Введение к работе
Актуальность. Повышение надежности теплообменного оборудования - одна из основных задач судового, энергетического и нефтехимического машиностроения.
Надежчость теплообменного оборудования в больней степени определяется надежностью соединений труб с трубными решетками. Как правило, трубы в трубккх решетках закрепляют либо труборасширением, либо труборасширенлем с обваркой. Надежность таких узлов закреплений во многом зависпг от уровня и стабильности контактного давления в соединениях труб с трубными решетками.
дисперсия механических свойств материалов труб и трубных решеток, размеров труб и отверстий в трубных решетках, технологических параметров процессоз закрепления труб приводят к большему рассеянию контактного давления и, как следствие, к неполному использованию прочностных свойств соединений. Применение адаптивных алгоритмов управления процессом труборасширения существенно уменьшает рассеивание контактного давления, но практического распространения пока не получило, так как требует высокой квалификации технического персонала.
Дополнительные возможности для решения указанной проблемы могут дать специальные технологические ерздетва, повытащив и ста&чшзирупцяе давление в узлах закрепления труб. Поэтому разработка таких технологических средств является весьма актуальной.
Цель таботы. Разработка технологических средств для повышения надежности соединений труб с трубными решетками с учетсм технологических к эксплуатационных деформаций трубных решеток, а также за счет их дополнительного деформирования.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следу щи е задачи:
1, Разработать методику определения изменения контакт
ного давления, возникающего в процессе закрепления труб
вследствии деформаций трубных решеток.
2. Разработать оптимальную л^ледовательность и режим
закрепления труб для компенсации изменения контактного дав
ления, связанного с деформацией трубных решеток.
-
Разработать способ повышения контактного давления.
-
Разработать способ контроля разброса контактного давленая.
-
Разработать технические условия на проектирование узлов закрепления труб в теплообменных аппаратах с U -образными трубами, обеспечивающими их надежную работу в условиях изгиба трубных решеток.
Методы исследования. При выполнении работы использованы теоретические и экспериментальные методы исследования.
Связь ыезду контактным давлением в узлах закрепления труб в напряженным.состоянием трубной решетки установлена с использованием решения задачи Ляле.
Учет изменения жесткости трубной решетки в процессе закрепления труб илюлнен на базе обобщенного принципа суперпозиция.
Расчет деформаций растяжения трубкой решетки и температурного поля, возникающего при нагреве периферийной зоны ен-полеон путем ршзния задачи термоупругости.
В экспериментальных исследованиях использован специально разработанный тензометр механического типа с визуальной регистрацией деформаций по показаниям индикатора. Температура трубкой репетки измерялась термоэлектрическим цифровым термометром ТТЦ-І,
Научная новизна результатов. Разработана методика для определения влияния напряженного состояния трубной решетки на величину контактного давления в узлах закрепления труб в зависимости от геометрических параметров соединений.
Определена оптимальная последовательность закрепления труб и влияние переменного режима закрепления труб на разброс контактного давлення с учетом изменявшейся в процессе закрепления труб госткости трубной решетки.
. Разработана методика определения контактного давления по результатам испытаний в условиях растяжения трубной решетки. Показано, что минимальное значение контактного давления ыояет быть увеличено до полного использования минимальной несущей способности труб, или в 1,5-2 рсза по сравнению с достигаемым уровнем в обычных процессах труборасширения.
Для теплообменных аппаратов с О -образными трубами определен радиус центральной зоны, где необходимо закрепление труб со стороны наружной и внутренней поверхности труб-
ной решетка.
Практическая ценность работа.
Ка основе выполненных в работе исследований разработаны технологические инструкции "Контроль герметичности узлов закрепления труб в трубных решетках способом теплового растяжения" и "Развальцовка труб в трубннх решетках с применением способа теплового бандагарованая", которые яспольэуется з настоящее время на ПО "Салаватзефтемаи", Борисоглебском завода "Химмаз" и заводе "Павлоградом<аш".
Разработан тензометр механического типа для измерения деформаций трубных решеток. Разработаны и внедрены стенды для контроля разброса контактного давленая способам теплового растяжения ка Борисоглебском заводе "Химглаш" и та заводе "Павлоградтмаш". Экономический аффект составил 641,6 тыс. руб. в год.
Способ теплового бандажлрования внедрен ка ПО "Салават-нефтемаш" с экономическим эффектом 639,6 тыс.руб. в год.
Опытные теплообменные аппараты, выпущенные по pa3ja6o-танвой технологии на упомянутых трех предприятиях, пропита ускоренные испытания, в результате которых установлено увеличение их ресурса в 1,4-1,5 раза.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и одобрены на УЇЇ Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение эффективности и качества оборонно—сварочных работ в химическом и нефтяном машиностроении" (Вачгоград, 1989 г.), конференции "Опыт эксплуатации и пути совершенствования судового теплсобменного оборудования'1 (Севастополь, 1988 г.), конференции "Проблемы проектирования, изготовления п эксплуатации судового теплообыекного оборудования" (Севастополь, 1989 г.), конференции "Повышение эффективности и надежности судового теплсобменного оборудования" (Севастополь, 1990 г.), секции технологии судового машпно-строения Всесоюзного научно-технического общества км.акад.' А.Н.Крылова (Ленинград, 1988 г.), Всесоюзном совещании "Повышение качества и автоматизация крепления труб в трубных решетках теплообменных аппаратов" (Волгоград, 1990 г.).
Публикации. Основное содержание работы излодено в четырех статьях, шести авторских свидетельствах, двух тезисах докладов на научно-технических конференциях.
Структура и объел диссертации. Диссертационная работа
состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, содержащего 56 наименований, и включает в себя 89 страниц текста, 22 рисунка и 9 таблиц.
