JPH07108332A - 液圧拡管工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 管穴のばらつきに対する許容度を大きくし、
拡管範囲を管板面まで拡げる。 【構成】 第１軟質弾性体２８とカラーリング２７の間
に第２軟質弾性体２９及び硬質弾性体３０を備え、管穴
２２と管２３との隙間２５に多少のばらつきがあって
も、カラーリング２７の径を変えることなく管２３を管
板２１の面の管穴２２にまで密着させ、且つ第２軟質弾
性体２９のカラーリング２７側への突出を防ぎ、管穴の
ばらつきに対する許容度を大きくし、拡管範囲を管板面
まで拡げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば蒸気発生器等の
熱交換器の管板に伝熱管を固定するための液圧拡管工具
に関する。

【０００２】

【従来の技術】蒸気発生器等の熱交換器の管板に伝熱管
を固定する場合、管板の孔に挿入された伝熱管を液圧拡
管によって拡管して行なうことが多い。これに用いる従
来の液圧拡管工具を図７、図８に基づいて説明する。図
７は拡管前の断面図、図８は拡管後の断面図である。

【０００３】図７に示すように、管板１の管穴２には伝
熱管３が挿入され、伝熱管３内には液圧拡管工具（工
具）４が挿入されている。伝熱管３は工具４によって拡
管され、管穴２と伝熱管３の隙間５がなくなって両者は
密着される。工具４はマンドレル６を備え、マンドレル
６の端部にはカラーリング７が固定されている。マンド
レル６の外周には初期圧シール用の第１弾性体８が嵌合
され、カラーリング７と第１弾性体８の間におけるマン
ドレル６の外周には高圧シール用の第２弾性体９が嵌合
されている。また、マンドレル６には液体注入孔１０が
形成され、図示しない液体注入・昇圧装置により伝熱管
３の内周とマンドレル６の外周との間の隙間１２に液体
が注入される。

【０００４】図７、図８に示すように、図示しない液体
注入・昇圧装置により液体注入孔１０から隙間１２に液
体を注入すると、下端が閉じられた隙間１２に液体が充
填されて内圧１３が発生する。内圧１３が発生すると第
１弾性体８が移動して第２弾性体９に力を加えはじめ、
更に液体を注入すると内圧１３が上昇して第１弾性体８
と共に第２弾性体９が弾性変形する。変形した第２弾性
体９は伝熱管３の内面３ａに接して伝熱管３を変形させ
はじめ、拡管は、伝熱管３が管穴２の内面２ａに接して
から更に管板１が弾性変形するところまで行なわれる。
これにより、管板１からのスプリングバックで管穴２に
伝熱管３が密着固定される。拡管時、第１弾性体８及び
第２弾性体９の外部へのはみ出しはカラーリング７によ
って防止され、拡管のかけ代１４はカラーリング７によ
って調整制御される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した工具４を用い
て拡管を行なった場合、伝熱管３と管穴２の隙間５が大
きくなると、拡管後の伝熱管３の内面３ａとカラーリン
グ７の外周との間隙１５が大きくなり、第１弾性体８及
び第２弾性体９が管板１の上面を超えて上方へ突出する
ことがあった。管板１の外部に第１弾性体８及び第２弾
性体９が突出すると、伝熱管３にバルジ（膨出）が発生
したり、第２弾性体９のカラーリング７の角部７ａとの
接点に亀裂が生じて第２弾性体９の寿命が低下する、と
いった問題があった。伝熱管のバルジを防止するために
は、カラーリング７の下端が管板１の面１ａよりも内側
に入るように工具４を設定する必要がある。カラーリン
グ７の下端を管板１の面１ａよりも内側にした場合、管
穴２と伝熱管３との間に隙間１６が残り、この隙間１６
に給水が入り込んで給水中の不純物の化学的濃縮が生じ
伝熱管３が損傷する虞があった。

【０００６】これらの問題を解消するためには、拡管後
の伝熱管３の内面３ａとカラーリング７の外周との間隙
１５を小さく管理する必要がある。このためには、事前
に管穴２の内径計測を行ない、そのデータを基にして管
穴２毎にカラーリング７の径を設定する必要があり、伝
熱管３の固定を行なうためのコスト及び時間が増大して
しまっていた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の第一発明の構成は、先端部に拡径部が形成されると共
に内部に液体注入通路が形成され更に液体注入通路が軸
部の中央で開口したマンドレルと、前記拡径部に背面が
接する状態に前記マンドレルの前記軸部に嵌装されたバ
ックアップ用カラーリングと、前記マンドレルの前記軸
部に嵌合され前記液体注入通路が開口した液体空間に面
する環状の第１軟質弾性体とを有する液圧拡管工具にお
いて、前記第１軟質弾性体の背面に接する環状の第２軟
質弾性体及び該第２軟質弾性体の背面に接する環状の硬
質弾性体を、前記バックアップ用カラーリングと前記第
１軟質弾性体との間に設けたことを特徴とする。

【０００８】また、上記課題を解決するための第二発明
の構成は、先端部に拡径部が形成されると共に内部に液
体注入通路が形成され更に液体注入通路が軸部の中央で
開口したマンドレルと、前記拡径部に背面が接する状態
に前記マンドレルの前記軸部に嵌装されたバックアップ
用カラーリングと、前記マンドレルの前記軸部に嵌合さ
れ前記液体注入通路が開口した液体空間に面する環状の
軟質弾性体とを有する液圧拡管工具において、前記バッ
クアップ用カラーリングに向って縮径するテーパ部と円
筒状のストレート部とを有する硬質弾性体を、前記バッ
クアップ用カラーリングと前記軟質弾性体との間に設け
たことを特徴とする。

【０００９】

【作用】第一発明によると、初期液圧による第１軟質弾
性体の弾性変形に応じて第２軟質弾性体が弾性変形する
と共に、第２軟質弾性体によって硬質弾性体に力が加え
られる。これにより、軟質弾性体は弾性変形して拡管し
ない状態で管に内圧を加える。この時、第２軟質弾性体
と硬質弾性体の間、及び硬質弾性体とカラーリングの接
触面には摩擦力が生じ、第２軟質弾性体側の硬質弾性体
の端面は径方向の力により管の内面形状に沿って変形
し、管穴と管との間に隙間が生じることなく、且つ第２
軟質弾性体は硬質弾性体に押えられる。

【００１０】また第二発明によると、初期液圧による軟
質弾性体の弾性変形に応じて硬質弾性体が弾性変形して
拡径される。硬質弾性体はカラーリング側に向って縮径
するテーパ部を有しているので、軟質弾性体が先に管内
面に接して径方向の面圧によって拡管を行なう。硬質弾
性体は径が太くなるにつれて面圧が大きくなりなだらか
な拡管端を形成する。硬質弾性体の硬さ及び外径の状態
は拡管率の範囲に合わせて設定する。

【００１１】

【実施例】図１は第一発明の一実施例に係る液圧拡管工
具の拡管前の断面図、図２はその拡管後の断面図であ
る。

【００１２】図１に示すように、管板２１の管穴２２に
は伝熱管２３が挿入され、伝熱管２３内には本発明によ
る液圧拡管工具（工具）２４が挿入される。伝熱管２３
は工具２４によって拡管され、管穴２２と伝熱管２３の
隙間２５がなくなり両者は密着される。工具２４は先端
部に拡径部２６ａが形成されたマンドレル２６を備え、
マンドレル２６の軸部２６ｂの端部にはバックアップ用
カラーリング（カラーリング）２７が固定されている。
マンドレル２６の外周には初期液圧シール用の第１軟質
弾性体２８が嵌合され、カラーリング２７と第１軟質弾
性体２８の間におけるマンドレル２６の外周には高圧で
の液圧シール用の第２軟質弾性体２９が嵌合されてい
る。第２軟質弾性体２９は第１軟質弾性体２８の弾性変
形に応じて拡径して伝熱管２３の拡管を行ない、第２軟
質弾性体２９は第１軟質弾性体２８よりも硬く設定され
ている。更に、第２軟質弾性体２９とカラーリング２７
の間におけるマンドレル２６の外周には硬質弾性体３０
が嵌合され、硬質弾性体３０は第２軟質弾性体２９の弾
性変形に応じて弾性変形する。硬質弾性体３０は、伝熱
管２３を拡管しない状態で且つ第２軟質弾性体２９のカ
ラーリング２７側への突出を防ぐ状態に弾性変形する。
また、マンドレル２６には軸部２６ｂの中央で開口する
液体注入通路としての液体注入孔３１が形成され、図示
しない液体注入・昇圧装置により伝熱管２３の内周２３
ａとマンドレル２６の外周との間の隙間３２（液体空
間）に液体が注入される。即ち、カラーリング２７は拡
径部２６ａに背面が接する状態でマンドレル２６の軸部
２６ｂに嵌装され、第１軟質弾性体２８は液体空間であ
る隙間３２に面する状態でマンドレル２６の軸部２６ｂ
に嵌合されている。また、第２軟質弾性体２９は第１軟
質弾性体２８の背面に接し硬質弾性体３０は第２軟質弾
性体２９の背面に接した状態で、カラーリング２７と第
１軟質弾性体２８との間に第２軟質弾性体２９及び硬質
弾性体が設けられている。

【００１３】図１、図２に示すように、図示しない液体
注入・昇圧装置により液体注入孔３１から隙間３２に液
体を注入すると、下端が閉じられた隙間３２に液体が充
填されて内圧３３が発生する。内圧３３が発生すると第
１軟質弾性体２８が軸方向に移動して第２軟質弾性体２
９に力を加えはじめ、更に液体を注入すると内圧３３が
上昇して第２軟質弾性体２９及び硬質弾性体３０に圧縮
力が加えられる。内圧３３が伝熱管２３の降伏応力を超
えた点（図３のＡ点）より伝熱管２３は塑性変形を開始
する。伝熱管２３が管穴２２の内面２２ａに接すると内
圧３３は急激に高くなる（図３のＢ点）。管板２１が弾
性変形して図３のＣ点に達すると、硬質弾性体３０は第
２軟質弾性体２９に追従して拡げられるが、伝熱管２３
を変形させる径方向の力を持たないので、伝熱管２３は
図２で示した状態に拡管される。即ち、硬質弾性体３０
は伝熱管２３の内面形状に沿って変形し、管穴２２と伝
熱管２３との間に隙間が生じることなく、且つ第２軟質
弾性体２９は硬質弾性体３０に押えられる。この後、内
圧３３を除荷することにより、管板２１からのスプリン
グバックにより伝熱管２３は管穴２２に密着される（図
３のＤ点）。

【００１４】上述した工具２４では、第２軟質弾性体２
９及び硬質弾性体３０を備えたことにより、管穴２２と
伝熱管２３との隙間２５に多少のばらつきがあっても、
カラーリング２７の径を変えることなく伝熱管２３を隙
間なく管板２１の面の管穴２２にまで密着させることが
でき、且つ第２弾性体２９のカラーリング２７側への突
出を防止することができる。

【００１５】次に第二発明の一実施例を図４乃至図６に
基づいて説明する。図４は第二発明の一実施例に係る液
圧拡管工具の拡管前の断面図、図５はその拡管後の断面
図、図６は図５中の矢印VI部の拡大図である。

【００１６】図４に示すように、管板４１の管穴４２に
は伝熱管４３が挿入され、伝熱管４３内には本発明によ
る液圧拡管工具（工具）４４が挿入される。伝熱管４３
は工具４４によって拡管され、管穴４２と伝熱管４３の
隙間４５がなくなり両者は密着される。工具４４は先端
部に拡径部４６ａが形成されたマンドレル４６を備え、
マンドレル４６の軸部４６ｂの端部にはバックアップ用
カラーリング（カラーリング）４７が固定されている。
マンドレル４６の外周には初期液圧シール用の軟質弾性
体４８が嵌合され、カラーリング４７と軟質弾性体４８
の間におけるマンドレル４６の外周には硬質弾性体４９
が嵌合されている。硬質弾性体４９は軟質弾性体４８の
弾性変形に応じて拡径して拡管端を形成すると共に、カ
ラーリング４７側に向って外径が漸次小さくなっており
（縮径）、ストレート部４９ａとテーパ部４９ｂとで構
成されている。また、マンドレル４６には軸部４６ｂの
中央で開口する液体注入通路としての液体注入孔５０が
形成され、図示しない液体注入・昇圧装置により伝熱管
４３の内周４３ａとマンドレル４６の外周との間の隙間
５１（液体空間）に液体が注入される。即ち、カラーリ
ング４７は拡径部４６ａに背面が接する状態でマンドレ
ル４６の軸部４６ｂに嵌装され、軟質弾性体４８は液体
空間である隙間５１に面する状態でマンドレル４６の軸
部４６ｂに嵌合され、カラーリング４７と軟質弾性体４
８の間に硬質弾性体４９が設けられている。

【００１７】図４乃至図６に示すように、図示しない液
体注入・昇圧装置により液体注入孔５０から隙間５１に
液体を注入すると、液体により軟質弾性体４８は軸方向
に移動する。下端が閉じられた隙間５１に液体が充填さ
れて内圧５２が発生すると、軟質弾性体４８の弾性変形
に応じて硬質弾性体４９に軸方向の力が加わる。この力
により、硬質弾性体４９は断面積が小さいカラーリング
４７側から弾性変形をおこす。伝熱管４３は内圧５２及
び硬質弾性体４９からの面圧が伝熱管４３の降伏応力を
越えた時に塑性変形する。伝熱管４３が管穴４２の内面
４２ａに接すると内圧５２は急激に高くなり管板４１が
弾性変形する。これにより、除荷後伝熱管４３は管板４
１からのスプリングバックで管穴４２に密着する。

【００１８】管穴４２の内面４２ａに加わる硬質弾性体
４９からの面圧は、ストレート部４９ａでは均等である
がテーパ部４９ｂにおいては弾性変形量が大きいほど復
元力が大きくなる。このため、テーパ部４９ｂでは、径
方向の面圧は小さく徐々にストレート部４９ａの面圧に
と近づいていく状態で面圧の差が生じ、面圧が伝熱管４
３の降伏応力を上まわった所で拡管が起こる。拡管され
ると硬質弾性体４９の径方向の力５３は解放され、復元
力と伝熱管４３の硬さとが均合い変形が止まる。このた
め、拡管率及び拡管圧力によって硬質弾性体４９の形状
及び硬度を適切に設定することにより、図５に示すよう
に、管穴４２の端部における伝熱管４３をなだらかな径
変化形状の拡管端とすることができる。

【００１９】上述した工具４４では、硬質弾性体４９を
ストレート部４９ａとテーパ部４９ｂとで構成したの
で、管穴４２と伝熱管４３との隙間４５に多少のばらつ
きがあっても、カラーリング４７の径を変えることなく
伝熱管４３を隙間なく管板４１の面の管穴４２まで密着
させることができ、且つ軟質弾性体４８のカラーリング
４７側への突出を防止することができる。更に拡管端を
なだらかな径変化形状とすることができるので、残留応
力を低減することができる。

【００２０】

【発明の効果】第一発明の液圧拡管工具では、第２軟質
弾性体及び硬質弾性体を備えたことにより、管穴と管と
の隙間に多少のばらつきがあっても、カラーリングの径
を変えることなく管を隙間なく管板面の管穴にまで密着
させることができ、且つ第２軟質弾性体のカラーリング
側への突出を防止することができる。この結果、管穴の
ばらつきに対する許容度が大きくなってシール性が向上
し、高圧拡管に対応できると共に、拡管範囲を管板面ま
で拡げることができクレビス量を低減し、クレビス部で
の化学物質の濃縮を防止でき、熱交換器等の長寿命化が
図れる。

【００２１】また、第二発明の液圧拡管工具では、硬質
弾性体の外径をカラーリング側に向って漸次小さくした
ので、管穴と管との隙間に多少のばらつきがあっても、
カラーリングの径を変えることなく管を隙間なく管板面
の管穴まで密着させることができ、且つ軟質弾性体のカ
ラーリング側への突出を防止することができる。この結
果、管穴のばらつきに対する許容度が大きくなってシー
ル性が向上し、高圧拡管に対応できると共に、拡管範囲
を管板面まで拡げることができクレビス量を低減し、ク
レビス部での化学物質の濃縮を防止でき、熱交換器等の
長寿命化が図れる。更に、拡管端をなだらかな径変化形
状とすることができるので、残留応力を低減することが
でき、熱交換器等の長寿命化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一発明の一実施例に係る液圧拡管工具の拡管
前の断面図。

【図２】第一発明の一実施例に係る液圧拡管工具の拡管
後の断面図。

【図３】内圧と拡管量の関係を表わすグラフ。

【図４】第二発明の一実施例に係る液圧拡管工具の拡管
前の断面図。

【図５】第二発明の一実施例に係る液圧拡管工具の拡管
後の断面図。

【図６】図５中の矢印VI部の拡大図。

【図７】従来の液圧拡管工具の拡管前の断面図。

【図８】従来の液圧拡管工具の拡管後の断面図。

【符号の説明】

２１，４１ 管板 ２２，４２ 管穴 ２３，４３ 伝熱管 ２４，４４ 液圧拡管工具（工具） ２５，４５ 隙間 ２６，４６ マンドレル ２７，４７ カラーリング ２８ 第１軟質弾性体 ２９ 第２軟質弾性体 ３０，４９ 硬質弾性体 ３１，５０ 液体注入孔 ３３，５２ 内圧

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端部に拡径部が形成されると共に内部
   に液体注入通路が形成され更に液体注入通路が軸部の中
   央で開口したマンドレルと、前記拡径部に背面が接する
   状態に前記マンドレルの前記軸部に嵌装されたバックア
   ップ用カラーリングと、前記マンドレルの前記軸部に嵌
   合され前記液体注入通路が開口した液体空間に面する環
   状の第１軟質弾性体とを有する液圧拡管工具において、
   前記第１軟質弾性体の背面に接する環状の第２軟質弾性
   体及び該第２軟質弾性体の背面に接する環状の硬質弾性
   体を、前記バックアップ用カラーリングと前記第１軟質
   弾性体との間に設けたことを特徴とする液圧拡管工具。
2. 【請求項２】 先端部に拡径部が形成されると共に内部
   に液体注入通路が形成され更に液体注入通路が軸部の中
   央で開口したマンドレルと、前記拡径部に背面が接する
   状態に前記マンドレルの前記軸部に嵌装されたバックア
   ップ用カラーリングと、前記マンドレルの前記軸部に嵌
   合され前記液体注入通路が開口した液体空間に面する環
   状の軟質弾性体とを有する液圧拡管工具において、前記
   バックアップ用カラーリングに向って縮径するテーパ部
   と円筒状のストレート部とを有する硬質弾性体を、前記
   バックアップ用カラーリングと前記軟質弾性体との間に
   設けたことを特徴とする液圧拡管工具。