Устройство для испытаний образцов соединений "труба - трубная решетка" кожухотрубного теплообменника

Полезная модель относится к области сварки, в частности к испытанию соединений «труба - трубная решетка» трубных пучков теплообменных аппаратов из жаропрочных сталей, и может быть использована при сравнительном анализе различных способов изготовления узла «труба -трубная решетка» кожухотрубчатых теплообменников в энергетической, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой и других отраслях промышленности.
Известно устройство для испытаний на прочность образцов соединений «труба - трубная решетка» путем вырыва трубы из трубной решетки [Яхин А.В. Развитие технологий и технических средств сварки для применения в нефтегазовом машиностроении [Текст]: дис. … канд. тех. наук: 07.00.10: защищена 25.11.2020: утв 18.09.2020 / Яхин Азат Варисович. - Уфа. 2020 - 150 с. Библиогр.: с. 89-90.].
Недостатком указанного технического решения являются невозможность испытаний соединения на прочность и трещиностойкость в условиях нагрева образца до температур, для работы при которых применяется жаропрочные стали. Также недостатком является противоположность направлений сил, действующих на соединение при данном виде испытаний с направлениями, действующими на соединение в реальном теплообменнике: в теплообменнике сила действует вдоль оси трубы и направлена в сторону соединения; при описанном испытании свободный конец обрезанной трубы и решетка зафиксированы в неподвижном и подвижном захватах машины для испытаний на растяжение.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является устройство [Хаддад, Д.А. Совершенствование технологии ремонта змеевиков трубчатых печей из стали 15×5 м с применением вибрационной обработки [Текст]: дис. … канд. техн. наук: 05.02.13 / Д.А. Хаддад; УГНТУ. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2012. - 151 с. - Библиогр.: с. 138-151.], представляющее собой пробу «Тэккен», в которой дополнительное подгружение при подогреве осуществляется за счет жесткой основы в виде пластины из аустенитной стали 12Х18Н10Т.
Недостатком указанного технического решения является то, что данное устройство не позволяет нагрузить образец сварного соединения воздействием осевой силы, возникающей вследствие теплового расширения одновременно с нагревом металла сварного шва до рабочей температуры соединения.
Задачей полезной модели является создание нового устройства для испытаний образцов сварных соединений «труба - трубная решетка» теплообменных аппаратов с достижением следующего технического результата: испытание образца сварного соединения на трещиностойкость воздействием осевой силы, возникающей вследствие теплового расширения одновременно с нагревом металла сварного шва до рабочей температуры соединения.
Указанная задача решается тем, что устройство для испытаний образцов сварных соединений «труба - трубная решетка» кожухотрубного теплообменника, содержащее опорную пластину и боковые стойки, согласно полезной модели, оснащено стержнем из стали аустенитного класса, компенсирующим температурное удлинение, и креплением для установки сменных образов соединения, выполненных различными способами сварки.
На фиг. 1 представлено устройство для испытаний образцов сварных соединений «труба - трубная решетка» кожухотрубного теплообменника, вид спереди, на фиг. 2 - вид слева, на фиг. 3 - вид сверху.
Устройство содержит опорную пластину 1 с прикрепленными к ней боковыми стойками 2. К опорной пластине прикреплен стержень 3 из стали аустенитного класса, компенсирующий температурное удлинение. К боковым стойкам призонными болтами 4 крепится сменный образец соединения «труба - трубная решетка», состоящий из решетки 5 и трубы 6, соединенной с решеткой.
Устройство работает следующим образом.
Сборка устройства обеспечивает плотное прилегание торцов свободного конца трубы 6 и стержня 3. Устройство в сборе помещается в печь и нагревается до рабочей температуры соединения «труба - трубная решетка». Испытания проводятся с воспроизведением различных температурных циклов до появления трещин в сварном шве.
При нагреве в печи происходят температурные удлинения боковых стоек 2 и стержня 3 согласно основному закону теплового расширения. Для компенсации данного температурного удлинения используется стержень 3 из стали аустенитного класса.
В процессе испытания один конец трубы 6 свободно касается жесткого неподвижного упора в виде стержня 3, другой закреплен в неподвижной решетке 5. Благодаря этому напряжение сжатия, возникающее в трубе при нагреве, аналогично по величине напряжению, возникающему в процессе работы теплообменника.