CH632824A5

CH632824A5 - Thermische isolation fuer rohre und verfahren zum herstellen einer solchen isolation.

Info

Publication number: CH632824A5
Application number: CH919178A
Authority: CH
Inventors: Alfred Brunner
Original assignee: Sulzer Ag
Priority date: 1978-08-31
Filing date: 1978-08-31
Publication date: 1982-10-29
Also published as: JPS6015837B2; US4381801A; JPS5533999A; DE2843591C2; FR2434991A1; DE2843591B1; FR2434991B1; DE2843591A1

Description

Die Erfindung betrifft eine auf mindestens einer Seite der Wand eines ein Medium führenden Rohres angeordnete thermische Isolation sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Isolation.

Es ist bekannt, Rohre und Gefässe thermisch zu isolieren, sei es um den Wärmeübergang durch die Wand eines Rohres oder Gefässes zu verringern oder um diese Wand vor extremen Temperaturen oderTemperaturgradienten zu schützen. Für solche Isolationen werden Materialien mit schlechter Wärmeleitung verwendet, insbesondere Materialien, die Zellen aufweisen, in denen schlecht leitende Stoffe eingelagert sind. Besonders günstig sind diesbezüglich geschäumte Kunststoffe. Bei Auftreten von hohen Temperaturen eignen sich diese Materialien nicht. In solchen Fällen werden oft Haufwerke aus mineralischen Fasern oder keramische Isolationen angewendet. Derartige Isolationen haben den Nachteil, dass sie zur Staubbildung neigen bzw. spröde und gegen Thermoschock empfindlich sind.

Es ist auch vorgeschlagen worden, zur Isolation Blechschichten zu verwenden, wobei relativ grosse und in Achsrichtung des Rohres sich verhältnismässig weit erstreckende Zellen gebildet werden. Zur Distanzierung solcher Bleche werden Rippen oder Höcker in die Bleche eingedrückt. Des weiteren ist die sogenannte Alfol-Isolierung bekannt, wobei durch zerknitterte Aluminiumfolie Zellen gebildet werden.

Diese metallischen Isolationen haben den Nachteil, dass sie auf stossweise Beanspruchung, sei es durch Beschleunigungen oder durch Druckvariationen, in ihrer Wirkung beeinträchtigt werden können. Es ist auch schwierig, sie auf kleinem Raum unterzubringen. Überdies kann die Isolationswirkung lokal stark variieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine metallische Isolation der eingangs genannten Art zu schaffen, die bezüglich Wärmedurchgang gut reproduzierbare Resultate ergibt, bei Beschleunigungsvorgängen sowie Druck- und Temperaturvariationen stabil bleibt und hohen Temperaturen standhält.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss einerseits dadurch gelöst, dass die Isolation aus räumlich verformten, an der Wand federnd anliegenden Blechkörpern besteht, die in Längsrichtung des Rohres aneinandergereiht zwischen sich den Wärmedurchganghemmende Zellen bilden. Andererseits lässt sich die Aufgabe erfindungsgemäss auch dadurch lösen, dass die Isolation aus einem räumlich verformten, nach einer Schraubenlinie sich überlappend gewickelten Blechstreifen besteht, der mit seinem einen Rand an der Wand anliegt und mit seinen räumlich verformten Bereichen den Wärmeübergang hemmende Zellen bildet. Beiden Lösungen liegt die einzige allgemeine erfinderische Idee zugrunde, die thermische Isolation aus räumlich ver-formtem Blech herzustellen, dessen Verformungen in Achsrichtung des Rohres hintereinanderliegen und zwischen sich den Wärmeübergang hemmende Zellen bilden.

Ein erstes einfaches Verfahren zum Herstellen der erfin-dungsgemässen Isolation ist dadurch gekennzeichnet, dass die Blechkörper aneinandergereiht und in diesem Zustand in und/ oder auf das Rohr geschoben werden, während ein zweites Verfahren zur Herstellung einer auf dem Rohr befindlichen Isolation unter Verwendung eines Blechstreifens darin zu sehen ist, dass der Blechstreifen während des Aufwickeins auf das Rohr durch mindestens zwei Profilwalzenpaare stufenweise verformt und einseitig in Längsrichtung des Streifens gedehnt wird.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen fragmentarischen Längsschnitt durch ein Sackrohr und ein Einsteckrohr eines Prozesswärmeübertragers mit der erfindungsgemässen Isolation;

Fig. 2 und 3 Längsschnitte bzw. Ansicht einiger aneinandergereihter ringförmiger Blechkörper;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein Rohr mit Innen-Isolation;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein Rohr mit einer anderen Innenisolation;

Fig. 6 einen Längsschnitt durch ein Rohr mit äusserer Isolation, und

Fig. 7 einen Längsschnitt durch ein Rohr mit einer anderen Aussenisolation.

Gemäss Fig. 1 ist ein Sackrohr 1 mit seinem offenen Ende dicht in eine Bohrung einer Rohrplatte 2 eingewalzt. Im Sackrohr

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1 ist ein Einsteckrohr 5 konzentrisch angeordnet, das sich über mehrere auf dem Umfang verteilte radiale Rippen 3 und 4 seitlich abstützt und mit seinem oberen Ende dicht in einer Bohrung einer Rohrplatte 7 befestigt ist. Das Einsteckrohr 5 ist auf seiner Innenseite mit einer Isolation 10 versehen, die sich - abweichend von der Darstellung in Fig. 1 - über die ganze Länge des Rohres 5 erstreckt. Diese Isolation 10 besteht aus einer Vielzahl von aneinandergereihten, räumlich verformten, ringförmigen Blechkörpern 11, die durch Tiefziehen und anschliessendes Einrollen erzeugt worden sind. Jeder dieser Blechkörper 11 weist einen kreiszylindrischen Führungskragen 15, einen daran anschliessenden, ebenfalls kreiszylindrischen, jedoch um die Blechdicke versetzten Einsteckkragen 16, eine Konusfläche 17, die in eine Torusfläche 18 übergeht, und eine Gegenkonusfläche 19 auf. Die einzelnen Blechkörper 11 sind derart ineinandergesteckt, dass die Innenfläche des Führungskragens 15 an der Aussenfläche der Einsteckkragen 16 des benachbarten Blechkörpers anliegt. Der Führungskragen 15 des in Fig. 1 untersten Blechkörpers sitzt auf einem Abschlussring 20, der durch eine Schweissnaht 21 mit dem unteren Ende des Einsteckrohres 5 verbunden ist. Der in Fig. 1 oberste Blechkörper 11 wird durch einen Stützring 22 mit Z-Profil festgehalten, der am oberen Ende des Einsteckrohres 5 angeschweisst ist.

Zur Herstellung der Isolation 10 werden mehrere Blechkörper 11 durch Zusammenstecken aneinandergereiht und hernach mit einem passenden Stempel in das Einsteckrohr 5 eingeschoben. Die Blechkörper sind dabei so bemessen, dass sie an der Innenseite des Einsteckrohres 5 mit leichter radialer Vorspan-nung anliegen. Mehrere solcher Sackrohre 1 mit Einsteckrohr 5 bilden einen Prozesswärmeübertrager.

Im Betrieb des Prozesswärmeübertragers wird die Aussen-seite der Sackrohre 1 von unten her von einem Primärmedium hoher Temperatur umströmt, während ein Sekundärmedium, dem Pfeil 25 entsprechend, jeweils den Ringraum zwischen Sackrohr 1 und Einsteckrohr 5 durchströmt und dabei Wärme aus dem Primärmedium aufnimmt. Am unteren Ende jedes Sackrohres 1 wird die Strömungsrichtung des Sekundärmediums, das durch die Wärmeaufnahme eine hohe Temperatur angenommen hat, umgelenkt und fliesst dann durch das Einsteckrohr 5 nach oben. Die Isolation 10 verhindert, dass dabei das Sekundärmedium in erheblichem Masse Wärme an das Einsteckrohr 5 und von dort an das in den Ringraum eintretende Sekundärmedium abgibt. Sie verbessert damit die Wärmeübertragung vom Primär-an das Sekundärmedium und schützt gleichzeitig das Einsteckrohr 5 in seinem oberen Teil, der mechanisch höher belastet ist, vor der hohen Temperatur des aufgeheizten Sekundärmediums.

Die Isolationswirkung entsteht dadurch, dass der Raum zwischen dem Einsteckrohr 5 und den Führungskragen 15 in ringförmige Zellen unterteilt ist, wobei das in diesen Zellen eingeschlossene Medium, z. B. Luft, Gas oder Wasser, als eigentlicher Isolator wirkt. Die Zellen sind in Längsrichtung des Rohres 5 kurz, so dass sich darin keine nennenswerte Konvek-tionsströmungen entwickeln können. Ist das Sekundärmedium ein Gas, so wirkt sich diesbezüglich die Erscheinung günstig aus, dass die Viskosität der Gase mit steigender Temperatur erheblich zunimmt.

Die einzelnen Blechkörper 11 weisen eine Wanddicke auf, die im Bereich von 0,05 bis 1 mm liegt. Da überdies die Wände der Blechkörper zum grossen Teil zur Rohrachse geneigt verlaufen, ist der radiale Wärmefluss durch diese Blechelemente verhältnismässig gering. Die kleine Wanddicke und das Vermeiden radialer Blechwände verhindern auch, dass in den Blechkörpern gefährliche Wärmespannungen auftreten können.

Während beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 die jeweils einem Einsteckkragen 16 benachbarte Zelle fast die volle Breite der Isolation 10 einnimmt, ist bei der Ausführungsform nach Fig.

2 und 3 die radiale Breite jeweils einer Zelle relativ zur Gesamtdicke der Isolation erheblich verringert, indem die axiale Länge des Einsteckkragens 16' stark verkürzt ist und sich an diesen verkürzten Kragen ein radialer Wandabschnitt 26 anschliesst, der dann in einen konischen, mit der Konusfläche 17 verbundenen 5 Wandabschnitt 27 übergeht. Auf diese Weise ist zwischen dem Führungskragen 15 und den Wandabschnitten 26,27 eine weitere Zelle gebildet. Jeder Wandabschnitt 27 weist mehrere über dem Umfang verteilte sickenartige, nach innen gerichtete Vorsprünge 30 auf, die Führungsflächen für die Führungskragen 15 bilden, so io dass-wie bei der Anführungsform nach Fig. 1-jeweils ein Stapel von Blechkörpern 11 ' durch Ineinanderstecken gebildet wird, der dann mit einem Stempel in das Einsteckrohr 5 eingeschoben wird.

Gemäss Fig. 4 besteht die Isolation aus räumlich verformten 15 Blechkörpern 40, die je aus zwei Elementen zusammengesetzt sind, nämlich einem ringförmigen Kragenelement 44 und einem ringförmigen Zwischenelement 41. Während das Zwischenelement 41 im Querschnitt eine dem Buchstaben W mit leicht eingerollten Enden ähnliche Form aufweist, hat das Kragenele-20 ment 44 eine ähnliche Grundform, nämlich ein W, das auf dem Kopf steht und an dessen Enden j e ein verlängerter axialer Schenkel 42 und 43 anschliesst. Der innere Schenkel 42 bildet eine lange Ringwand, die die Spanne zum benachbarten Blechkörper 40 überbrückt und damit eine zur Wand des Rohres 5 25 parallele Gegenwand bildet. Der äussere Schenkel 43 bildet eine kurze Ringwand und übergreift mit dieser das Zwischenelement 41. Die kurze Ringwand 43 kann mehrfach axial geschlitzt sein, so dass sie eine gewisse radiale Nachgiebigkeit aufweist.

30 In der Ausführungsform nach Fig. 5 bilden die Blechkörper 45-in radialer Richtung gesehen-nicht nur zwei (Fig. 2) bzw.

drei (Fig. 4) hintereinandergeschaltete Zellen, sondern fünf Zellen. Jeder Blechkörper 45 besteht aus sechs axialen Wandabschnitten 46, die an den Enden über bogenförmige Wandab-35 schnitte 47 verbunden sind, so dass sich ein mäanderartiger Querschnitt ergibt. Das freie Ende des innersten und des äusser-sten Wandabschnitts 46 sind konisch etwas eingezogen. Die durch einen Ziehprozess hergestellten Blechkörper 45 sind im Stapel alternierend angeordnet. Zur Isolation gehören noch 40 Hülsen 48, die sich über mehrere Blechkörper 45 erstrecken und eine Gegenwand zur Wand des Rohres 5 bilden.

In der Ausführungsform nach Fig. 6 wird die Wand eines Rohres 50 durch ringnapfförmige Blechkörper 55 aussen isoliert, wobei drei bis vier, auf einem Radius liegende Zellen gebildet 45 werden. Die Gegenwand ist dabei - analog zu Fig. 1 - durch sich überlappende, zylindrische Randpartien 56 gebildet.

Gemäss Fig. 7 ist die Isolation aus einem räumlich verformten Blechstreifen 60 gebildet, der schraubenlinienförmig auf die Wand eines Rohres 50 gewickelt ist, wobei jeweils benachbarte 50 Windungen sich aufeinander abstützen und überlappen. Es kann zweckmässig sein, beim Aufwickeln des Blechstreifens auf das Rohr 50, den Streifen durch vorgeschaltete Walzen zu profilieren und auf der Aussenseite, dem grösseren Umfang entsprechend, passend zu dehnen.

55 Es ist auch möglich, das Profil der aufeinander gewickelten Streifen nach Fig. 7 durch tiefgezogene Ringkörper herzustellen.

In Fig. 6 und 7 ist, der besseren Übersichtlichkeit wegen, nur je ein Blechkörper schraffiert worden. Dies soll nicht heissen,

dass die Blechkörper nicht auch einfach radial geschlitzt sein 60 könnten.

Wenn grosse Temperaturänderungen auftreten, kann es zweckmässig sein, den einzelnen Blechkörpern bzw. den einzelnen Windungen an der Anschlussstelle mit dem benachbarten Blechkörper bzw. der Nachbarwindung ein geringes Axialspiel 65 zu belassen. Vorzugsweise werden dabei benachbarte Blechkörper bzw. Windungen durch Schweisspunkte im Bereich der Gegenwand miteinander verbunden, wobei diese Schweisspunkte in der Regel bezüglich der Achsrichtung gegeneinander

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versetzt sind, so dass benachbarte Schweisspunkte nicht auf derselben Mantellinie liegen.

Es kann unter gewissen Umständen auch zweckmässig sein, die Gegenwand nicht in verschiedene Hülsen aufzulösen, wie in Fig. 5 dargestellt, sondern sie als langes Rohr ein- oder aufzuschieben. In diesem Fall wird, beispielsweise bei einer Ausführungsform, wie in Fig. 4 gezeigt, zweckmässig die Ringwand 42 durch in axialer Richtung verlaufende Schnitte nachgiebig gestaltet und gegebenenfalls Lappen von der Ringwand 42 aus nach 5 innen gebogen, auf denen das lange Rohr federnd ruht.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechkörper aneinandergereiht und in diesem Zustand in und/oder auf das Rohr geschoben werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Überlappungsbereichen der aneinandergereihten Blechkörper zur Sicherung gegen gegenseitiges Verschieben Schweiss-Haftpunkte angebracht werden.

13. Verfahren zum Herstellen einer Isolation nach Anspruch

1. Auf mindestens einer Seite der Wand eines ein Medium führenden Rohres angeordnete thermische Isolation, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolation aus räumlich verformten, an der Wand federnd anliegenden Blechkörpern besteht, die in Längsrichtung des Rohres aneinandergereiht zwischen sich den Wärmedurchgang hemmende Zellen bilden.

2. Auf mindestens einer Seite der Wand eines ein Medium führenden Rohres angeordnete thermische Isolation, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolation aus einem räumlich verformten, nach einer Schraubenlinie sich überlappend gewickelten Blechstreifen besteht, der mit seinem einen Rand an der Wand anliegt und mit seinen räumlich verformten Bereichen den Wärmeübergang hemmende Zellen bildet.

3. Isolation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Blechkörper als hohler Ring ausgebildet ist und einen zylindrischen Kragen aufweist, der beim Aneinanderreihen als Führung für den benachbarten Blechkörper dient.

4. Isolation nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechkörper mit ihren Kragen in aneinandergereihtem Zustand eine der Wand des Rohres gegenüberliegende Gegenwand bilden.

5. Isolation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Blechkörper als hohler Ring ausgebildet ist und die aneinandergereihten Blechkörper auf ihrer der Wand des Rohres gegenüberliegenden Seite an einer Gegenwand anliegen.

6. Isolation nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenwand aus einem dünnwandigen Rohr besteht.

7. Isolation nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenwand aus mehreren aneinandergereihten Hülsen besteht.

8. Isolation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Blechkörper als Ringnapf ausgebildet ist.

9. Isolation nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechkörper zur axialen Führung achsparallele Sicken aufweisen.

10. Isolation nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die der Wand des Rohres benachbarte Randpartie der Blechkörper von dieser Wand weggebogen ist.

11. Verfahren zum Herstellen einer Isolation nach Anspruch

2, mit auf dem Rohr befindlicher Isolation, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechstreifen während des Aufwickeins auf das Rohr durch mindestens zwei Profilwalzenpaare stufenweise verformt und einseitig in Längsrichtung des Streifens gedehnt wird.