СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ КОНЦОВ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ В ОТВЕРСТИЯХ ТРУБНЫХ РЕШЕТОК

Полезная модель 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.
Известен способ крепления концов труб, вставленных в отверстия трубных решеток, при помощи холодной развальцовки, который применяется при толщине стенки трубы 1 мм и более 1,2.
Недостатком способа холодной вальцовки является его непригодность для крепления в трубных решетках концов тонкостенных труб с толщиной стенки от 0,2 до 0,4 мм. При их холодной развальцовке не обеспечивается прочность и герметичность соединения конца такой трубы с трубной решеткой.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому является способ холодной развальцовки для крепления концов труб в отверстиях трубных решеток.
Он получил широкое применение в технике аппаратостроения и осуществляется с помощью инструмента вальцовки. Последняя вставляется в открытый выступающий конец трубы и, приведенная во вращение, развальцовывает стенку трубы и несколько увеличивает при этом внутренний
диаметр. Остаточное напряжение в стенке трубы обеспечивает ее сцепление с трубной решеткой. Таким способом, в частности, крепятся латунные трубки с наружным диаметром 16 мм и толщиной стенки 1 мм в трубных решетках серийно выпускаемых по техническим условиям ТУ 4QO-28-429-82E водоводяных и пароводяных теплообменников, применяемых в системах отопления и горячего водоснабжения, кипятильные стальные трубы с наружным диаметром 51 мм и толщиной стенки 2,5 мм в барабанах паровых и водогрейных котлов и т.д.
Недостатком способа холодной вальцовки является непригодность его прямого применения к закреплению концов тонкостенных труб в отверстиях трубных решеток из-за их малой радиальной жесткости.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель - повышение надежности соединения концов тонкостенных труб с трубной решеткой за счет добавления новой операции - развальцовки вставки-патрубка.
Поставленная задача решается тем, что в способе, включающем применение холодной вальцовки, после его использования в отверстие уже развальцованного конца тонкостенной трубы вводится тонкостенная вставка-патрубок, который дополнительно развальцовывается вместе с тонкостенной трубой, увеличивая сцепление последней с трубной решеткой.
Существо полезной модели поясняется чертежом.
На фиг.1 изображен разрез трубной решетки с тонкостенной трубой и тонкостенной вставкой-патрубком.
Устройство, реализующее способ, содержит корпус теплообменника I, с ним соединяется трубная решетка 2, в отверстиях которой сначала развальцованы концы тонкостенных труб 3, а затем и тонкостенные вставки-патрубки 4.
Пример конкретной реализации способа. Х(
Эффективность предложенного способа крепления концов I 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.
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.
Радиальные податливости были рассчитаны в соответствии с рекомендациями 3 для интересовавшего авторов в связи с изготовлением теплообменников соединения трубки из нержавеющей стали I2XI8HIOT, имеющей наружный диаметр  мм и внутренний диаметр 15,2 мм (толщина стенки трубки равна 0,4 мм) с трубной решеткой из стали 45.
Рассчитываемое соединение показано на фиг.2.
Соединение содержит трубную решетку I, в отверстии которой сначала развальцована тонкостенная трубка 2 (фиг. 2а), а затем и вставка-патрубок 3 (фиг. 26).
Вариант I. Соединение осуществлено без вставки-патрубка (фиг. 2а).
I.I. Коэффициент радиальной податливости трубки рассчитывается по формуле
(1 + (d1/d) + (d1/d),(1)
где  мм-посадочный диаметр; d.15,2 мм-внутренний диаметр трубки; Е. 18800 кГ/мм2-модуль упругости для стали I2XI8HIOT; о З-коэффициент Пуассона для стали I2XI8HIOT.
Расчет по формуле (I) дает  Л 0 3мм/кГ
1.2.Коэффициент радиальной податливости трубной решетки рассчитывается по формуле  + (d/cl, )(d/d2)23+v2}/2E2, (2) где
мм-посадочный диаметр;
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;
Е2 20000кГ/мм2-модуль упругости стали 45; ,3-коэффициент Пуассона для стали 45. Расчет по формуле (2) дает А.,078.10 4мм/кГ
1.3.Контактное давление в соединении трубки с трубной решеткой
определяется по формуле
,)(3)
,1мм-величина натяга в соединении,
так что имеем
,1/2(8,176.1 ,078.)5,5043 кГ/мм2
Вариант 2. Соединение со вставкой-патрубком
Полагаем, что вставка-патрубок изготовлена из той же стали I2XI8HIOT и имеет ту же толщину стенки 0,4мм , что и тонкостенная трубка, в которую она вставляется.
посадочного места (), а внутренний диаметр трубки с патрубком становится равным
Wrp.BCTaBK 16-4-0 1441™
2.1.Коэффициент радиальной податливости трубки со вставкой-патрубком определяется по формуле (I) следующим образом
A,I6U1 + (14,4/16)(14,4/1 б)2 3-0,3)72.18800 3,926. КГ
2.2.Коэффициент радиальной податливости трубной решетки сохраняет свою величину
,078.10 4мм/кГ
2.3.Контактное давление в соединении трубки со вставкой с трубной решеткой при натяге ,1мм равно ,1/2.(3,926..078.)IO,3438KT/MM2
Отношение контактных давлений в соединении трубной решетки и тонкостенной трубки в вариантах I и 2 равно ., 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.
Численные расчеты были дополнены стендовыми испытаниями прочности соединения трубной решетки и описанных выше тонкостенных трубок из нержавеющей стали I2XI8HIOT без вставки-патрубка и с ней.
стали закреплялись в захваты разрывной машины марки Р-5 исследовательской лаборатории кафедры Сопротивление материалов Уфимского государственного авиационного технического университета.
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.
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.
Таким образом, предполагаемое 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.
Заявители  с д к н.М. Цирельман
Е.Н.Цирельман