DE2829070C2 - Verfahren zum Walzen eines Rippenrohres für Wärmetauscher - Google Patents

Description

des Strömungsmittel und Kältemittel kann bei einem Verdampfer oder Kühler eines zur Kälteerzeugung dienenden Systems Verwendung finden. Bei einer typischen Ausführungsform ist hierbei eine Vidzahl von parallel zueinander angeordneten Wärmelauscherrohren so montiert, daß mehrere Rohre einen Strömungsmittelkreislauf bilden, wobei für das zu Kühlende Strömungsmittel eine Vielzahl von parallelen Kreisen vorgesehen ist Normalerweise sind alle Rohre der verschiedenen Kreise in einem einzigen Gehäuse enthalten, in dem sie in das Kältemittel eingetaucht sind.

F i g. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Wand eines zylindrischen Rohres mit glatter Oberfläche vor dem Walzen. In F i g. 2 ist das gleiche Rohr im Querschnitt dargestellt, nachdem abwechselnd tiefe Rillen 18 und flache Rillen 16 eingewalzt worden sind. Durch den Walzvorgang werden vorstehende Rücken 20 gebildet, die jeweils einen Teil des Rohres zwischen benachbarten tiefen Rillen 18 bilden, der sich von einer {^dachten Linie vom untersten Punkt einer tiefen Rille 18 zum untersten Punkt der benachbarten tiefen Rille 18 radial nach außen erstreckt Derjenige Teil des Rohres wird als Rücken 20 bezeichnet, der in F i g. 2 innerhalb des mit getrichelten Linien angedeuteten Rechtecks vorhanden ist

Die Rücken 20 weisen jeweils einen Basisabschnitt 22 und zwei Rippen 24 auf. Der Basisabschnitt 22 ist derjenige Teil des Rückens 20, der sich radial außerhalb einer gedachten Linie befindet, die den untersten Punkt von benachbarten tiefen Rillen miteinander verbindet und der sich radial innerhalb einer gedachten Linie befindet die zwischen den untersten Punkten von benachbarten flachen Rillen 16 gezogen ist. Die Rippen 24 sind am Basisabschnitt 22 zu beiden Seiten einer flachen Rille 16 angeordnet und erstrecken sich von der gedachten Linie, die die untersten Punkte von benachbarten flachen Rillen 16 verbindet radial nach außen.

In F i g. 3 ist ein Querschnitt des in den F i g. 1 und 2 gezeigten Rohres dargestellt, wobei die Rippen 24 auseinandergetrieben worden sind und Hohlräume 30 teilweise umschließen. Die Rippen 24 sind von der Mitte des Rückens 20 in Richtung auf die benachbarten Rükken weggebogen, so daß sie auf diese Weise die tiefe Rille 16 teilweise überdecken. Beide Rippen eines jeden Rückens erstrecken sich winklig zueinander in gegenüberliegenden Richtungen und bilden zusammen mit der benachbarte Rippe des benachbarten Rückens einen engen Spalt. Der zwischen den Enden von Rippen 25 vorhandene Spalt 32 besitzt eine solche Abmessung, daß er die Blasenbildung beim Sieden innerhalb des Hohlraumes 30 fördert. Der Hohlraum 30 wird vom Boden der tiefen Rille 18, den Seiten von benachbarten Basisabschnitten 22 und den Seiten von benachbarten Rippen 24 begrenzt.

Die Rillen sind wendelförmig um das Rohr 10 gewalzt. Auf diese Weise wird ein einziger spaltenähnlicher Hohlraum 30 gebildet, der sich wendelförmig über die Gesamtlänge des Wärmetauscherrohres erstreckt Wenn ein zweigängiges Werkzeug Verwendung findet, erstrecken sich naturgemäß zwei spaltenähnliche Hohlräume über die Gesamtlänge des Wärmetauscherrohres. Offensichtlich kann daher die Zahl der Hohlräume erweitert werden, indem entweder die Gangzahl des Werkzeugs; erhöht wird oder indem die Hohlräume an einigen Stellen über die Rohrlänge unterbrochen werden, um beispielsweise Stege auf der Rohroberfläche vorzusehen, durch die das Rohr in einem üblichen Rohrblech gehalten werden kann.

In F i g. 4 ist die zum Walzen des Rohres auf einer üblichen Rohrrippungsmaschine verwendete Werkzeuganordnung gezeigt Bei einer derartigen Maschine sind zylindrische Scheiben auf einer Vielzahl von Werkzeugspindel in einer solchen Weise montiert, daß sie bei ihrer Rotation Abschnitte des Rohres verdrängen und die gewünschte Form erzeugen. Aus F i g. 4 kann zum Teil entnommen werden, daß durch abwechselnd angeordnete Tiefrillenscheiben 40 und Flachrillenscheiben

ίο 42 abwechselnd tiefe Rillen und flache Rillen in die Oberfläche des Rohres 10 eingewalzt werden. Diese Scheiben nehmen in der Tiefe zu, wenn das Rohr entlang dem Werkzeugsatz 38 vorrückt In F i g. 4 ist darüber hinaus eine Reihe von vier Ausweitungsscheiben 44 zur Verwendung mit zweigängigen Werkzeugen gezeigt die so bemessen sind, daß sie in die flachen Rillen 16 passen, die in den Rücken 20 auf der Rohroberfläche vorgesehen sind, und zwar derart daß die beiden Rippen 24 auf jedem Rücken in entgegengesetzte Richtungeri auseinandergetrieben werden. Man kann erkennen, daß die vier Ausweitungsscheiben — eine schmale und eine breite Scheibe auf jedem Satz des zweigängigen Werkzeuges — so angeordnet sind, daß die Rippen nach dem Walzen zunehmend verschoben werden. Während des Ausweitens wird der spaltförmige Hohlraum 30 durch die Rippen 24 gebildet die teilweise verschoben werden, um die tiefe Rille 18 einzuschließen und einen schmalen Spalt 32 dazwischen freizulassen. Aus F i g. 4 kann des weiteren entnommen werden, daß beim Auseinandertreiben der Rippen 24 am unteren Ende der flachen Rille 16 Diskontinuitäten 36 erzeugt werden. Durch diese Diskontinuitäten beim Auseinandertreiben werden zusätzliche Flächen und Unregelmäßigkeiten geschaffen, die das Blasensieden an anderen Stellen als den Hohlräumen 30 fördern.

Für typische Anwendungsfälle auf dem Wärmetauschersektor wird ein Kupferrohr verwendet, das einen Außendurchmesser von 18,92 mm und eine Wanddicke von 131 mm besitzt. Nach dem Walzen und Ausweiten beträgt die am Boden des spaltenförmigen Hohlraum gemessene Wanddicke etwa 0,71 mm.

In Fi g. 5 ist eine Werkzeugspindel 46 dargestellt, die so angeordnet ist, daß sich ihre Achse in geringfügiger Schräglage zur Achse des Rohres 10 befindet. Auf der Spindel 46 sind der in F i g. 4 gezeigte Werkzeugsatz 38, eine Spindelmutter 48, mittels der der Werkzeugsatz 38 verschraubt ist, und Abstandshalter 5O montiert. Wie man F i g. 5 entnehmen kann, bildet die Achse der Werkzeugspindel mit der Achse des Rohres 10 einen spitzen Winkel von etwa 3°. Diese geringfügige Schiefstellung bewirkt, daß das Rohr 10 entlang seiner Achse angetrieben wird, wenn die Spindel 46 und der darauf befindliche Werkzeugsatz 38 rotieren. Folglich wird das Rohr 10 durch die Rohrrippungsmaschine (nicht gezeigt), die den Werkzuggang und die Spindel enthält, bewegt, wenn die Spindel in Drehungen versetzt wird.

Innerhalb des Rohres 10 befindet sich ein üblicher glatter Dorn (nicht gezeigt), der dazu dient, die Innenfläche des Rohres während des Walzens abzustützen. Der Dorn besitzt eine ausreichende Länge, so daß die Innenfläche des Rohres unter allen Scheiben auf der Werkzeugspindel abgestützt wird.

Bei der Vorwärtsbewegung des Rohres entlang seiner Achse werden zuerst die alternierend angeordneten tiefen und flachen Rillen zunehmend tiefer in die Rohroberfläche eingewalzt, und danach werden die Rippen zur Bildung der spaltähnlichen Hohlräume nach außen gedrückt, wobei alle Schritte in einem einzigen Durch-

lauf der Rohrrippungsmaschine ausgeführt werden. Zweckmäßigerweise wird gleichzeitig eine Vielzahl von Werkzeugspindeln eingesetzt, die um den Umfang des Rohres herum montiert sind, um eine glatten und gleichmäßigen Walzvorsprung zu erreichen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

10

20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

Claims (1)

1 2

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein VerPatentanspruch: fahren der angegebenen Art zu schaffen, mit dem sich

Rippenrohre für Wärmetauscher herstellen lassen, de-

Verfahren zum Walzen eines Rippenrohres für ren äußere Wärmeübetragungsfiäche einen besonders Wärmetauscher, bei dem in die Außenfläche eines 5 hohen Wirkungsgrad besitzt

Rohrrohlings abwechselnd nebeneinander wendel- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Ver-

förmige flache Rillen und tiefe Rillen gewalzt wer- fahren mit dem kennzeichnenden Merkmal des Patentden, dadurch gekennzeichnet, daß die anspruchsgelöst

Rippen zwischen jeweils zwei tiefen Rillen in entge- Durch das erfindungsgemäß vorgenommene Auseingengesetzten Richtungen derart auseinandergetrie- 10 andertreiben der zwischen jeweils zwei tiefen Rillen beben werden, daß sich jede Rippe über einen Teil der findlichen Rippen in entgegengesetzte Richtungen wertiefen Rille erstreckt und zusammen mit der jenseits den die tiefen Rillen in einen spaltähnlichen Hohlraum der tiefen Rille benachbarten Rippe einen engen überführt, wobei der zwischen den Enden von benach-Spalt begrenzt harten Rippen vorhandene Spalt die Blasenbildung

is beim Sieden innerhalb des Hohlraumes und somit die

Wärmeübertragung fördert Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird somit eine große Anzahl von geeigneten Dampfeinschlußhohlräumen auf der Oberflä-

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ver- ehe des Rohres geschaffen.

fahren zum Walzen eines Rippenrohres für Wärmetau- 20 Ergänzend zum Stand der Technik sei noch auf die

scher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. US-PS 36 02 027 verwiesen. Aus dieser Veröffentli-

Bei bestimmten Vorrichtungen zur Kälteerzeugung, chung ist es im Zusammenhang mit der Herstellung von

beispielsweise einem Kühler oder einem Verdampfer, Rippenrohren für Wärmetauscher bekannt, die aus dem

wird zu kühlende Flüssigkeit durch ein Rohr geleitet, Rohr herausgewalzten Wendelrippen durch einen rei-

während sich ein flüssiges Kältemittel mit der Außensei- 25 nen limformvorgang umzubiegen, so daß sie sich über

te des Rohre in Kontakt befindet. Das Rohr wird norma- die benachbarte Rillen erstrecken und mit den jeweili-

lerweise in ein Kältemittel eingetaucht oder mit einem gen benachbarten Rippen einen engen Spalt begrenzen.

Kältemittel besprüht Das Kältemittel ändert seinen Ag- Hierbei werden die Rippen jedoch alle in die gleiche

grefcjtzustand von flüssig in dampfförmig, wobei es von Richtung umgebogen.

dem zu kühlenden Strömungsmittel innerhalb des Roh- 30 Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in einem

res Wärme absorbiert Die äußere Form des Rohres ist einzigen Durchlauf mit einer üblichen Rohrrippungsma-

von sehr großer Bedeutung für die Siedeeigenschaften schine verwirklichen. Dabei befindet sich auf einer

und das gesamte Wärmeübertragungsvermögen des Werkzeugspindel eine Reihe von Scheiben, die mit dem

Rohres. Rohr in Eingriff treten, das die Rohrrippungsmaschine

Es ist festgestellt worden, daß die Wärmeübertragung 35 passiert. Diese Scheiben sind so angeordnet, daß in der

auf eine siedende Flüssigkeit durch die Bildung von Stel- Außenfläche des Rohres zuerst abwechselnd tiefe und

len, an denen beim Siedevorgang Blasen entstehen, ver- flache Rillen geformt werden. Danach wird eine sich

bessert wird. Dabei wird von der Annahme ausgegan- konisch erweiternde Scheibe in die flache Rille einge-

gen, daß durch die Anordnung von Dampfeinschluß- bracht um die Rippen nach außen über die tiefen Rillen

hohlräumen in der Wärmetauscherfläche derartige Stel- 40 zu drücken.

len für das Blasensieden geschaffen werden können. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Aus-

Beim Blasensieden wird der eingeschlossene Dampf führungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung er-

durch die Wärmetauscherfläche überhitzt und nimmt läutert. Es zeigt

folglich im Volumen zu, bis die Oberflächenspannung F i g. 1 einen Teilschnitt durch ein Wärmetauscherüberwunden ist und sich die Dampfblase von der Ober- 45 rohr mit einer glatten Oberfläche; fläche löst. Wenn sich die Dampfblase von der Oberflä- F i g. 2 einen Teilschnitt durch das in F i g. 1 gezeigte ehe gelöst hat, wird der nunmehr freie Raum von Flüs- Rohr, nachdem in dieses abwechselnd flache und tiefe sigkeit benetzt so daß der verbleibende Dampf eine Rillen eingewalzt worden sind;

zusätzliche Flüssigkeitsquelle besitzt die Dampf zur BiI- Fig. 3 einen Teilschnitt durch das in Fig. 1 und 2

dung der nächsten Blase erzeugt. Das kontinuierliche 50 gezeigte Rohr, wobei die Rippen zur Bildung von spalt-

Benetzen und Ablösen sowie die Konvektionswirkung ähnlichen Hohlräumen auseinandergebogen worden

der überhitzten Blase, die die Flüssigkeit durchwandert sind;

und diese vermischt, führen zu einer verbesserten War- F i g. 4 einen Teilschnitt des Wärmetauscherrohres

meübertragung der Wärmetauscherfläche. mit dem sich damit in Eingriff befindenden Werkzeug-

Es ist bekannt, daß die Wärmeübertragung von der 55 satz, wobei das Vorrücken der zur Erzeugung der fla-

Oberfläche in dem Bereich, in dem die Dampfblase ge- chen und tiefen Rillen und der spaltförmigen Hohlräu-

§ bildet wird, groß ist. Demzufolge steigt das gesamte me verwendeten Walzscheiben und konisch ausgebilde-

Wärmeübertragungsvermögen an, je größer die Dichte ten Scheiben dargestellt ist; und

der Dampfeinschlußstellen pro Flächeneinheit der War- F i g. 5 eine perspektivische Ansicht einer mit einem

metauscheroberfläche ist. 60 Werkzeugsatz versehenen Werkzeugspindel, die in ge-

Ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentan- ringfügiger Schräglage zu dem zu walzenden Rohr dar-

spruchs 1 beschriebenen Art ist aus der DE-OS gestellt ist.

17 51423 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Herstelwerden die tiefen Rillen auschließlich deshalb erzeugt, lung eines Wärmetauschers Verwendung finden, der ein um auf der Innenseite des Rohres nach innen vorstehen- 65 zu kühlendes Strömungsmittel aufweist, das durch ein de Rippen herzustellen. Eine Weiterbearbeitung der Wärmetauscherrohr strömt, und gleichzeitig ein zu verAußenfläche des Rohres nach der Ausbildung der Rillen dampfendes Kältemittel, das sich mit der Außenfläche ist nicht vorgesehen. des Rohres in Kontakt befindet. Ein solches zu kühlen-