Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Rohren für Wärmetauscher

Abstract

 Bei einem Verfahren zur Herstellung von Wärmetauscherrohren wird aus einem längseinlaufenden Metallband (7) ein Schlitzrohr (1) geformt und an seinen Bandkanten verschweißt. Im selben Arbeitsgang werden in das geschweißte Rohr (1) in vorbestimmten Bereichen ringförmige Einprägungen (5) eingebracht, wobei zwischen den mit Einprägungen (5) versehenen Bereichen ungeprägte Bereiche (20) verbleiben. Die einzelnen Wärmetauscherrohre werden im ungeprägten Bereich durchtrennt und an ihren Enden zu einem gleichseitigen flächendeckenden Vieleck aufgeweitet.

Beschreibung

[0001] Zur Hebung des Wirkungsgrades von Kraftwerksturbinen oder zur Reduzierung der Kühlturmhöhe bei gleichem Wirkungsgrad, sind Wärmetauscherrohre vorgeschlagen worden, die an ihren Enden zu einem Sechseck aufgeweitet sind und auf der gesamten Länge nach innen eingedrückte Sicken aufweisen. Diese Wärmetauscherrohre werden in paralleler Anordnung zu einem Wärmetauscherfeld zusammengesetzt und die Zwischenräume in den Endbereichen flüssigkeitsdicht verlötet oder verschweißt. Die Wärmetauscherrohre werden von außen vom abzukühlenden Kühlwasser einer Kraftwerksanlage angeströmt und nehmen dabei Wärmeenergie auf, die durch im Rohrinnern durchströmende Luft abgeführt wird. Die eingedrückten Rillen haben die Aufgabe, den Luftstrom zu verwirbeln und dadurch den Wärmeübergang zu verbessern.

[0002] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem es möglich ist, derartige Rohre fertig konfektioniert in wirtschaftlicher Weise herzustellen.

[0003] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein längseinlaufendes Metallband kontinuierlich zum Schlitzrohr geformt, an seinen Bandkanten verschweißt und anschließend einer Formvorrichtung zugeführt wird, in der das Rohr in vorbestimmten Bereichen mit ringförmigen Einprägungen versehen wird, wobei zwischen den geprägten Bereichen ungeprägte Bereiche verbleiben und daß das Rohr im ungeprägten Bereich durchtrennt wird und die abgelängten Rohre an den Enden zu einem vorzugsweise gleichseitigen flüchendeckenden Vieleck aufgeweitet werden.

[0004] Als Schweißverfahren wird vorzugsweise das sogenannte WIG-Schsveißen angewendet.

[0005] Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gelingt es, Rohre aus relativ dünnwandigem Metallband herzustellen und dadurch Material einzusparen. So ist es gelungen, Metallband mit einer Wanddicke von etwa 0,5 mm zu einem Rohr zu verschweißen. Die bekannten Rohrpreßverfahren sind nicht geeignet, Rohre mit einer Wanddicke von weniger als 0,65 mm herzustellen, während das Hochfrequenzschweißen Wanddicken von mindestens 0,8 mm erfordert.

[0006] Nach dem Ablängen der Rohre werden diese in ihren endseitigen Bereichen zweckmäßigerweise zu einem gleichseitigen Sechseck aufgeweitet. Dies wird vorteilhafterweise mittels eines leicht konisch zulaufenden im Querschnitt sechseckigen Dornes bewerkstelligt, der in das Rohrende eingetrieben wird.

[0007] Mit besonderem Vorteil wird ein Aluminiumband bzw. ein Band aus einer korrosionsfesten Aluminiumlegierung mit einer Wanddicke von ca. 0,5 mm zu einem Rohr mit einem Durchmesser von ca. 20 mm geformt und verschweißt und in das geschweißte Rohr ringförmige Einprägungen im Abstand von ca. ₂₃ mm und einer Tiefe von ca. 0,8 mm eingebracht. Es hat sich herausgestellt, daß die nach diesem Verfahren hergestellten Rohre einen guten Wärmeübergang bewirken.

[0008] Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, daß der Bereich der Schweißnaht nach dem Schweißen gekühlt und das Schweißgefüge durch Kaltwalzen verändert wird. Durch diese Maßnahme wird das Schweißgefüge dem Gefüge des Bandmaterials nahezu angepaßt, so daß die Festigkeit des Materials im Bereich der Schweißnaht mindestens 95 % der Festigkeit des übrigen Bandmaterials erreicht. Die Einprägungen werden zwechmäßigerweise durch Walzen erzeugt. Das Rohr wird mit einer Geschwindigkeit von mehr als 20 in/ min. unter Zuhilfenahme mehrerer hintereinander angeordneter Elektroden gefertigt. Diese hohen Geschwindigkeiten sind erzielbar, wenn ein Mehrfachelektrodenbrenner verwendet wird, wie er beispielsweise aus der DE-OS 22 56 851 bekannt ist.

[0009] Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, welche gekennzeichnet ist durch die Hintereinanderschaltung eines Bandablaufes, eines Ban_dspeichers, einer Besäumeinrichtung, einer Bandentfettungsanlage, eines Mehrfachelektrodenbrenners, einer Schweißnahtglättvorrichtung, eines Türkenkopfes sowie einer Rohrtrennvorrichtung. Diese Vorrichtung gestattet es, in kontinuierlicher Weise ohne Halt zu fertigen. Da die auf dem Markt erhältlichen Bandlängen in ihrer Länge begrenzt sind, werden diese an den Enden durch Schweißen verbunden. Während der sogenannten Quernahtschweißung wird Bandmaterial aus dem Bandspeicher entnommen. Die Besäumeinrichtung und die Bundentfettungsanlage sorgen für eine saubere fettfreie Oberfläche im BEreich der Bandkanten und verhindern somit Fehler in der Schweißnaht.

[0010] Zur Einprägung der Rillen wird zweckmäßigerweise ein sogenannter Türkenkopf verwendet, welcher aus mindestens zwei, vorzugsweise vier, umlaufenden Rädern mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden, dem Rohrdurchmesser angepaßten Nut besteht, wobei in der Nut in Querrichtung verlaufende Stege angeorndet sind und der Umfang der Räder der Länge des Rohres entspricht. Die Drehachsen der umlaufenden Räder sind in einer Ebene angeordnet, so daß die Stege gleichzeitig an dem Rohr angreifen und eine ringförmige Einprägung erzeugen. Die Räder können dabei angetrieben sein oder frei mitlaufen. Das geschweißte Rohr wird von einem sogenannten Spannzangenabzug, der hinter der Schweißnahtglättvorrichtung an dem Rohr angreift, gezogen und dem Türkenkopf zugeführt. Die Stege sind nur über einen Teil des Umfangs, vorzugsweise über 3/4, gleichmäßig verteilt und der restliche Bereich des Umfangs ist von Stegen frei. Die Rohrtrennvorrichtung besteht zweckmäßigerweise aus einer Säge, die während des Trennvorganges mit Rohrgeschwindigkeit mitläuft und nach Beendigung des Trennvorganges in ihre Ausgangslage zurücktransportiert wird.

[0011] Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist die Nut im von Siegen freien Bereich im Querschnitt so ausgelegt, daß eine leichte Prägung zum Sechseck eintritt. Diese Maßnahme erleichtert erheblich das spätere Eintreiben des Sechseckdornes. Um die Reibung zwischen dem Dorn und der inneren Rohrwandung zu verringern und gleichzeitig die Schweißnaht zu kühlen, wird in das noch offene Schlitzrohr eine Schmieremulsion eingeführt.

[0012] Die Erfindung ist anhand der in den Figuren 1 bis 5 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

[0013] Die Figur 1 zeigt das vorgeschlagene Wärmetauscherrohr, welches aus einem Aluminiumband von 0,5 mm Wanddicke hergestellt ist und einen Durchmesser von 20 mm bei einer Länge von 800 mm hat. Das Rohr 1 weist an seinen Enden einen aufgeweiteten Sechseckquerschnitt 2 auf, welcher sich an seinem äußersten Ende zu einem Wulst 3 geringfügig aufweitet. Dieser Wulst 3 dient dazu, daß das Lot in den Zwischenraum 4 zwischen den Rohren (s. Figur 2) einfließen kann. Die Rohre weisen Einprägungen 5 von einer Tiefe von ca. 0,85 mm auf, die für eine Verwirbelung der im Rohrinnern strömenden Luft sorgen sollen.

[0014] Die Figur 2 zeigt das Prinzip des Zusammenbaus der Wärmetauscherrohre 1. Dabei wird der zwischen den Rohren im Bereich des Sechskantes 2 befindliche Zwischenraum 4 mit Lot ausgefüllt und bildet somit den oberen und unteren Abschluß für das hindurchströmende Kühlwasser. Zur seitlichen Begrenzung des Strömungsraumes für das Kühlwasser dienen nicht dargestellte Seitenplatten.

[0015] Bei der Herstellung derartiger Wärmetauscherrohre geht man zweckmäßigerweise so vor, daß man ein von einem Vorratshaspel 6 ablaufendes Aluminiumband 7 in einem Speicher 3 einfährt, darauf das Band 7 in einer kontinuierlichen Bandcntfcttungsanlage 9 vorzugsweise mittels organischer Lösungsmitteldämpfe entfettet und reinigt und an den Bandkanten in nicht dargestellter Weise besäumt. Das auf diese Weise vorbereitete Metallband 7 wird einer Rohrformeinrichtung 10 zugeführt, die das Metallband 7 allmählich zum Schlitzrohr formt. Dieses Schlitzrohr wird in einen Ziehring 11 geführt, so daß die Bandkanten stumpf aneinanderliegen und unmittelbar hinter dem Ziehring 11 mittels eines Mehrfachelektrodenbrenners 12 unter Schutzgas mit nicht abschmelzenden Elektroden verschweißt. Hinter dem Schweißpunkt befindet sich die Walzvorrichtung 13 zur Bearbeitung der SchweißnahtZur Kühlung der Schweißnaht wird in das offene Schlitzrohr eine Schmieremulsion eingebracht, die gleichzeitig zur Verringerung der Reibung zwischen einem Dorn und der Innenwandung des geschweißten Rohres dient. Hinter der Schweißnahtglättvorrichtung greift an das geschweißte Rohr ein sogenannter Spannzangenabzug 18 an, welcher das Bandmaterial durch die Anlage hindurchzieht und das geschweißte Rohr dem sogenannten Türkenkopf 19 zuführt, welcher in das Rohr 1 die Einprägungen 5 eindrückt. Der Türkenkopf 19 ist wie weiter unten beschrieben, mit Stegen versehen, welche die Einprägungen 5 in das Rohr 1 eindrücken, wobei aber an dem Rohr 1 ungeprägte Bereiche 20 verbleiben. In diesen ungeprägten Bereichen 20 werdendie Rohre mittels einer fliegenden Säge 21 durchtrennt. Die abgelängten Wärmetauscherrohre 1 werden dann einer Vorrichtung zugeführt, in welcher in nicht dargestellter Weise mittels eines korischen Sechseckdornes das Sechseck 2 endseitig angeformt wird.

[0016] Die Figuren 4 und 5 zeigen in vergrößertem Maßstab den Türkonkopf 19. Dieser besteht vorteilhafterweise aus vier Rollen 23, welche um 90° versetzt in einer Ebene an dem Rohr 1 angreifen und mittels der in der Nut 24 angeordneten Stege 25 die Einprägungen 5 in das Rohr eindrücken. Der Umfang der Rollen 23 ist nun so gewählt, daß bei einer Umdrehung der Rollen 23 alle an seinem Rohr vorgesehenen Einprägungen 5 angebracht werden und ein Teil der Rohrlänge ungeprägt bleibt, in welchem der Trennschnitt vorgenommen und die Sechskante 2 angeformt werden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Rohren für Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß ein längseinlaufendes Metallband kontinuierlich zum Schlitzrohr geformt, an seinen Bandkanten verschweißt und anschließend einer Formvorrichtung zugeführt wird, in der das Rohr in vorbestimmten Bereichennit ringförmigen Einprägungen versehen wird, wobei zwischen den geprägton Bereichen ungeprägte Bereiche verbleiben, daß das Rohr im ungeprägten Bereich durchtrennt wird und die abgelängten Rohre an den Enden zu einem vorzugsweise gleichseitigen flächendeckenden Vieleck aufgeweitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrenden zu einem gleichseitigen Sechseck aufgeweitet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aluminiumband bzw. ein Band aus einer korrosionsfesten Aluminiumlegiorung mit einer Wanddicke von ca. 0,5 mm zu einem Rohr mit einem Durchmesser von ca. 20 mm geformt und verschweißt wird und in das geschweißte Rohr ringförmige Einprägungen im Abstand von ca. 23 mm und einer Tiefe von ca. 0,8 mm eingebracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der Schweißnaht nach dem Schweißen gekühlt und das Schweißgefüge durch Kaltwalzen verändert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Einprägungen durch Walzen erzeugt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dudurch gekenzeichnet, daß das Rohr mit einer Geschwindigkeit von mehr als 20 m/min. unter Zuhilfenahme mehrerer hintereinander angeordneter Elektroden gefertigt wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch die Hintereinanderschaltung eines Bandablaufes (6), eines Bandspeichers (8), einer Besäumeinrichtung, einer Bandentfettungsanlage (9), eines Mehrfachelektrodenbrenners (12), einer Schweißnahtglättvorrichtung (16), eines Türkenkopfes (19) sowie einer Rohrtrennvorrichtung. (21).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Türkenkopf (19) aus mindestens zwei, vorzugsweise vier, umlaufenden Rädern (23) mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden, dem Rohrdurchmesser angepaßten Nut (24) besteht, daß in der Nut (2¹₁) in Querrichtung verlaufenden Stege (25) angeordnet sind, und daß der Umfang der Räder (23) der Länge des Rohres entspricht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (25) nur über einen Teil des Umfanges, vorzugsweise über 3/4, gleichmäßig verteilt sind und der restliche Bereich des Umfanges von Stegen (25) frei ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (24) im von Stegen (25) freien Bereich im Querschnitt so ausgelegt ist, daß eine leichte Prägung zum Sechseck eintritt.

Zeichnung