DE1527841A1 - Verfahren zur Herstellung von zusammengesetzten Rohrelementen zur Verwendung in rohrfoermigen Waermeaustauschern und im besonderen in Vorwaermern fuer Heizkessel und mit diesem Verfahren hergestellte zusammengesetzte Rohrelemente - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von zusammengesetzten Rohrelementen zur Verwendung in rohrfoermigen Waermeaustauschern und im besonderen in Vorwaermern fuer Heizkessel und mit diesem Verfahren hergestellte zusammengesetzte Rohrelemente

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DE1527841A1 DE19661527841 DE1527841A DE1527841A1 DE 1527841 A1 DE1527841 A1 DE 1527841A1 DE 19661527841 DE19661527841 DE 19661527841 DE 1527841 A DE1527841 A DE 1527841A DE 1527841 A1 DE1527841 A1 DE 1527841A1
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Description

Verfahren zur Herstellung von zusammengesetzten Rohrel em ent en- zur Verwendung in rohrförmigen Wärmeaus-, tauschern und im besonderen in Vorwärmern für Heizkessel und mit diesem Verfahren hergestellte zusammengesetzte Rohrelemente
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rohren mit ausgedehnten Oberflächenelementen. Sie bezieht sich auf rohrförmige Elemente für Wärmeaustauschvorrichtungen und im besonderen auf ein Verfahren-und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Rohres mit ausgedehnten Oberflächenelementen, z. B. rippenähnliche Ausdehnungen oder Erweiterungen. Die Erfindung
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■ wird insbesondere bei Vorwärmern für Heizkessel verwendet.
In einem Wärmeaustauscher, z. ß. bei Vorwärmern, wird eine Flüssigkeit an der Rohrinnenfläche und ein Gas an der üohraußenfläche entlang in mittelbarer Wärmeaustauschbeziehung mit der Flüssigkeit in den Rohren geführt. Um die Wärmeübertragungsleistung der üonre zu vergrößern, bildet man an der Außenfläche der Rohre ausgedehnte Oberflächenelemente oder nippen aus, wodurch weitere Oberflächen geschaffen vrerden, die vom Gas berührt und bestrichen werden.
Es ist bekannt, daß i'ietallfläcnen aas Eisen, über die Gase hinwepcströmen, der Korrosion unterliegen, vras auf Schwefeldioxyd, Wasser und andere die eisenhaltigen Materialien ätzende Lind zerstörende Mittel zurückzuführen ist. Eine Korrosion tritt besonders bei vorrichtungen wie Vorwärmern auf, bei denen die Bestandteile aus Metall die :/iärme in einem solchen Ausmaß den Gasen entziehen, daß die Ga st esip era tür en bis unterhalb ihres Taupunktes absinken, was eine Kondensation auf der Außenfläche der Hohre zur,Folge hat.
Es ist ferner bekannt, daß Gußeisen für Korrosionsgefahr besonders geeignet und besonders korrosions-
-r'tWi^ a*-« 909849/0355 " 3 "*
ORIGINAL
beständig ist, und aus diesem Grund ist es in der Praxis üblich, die Äohre durch Ummanteln mit aus Gußeisen hergestellten und ausgedehnte Gberflächenelemente aufweisenden Hülsen zu schützen, wodurch ebenfalls die Wärmeübertragungsfiiche der Wärmeaustauscheinheiten vergrößert wird. Beim Zusammenbauen eines iVärmeaustauschers können die rippenartigen Hülsen durch Erhitzen ausgedehnt und auf ein Stahlrohr aufgeschoben oder in gewissen Fällen an Ort und Stelle auf das Stahlrohr begossen werden, ßs ist auch bekannt, die liohre in der heise zu ummanteln, daß man die Hülsen über das liohr Zieht oder schiebt oder die Rohre in den Hülsen ausdehnt, um auf diese Weise die größtmögliche und beste Berührung zwischen den Rohren und den Hülsen zu erzielen.
Ein Kachteil besteht jedoeh in der Schwierigkeit, einen intensiven Kontakt zwischen den Hülsen und dem Rohr zu erhalten, wobei die Rosten im allgemeinen sich mit dem Grad der gesuchten ^erührurs· erhöhen, .-as ist klar, daß mit ^en bisherigen Verfahren und Vorrichtungen eine metallurgische Verbindung nicht erreicht wird, da die lOhrau^enflHChe bei den bisherigen Verfahren während des Montageablaufs nicht die eigentlichen notwendigen Verbindunfirstenipera türen erreicht, demzufolge weisen die meisten Einheiten zwischen einem wesentlichen Teil der jjohrau'3enflsche um der Innenfläche der ceprossenen .-.ülsen
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eine dünne "Luftschicht' oder einen dünnen Zwischenraum auf. Um nun eine maximale Wärmedurchströmung in die. Rohre zu erhalten, sollte im Idealfall zwischen den Hülsen und den Rohren kein Zwischenraum "bestehen, da der Luftzwischenraum zwischen den Rohren und den Hülsen die Wärmeleitfähigkeit verringert und die Wärmeübertragungsleistung der Einheit reduziert.
Zu diesem Nachteil kommt noch hinzu, daß der Innendurchmesser eines Gußrohres der Rohrlänge entlang beträchtlich variieren kann, wobei große Abweichungen linsichtlJda der
bzw. Dicke -: \
Breite/bei Standard- oder Normrohren, üblich-, .sind. ■ Wenn ein Rohr in dem Zustand, in dem es vom Walzwerk oder von der'Gießerei angeliefert wird, mit einer Hülse zusammengefügt und montiert wird, so können dadurch viele Brüche und Stellen, an-denen kein Kontakt stattfindet, entstehen, die zur Erzielung eines guten Ergebnisses eine sehr kostspielige Bearbeitung der mitein&nder zu verbindenden Oberflächen und/oder kostspielige zusammenbauarbeiten erforderlich machen.
Der Hauptzweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein neues Verfahren zur Herstellung von Rohreinheiten mit ausgedehnten Oberflächen, insbesondere für Vorwärmer, Dampfvorwärmer oder .värmespeicher. Regeneratoren usw. zu schaffen, bei dem zvrisehen einen Rohr una Hülsen eine intensive Berührung erzielt wird und zudem Bestandteile mit viel größeren als den bisher üblichen Toleranzen . verwendet, werden können. 9 Q 9 8 £ 9./0.3 5 5
BAD
; Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein wirtschaftlicheres Verfahren zur Herstellung von Rohreinheiten mit ausgedehnten Oberflächenelementen und mit hoher Wärmeübertragungsleistung zu schaffen.
Gemäßder vorliegenden Erfindung wird ein Rohr, das eine mit größeren als den bisher üblichen Toleranzen ausgebildete Außenfläche aufweist, mit zumindest einer, vorzugsweise aus Gußeisen hergestellten Hülse zusammengebaut, deren Innenfläche so bemessen ist, daß sie die Hohraußenflache berührt. Die Hülse ist mit ringförmigen, ausgedehnten Wärmeübertragungsabschnitten versehen. Zumindest auf einer der Berührungsflächen des Rohres oder der Hülse ist eine Vielzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden, annähernd gleichförmig an der Umfläche verteilten Auszahnungen, Rillen usw. vorgesehen. Nachdem das Rohr in die Hülse' eingesetzt worden ist, wird das Rohr, innerhalb der Hülse ausgedehnt, wobei das Metall des Rohres sich deformiert und wegen der Auszahnungen, Rillen die Zwischenräume zwischen den Berührungsflächen ausfüllt. Die Auszahnungen sind hierbei tief genug, um das Fließen des Materials in alle Leerräume zwischen den Oberflächenzu erleichtern und zu gestatten. -
In aer Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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Pig. 1 und. 1 A die Erfindung und einzelne Schritte des
erfindungsgemäßen Verfahrens zum Zusammenbauen der Teile,
Fig. 2 und 2 A eine abgewandelte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens und des hiernach hergestellten Rohrelementes,
Fig. 3 und 3 A eine weitere abgewandelte Ausführungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens und des hiernach hergestellten Rohrelementes jeweils in einer Vorderansicht in einem senkrechten Schnitt und
Fig. 4 eine weitere abgewandelte Ausführungsform
des Gegenstandes der irfindung in einer Seitenansicht in einem senkrechten Schnitt,
In Fig. 1 und 1 A ist ein röhrenförmiges, fflit erweiterten oder ausgedehnten Oberflächenpartien oder Hippen l4 versehenes Außenteil - eine Hülse - mit 12 bezeichnet, wobei diese Hülse vorzugsweise aus Gußeisen hergestellt ist und in ihre richtige Form gegossen wird, z. B. entsprechend dem im am 14.10.1958 erteilten USA-Patent 2 855 643 beschriebenen Verfahren. An der Innenseite der Hülse 12 ist das Rohr 16 angebracht, wobei sowohl das Rohr als auch die Hülse mit zusammenwirkenden Nuten oder Auszahlungen,
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Rillen 18 usw. versehen sind. Die Auszahnungen erstrecken sich vorzugsweise in LänKsrichtune entlang der Außenfläche des Rohres und der Innenfläche der Hülse und sind über die jeweiligen Oberflächen gleichmäßig; verteilt. Die Ti efen und weit eren Abme ssunken der Nut en oder Auszahnungen hängen von dein verwendeten Material ab, doch können bekannte Verfahren zur Erzielung der richtigen Ausmaße der Hüten oder Auszahnungen, Rillen usw. angewendet werden, um das Fließen des Metalls in der noch zu beschreibenden Weise zu ermofflichen.
Beim Zusammenbau können die i.uten oder Aus2ahnun&-en an den Teilen während der Herstellung, z. B. durch Gießen . oder Strangpressen, ausgebildet oder in die jeweiligen Oberflächen eingearbeitet werden. Die Teile werden •sodann durch Einschieben der inneren Elemente - der Rohre - In die Au;äenteile - den Hülsen - zusammengebaut. Danach wird das innenteil oder das itohr innerhalb der Hülse ausgeweitet, wobei die Auszahnungen tief genug sindj um während der plastischen\Ausdehnung das Nachgeben des Materials zu ermöglichen, das die Auszahnungen, nillen usw. bildet, woraus sich dn intensives Aneinanderhaften der Elemente durch die entsprechenden Auszahnungen ergibt. Wenn die Hülse-aus Gußeisen besteht, 'flieSt hauptsächlich das Material der RohrauSenfläche.
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In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 und 2 A ist nur die Innenfläche der äußeren Hülse 20 genutet oder mit Rillen usw. versehen, und während der Erweiterung des Innenrohres 22 fließt das Material, das die Außenfläche des Hohres bildet, in die Vertiefungen 2k in der Hülse.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 3 A wird das erfindungsgemäße Verfahren durch eine ,entgegengesetzte Anordnung bewirkt, nämlich durch die an der Außenfläche des Rohres 28 angebrachten Muten oder Auszahnungen 26. Die Erweiterung oder Ausdehnung des Hohres 28 verursacht eine geeignete Verformung oder ein geeignetes Fließen des Rohrmetalls, wodurch sich eine enge Berührung zwischen den miteinander zusammenwirkenden Oberflächen ergibt. .-.-.■./■■■ ■■■■■■': - ■■'"■> . : . ■■:"■.
Das wichticcste werkmal bei den drei Ausführüngsformen besteht darin, zumindest eine,der Berührungsflächen mit Auszahnungen oder Nuten in Form von Kerben, Händelungen u. dgl. zu versehen, die, so bemessen sind, daß sie in der entsprechenden Fläche des anderen Teils den Material-Überschuß aufnehmen oder den Materialmangel ausgleichen können.· üiese Bemessung sollte auch die Schwankungen hinsichtlich-,der Stärke'der Rohrwand, Änderungen hinsichtlich des /Rohrinnendurchmessers sowie andere im allgemeinen beim Zusammenbau auftretende Toleranzen be-
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rücksichtigen und in Erwägung ziehen, daß die vorliegende Erfindung größere Toleranzen als die üblichen zuläßt,
Bs sei noch darauf hingewiesen, daß sich bei den Ausführungsformen gemäß Pig. 2 und 2 A sowie 3 und 3 A nicht der intime, intensive, aus der Anordnung ft;emäß Pig, I und 1 A ersichtliche Kontakt ergibt, jedoch stellen diese. Aus führung s form en trotzdem eine Verbesserung der bereits bekannten Systeme dar. Im allgemeinen können alle Spalte auf ein Minimum.verkleinert, und durch geeignete Bemessung der Tiefe der Auszähnungen im wesentlichen eliminiert werden und das in weit größerem Umfang, als dies aus den Zeichnungen ersichtlich ist. In den Zeichnungen wurden Luftzwisohenraume nur zu dem Zweck gezeigt, um auf diese Weise das angewandte Verfahren besser verständlich zu machen. * .- .
üin. weiteres.Merkmal der vorliegenden, Erfindung besteht darin, daß zusätzlich zur engen Kontakterzielung der verschiedenen Bestandteile ein Bruch der äußeren Hülse infolge von überschüssigem oder fehlendem Material vermieden wird, da die Auszahlungen und die Verformung der Auszahlungen die Schwankungen, Toleranzen o. dgl, ausgleichen. Ein weiterer vorteil ergibt sich daraus, daß bei der vorliegenden Erfindung die Forderung nach kleinen Toleranzen und eine bisher notwendige kritische oder
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ganz genaue Herstellung vermieden wird, die bei den bekannten Anordnungen notwendig war, um eine maximale Berührung ohne Überschneiden der Bestandteile bei der Montage : zu erzielen. -
!■ ■ Sin weiteres Merkmal der Erfindung ist in Fig, Α· dargestellt. Ein geeigneter Dichtungsring 30 ist zwischen zwei aufeinanderfolgenden, erweiterten oder ausgedehnten Oberflächenelementen 32 und 3^ angeordnet, wobei der .Sing aus einem ähnlichen Material wie das Rohr 36 hergestellt ist. Der Dichtungsring ist so ausgebildet, daß er mit den in den anliegenden Gußgliedern geformten Ausnehmungen 38 und 40 zusammenwirkt mit der Ausnahme, daß der Innendurchmesser des Dichtungsringes größer als der Außendurchmesser nach der Erweiterung oder Ausdehnung des Rohres 36 ist. Dadurch wird infolge der verminderten Stärke des Hohres während des Erpansionsschrittes ein Bruch des Dichtungsringes unterbunden. Das endgültige Einspannen des Dichtungsringes wird vor dem Ausdehnen des Hohres durch das Zusammenpressen der zwei anliegenden Hülsen erreicht.
Obgleich die vorliegende Erfindung nur einige spezifische f Ausführungsbeispiele umfaßt, so sind weitere yariätlonsj. moglichkeiten innerhalb des vorliegenden Sehutzumfanges
! möglich. - .-■"■/ ■"■'
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Claims (1)

  1. A η s ρ r ü c h e
    1. Verfahren zur Herstellung von Rohren mit ausgedehnten Oberflächenelementen, dadurch gekennzeichnet, daß man längliche Hülsen aus Metall bildet, die eine Innenfläche und einen Durchmesser aufweisen, die geeignet sind, eine Berührung mit der Außenfläche des zugeordneten Rohres zu ermöglichen, und die außerdem an ihrer Außenseite rincförmige ausgedehnte Wärmeübertragungsabschnitte aufweisen, daß man zumindest an. einer der genannten Oberflächen sich in Längsrichtung erstreckenae, annähernd gleichförmig an der ümfläche verteilte imszahnungen, itlllen usw. bildet bzw. vorsieht und daß man die p-enannten Hülsen auf die Rohre aufschiebt und die Kohre innerhalb der Hülsen einer Ausdennur»?· und Expansion unterwirft, bis durch die .deformation des Katerials der einen der beiden Flächen die leeren Zwischenräume zwischen den beiden Flächen Gefüllt werden, wobei man die Tiefe de.r; Auszahnungen, Rillen usw. ausreichend groß wählt, daß sie das Uaeheeben des sich deformierenden Materials gestatten und ein intimes Haften der beiden Oberflächen gestatten.
    2. verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, ,.. daQ-man die Hülsen aus Gußeisen herstellt und das r.aterial der Hohraußenfläche verfornt, um die Leerräume auszufüllen.
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    3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß'man beide Oberflächen mit AusZähnungen, Rillen usw. versieht, die jeweils so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie beim-Aufstecken der Hülsen auf die Rohre ein genaues Ineinanderpassen der 'feile ermöglichen.
    ^-. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, r daß man eine Vielzahl von Hülsen Stirhende an Stirnende stumpf aneinanderstoßend"an der Oberfläche eines Rohres anordnet, wobei man die der Rohraußenfläche zu nächst liegenden Hülsenstirnkanten innen schräg und konisch ausbildet und so einen· Leerraum, zwischen den benachbarten Hülsen an der Rohraußenfläche bildet, daß man weiterhin einen Dichtungsring in den Zwischenraum zwischen anliegenden Hülsen.einsetzt, um diesen Zwischenraum nach außen abzudichten, wobei die Form des Querschnittes des. Dichtungsringes so gewählt ist, daß sie derjenigen des Leerraumes entspricht, der Ring sich jedoch leicht verformt, sobald die hülsen zusammengedrückt werden, und wobei weiterhin der Dichtungsring .einen. Innendurchmesser hat, der größer als der Hülseninnendurchmesser ist, wodurch ein Bruch des Ringes bei einer Ausdehnung des Rohres vermieden wird.
    5. verfahren nach Anspruch 1, dadurch frekannzei.chnet, daB die Auszahnunp-en, ni 11 en usw. sich üb er di.e gesamte Lgnxce der sßnanr.tev. Oberfläche erstrecken,:. ·
    9φ 9 8 4 3 /Q 3 5 5 _ ij _
    6. Mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 "bis hergestelltes Höhrenelement mit einer ausgedehnten Außenfläche, dadurch gekennzeichnet, daß es ein inneres Bohr mit einer Außenfläche und zumindest eine äußere, auf dem inneren Rohr angeordnete längliche Hülse umfaßt, deren Innenfläche und Durchmesser ein genaues Zusammenpassen mit der fiohraußenflache gestatten und die an ihrem Umfang ausgedehnte ringförmige Wärmeaustauscherabschnitte besitzt, wobei zumindest an einer dieser Oberflächen annähernd gleichmäßig verteilte längliche Auszahnungen, Hippen od. dgl. vorgesehen sind.und wobei weiterhin das innere fiohr tief genug in die äußere Hülse hinein expandiert worden ist, daß das Material der einen der beiden Oberflächen bis zum Ausfüllen der Leerräume zwischen den beiden . ' .Flächen deformiert ist, während die Auszahnungen tief genug sind, um ein Machgeben des sich deformierenden Materials zu gestatten, das zu einem intensiven Haften . der beiden Teile aneinander führt.
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    Leers e i t e
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