УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСШИРЕНИЯ ТРУБ
TUBE EXPANDER

Изобретение относится к устройству для расширения труб, в особенности, труб для теплообменников, содержащему раму, оборудованную приводным блоком для проталкивания или протягивания расширительного сердечника через трубу, и расширительный сердечник, причем указанное устройство (1) содержит по меньшей мере один приводной блок (7), содержащий по меньшей мере один барабан (11) с электроприводом, а также направляющую (8) для ленты или троса, которая проходит горизонтально из выхода барабана вперед к трубе, при этом барабан расположен между боковыми пластинами (9) приводного блока, снабжен лентой или тросом и выполнен с возможностью проталкивания или протягивания ленты или троса с расширительным сердечником через трубу.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В патенте Японии JP 2000301271 (А) описана система для расширения труб для теплообменников. Это устройство расширяет трубы в теплообменнике путем продавливания через трубу расширительного сердечника.
В патенте Японии JP 59010427 (А) также описана системы для расширения труб в теплообменниках. Там также показано, что трубы имеют U-образную форму и расширительный сердечник проталкивают в трубы на открытом конце.
Одним из недостатков проталкивания расширительного сердечника через трубу является то, что труба, при увеличении ее диаметра, дает усадку по длине, что означает, что положение концов U-образной трубы на краю теплообменника будет различным. Это вызвано тем обстоятельством, что размеры труб, включая толщину, не совсем одинаковы.
Другой недостаток состоит в необходимости приложения относительно больших сил для расширения труб при проталкивании расширительного сердечника при помощи нажимного рычага, особенно если, по условиям производства, требуется одновременно расширить большое количество труб.
В патентном документе Японии JP 2001105060 А описано устройство для расширения труб. Устройство имеет расширительный сердечник, который протягивается через трубу. Устройство снабжено приводным блоком, имеющим барабан с тросом, который прикреплен к расширительному сердечнику. Так как расширительный барабан не имеет возможности расширения, трос должен пропускаться через трубу до прикрепления к сердечнику  прежде, чем жесткий сердечник может быть протянут через трубу. Устройство не приспособлено для одновременного расширения большого количества труб.
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель изобретения состоит в создании устройства такого типа, который упомянут в начальном абзаце, которое не имеет упомянутых выше недостатков.
Дополнительная цель изобретения состоит в создании решений, которые позволят создать компактное и высокопроизводительное устройство.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Упомянутая выше цель достигнута в устройстве, которое описано в ограничительной части п.1 формулы изобретения и которое содержит по меньшей мере один приводной блок, который содержит боковые пластины, между которыми расположен по меньшей мере один барабан с электроприводом, снабженный лентой или тросом и выполненный с возможностью проталкивания или протягивания ленты или троса с выполненным с возможностью расширения расширительным сердечником через трубу, и направляющую для ленты или троса, которая проходит горизонтально из выхода барабана вперед к трубе.
С таким приводным блоком можно расширять трубу, сначала разместив в трубе нерасширенный сердечник до положения начала расширения и затем расширяя сердечник и, следовательно, трубу путем его протягивания.
Сердечник вводят в трубу с лентой или тросом, которые отматывают от барабана с электроприводом. При введении диаметр сердечника уменьшен настолько, что он меньше внутреннего диаметра трубы. Входное отверстие трубы взаимодействует с направляющей ленты или троса, которая образует упор для трубы в то время, когда сердечник вытягивают назад. Сердечник вытягивают назад путем изменения направления вращения барабана в приводном блоке на противоположное. Вытягивание принуждает сердечник раскрыться так, что сердечник расширяет трубу. Было обнаружено, что при расширении протягиванием требуется меньшая работа, чем при расширении нажимом.
При расширении трубы способом протягивания гарантируется, что усадка длины трубы, вызванная расширением трубы, имеет место на открытом конце трубы. Затем не составляет труда обрезать концы труб до одинаковой длины или приложить к концам труб противодавление, чтобы они имели одинаковую усадку.
Приводной блок может содержать дополнительные барабаны и направляющие барабанов, делая таким образом возможным расширение нескольких труб за одну операцию.
Как указано в отличительной части пункта 1 формулы изобретения, расширительный сердечник выполнен с возможностью расширения, а барабан с электроприводом содержит две боковые пластины, втулку и круговую направляющую, причем указанная втулка содержит ведущее зубчатое колесо и по меньшей мере два ведомых зубчатых колеса, размещенные внутри зубчатого обода во втулке и находящиеся с ним в зацеплении, при этом указанная круговая направляющая барабана образована подшипниками, расположенными по кругу между боковыми сторонами барабана и вдоль самого наружного обода указанных боковых сторон.
Таким образом, можно разматывать ленту или трос с барабана для введения расширительного сердечника в трубу и затем протягивать сердечник назад, наматывая ленту или трос обратно на барабан. При этом круговая направляющая барабана является приспособлением, которое позволяет отмотать ленту или трос и разместить в трубе, когда подшипники направляющей удерживают ленту или трос при их перемещении.
Когда, как заявлено в п.2 формулы изобретения, приводной блок содержит барабаны, расположенные бок о бок между боковыми пластинами приводного блока, и каждый барабан соединен с отдельным электроприводом и своей лентой или тросом, обеспечивается увеличение производительности устройства, так как за одну операцию может быть расширено большее количество труб.
Когда, как заявлено в п.3 формулы изобретения, каждый двигатель приводит в действие вал, который проходит между боковыми пластинами приводного блока и установлен там и который жестко соединен с ведущим зубчатым колесом первого барабана и свободно соединен с ведомыми зубчатыми колесами других барабанов, обеспечивается возможность установки большего числа барабанов на одном приводном блоке.
Далее, как заявлено в п.4 формулы изобретения, целесообразно конструировать приводной блок с обеспечением возможности регулировки расстояния между барабанами. При этом обеспечивается возможность настройки устройства для расширения труб различных диаметров и, таким образом, теплообменников, имеющих различную геометрию и объем.
Когда, как заявлено в п.5 и 6, устройство содержит два или более приводных блока, расположенных либо бок о бок зеркально относительно друг друга в вертикальном положении, либо парами зеркально относительно друг друга, так что первая пара находится в вертикальном положении, а вторая пара находится в перевернутом положении, и дополнительные пары размещены соответственно с отступом от указанных пар, тогда достигается большое увеличение производительности устройства в относительно ограниченном пространстве.
Когда, как заявлено в п.7 формулы изобретения, конструкция расширительного сердечника содержит расширительный шар, состоящий по меньшей мере из трех шарообразных частей, окружающих центральный конус, который установлен на центральной детали, а конструкция шарообразных частей дополнительно окружена пружиной, которая удерживает шарообразные части на месте, тогда получен инструмент, который пригоден для расширения труб.
Этот инструмент выполнен с возможностью размещения в трубе в состоянии, когда его диаметр минимален. Это состояние достигается, когда сердечник вставлен в трубу, так как трение о стенки трубы толкает шарообразные части назад по направлению к узкой части конуса. Когда сердечник вытягивают наружу, толстая часть конуса перемещается дальше внутрь между шарообразными частями, так что сердечник расширяется и труба расширяется.
Когда, как заявлено в п.8 формулы изобретения, расширительный сердечник снабжен пружиной противодавления, цилиндрической деталью с втулкой подшипников, стопорной втулкой, регулировочными дисками и концевой гайкой, тогда получают функциональный и регулируемый инструмент.
Далее, как заявлено в п.9 формулы изобретения, целесообразно выполнять концевую гайку с закругленным краем и с соединительной поверхностью на противоположном конце, причем указанная поверхность выполнена в виде втулки подшипника, соответствующей форме шарообразных частей, и с углублением для размещения одного или более регулировочных дисков.
Закругленная форма края гайки гарантирует отсутствие препятствий при введении сердечника в трубу. Форма соединительной поверхности гайки определяет, насколько сердечник может расшириться. Степень расширения может быть отрегулирована путем размещения одного или нескольких регулировочных дисков в указанном углублении.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Примеры вариантов выполнения изобретения будут более полно объяснены ниже со ссылкой на чертежи, на которых:
фиг.1 изображает вид сверху базовой конструкции предложенного устройства,
фиг.1а изображает вид сверху устройства, содержащего неинвертированный и зеркально отображенный приводной блок,
фиг.1b изображает вид сбоку размещения приводного блока на раме устройства,
фиг.2 изображает вид сбоку устройства, оборудованного приводным блоком в вертикальном и зеркально отображенном положениях,
фиг.2а изображает вид сбоку устройства, оборудованного приводным блоком, расположенным позади другого приводного блока,
фиг.3 изображает базовую конструкцию приводного блока,
фиг.4 изображает конструкцию барабана,
фиг.5.1 изображает размещение валов в комплекте из шести барабанов,
фиг.5.2 изображает в разрезе вид размещения ведущих зубчатых колес и ведомых зубчатых колес в барабанах,
фиг.6.1 изображает расширительный сердечник в разрезе, когда его вставляют в трубу, и
фиг.6.2 изображает расширительный сердечник в разрезе, когда его вытягивают наружу.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Соответствующее изобретению устройство для расширения труб, в особенности, для расширения труб для теплообменников, изображено на фиг.1-6.
Фиг.1 изображает вид сверху устройства 1 для расширения труб. Рама устройства содержит две стойки 2, между которыми расположены вертикально ориентированная перемычка 3 и горизонтально ориентированная перемычка 4. Перемычки выполнены с возможностью регулировки по высоте. На перемычке 3 установлена каретка 5, которая выполнена с возможностью перемещения между двумя стойками. Каретка 5 имеет расположенную на ней дополнительную каретку 6, которая выполнена с возможностью перемещения внутри по направлению к перемычке 3 и от нее. На каретке 6 установлен приводной блок 7, содержащий направляющие 8 для лент или тросов. Приводной блок изображен с боковыми пластинами 9, барабанами 11 и двигателями 10 барабанов. Регулировка положений кареток 5, 6 и перемычек 3, 4 может быть выполнена вручную или с помощью электропривода.
Фиг.1а изображает вид сверху устройства, на котором показаны неинвертированный и зеркально отображенный варианты блока 7, и в каждом из вариантов блок 7 содержит четыре барабана. Это дает возможность увеличить производительность, когда производительность отдельного приводного блока использована полностью.
Фиг.1b изображает вид устройства сбоку. Блок 7 установлен на каретке 6, которая, в свою очередь, установлена на каретке 5. Кроме этого, указанный чертеж показывает, что приводной блок выполнен с возможностью горизонтального перемещения с кареткой 6, которая может совершать возвратно-поступательное движение на каретке 5. Приводной блок также выполнен с возможностью вертикального перемещения, так как перемычка 3 с каретками 5 и 6 выполнена с возможностью регулировки по высоте.
Фиг.1а, 2 и 2а изображают устройство, оборудованное дополнительными блоками 7, расположенными в различных комбинациях. Частично приводные блоки размещены бок о бок, частично один позади другого вертикально на каретке 6, частично в перевернутом положении ниже каретки 6. Все комбинации могут использоваться на одном и том же устройстве одновременно. Поэтому на уровнях числом до четырех можно протягивать одновременно большее количество рядов труб, что является преимуществом при расширении, например, труб в теплообменниках.
Фиг.3 изображает конструкцию блока 7. Приводной блок содержит комплект боковых пластин 9, между которыми расположен один или более барабанов 11. Одна боковая пластина выполнена с возможностью установки одного или более двигателей 10 с валами 12. Другая боковая пластина снабжена втулками подшипников для поддержки валов. Барабаны 11 установлены на валах; указанные барабаны изображены с направляющими 8 для лент или тросов. Направляющие 8 имеют отверстия 8а в форме воронок. Благодаря воронке можно легко захватить концы труб, например труб теплообменника. Воронка также служит упором при протягивании расширительного сердечника.
Двигатели могут иметь электрический или гидравлический привод и являются реверсивными.
Фиг.4 изображает конструкцию барабана 11. Барабан состоит из двух боковых пластин 13, между которыми расположена втулка 14 и круговая направляющая 15. Внутренняя сторона втулки выполнена в виде зубчатого обода 18, с которым взаимодействуют ведущее зубчатое колесо 16 и два ведомых зубчатых колеса 17. На наружной стороне втулки выполнена канавка 19, в которую может быть намотана лента или трос.
Круговая направляющая 15 содержит подшипники 20, расположенные по окружности между боковыми пластинами с отверстием для направляющей 8 ленты или троса. Низкий коэффициент трения круговой направляющей позволяет разматывать ленту или трос с барабана, даже если они гибкие.
Фиг.5.1 и 5.2 показывают расположение ведущих валов в приводном блоке с комплектом из шести барабанов. Фиг.5.1 изображает комплект барабанов, видимый с одного конца. На чертеже показана линия разреза А-А, а разрез по этой линии изображен на фиг.5.2.
Фиг.5.1 изображает втулку 14 с зубчатым ободом 18 с внутренним зацеплением, где расположены валы 1-6.
Разрез на фиг.5.2 изображает шесть барабанов 1-6, которые расположены на валах 1-6.
Каждый барабан связан с ведущим зубчатым колесом D и двумя ведомыми зубчатыми колесами М, которые совместно обеспечивают опору для барабана. Ведущие зубчатые колеса D жестко соединены с соответствующими валами с помощью шпунтового соединения.
При рассмотрении фиг.5.2 видно, что барабан 1 имеет ведущее зубчатое колесо D на валу 1 и ведомое зубчатое колесо М на валу 5 и на валу 3. На фиг.5.1 показано, что валы 1, 5 и 3 расположены таким образом, что они составляют вершины равнобедренного треугольника и совместно поддерживают барабан 1.
На фиг.5.2 показано, что барабан 2 имеет ведущее зубчатое колесо D на валу 2 и ведомое зубчатое колесо М на валах 6 и 4. Фиг.5.2 изображает, что валы 2, 6 и 4 расположены так, что они составляют вершины равнобедренного треугольника и совместно поддерживают барабан 2.
При рассмотрении фиг.5.2 будет видно, что все барабаны поддерживаются тремя валами и что количество валов соответствует количеству барабанов.
Таким образом, каждый вал служит и ведущим валом для одного барабана, и холостым валом для остальных барабанов. Такая конструкция обеспечивает большую экономию материала и одновременно дает возможность сконструировать приводной блок с большим числом барабанов в относительно малом объеме.
Фиг.6.1 и 6.2 изображают конструкцию расширительного сердечника 21. Фиг.6.1 изображает вставленный в трубу сердечник, а фиг.6.2 изображает сердечник, вытягиваемый из трубы наружу.
Сердечник 21 состоит из твердой центральной детали 25, которая выполнена с резьбой на обоих концах. Центральная деталь содержит установленный на ней расширительный шар 22, который размещают в сердечнике между концевой гайкой 30 с чашеобразной поверхностью 31 соединения и цилиндрической деталью 28 с втулками 34 подшипников. Цилиндрическая деталь 28 взаимодействует с расширительным шаром путем подачи давления пружины, обуславливаемого пружиной 27 противодавления. Пружина 27 на одном конце заблокирована стопорной втулкой 29.
Шар 22 содержит по меньшей мере три шарообразные части 23. В предпочтительном варианте выполнения расширительный шар содержит пять шарообразных частей, но количество может также быть и больше, например до девяти шарообразных частей.
Шарообразные части 23 окружают конус 24 из закаленной стали и удерживаются на месте винтовой пружиной 26.
Расширительный шар имеет наименьший диаметр во время введения сердечника, как изображено на фиг.6.1, когда из-за трения о стенки трубы шарообразные части перемещаются назад, по направлению к наименьшему диаметру конуса. Расширительный шар расширяется при вытягивании сердечника наружу, как изображено на фиг.6.2, так как при вытягивании конус перемещается внутрь между шарообразными частями. Таким образом шар и труба расширяются.
Степень расширения определяется количеством регулировочных дисков 33, размещенных в углублении 32.