Методические рекомендации по развальцовке труб в трубных решетках теплообменных аппаратов

25.05.2010

Методические рекомендации по развальцовке труб в трубных решетках теплообменных аппаратов

1. Степень развальцовки труб.

Обеспечение заданной степени развальцовки - важнейшее условие качества и надежности вальцовочного соединения. Обзор различных методов крепления труб в трубных решетках показывает, что все они (исключая обварку труб) связанны с пластической деформацией трубы и упруго-пластической деформацией трубной решетки. Поэтому прочность и плотность соединения в значительной степени определяется уровнем остаточных напряжений.

Процесс формирования вальцовочного соединения включает три стадии: привальцовка трубы до выбора диаметрального зазора между сопрягаемыми поверхностями деталей, совместное деформирование трубы и трубной решетки и совместное деформирование трубы и решетки на заключительном этапе формирования соединения при выводе инструмента.

Первый этап - выбор диаметрального зазора вследствие радиальной раздачи конца трубы до соприкосновения ее наружной поверхности со стенкой отверстия решетки; соприкосновение происходит не по всему периметру отверстия и определяется количеством вальцующих роликов. Эта стадия характеризуется упругопластической и пластической деформацией конца трубы в зоне развальцовки.

На второй стадии процесса дальнейшее совместное деформирование сопрягаемых элементов приводит к возникновению напряжений, превышающий предел текучести материала решетки, что в свою очередь приводит к появлению упругопластической деформации отверстия решетки, причем характер деформирования не одинаков по периметру соединения из-за сосредоточенного приложения сил, обусловлен него количеством роликов развальцовочного инструмента.

В начальный момент третьей завершающей стадии формирования вальцовочного соединения происходит совместное реформирование сопрягаемых элементов при реверсировании инструмента. При этогл наблюдается выравнивание уровня напряжений по периметру соединения и снятие внутреннего давление при выводе инструмента. После удаления инструмента упругая составляющая деформации растяжения отверстия решетки исчезает, что приводит к уменьшению размера отверстия. Последнему препятствует труба, наружная поверхность которой воспринимает усилия сжатия решетки. В результате развальцовки труб в трубной решетке возникают остаточные напряжения, величина и характер распределения которых, определяют герметичность и прочность вальцовочного соединения.

Величина остаточных напряжений зависит от степени развальцовки начального диаметрального зазора, а так же геометрических и физико-механических свойств материала трубы и трубной решетки. Характер распределения остаточных напряжений в значительной степени определяются конструктивными особенностями и параметрами развальцовочного инструмента.

Таким образом надежность вальцовочных соединений зависит от различных факторов, объединенных в две основные группы:

  • обусловленные конструктивными и физико-механическими особенностями трубы и трубной решетки;
  • зависящие от технологических особенностей процесса развальцовки, определяющая роль, в которых принадлежит применяемому инструменту и оборудованию, а также степени развальцовки.

Прочность вальцовочных соединений резко возрастает с увеличением высоты микронеровностей в отличии от прессовых посадок, для которых характерна обратная зависимость. Это объясняется различным характером взаимодействия неровностей. При развальцовке более мягкий металл трубы заполняет неровности в решетке, обеспечивая герметичность соединения наряду с повышенной по сравнению с прессовой посадкой прочностью. При прессовых посадках неровности обеих сопрягаемых деталей сминаются; поэтому при определении прочности вальцовочного соединения необходимо учитывать как удельную прочность от остаточного давления, так и удельную прочность на срез микронеровностей.

Специализированные компании дают различные рекомендации по назначению величины степени развальцовки. Лаборатория "НИТЛ ГМТУ" (Россия) рекомендуют зависимость для подсчета степени развальцовки с учетом назначения (котлы, теплообменники) аппарата.

Компании "Airetool", "Wilson" и "Т&C" рекомендуют назначать степень развальцовки в процентах утонения стенки трубы. При этом перевальцовкой следует считать 7-15% утонения, при удлинении трубы 0.6-4.0 мм; нормальной считается утонение стенки 4,5-5,5 % при удлинении 0,2-0,4 мм, и недовальцовкой - утонение 3-3,5% при удлинении трубы 0,1-0,2 мм.я.

Голландская компания "ТЕСО" рекомендует утонение стенки 5-6% для труб из цветных металлов в конденсаторах и 4-6% на стальных трубах; трубы из мягких медных и алюминиевых сплавов требуют большего утонения - 7-10%.

2. Способы обеспечения заданной величины степени развальцовки.

Существуют несколько способов развальцовки труб с обеспечением заданной степени развальцовки.

Наиболее универсальным является развальцовка труб с ограничением крутящего момента. Широкому распространение этого метода способствовало то обстоятельство, что величина остаточного давления в соединении пропорциональна крутящему моменту, прикладываемому к ведущему звену развальцовочного инструмента, а его использование практически не зависит от точности применяемых теплообменных труб. Сегодня подавляющее большинство вальцовочных соединений получают, используя ограничение крутящего момента как средство контроля заданной степени развальцовки.

В случае применения развальцовочных машин с электроприводом, ограничение крутящего момента осуществляется посредством контроля потребления тока или мощности привода. Такой способ контроля использован при разработке машин "ТЕСО", "Wilson", "Airetool".

Для развальцовочных машин с пневмо-, или гидроприводом используют механические устройства, которые при достижении заданной величины крутящего момента размыкают кинематическую цепь и отключают подачу воздуха к пневмоприводу. На этом принципе построены многие пневмоприводные машины таких специализированных фирм как "Airetool", Elliot Wilson (США), НИТЛ ГМТУ(Россия), Sugino (Япония), Maus (Италия) и др.

Наряду с этим существует размерный метод контроля степени развальцовки , который предусматривает развальцовку всех труб до наперед заданного внутреннего диаметра, и контролируется измерением этого диаметра проходной и непроходной пробками. Использование этого метода возможно при условии применения очень точных (прецизионных) труб и очень точного сверления отверстий в трубных решетках.

Например, для развальцовки труб 25x2,5 (наружный диаметр 25±0,05), в отверстиях трубной решетки 25,10Н10(+0,084), при развальцовке труб до внутреннего диаметра в диапазоне 20,30 - 20.62 мм все соединения будут развальцованы со степенью развальцовки 0,25-0,55 мм. Неоспоримым преимуществом данного метода является простота его реализации - требуется лишь реверсивная машина и развальцовочный инструмент, настроенный на заданный размер внутреннего диаметра (достигается ограничением хода веретена).

Однако применение прецизионных труб и выполнение отверстий с указанной точностью очень дорого и трудноисполнимо в массовом производстве, которым является изготовление теплообменников. Сегодня этот метод частично используется в судостроении при изготовлении конденсаторов и атомном машиностроении при изготовлении парогенераторов.


← Назад к списку новостей