JPH11244964A - 管板内で管を製作するための方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 液圧的な方法で熱交換器の管３が管板１
内で拡張固定され，同一の作業工程で同一の装置により
同一の管３から丸みを備えた管入口ピースが形成され
る。この場合，管３が管板１の孔内に挿入され，過剰長
さで切断される。管３は拡張機械によって孔２の全深さ
にわたり拡張され，管３は孔２の内壁に付着する。それ
と同時に，突出した管端部１０が，弓形の形状１２を備
えた別の液圧的な成形装置１１によって管板１へ向け
て，管端部１０がトランペット形状になるまで拡張機械
のマンドレル４上で圧される。 【効果】 管の拡張と管入口ピースの形成とを液圧的に
完遂する１つの装置により作業時間が短縮される。管３
自体から管入口ピースが製作されるため，管３と管入口
ピースとの間に継目が生じない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱交換器，特に発電
所内の予熱器の管を製作するための方法と装置に関し，
その際，管が管板内で液圧的に拡張固定され，かつ丸み
を有する管入口が形成される。

【０００２】

【従来の技術】発電所内での熱交換器では水を通流する
管が拡張固定技術により管板内で固定される。このこと
のために，まず管が管板の孔内に配置され，しかる後に
拡張固定機械のマンドレルが管内に挿入され，マンドレ
ルは管が孔の内壁に付着するまで管を拡張する。この拡
張固定により管は通常は孔壁と管外壁との間の付着力に
より固定されかつシールされる。管と管板との結合のシ
ール性は溶接により改善されるが，その場合，溶接ビー
ドはたんにシール継目として役立つのみで付着力には関
与しない。今日では機械的な拡張固定技術と液圧的な拡
張固定技術とは区別されている。機械的な拡張固定は，
典型的には管板の深さに比して小さな２０から３０ｍｍ
の深さにわたり行われる。全管板深さにわたる拡張固定
もこの方法で可能ではあるが，しかし時間的に不経済で
あり，かつ管材料によっては困難である。例えばドイツ
連邦共和国 Wuppertal 在 Teco tube expanders compan
y （テコ チューブ エキスパンダーズ カンパニー）に
より実施される液圧的な拡張固定法では，管の機械的な
拡張の代わりに液圧的な拡張が採用される。液圧的な拡
張は管材料に無関係に問題のない拡張と全管板深さにわ
たる管の固定とを許容し，その結果，結合強度が増大す
る。さらに，全管板深さにわたる液圧的な拡張は，この
ような拡張によって管壁厚が管板内での支持能力を有す
る部分として考慮されることができるため，比較的薄
い，コスト的に有利な管板を使用することを許容する。

【０００３】発電所内での予熱器，特に高圧予熱器で
は，比較的頻繁に管入口に浸食による損傷が生じる。こ
のような損傷はいわゆるインサート（挿入体）により効
果的に排除することができる。このインサートは例えば
イギリス国特許第１１４１２３９号明細書に記載されて
いるようにトランペット状の構造体であり，この構造体
は管の拡張により管入口に固定され，かつ管板の面を越
えて若干突出している。管の入口ピースのこのようなト
ランペット形状は“bellmouth inlet（ベルマウス イン
レット）”という概念の下に公知である。このインサー
トの丸み形状は，水室から管への移行部における流れの
半径方向の速度勾配と管内壁における剪断力とが削減さ
れることで流れの流入を容易ならしめる。この種の管入
口における流れの流入抵抗値は例えば I. E. Idelchick
著，Handbook of HydraulicResistance（液圧抵抗のハ
ンドブック），第１２６ページ，第２版，SpringerVerl
ag（スプリンガー出版社）（１９８６年）において論じ
られている。低い抵抗値は一面において流入圧力損失を
減少せしめ，他面において管の酸化物膜を保護して管の
浸食及び腐食を一般的に軽減する。付加的に，管入口ピ
ースはそれぞれ耐浸食性かつ耐腐食性の材料から製作さ
れている。

【０００４】インサートのもたらすさらに別の利点は，
インサートが管外径の複数倍だけ管板表面から突出して
おり，かつ入口領域の範囲内に“水クッション”を形成
し，これが管板の浸食を著しく削減することにある。

【０００５】しかし，この種のインサートにおける欠点
は，拡張固定箇所の領域内での拡張固定にもとづきイン
サートと管との間の継目箇所に，スムーズな流れを妨げ
る起伏箇所が形成され，これにより，割れ目とこの割れ
目に形成される腐食とのリスクが増大することにある。
さらに，インサートを後から固定することにより付加的
なコストが生じる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は，丸み
を有する入口管片を備えて管板内で液圧的に拡張固定さ
れた管を製作する方法と装置において，管板内の管の拡
張固定と，管入口ピースの製作とを，短縮された従って
コスト的に有利な１作業工程で完遂し，かつこれによ
り，スムーズな流れを妨げる起伏箇所を回避して，割れ
目腐食のリスクを最小限にすることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この課題は本発明方法に
よれば熱交換器の管板の孔内で管を液圧的な装置により
液圧的に拡張し，かつ丸みを有する管入口を製作するた
めの方法において，管の液圧的な拡張と丸みを有する管
入口の製作とを液圧的な同一の装置によってただ１つの
作業工程で実施し，かつ管入口を同一の管の端部から形
成することにより解決される。

【０００８】要するに本発明方法によれば，管の液圧的
な拡張と，管自体からの管入口ピースの形成とが１作業
工程で一緒に行われる。このことのために，まず，熱交
換器の管が管板の孔を通して案内され，管の外径の複数
倍の過剰長に流入端部で切断される。次いで，管の液圧
的な拡張を目的として，液圧的な拡張機械のマンドレル
が管板の全深さ内へ挿入される。液圧の印加により管が
孔の内壁全体に付着するまで拡張される。それと同時
に，管端部すなわち管の縁出し頭部は，この管端部が所
定の丸み形状に達するまで液圧的に管板へ向けて圧され
る。

【０００９】

【発明の効果】本発明方法の第１の利点は，拡張と入口
ピースの形成とが短い作業時間で，ひいてはコスト的に
有利に実施されることにある。方法全体を実施するため
に必要な時間はわずかに８〜１０秒であり，このことは
本方法が別の材料ピースなしに純液圧的に実施され，か
つ管端部の戻し切削加工と別体のインサートの挿入及び
固定とが不要となることに起因する。第２の利点は，管
自体から管入口ピースが製作されることにある。このこ
とにより，一面においては予め製作された付加的な管入
口ピースが不要であり，他面において継目が生ぜず，従
って細心に丸み付けされなければならない，スムーズな
流れを妨げる起伏箇所が生じない。このように管入口ピ
ースと管との間の継目を完全に回避することで，割れ目
とそれに起因する腐食のリスクが同様に回避される。

【００１０】本発明方法を実施するための装置は，シー
ル可能な１つの圧力室と圧力液体を充填するための複数
の通路とを備えていて，管内に挿入されるマンドレルに
より管を液圧的に拡張するための装置を備えている。特
に，この装置は別の成形装置を備えており，この成形装
置はマンドレル端部から若干後方へずらされて管端部の
外側に配置されており，かつ，管入口ピースの形成され
るべき丸み形状を外側に備えている。この成形装置はや
はり圧力液体のための充填通路を備えたシール可能な圧
力室を有しており，この圧力液体によって成形工具が運
動させられ，管端部が予め規定された形状になるまで圧
される。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に，管板内での管の製作のため
の本発明方法を以下に記載の装置につき説明する。

【００１２】図１には孔２を備えた管板１が示されてお
り，この孔内に管３が案内されている。管３を製作する
ための装置は，図示されていない液体容器から到来した
中央の１つの充填通路５と，液圧媒体のための３つの側
通路６とを有するマンドレル４を備えている。中間の側
通路６は中央の充填通路５から，マンドレル４と管３の
内壁とにより制限された狭い中空室７内へ通じている。
両方の外側の側通路６はそれぞれ，マンドレル４と管内
壁９との間の中空室７をシールするＯリング８に通じて
いる。管端部１０のすぐ外側にはマンドレル４上に，マ
ンドレル上で滑動する成形装置１１が配置されている。
この成形装置は管端部１０に向かい合った側に，管入口
の内面のために所望される形状を有する弓形の形状１２
を備えている。図示されていない液体容器から液圧媒体
のための中空室１４へ通路１３が案内されている。中空
室１４はやはりＯリング１５と，周りのケーシング１６
とによって気密に閉鎖されている。マンドレル４はさら
に，管板１へ向かう成形装置１１の自由な運動を制限す
るストッパ１７を備えている。別のストッパ１９とＯリ
ング１５との間には戻しばね１８が配置されており，こ
の戻しばねはその緊張緩和状態で成形装置１１の休止位
置を規定している。

【００１３】孔２内での管３の固定プロセス並びに管入
口の製作プロセスでは，まず管３が孔２を通して，管の
一部が管板１の面２０を越えて突出するまで案内され
る。次いで管３は管直径の２ないし４倍の過剰長さで切
断される。次いで，拡張装置のマンドレル４が管板１の
全深さにわたり管内へ挿入される。管３の液圧的な拡張
のために，システムの中空室，要するに中央の充填通路
５，３つの側通路６及びマンドレル４とＯリング８と管
内壁とにより制限された中空室７が液体により充填され
て加圧状態にされる。その際，Ｏリング８が拡開し，そ
の結果，中空室７を気密にシールする。管３が拡張され
て孔２内に付着すると直ちに，成形装置１１の中空室１
４内で第２の圧力形成が行われる。この圧力は成形装置
１１をストッパ１７まで移動せしめ，その際，縁出し頭
部すなわち管端部１０が管板１へ向けて圧される。その
際，管端部は，弓形の形状１２にもとづきトランペット
形状を獲得する。液圧の排除の後に，成形装置は戻しば
ね１８の作用により再びその出発位置へ戻される。図２
は丸み付けを完了したトランペット形状の管入口を，ス
トッパ１７に当接した成形装置１１と一緒に示す。この
作業工程は全体でほぼ８〜１０秒間継続する。

【００１４】形成された管入口ピースのトランペット形
状の曲率半径は有利には管の内径のほぼ１０パーセント
である。Ｉｄｅｌｃｈｉｃｋの計算によれば，管入口の
このような曲率は，シャープなエッジを備えた管の流入
抵抗値のほぼ４分の１の流入抵抗値をもたらす。

【００１５】管の拡張の完遂とトランペット形状の形成
との後に，エッジに起因する渦流を最小にするために，
後加工によりそれぞれの管入口のエッジがばりとりされ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にもとづく管の拡張と管入口の形成との
ための装置を未加工の管と一緒に示す断面図である。

【図２】同装置を内部圧延された管と丸みを備えたトラ
ンペット形状の管入口と一緒に示す図である。

【符号の説明】

１ 管板， ２ 孔， ３ 管， ４ マンドレル，
５ 充填通路， ６側通路， ７ 中空室， ８ Ｏリ
ング， ９ 管内壁， １０ 管端部， １１ 成形装
置， １２ 弓形の形状， １３ 通路， １４ 中空
室， １５Ｏリング， １６ ケーシング， １７ ス
トッパ， １８ 戻しばね， １９ストッパ， ２０
面

フロントページの続き (72)発明者 ハーラルト フクス ドイツ連邦共和国 ラウフリンゲン ゲー テシュトラーセ ８

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱交換器の管板（１）の孔（２）内で管
   （３）を液圧的な装置により液圧的に拡張し，かつ丸み
   を有する管入口を製作するための方法において，管
   （３）の液圧的な拡張と丸みを有する管入口の製作とを
   液圧的な同一の装置によってただ１つの作業工程で実施
   し，かつ管入口を同一の管（３）の端部から形成するこ
   とを特徴とする管板内で管を製作するための方法。
2. 【請求項２】 管（３）を管板（１）の孔（２）を通し
   て案内し，その流入端部のところで過剰長さに切断し，
   かつ孔（２）の全深さにわたり液圧的に拡張し，かつ，
   液圧的な同一の装置によって，管板（１）を越えて突出
   した同一の管（３）の管端部（１０）から丸みを有する
   管入口を形成する請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 管板（１）の孔（２）の全深さにわたり
   管（３）を拡張した後に，液圧的な成形装置（１１）に
   よって，拡張のための液圧的な同一の装置上で管端部
   （１０）を管板（１）へ向けて圧して管端部（１０）に
   予め規定した形状を与える請求項２記載の方法。
4. 【請求項４】 請求項１から３までに記載した方法を実
   施するための装置であって，管（３）内へ挿入されるマ
   ンドレル（４）と，管の液圧的な拡張の目的で液体を充
   填するための通路（５，６）とを備えており，その場
   合，管（３）内へマンドレル（４）を挿入した後にマン
   ドレル（４）と管（３）との間にシール可能な中空室
   （７）が形成される形式のものにおいて，管（３）の液
   圧的な拡張のための装置が，丸みを有する管入口の形成
   のために別の液圧的な成形装置（１１）を備えており，
   この成形装置が，管端部（１０）の外側で装置のマンド
   レル（４）に配置されていてマンドレル（４）上で摺動
   可能であり，かつシール可能な中空室（１４）と，この
   中空室（１４）に液体を充填するための通路（１３）と
   を有しており，かつ管端部（１０）に面した側に，形成
   しようとする管入口の内側の形状に対応する弓形の形状
   （１２）を有していることを特徴とする管板内で管を製
   作するための装置。
5. 【請求項５】 弓形の形状（１２）が，管（３）の内径
   の４パーセントより大きい曲率半径を有している請求項
   ４記載の装置。