Диссертация (Расчетно-экспериментальные методы исследования технологических напряжений и деформаций в неразъемных трубных соединениях энергоустановок), страница 8

Это связано с тем, что любая постановка подобной задачипредполагает в качестве входных данных свойства материала и законвзаимодействия инструмента и обрабатываемого материала. Такие входныеданные должны быть определены либо экспериментально, либо другимдостаточно надежно описывающим процессы способом. Погрешности будутвлиять на точность результатов вычислений и в конечном итоге приведут кошибочным результатам вычислений. Кроме того, при использованиикомпьютерных программ требуется контроль за ошибками разной природы,возникающими в процессе счета. Поэтому для получения правильного ответанеобходимо приближенное и точное, например, на основе МКЭ, решениезадачи, что является обычной практикой использования электронных средствисследования.В диссертации изложен практически аналитический метод оценкинапряженного состояния в клетке сетки отверстий доски трубной,возникающего после закрепления концов труб.На основании разработанных положений и опытных данных авторомпредложенаметодикавыборарациональныхрежимовроликовоговальцевания с указанием конкретных для разных труб требуемых значенийрадиальных нормальных напряжений в зоне контакта трубы со стенкойотверстия [53], [55].Роликовое вальцевание может осуществляться с применением разныхприводов: электрического, пневматического,гидравлического, ручного.Первые три используют на производстве, когда необходимо выполнитьвальцевание в большом количестве узлов крепления.

Ручной способ можетприменяться в экспериментальных целях и при ремонте, когда возникает42необходимость в вальцевании одного или нескольких соединений.Накачество соединения влияют особенности применения приводов, впервыедостаточно подробно рассмотренные диссертантом в работах [55], [61].Проведенные исследования стали основой новых способов закреплениятеплообменных труб [58], [142], на базе которых разработаны и внедрены впроизводствотехнологиипарогенераторах,закрепленияподогревателях,теплообменныхконденсаторахидр.трубвизделиях,выпускаемых ПАО «ЗиО-Подольск», ОАО «Атоммаш»; нового внедренногооборудования [59], обеспечивающего правильную настройку вальцовочныхмашин на требуемый режим вальцевания. Диссертантом также в составегруппы авторов получены патенты на вальцовочные машины [148], [149],использованиекоторыхпозволитповыситьстабильностькачестваизготовления теплообменного оборудования.

Кроме того, отмеченныевальцовочные машины могут быть изготовлены в России, что обеспечитимпортозамещение.1.3. Некоторые конструкции узлов крепления теплообменных трубНа рис. 1.4 приведены некоторые конструкции узлов креплениятеплообменных труб. Отметим, что в ряде из них предусмотрена приваркаконцов труб к доске (решетке) трубной, в других – нет.Конструкция, изображенная на рис. 1,4,а, является базовой. Здесьотверстие в трубной доске выполнено гладким. Шероховатость не должнабыть меньше Ra 6,3.Такие узлы крепления обычно выполняют в случае предельно плотнойсетки отверстий. В ряде теплообменных устройств в поверхности отверстийпротачивают кольцевые канавки. Их может быть одна, две или несколько.Считается, что при вальцевании часть металла трубы «входит» вканавку и тем самым повышается прочность соединения.

Есть конструкции,где участок трубы, примыкающий к зеркалу доски трубной, т.е. поверхности43доски, противоположной поверхности, контактирующей с межтрубнымпространством, выполняется конусным. Некоторые авторы считают, чтотакая конструкция повышает прочность соединения.абРис. 1.4. Некоторые узлы крепления труб:а – стандартный, тип Р1, Н ≥ 19 мм; б – нестандартный для Н=80-500 мм.Конструкция на рис. 1.4,б обычно применяется в теплообменныхустройствах с «толстыми» трубными досками, коллекторами. Здесь кромероликового вальцевания применяют другие способы раздачи трубы, обычноменее производительные, если учитывать подготовительно- заключительныеработы.В ГОСТе [111] даются и другие конструкции узлов крепления труб.Имеются конструкции, примененные в теплообменниках проекта Сахалин-2,в которых радиальный зазор между трубой и доской удаляется лишь в зонах,примыкающих к обеим поверхностям доски трубной, а между ними имеетсятрубчатый канал с толщиной стенки, равной разности радиусов отверстия вдоске и наружной поверхности трубы.Для конструкций, указанных на рис.

1.4 автором в 1996 – 2011 гг. наосновании проведенных изысканий были разработаны технологическиеинструкции с указанием режимов закрепления. Отказов в работе узловкрепления не имелось.Применяются также в промышленности конструкции, где концытеплообменных труб закрепляются в профильных гнездах (рис.1.5).44Рис.1.5. Крепление труб в профильныегнездаЭтот метод разработан в СГАУ им. Королева [84]. Очевидно, чтовследствие дорнования отверстий в досках могут возникать значительныеостаточные напряжения. Не ясна также степень герметизации, особенно припроверке гелием, т.к. гидроиспытания жидкостью не всегда дают правильныйответ и т.д.Для закрепления труб применяют также их гидравлическую раздачу,раздачу импульсным воздействием и т.д.

Цель применения разныхконструкцийузловконструктивнымикреплениятребованиямитеплообменныхприразработкетрубобусловленааппарата,атакжеприменяемыми давлениями и характеристиками рабочих сред и условийработы.1.4. Детали узлов крепленияДеталямиузловкрепленияявляютсятрубы,доскитрубные,коллекторы, сварные швы.Трубы, применяемые в теплообменных аппаратах, выпускаются либопо стандартам, например, ГОСТ 11068-81, ГОСТ 8734-58, либо потехническим условиям.

Так, трубы из стали 08Х18Н10Т изготавливают поТУ14-3-197-89. Реальная труба может иметь характеристики, следующие издиаграммы растяжения (рис.1.6), полученной на разрывной испытательноймашине TC- FR 100 TL/a 80. Из рис. 1.6 видно, что σ0,2= 380 МПа, пределпрочности σв= 716 МПа, относительное удлинение δ= 36%.45Рис.1.6.Диаграмма растяженияобразца из стали08Х18Н10ТИз общего списка можно выделить стальные трубы 2-х структурныхклассов: аустенитного (08Х18Н10Т) и ферритного (08Х14МФ),- имеющихразное кристаллическое строение (соответственно ГЦК и ОЦК) и своиособенности.

Для этих труб в зоне, примыкающей к наружной поверхности, всостоянии поставки имеют место остаточные сжимающие тангенциальныенапряжения до – 150 МПа, а в зоне, примыкающей к внутренней поверхности– растягивающие тангенциальные напряжения до +120 МПА.Изготавливаются теплообменные трубы обычно методом поперечновинтовой холодной прокатки с последующей прокаткой в калибрующихстанах. На наружной поверхности достаточно часто можно видетьспиральные следы.

Это обстоятельство позволяет говорить о том, чтомакроструктуратрубыпредставляетсобойсовокупностьспиральноизогнутых волокон. На сборку поступают трубы разных партий и плавок. Ихмеханические характеристики отражаются в сертификатах.Дляизделийэлектрохимическомуатомнойэнергетикиполированию.Втрубыэтоммогутслучаеподвергатьсяшероховатостьповерхностей трубы будет достаточно малой, примерно Ra 1,0 мкм. Придругих способах обработки шероховатость обеих поверхностей окажетсявыше.46В зависимости от применения трубы имеют разную точностьизготовления [112]. Так для трубы, размером – ∅16х1,5 наружный диаметрможет иметь размеры dн=16± 0,3 мм; толщина стенки – s=1,5 +15%-15% мм.Из-за некачественной атмосферы в печи во время термообработки натрубном предприятии во внутренней поверхности труб типа 10Х2М ∅16х3возможно обезуглероживание, что снижает механические свойства такойповерхности.Кроме стальных труб при изготовлении теплообменных аппаратовмогут применять трубы из меди, латуни, сплава МНЖ 5-1 и др.

(см.[111]).Обычнопоступающиенасборкутрубынеподвергаютсядополнительной обработке. Однако в ряде случаев из-за слишком высокойпрочности или низкой пластичности (например, для труб из МНЖ 5-1)возникает необходимость отжига. При этом следует иметь ввиду, что отжигконцов трубы вызывает неоднородность по длине механических свойств. Изза периодических воздействий потоков рабочих сред такая неоднородностьможет привести к поломке трубы. Кроме того, термообработка приводит кобразованию окалины, которую необходимо удалять, что не всегда удаетсявыполнить качественно.

В этой связи отжиг целесообразно выполнять ввакууме или в инертной атмосфере, помещая всю трубу в печь.Трубные доски, решетки, коллекторы изготавливают из сталей 22К,22КШ, 10ГН2МФА, 08Х18Н10Т, 10Х2М и др. На рис.1.7 приведенаупрощенная конструкция доски трубной. Здесь указана возможная сеткаотверстий.Технология изготовления отверстия часто включает сверление иразвертывание. Если в отверстии предусмотрены радиальные канавки, тобудет операция нарезания или накатывания канавок.

При изготовленииглубоких отверстий (l/d> 5) часто происходит искривление оси отверстия.Так, по данным Могутова И.В.[105], увод оси при сверлении ружейнымисверлами досок трубных может достигать 0,1 мм на 100 мм отверстия. Крометого, в процессе сверления и последующего развертывания возможна47разбивка отверстия, огранка, бочкообразность, конусность, местные (накаком-либо участке) искажения профиля отверстия.Рис. 1.7 Пример чертежадоски трубнойВ процессе изготовления отверстия в стенке доски (решетке,коллекторе) развиваются разнообразные остаточные напряжения.

Онипеременны как по глубине слоя, так и по длине отверстия, и зависят от видаобработки. На рис. 1.8 в качестве примера приведены определенные настенде АО НПО «ЦНИИТМАШ» тангенциальные остаточные напряжения встенке отверстия ∅16,25+0,17 мм доски трубной в зависимости от глубинытравления h.Необходимо отметить, что сварной шов является третьейдеталью узла крепления.Рис.