контактное давление в соединении трубки с трубной решеткой определяется по формуле
q = δ/2(λ12)
где δ = О, 1 мм - величина натяга в соединении, так что имеем
q = 0,1/2 (8,176•10-3 + 9,078•10-4) = 5,5043 кг/мм2
Вариант 2. Соединение со вставкой-патрубком
Полагаем, что вставка-патрубок изготовлена из той же стали 12Х1810Т и имеет ту же толщину стенки 0,4 мм, что и тонкостенная трубка, в которую она вставляется.
Calculation according to the formula (2) gives; λ 2 = 9.078 • 10 -4 mm / kg
1.3. The contact pressure in the connection of the tube with the tube sheet is determined by the formula
q = δ / 2 (λ 1 + λ 2 )
where δ = O, 1 mm is the amount of interference in the joint, so that we have
q = 0.1 / 2 (8.176 • 10 -3 + 9.078 • 10 -4 ) = 5.5043 kg / mm 2
Option 2. Connection with insertion pipe
We believe that the insert pipe is made of the same 12X1810T steel and has the same wall thickness of 0.4 mm as the thin-walled tube into which it is inserted.

Тогда в месте развальцовки в трубной решетке тонкостенной трубки и вставленного в нее патрубка сохраняется диаметр посадочного места (d = 16 мм), а внутренний диаметр трубки с патрубком становится равным
d * 1 = d внутр.вставки = 16 -4•0,4 = 14,4 мм.
Then, at the place of flaring in the tube sheet of the thin-walled tube and the nozzle inserted into it, the diameter of the seat (d = 16 mm) is preserved, and the inner diameter of the tube with the nozzle becomes equal
d * 1 = d int. inserts = 16 -4 • 0.4 = 14.4 mm.

2.1. Коэффициент радиальной податливости трубки со вставкой- патрубком определяется по формуле (1) следующим образом

Figure 00000002

2.2. Коэффициент радиальной податливости трубной решетки сохраняет свою величину
Figure 00000003
= 9,078•10-4 мм/кг
2.3. Контактное давление в соединении трубки со вставкой с трубной решеткой при натяге δ = 0,1 мм равно
Figure 00000004
= 0,1/2. (3,926•10-3 + 9,078•10-4) = 10,3438 кг/мм2.2.1. The coefficient of radial compliance of the tube with the insert-pipe is determined by the formula (1) as follows
Figure 00000002

2.2. Coefficient of radial compliance of the tube sheet retains its value
Figure 00000003
= 9.078 • 10 -4 mm / kg
2.3. The contact pressure in the connection of the tube with the insert with the tube sheet with an interference fit δ = 0.1 mm is
Figure 00000004
= 0.1 / 2. (3.926 • 10 -3 + 9.078 • 10 -4 ) = 10.3438 kg / mm 2 .

Отношение контактных давлений в соединении трубной решетки и тонкостенной трубки в вариантах 1 и 2 равно k = q2/q1 = 1,879
Таким образом, проведенные расчеты свидетельствуют о том, что применение способа холодной развальцовки тонкостенных труб с использованием тонкостенной вставки-патрубка увеличивает величину контактного давления, а, следовательно, и прочность их соединения с трубной решеткой почти в два раза.
The ratio of contact pressures in the connection of the tube sheet and thin-walled tube in options 1 and 2 is equal to k = q 2 / q 1 = 1,879
Thus, the calculations show that the application of the cold expansion of thin-walled pipes using a thin-walled insert-pipe increases the contact pressure, and, therefore, the strength of their connection with the tube sheet is almost doubled.

Численные расчеты были дополнены стендовыми испытаниями прочности соединения трубной решетки и описанных выше тонкостенных трубок из нержавеющей стали 12Х18Н10Т без вставки-патрубка и с ней. Numerical calculations were supplemented by bench tests of the strength of the connection of the tube sheet and the thin-walled tubes made of stainless steel 12X18H10T described above without and without a pipe insert.

Наружные и внутренние диаметры трубок, вставок-патрубков и трубной решетки при испытаниях на прочность соединения были теми же, что и указанные в проведенных выше расчетах: наружный диаметр трубки d = 16 мм, внутренний диаметр трубки d1 = 15,2 мм, внутренний диаметр вставки-патрубка, d * 1 = 14,4мм, наружный диаметр трубной решетки d2 = 28 мм.The outer and inner diameters of the tubes, insert inserts, and tube sheet during the tests for the strength of the joints were the same as those indicated in the above calculations: the outer diameter of the tube d = 16 mm, the inner diameter of the tube d 1 = 15.2 mm, and the inner diameter pipe inserts, d * 1 = 14.4 mm, the outer diameter of the tube sheet d 2 = 28 mm.

Трубки длиной L = 250 мм каждая одним концом развальцовывались (со вставкой-патрубком и без нее) в отверстии, находящемся в центре трубной решетки, изготовленной из стали 45 и имевшей наружный диаметр (d2 = 28 мм при толщине 20 мм.Tubes with a length of L = 250 mm each were flared at one end (with and without insertion pipe) in the hole located in the center of a tube sheet made of steel 45 and having an outer diameter (d 2 = 28 mm with a thickness of 20 mm).

С помощью динамометрического устройства устанавливались определенные величины крутящего момента в конце процесса развальцовки. В противоположный конец тонкостенной трубки вводился с минимальным зазором сплошной цилиндр из мягкой стали (фиг. 5, 6). Using a torque device, certain torque values were set at the end of the flaring process. At the opposite end of the thin-walled tube, a solid mild steel cylinder was inserted with a minimum clearance (Fig. 5, 6).

Трубная решетка с развальцованной тонкостенной трубкой без вставки-патрубка или с ней и противоположный конец тонкостенной трубки с установленным в нем цилиндром из мягкой стали закреплялись в захваты разрывной машины марки Р-5. The tube sheet with a flared thin-walled tube without an insertion pipe or with it and the opposite end of the thin-walled tube with a mild steel cylinder installed in it were fixed to the grips of a P-5 tensile testing machine.

Для представительности результатов испытаний была исследована прочность соединения шести указанных выше "сборок" при развальцовке в отверстии трубной решетки тонкостенных трубок без вставок-патрубков и столько же "сборок" при последовательной развальцовке в трубной решетке сначала тонкостенной трубки, а затем и вставки-патрубка в ней. For the representativeness of the test results, we studied the joint strength of the six above-mentioned “assemblies” when flaring thin-walled tubes in the hole of a tube sheet without pipe inserts and the same number of “assemblies” when sequentially flaring in a tube sheet of a thin-walled tube and then a pipe insert in it .

При проведении испытаний во всех шести "сборках" без вставки- патрубка тонкостенная трубка выдергивалась без разрушения из отверстия трубной решетки, а из всех шести "сборок" со вставкой-патрубком тонкостенная трубка не выдергивалась из отверстия трубной решетки и при определенном усилии деформировалась и затем разрушалась. When testing in all six “assemblies” without an insert, the thin-walled tube was pulled out without destruction from the hole of the tube sheet, and out of all six “assemblies” with the insert-nozzle, the thin-walled tube was not pulled out of the hole of the tube sheet and, with a certain force, was deformed and then collapsed .

Таким образом, изобретение обеспечивает высокую прочность соединения тонкостенной трубы с трубной решеткой, и, следовательно, надежность созданных с его использованием аппаратов, обладающих герметичностью при термических напряжениях, возникающих из-за разностей температуры сред, движущихся внутри трубок и в межтрубном пространстве. Оно используется авторами в производстве высокоэффективных теплообменников для систем горячего водоснабжения и отопления. Thus, the invention provides high strength of the connection of a thin-walled pipe with a tube sheet, and, therefore, the reliability of devices created with its use, which are leakproof under thermal stresses arising from temperature differences between media moving inside the tubes and in the annulus. It is used by the authors in the manufacture of highly efficient heat exchangers for hot water and heating systems.

Claims (1)

Способ крепления концов тонкостенных труб в отверстиях трубных решеток, заключающийся в том, что в отверстиях трубных решеток размещают концы труб, вводят в них вставки-патрубки и производят их совместную развальцовку, отличающийся тем, что перед установкой вставок-патрубков осуществляют предварительную развальцовку концов труб в отверстиях решеток, причем предварительную и совместную развальцовку производят в холодном состоянии. The method of fastening the ends of thin-walled pipes in the holes of the tube sheets, which consists in the fact that the ends of the pipes are placed in the holes of the tube sheets, insert the nozzles into them and jointly expand them, characterized in that prior to installing the insert nozzles, the pipe ends are pre-expanded into the holes of the gratings, and preliminary and joint expansion is carried out in the cold state.
RU94039930A 1994-10-25 1994-10-25 Method for securing ends of thin-wall tubes in openings of tube plates RU2117544C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94039930A RU2117544C1 (en) 1994-10-25 1994-10-25 Method for securing ends of thin-wall tubes in openings of tube plates

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94039930A RU2117544C1 (en) 1994-10-25 1994-10-25 Method for securing ends of thin-wall tubes in openings of tube plates

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94039930A RU94039930A (en) 1997-09-20
RU2117544C1 true RU2117544C1 (en) 1998-08-20

Family

ID=20162061

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU94039930A RU2117544C1 (en) 1994-10-25 1994-10-25 Method for securing ends of thin-wall tubes in openings of tube plates

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2117544C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4214358A (en) Method of assembly of two metallic parts
EP0015712A1 (en) Method of producing multiple-wall composite pipes
BR0114006B1 (en) internal stamped connection hardware and combination thereof.
KR100437585B1 (en) Method for assembling a heat exchanger
WO1996004503A1 (en) Plug assembly
US4970770A (en) Method of making a coated heat exchanger with tubes and fins
US4694549A (en) Method for remotely replacing tube ends in a heat exchanger
EP0561514B1 (en) Method of making a pipe connection
US5392626A (en) Flexible hydraulic expansion mandrel
US4134287A (en) Method for mechanical removal of tensile stresses in a tube which has been expanded in a support
RU2117544C1 (en) Method for securing ends of thin-wall tubes in openings of tube plates
US20070251684A1 (en) Watertube and Method of Making and Assembling Same within a Boiler or Heat Exchanger
RU6353U1 (en) METHOD FOR FASTENING THE END OF THIN-WALLED PIPES IN HOLE OPENINGS OF TUBE GRILLES
CA2493188A1 (en) Pipe coupling and method
JPS5813249B2 (en) Manufacturing method of cross-fin type heat exchanger
JPS6344707Y2 (en)
SU625817A1 (en) Method of connecting tubes to tube walls of heat-exchangers
JPS63259395A (en) Finned-tube type heat exchanger
JP4336911B2 (en) Joint structure of metal flexible pipe and connecting pipe and joint coupling method thereof
RU2205719C2 (en) Method for securing tubes to tube plates
JPH02203095A (en) Pipe joint and pipe repair member
RU2170635C2 (en) Method for securing tubes to tube plates
SU1038798A1 (en) Method of attachinng pipe in hole of heat exchanger tube plate (versions)
JPS621597Y2 (en)
JPH10299958A (en) Connecting structure of stainless steel drain pipe for indoor piping to coupling