DD247965A1 - Verfahren zur herstellung von rohrbuendeln fuer waermeuebertrager - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren fuer Rohrbuendel von Waermeuebertragern, vorzugsweise flexiblen Rohrbuendelwaermeuebertragern, und dient insbesondere zur Schaffung einer druckdichten, korrosionsbestaendigen sowie verschleissarmen Befestigungsanordnung zwischen dem Rohrboden und den Rohrenden der Waermeuebertragungselemente. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es im wesentlichen, derartige Rohrbuendel mit einfacheren und zeitlich reduzierten Bearbeitungs- und Montageschritten, problemlos verfuegbaren und kostenguenstigen Materialien sowie insgesamt verringerten Investitionsaufwendungen herzustellen. Erfindungsgemaess werden dazu die Plan- bzw. Stirnebenen der Rohrenden zunaechst entweder ueber das Oberkantenniveau eines Rohrbodenunterteiles oder ueber das Unterkantenniveau einer im Rohrbodenunterteil angebrachten Aussparung mit einem entsprechenden Abstand gefuehrt, in dieser Stellung fixiert und darauffolgend die zwischen den Aussenflaechen der Rohrenden entstehenden Freiraeume mit einem einlege-, schuett- oder fliessfaehigen und nach bestimmter Zeit ohne oder mit Waermeeintrag aushaertenden Verbundmaterial, vorzugsweise Epilox- oder Polyurethanwerkstoffe, ausgefuellt.

Description

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Rohrbündelherstellung für Wärmeübertrager zu finden, welches eine weitgehend dauerbeständige, platzsparende und regenerierungsfähige Befestigung und Abdichtung der Wärmeübertragungselemente im Rohrboden gestattet und sich gegenüber den bisher bekannten Lösungen einerseits durch einfachere und zeitlich reduzierte Bearbeitungs- und Montageschritte und zum anderen durch insgesamt verringerte Investitionsaufwendungen bezüglich der verfahrenstechnischen Durchführung auszeichnet.

Darstellung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt entsprechend vorgenannter Zielstellungen die Aufgabe zugrunde, das Verfahren so zu konzipieren, daß die Wärmeübertragungselemente mit dem Rohrboden ohne Beanspruchung kraftaufwendiger Verformungsarbeiten, lot- oder schweißtechnischer Fügemethoden und zusätzlicher separater Verbindungsteile mittels problemlos verfügbarer bzw. kostengünstiger Verbundmaterialien zusammengefügt werden. Darüber hinaus soll die Verfahrenslösung sowohl eine geringstmögliche Anzahl an manuellen Arbeitsgängen beinhalten als auch komplizierte Fertigungs-, Montage- und Instandsetzungsvorrichtungen vermeiden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem die Rohrenden der Wärmeübertragungsrohre zunächst durch ein Rohrbodenunterteil geschoben und entweder bis über dessen Oberkantenniveau oder bis über das Unterkantenniveau einer im Rohrbodenunterteil angebrachten Aussparung mit einem entsprechenden Abstand, vorzugsweise 5... 15mm, geführt, in dieser Stellung fixiert und darauffolgend die zwischen den Außenflächen der Rohrenden entstehenden Freiräume mit einem aushärtenden Verbundmaterial ausgefüllt werden. Als Verbundmaterialien kommen alle mit oder ohne Wärmeeintrag aushärtenden Materialien in Frage, welche im Ausgangszustand einlege-, schürt-, knet- oder fließfähig sind, günstige Verbund-, Festigkeits-, Abriebs- und Korrosionsbeständigkeits-, Verarbeitungs-, Bearbeitungs- und Aushärtungszeiteigenschaften aufweisen, billig und ohne Schwierigkeiten verfügbar sind sowie optimale Gesamtnutzungsdauern gewährleisten. Besonders geeignet sind Epilox- und Polyurethanwerkstoffe.

Erfindungswesentlich ist ferner, daß bei der Herstellung von Rohrbündeln, dessen Wärmeübertragungsrohre aus koaxial ineinander geführten Rohren mit einseitig freiem Rohrende bestehen, die freien äußeren Rohrendenflächen jeweils mit einer Schutzkappe, vorzugsweise aus Plaste- oder Elastewerkstoffen mit topf- oder hutförmiger Gestalt, versehen werden. Diese Schutzkappen, welche eine nach innen gerichtete radiale Vorspannung besitzen, werden vor dem Aufschieben auf die Rohrendenflächen mit einem heiß- oder kalthärtenden Äbdichtmaterial, welches sich vorzugsweise aus Verbundmaterial zusammensetzt, gefüllt. Damit ist eine außerordentlich kostengünstige und einfach ausführbare Abdichtverbindung mit zusätzlicher Stoßschutzfunktion, die beim Einsatz von flexiblen Wärmeübertragungsrohren wirksam wird, gegeben.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines detaillierten Beispiels näher erläutert. " In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Rohrbündel für U-Rohrwärmeübertrager mit flexiblen, schraubenlinienförmig gewellten Metallrohren Fig. 2: Teilansicht einer Halte-und Abdichtanordnung von flexiblen, parallel gewellten Metallrohren am Rohrboden Fig.3: Teilansicht eines Wärmeübertragers mit einem aus flexiblen, koaxial ineinander geführten Rohren bestehenden Rohrbündel

Fig.4: Teilansicht einer weiteren Ausführungsmöglichkeit für Wärmeübertrager gemäß Fig. 3 Fig. 5: Rohrbündel für Wärmeübertrager gemäß Fig.3 und 4 Fig.6: Teilansicht einer speziellen Gestaltungsvariante zur Rohranordnung am Rohrboden

Das in Fig. 1 dargestellte U-Rohrbündel, welches zwischen dem Wärmeübertragungsbehälter 6 und Vor-und Rücklaufverteiler befestigt ist, setzt sich aus flexiblen, schraubenlinienförmig gewellten Metal !rohren 1, einem Rohrbodenunterteil 3, dem Verbundmaterial 4 und einem elastischen Abdichtelement 5 zusammen. Bei der Herstellung des Rohrbündels werden zunächst die Rohrenden der flexiblen Metallrohre 1 etwas über die Oberkante OK des mit einer Aussparung versehenen Rohrbodenunterteiles 3 geführt und fixiert. Das Fixieren geschieht entweder mit einer geeigneten Haltevorrichtung für alle flexiblen Metallrohre 1 oder durch Einbringen einer mit Längenanschlag versehenen Spreizvorrichtung bzw. -zange in die flexiblen Metallrohre 1, mit der z.B. zwei um 180° versetzt zueinander liegende kugelförmige Erweiterungen im Bereich der Grundflächenebene der Aussparung von innen nach außen eingedrückt werden. Die zwischen den flexiblen Metallrohren 1 und den Bohrungen des Rohrbodenunterteiles 3 vorliegenden Fugen werden mit einer verformbaren Fugenverschlußmasse 14 abgedichtet. Nach dem Einlegen des Abdichtelementes 5 erfolgt das Einbringen des Verbundmaterials 4 in die verbliebenen Freiräume der Aussparung des Rohrbodenunterteiles 3, bei welcher der Durchmesser größer ausgeführt wird als der alle flexiblen Metallrohre 1 eingrenzende Hüllkreisdurchmesser, und das anschließende Aushärten des Verbundmaterials 4. Als Verbundmaterialien 4 kommen wegen ihrer großen Härte, Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Stabilität gegenüber pulsierender und schlagartiger Belastung sowie Haftfähigkeit auf bzw. an Metallen und Plastwerkstoffen bevorzugt Epilox- oder Polyurethanwerkstoffsorten in Frage. Besonders geeignet sind die kostengünstigen Epiloxwerkstoffe EG1 und EG 34. Die Aushärtungszeit dieser heißhärtenden Gießharze liegt je nach Warmbehandlungstemperaturen und verwendeten Epiloxhärtem bei 1 ...24 Stunden. Beispielsweise beträgt die Aushärtezeit von Epilox EG 34 etwa 2 Stunden, d.h. bei Anwendung eines Epiloxhärters 105, einem Mischungsverhältnis von 3:1 Volumenanteilen zwischen Harz und Härter sowie einer Warmbehandlungstemperatur von ca. 400K.

Als Polyurethanwerkstoffe eignen sich speziell die die Form- bzw. Vergußmassen SYSpurV8410, V8411 und V8413. Diese kalthärtenden Zwei-Komponenten-Systeme besitzen bei Temperaturen von 288...298K eine durchschnittliche Abbindezeit von 24 Stunden. SYSpur V 8411 und V 8413 können zur Erzielung einer optimalen Gebrauchsdauer miteinander vermischt werden.

Die durch unterschiedliches Temperaturniveau des Wärmequellenmediums W und des Nutzwasservor- bzw. -rücklaufes V, R bedingten Temperaturdifferenzen von maximal 90 K haben keinen oder nur unerheblichen Einfluß auf die Materialalterung und Abdichteigenschaften. Des weiteren ergeben sich aufgrund der großflächigen horizontalen und vertikalen Einbindung der Wellenberge und -täler der flexiblen Metallrohre 1 in das Verbundmaterial 4 außerordentlich stabil und dauerbeständig wirkende radiale und axiale Halterungs- und Abdichtverhältnisse. Darüber hinaus werden durch das Ausfüllen der Spielräume zwischen den einzelnen Bohrungsflächen im Rohrbodenunterteil 3 und der äußeren Wellenberg-, Wellental- und Wellenflankenflächen der flexiblen Metallrohre 1 Deformations- sowie Abriebserscheinungen, welche ansonsten infolge der Beweglichkeit der flexiblen Metallrohre 1 und der daraus resultierenden dynamischen Kraftwirkungen innerhalb dieser Spielraumbereiche entstehen, vermieden.

Anstelle der Fugenverschlußmasse 14, welche am fertigen Rohrbündel verbleiben kann, sind z.B. auch Rund- bzw. Profilringe 8 gemäß Fig. 2 einsetzbar. Diese Rund- bzw. Profilringe 8 eignen sich jedoch nur in Verbindung mit der Verwendung flexibler, parallel gewellter Metallrohre 2. Für Wärmeübertrager mit einem aus flexiblen, koaxial ineinander geführten Rohren bestehenden Rohrbündel entsprechend Fig. 3 und 4 ist es vorteilhaft, ein Abdichten der sich ergebenden lichten Flächen zwischen den einzelnen Bohrungen und flexiblen Metallrohren lan der Unterkante UK des Rohrbodenunterteiles 3 mittels eines Form- und Stützteiles 15 vorzunehmen. Die flexiblen Metall rohre 1 werden dabei durch das in Fig. 5 skizzierte Form- und Stützteil T5;geschoben und die entsprechenden Freiräume zwischen den flexiblen Metallrohren 1 mit einer geeigneten Fugenverschlußmasse 14, vorzugsweise mit klebemittelangereicherten Formsanden, wie sie bei der Herstellung von Sändgußformen in Bereichen der Urformtechnik Verwendung finden, von der Oberseite her ausgefüllt bzw. -geknetet. Anschließend wird das Rohrbodenunterteil 3 auf das Form- und Stützteil 15 aufgesetzt. In diesem Montagezustand erfolgt das Ausfüllen der Freiräume zwischen den flexiblen Metallrohren 1 und den Begrenzungsflächen des Rohrbodenunterteiles 3 mit Verbundmaterial 4. Nach Aushärten des Verbundmaterials 4 wird das Form- und Stützteil 15 durch entsprechende Verschiebung bis über die Ebene der Schutzkappen 12 wieder entnommen.

Die Fläche der Oberkante OK des Rohrbodenunterteiles 3 läßt sich in einfacher Weise, z. B. durch Überschleifen, mechanisch bearbeiten. Damit wird eine variantenreiche konstruktive Ausbildung der Vor- und Rücklaufverteilung für Wärmeübertrager mit flexiblen, koaxial ineinander geführten Rohren und einseitig frei beweglichen Rohrenden ermöglicht. Beispielsweise kann eine ih;Fig.3 gezeigte wartungs- und reinigungsfreundliche Anordnung mit elastischen Verbindungsteilen 10, welche mit flexiblen Plästerohren 9 gekoppelt sind, gestaltet werden. Der Verteilerdeckel 11 ist hierbei als fester Bestandteil des Gehäusedeckels ausführbar. Im Gegensatz zu der in Fig.4 dargestellten Lösung mit einer mechanisch unbearbeiteten Oberkantenfläche des Rbhrbodenunterteiles 3 muß die Verteilerplatte 11 aus Montage- und Instandhaltungsgründen in lösbarer Form installiert werden.

Zur kostengünstigen und funktionssicheren Abdichtung der frei beweglichen Enden der Metall rohre 1 werden die Schutzkappen T'2, welche vorzugsweise aus Gummi- oder Weichplastwerkstoffen bestehen, mit einem Abdichtmaterial 13 gefüllt und in vertikaler Montagestellung des Rohrbündels auf die Rohrenden aufgeschoben. Das Aufschieben vollzieht sich dabei unter Wirkung einer radialen Vorspannung des Schutzkappenmantels auf die äußeren Wellenberge derflexiblen Metalirohre 1. Das Aushärten des Abdichtmaterials 13 erfolgt zweckmäßigerweise während der Zeit des Aushärtens des Verbundmaterials 4 im Röhrbodenunterteil 3. Als Abdichtmaterialien 13 eignen sich die bereits näher klassifizierten Verbundmaterialien 4, aber selbstverständlich auch zahlreiche andere Ein- und Mehrkomponentensysteme mit elastischem oder festem Endzustand. Kommen heißhärtende Verbundmaterialien 4 zum Einsatz, sind Schutzkappen 12 aus entsprechend temperaturbeständigen Materialien, vorzugsweise Fluor-Kautschuk, zu verwenden. Die Schutzkappen 12 dienen gleichzeitig als Stoßschutz beim Kollidieren der Enden der flexiblen Metallrohre 1.

Das Rohrbodenunterteil 3 wird entweder aus Plaste oder einem metallischen Werkstoff gebildet und im Hinblick auf die erforderlichen festigkeitsbedingten Abmessungen bevorzugt so konzipiert, daß das Verbundmaterial 4 als selbsttragender Bestandteil Berücksichtigung findet.

Defekte flexible Metallrohre 1,2 können durch mechanisches Ausbohren, z.B. mittels konventionellem Spiralbohrer oder Spiralflachschliffbohrer und/oder Lochkreissäge, problemlos entfernt werden. Die neuen Rohre werden nachfolgend wieder in das Rohrbodenunterteil eingegliedert, indem man die durch das Ausbohren entstandenen und die durch die Außenflächen der flexiblen Metallrohre 1 begrenzten Ringsektionen erneut mit Verbundmaterial 4 ausfüllt.

In Fig. 6 ist eine Konstruktionsvariante für ein Rohrbündel mit einem Rohrbodenunterteil 3 ohne begrenzende Aussparung für das Verbund material 4 aufgezeigt. Der mit Verbundmaterial 4 auszufüllende Raum wird durch eine Begrenzungshülse 16, deren Innendurchmesser größer als der Hüllkreisdurchmesser der flexiblen Metallrohre 1 ist, eingeschlossen. Die Begrenzungshülse 16 kann nach beendeter Aushärtung des Verbundmaterials 4 Bestandteil des Rohrbündels bleiben oder bei vorherigem Auftrag eines Trennmittels zur Verwertung für weitere Fertigungsaufgaben wieder entnommen werden.

Claims (4)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zur Herstellung von Rohrbündeln für Wärmeübertrager, die vorzugsweise aus flexiblen metallischen Wellrohren oder starren profilierten bzw. gerippten Wärmeübertragungsrohren bestehen und zumindest die Hälfe der Rohreenden durch einen Rohrboden geschoben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Planebene der Rohrenden zunächst entweder über das Niveau der Oberkante (OK) eines Rohrboden Unterteiles (3) oder über das Unterkantenniveau einer im Rohrbodenunterteil (3) angebrachten Aussparung geführt, in dieser Stellung fixiert und darauffolgend die zwischen den Außenflächen der Rohrenden entstehenden Freiräume mit einem nach bestimmter Zeit ohne oder mit Wärmeeintrag aushärtenden Verbundmaterial (4), vorzugsweise Epilox- oder Polyurethanwerkstoffe, ausgefüllt werden.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einfüllen des Verbundmaterials (4) ein Abdichten der sich ergebenden Flächen zwischen den einzelnen Bohrungsflächen und den Außenflächen der Rohre, vorzugsweise flexible Metallrohre 1 und 2, im Bereich der Unterkante (UK) des Rohrbodenunterteiles (3), vorzugsweise mittels einer verformbaren Fugenverschlußmasse (14) oder elastischen Rund- bzw. Profilringen (7), erfolgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberkantenfläche (OK) des auf das oder in das Rohrbodenunterteil (3) gebrachten Verbundmaterials (4) nach dem Aushärtungsprozeß entweder durch mechanische Bearbeitung, vorzugsweise durch Überschleifen, planiert bzw. geglättet wird oder im unbearbeitetem Zustand verbleibt.
4. 4. Verfahren zur Herstellung von Rohrbündeln, dessen Wärmeübertragungsrohre aus koaxial ineinander geführten Rohren mit einseitig freiem Rohrende bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß auf die freien äußeren Rohrendenflächen jeweils eine mit einem heiß- oder kalthärtenden Abdichtmaterial (13), welches sich vorzugsweise aus Verbundmaterial (4) zusammensetzt, gefüllte und mit einer nach innen gerichteten radialen Vorspannung versehene Schutzkappe (12), vorzugsweise mit topf- oder hutförmiger Gestalt, geschoben wird.

   Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren fürfiohrbündel von Wärmeübertragern, vorzugsweise flexiblen Rohrbündelwärmeübertragern, verschiedenster Bauart und -größe. Das Verfahren dient im wesentlichen zur Schaffung einer druckdichten, korrosionsbeständigen sowie verschleißarmen Befestigungsanordnung zwischen dem Rohrboden und den Rohrenden der Wärmeübertragungselemente und kann ohne aufwendige technische, technologische sowie ökonomische Realisierungsmaßnahmen in nahezu allen mechanischen Produktionswerkstätten problemlos umgesetzt werden.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Ein bedeutendes Kriterium bei der Herstellung von Rohrbündelwärmeübertragern besteht darin, besonders einfache und zuverlässige druckdichte Verbindungen zwischen dem Rohrboden und der meist großen Anzahl von Wärmeübertragungselementen zu schaffen. Mehrere Prinziplösungen bekannter Wärmeübertrager mit starren Wärmeübertragungselementen beinhalten beispielsweise ein Einwalzen, Umbördeln, Verschweißen oder Verlöten der Rohrenden in glatte oder speziell geformte Rohrboden, wobei einzelne Fertigungsverfahren oftmals auch kombiniert angewendet werden. Diese Abdicht- und Befestigungsmöglichkeiten erfüllen zwar bei entsprechend konstruktiver Ausgestaltung die mechanisch und thermisch bedingten Beanspruchungsanforderungen, sind aber durch eine Reduzierung der Belegungs- bzw. Anordnungsdichte der Wärmeübertragungselemente sowie zeit- und kostenintensive Fertigungstechnologien charakterisiert. Nachteilig ist weiterhin, daß neben der mechanischen Befestigung der Rohrenden am Rohrboden noch zusätzliche plastische oder elastische Materialien in Form von Schutzschichten oder separaten Verbindungsmitteln zur Verhinderung von Spalt- und Spannungsrißkorrosionen, zur sicheren Abdichtung und zur Regenerierungsfähigkeit defekter Wärmeübertragungselemente notwendig sind. Derartige Lösungen, die u.a. im DD-WP 3254, DD-WP 47032, DD-WP 120281, DD-WP 124839, DE-OS 2433146 und DE-OS 3126422 beschrieben sind, eignen sich aufgrund der aufwendigen Realisierungsmaßnahmen auch nicht für eine sichere Befestigung und Abdichtung von flexiblen Wärmeübertragungselementen, welche aus dünnwandigen Metall-, Plaste- oder Elasterohren bestehen, in Rohrboden und ermöglichen außerdem keine optimale konstruktive Ausbildung des Vor- und Rücklaufverteilers bei flexiblen Rohrbündelwärmeübertragern mit koaxial ineinander geführten und einseitig frei beweglichen Vor- und Rücklaufrohren. Eine ähnliche Bewertung ist gleichfalls für die in DD-WP 228624 und DD-WP 229205 dargestellten Gestaltungsvarianten zutreffend. Ein druckdichtes Einwalzen von flexiblen Metallrohren, die in der Regel als schraubenlinienförmig oder parallel gewellte Profilschläuche mit Wandstärken von 0,2...0,6mm ausgeführt werden, ist wegen der großen Elastizität und der damit verbundenen Deformationserscheinungen während der ständig vorliegenden dynamischen Beanspruchung der Wärmeübertragerrohre nicht durchführbar. Eine dauerhaft druckdichte Lot-, Schweiß- oder Klebverbindung ist nur unter Benutzung zusätzlicher Buchsen oder anderer Verbundteile, die vorher mit dem flexiblen Metallschlauch schweiß-, lot- oder klebtechnisch zusammengefügt werden, herstellbar. Als negative Faktoren treten hierbei vor allem relativ hohe Fertigungsanforderungen und Einschränkungen hinsichtlich der maximal installierbaren Rohranzahl pro Rohrbodenfläche in Erscheinung.