CS257609B1

CS257609B1 - Heat exchanger with aluminium ribbed tubes

Info

Publication number: CS257609B1
Application number: CS865044A
Authority: CS
Inventors: Josef Mika; Jaroslav Sinecky; Zdenek Zaba; Ladislav Simacek
Original assignee: Josef Mika; Jaroslav Sinecky; Zdenek Zaba; Ladislav Simacek
Priority date: 1986-07-03
Filing date: 1986-07-03
Publication date: 1988-05-16
Also published as: CS504486A1

Abstract

Hliníková trubka je na obou koncích s předpětím navólcována na nátrubky z materiálu stejného nebo příbuzného k materiálu trubkovnic, se kterými se takto vytvořená trubka spojuje zaválcováním nebo zavařením. Nátrubky mají povrch hladký nebo drážkovaný Řešení umožní použití hliníkových trubek u výměníků tepla, u kterých je možno z korozních důvodů nahradit nerez a pro vyšší tlaky, kde by hliníková trubkovnice vycházela příliš silná.The aluminum tube is at both ends preloaded to the material sleeves same or relative to the material of tube sheets with which it is formed pipe connects by rolling or welding. The sleeves have a smooth or grooved surface The solution allows the use of aluminum pipes for heat exchangers that are possible for corrosion reasons replace stainless steel and pro higher pressures where the aluminum tube sheet would it was too strong.

Description

Vynález se týká výměníku tepla s hiníkovými žebrovanými trubkami, které mají na koncích nátrubky z materiálu stejného nebo příbuzného k materiálu trubkovnic.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a finned aluminum heat exchanger having sockets made of the same or similar to the tube sheet material at their ends.

U vzduchem chlazených výměníku se často používají tzv. bimetalické žebrované trubky vyráběné tak, že se do silnostěnné hliníkové trubky nasune základní trubka a na žebrovacím stroji se pomocí lamelových válců z hliníkové trubky vyválcují žebra, přičemž dojde k dosednutí hliníkové trubky na trubku základní.Air-cooled heat exchangers often use so-called bimetallic finned tubes manufactured by sliding the base tube into a thick-walled aluminum tube and finning the ribs from the aluminum tube by means of lamellar cylinders while the aluminum tube is seated on the base tube.

Základní trubka je obvykle z oceli, pro korozní média se používají trubky z nerezu, mědi nebo mosazi, což podstatně zvyšuje cenu trubky. Spojování základní trubky s trubkovnicemi se provádí klasickým způsobem zavařením nabo zaválcováním.The base tube is usually made of steel, stainless steel, copper or brass tubes are used for corrosive media, which significantly increases the cost of the tube. The connection of the base tube with the tube plates is performed in the traditional way by welding or rolling.

Mezi základní trubkou a naválcovaným žebrem je nutné uvažovat určitý přechodový odpor na styku obou materiálů, který se projeví při teplelných výpočtech snížením hodnoty součinitele prostupu tepla. Toto snížení se projeví v nějvětší míře u médií, která dosahují vysokých hodnot součinitele přestupu tepla uvnitř trubek např. u vody, při kondenzaci vodní páry ap.Between the base tube and the rolled fin it is necessary to consider a certain contact resistance at the contact of both materials, which results in a decrease in the heat transfer coefficient value in thermal calculations. This reduction is most pronounced in the case of media which achieve high heat transfer coefficients inside the pipes, eg water, condensation etc.

Pro většinu aplikací chlazení by z hlediska korozního, tlakového i teplotního daleko lépe vyhověla pouze hliníková trubka s válcovaným žebrem. Její použití přináší výhody ve zvýšeném součiniteli prostupu tepla a ve snížení náchylnosti trubek k zanášení. Spojení hliníkové trubky je však možné pouze zavařením do hliníkové trubkovnice, která však vzhledem k menši pevnosti hliníku vychází i pro poměrně malé tlaky do 1 MPa příliš silná. Pro vyšší tlaky, kde se běžně používají uzavřené komory je možno trubky pouze válcovat, což u hliníkových trubek nepřichází v úvahu.For most cooling applications, only a ribbed aluminum pipe would be much better off in terms of corrosion, pressure and temperature. Its use brings advantages in increased heat transfer coefficient and in reducing the susceptibility of pipes to fouling. However, the connection of the aluminum tube is possible only by welding into an aluminum tube plate, which, however, due to the lower strength of aluminum, is too strong even at relatively low pressures up to 1 MPa. For higher pressures where closed chambers are commonly used, the tubes can only be rolled, which is not an option for aluminum tubes.

Uvedené nevýhody odstraňuje vynález výměníku tepla sestávajícího z hliníkových žebrovaných trubek upevněných v trubkovnicích a jeho podstata spočívá v tom, že hliníková žebrovaná trubka je naválcována s předpětím na nátrubky z materiálu stejného nebo příbuzného k materiálu trubkovnic, přičemž nátrubky jsou zaválcovány nebo zavařeny do trubkovnic. Nátrubky mají dvě nebo tři obvodové drážky s boky kolmými nebo šikmými k povrchu nátrubku, přičemž rozteč krajních drážek je větší než poměr vnějšího průměru nátrubku a tangenty úhlu, který svírá 'bok drážky s povrchem nátrubku.These disadvantages are overcome by the invention of a heat exchanger consisting of aluminum finned tubes mounted in a tube sheet, which is characterized in that the aluminum fin tube is biased to bends made of material similar to or related to the tube sheet material, the bores being rolled or welded into tube sheets. The sleeves have two or three circumferential grooves with flanks perpendicular or inclined to the sleeve surface, wherein the spacing of the outer grooves is greater than the ratio of the sleeve outer diameter to the tangent of the angle that the groove fits to the sleeve surface.

Délka nátrubků je taková, že zaválcovaná délka v hliníkové trubce je 10 až 15 cm. V této délce je spojení mezi hliníkovou trubkou a nátrubkem tak pevné, že několikanásobně přesahuje tahové síly vzniklé od vnitřního přetlaku ve výměníku. Spojení nátrubků s žebrovanou hliníkovou trubkou je principielně totožné (i z hlediska výrobního) se spojením základní trubky s vnější ožebrovanou hliníkovou trubkou při výrobě bimetalických trubek.The length of the sleeves is such that the rolled length in the aluminum tube is 10 to 15 cm. In this length, the connection between the aluminum pipe and the sleeve is so strong that it exceeds several times the tensile forces generated by the internal overpressure in the exchanger. The connection of the sleeves to the finned aluminum tube is principally identical (also from the production point of view) to the connection of the base tube to the outer finned aluminum tube in the production of bimetallic tubes.

Při naválcování hliníkové trubky dochází v této trubce k určitému předpětí, které se postupně vyčerpá při roztahování trubky vlivem vyšších teplot, protože nátrubek má obvykle nižší součinitel tepelné roztažnosti než trubka hliníková. Při vyčerpání předpětí může dojít ke vzniku mezery mezi hliníkovou trubkou a nátrubkem a tím ke vzniku netěsnosti.When the aluminum tube is rolled, there is some pre-stress in the tube, which is gradually exhausted when the tube is expanded due to higher temperatures, because the sleeve usually has a lower coefficient of thermal expansion than the aluminum tube. If the preload is exhausted, there may be a gap between the aluminum pipe and the sleeve, causing leakage.

Eventuálním netěsnostem zabraňují výstupky v hliníkové trubce vzniklé zaválcováním do drážek v nátrubcích. Boky výstupků tlačí na boky drážek a tím zajištují dotěsnění prostoru mezi hliníkovou trubkou a nátrubkem a zároveň umožňují přenesení větší tahové síly zvláště při vyšších provozních teplotách, kdy by již bylo vyčerpáno předpětí vzniklé při válcování hliníkové trubky.Potential leaks are prevented by the protrusions in the aluminum tube formed by rolling into the grooves in the sleeves. The sides of the protrusions push the groove sides to seal the space between the aluminum tube and the sleeve, while allowing greater tensile force to be transmitted, especially at higher operating temperatures, when the preload generated by the rolling of the aluminum tube would be exhausted.

Pro nižší tlaky a teploty se uvažují drážky s boky kolmými na povrch nátrubku, podobné drážkám, které se provádějí pro zaválcování trubek do trubkovnic. Při vyšších teplotách by v těchto drážkách mohlo dojít k postupnému pěchování výstupků, protože větší roztahování hliníkové trubky se projeví i ve směru rovnoběžném s osou trubky. Při opakovaném ohřívání a chladnutí výměníku je pak pravděpodobné uvolnění spoje.For lower pressures and temperatures grooves with flanks perpendicular to the sleeve surface, similar to grooves that are used to roll tubes into tube sheets, are considered. At higher temperatures, the ridges could gradually be tamped in these grooves, as greater expansion of the aluminum tube will also occur in a direction parallel to the axis of the tube. If the heat exchanger is repeatedly heated and cooled, the joint is likely to be released.

Z tohoto důvodu se pro vyšší teploty řádově nad 80 °C uvažují drážky se šikmými boky, které zajistí dosednutí boků výstupků na boky drážek při současném roztahování hliníkové trubky v radiálním i axiálním směru. Rozteč drážek se dá volit taková, že roztažením výstupků se dosáhne libovolná velikost přítlační na boky drážek. Přitlačení výstupků je zajištěno, když rozteč drážek je větší než poměr vnějšího průměru nátrubku a tangenty úhlu, který sívrá bok drážky s povrchem nátrubku. Drážka má souměrný lichoběžníkový tvar, který umožní snadné vtlačení hliníku do drážky při válcování trubky.For this reason, slants with oblique flanges are provided for higher temperatures of the order of more than 80 [deg.] C., which ensure that the flanks of the projections abut on the flanks of the grooves while expanding the aluminum tube in both radial and axial directions. The spacing of the grooves can be chosen such that by expanding the projections any desired pressure on the sides of the grooves is achieved. The projection of the projections is provided when the spacing of the grooves is greater than the ratio of the outside diameter of the sleeve to the tangent of the angle that grips the groove side with the sleeve surface. The groove has a symmetrical trapezoidal shape that allows easy extrusion of aluminum into the groove when rolling the tube.

Výměník tepla dle vynálezu umožní rozšíření použití hliníkových trubek pro média s pracovními tlaky do 8 MPa a pracovní teplotou do 100 °C i více.The heat exchanger according to the invention makes it possible to extend the use of aluminum tubes for media with operating pressures up to 8 MPa and operating temperatures up to 100 ° C or more.

Napřipojeném vákrese je znázorněno spojení hliníkové trubky s nátrubky a trubkovnicemi. Hliníková trubka jj se při žebrování naválcuje na nátrubky Q s drážkami 2 uebo drážkami Q. Drážky 2 mají boky kolmé k povrchu nátrubku, drážky 4 mají boky šikmé k povrchu nátrubku 2. Nátrubky jsou zavařeny do trubkovnice Q nebo zaválcovány do trubkovnice £.The attached drawing shows the connection of the aluminum tube to the sleeves and tube sheets. During the ribbing, the aluminum tube 11 is rolled onto the sleeves Q with grooves 2 or grooves Q. The grooves 2 have sides perpendicular to the surface of the sleeve, the grooves 4 have sides oblique to the surface of the sleeve 2. The sleeves are welded into the tube sheet Q or rolled into the tube sheet.

Mezí drážky £, jejichž rozteč je větší než poměr průměru nátrubku a tangenty úhlu, který svírá bok drážky 4 s povrchem nátrubku 2, je možno umístit třetí drážku, která funguje jako pojištěni proti případnému přetížení spoje.Between the grooves 6 whose pitch is greater than the ratio of the diameter of the sleeve to the tangent of the angle between the side of the groove 4 and the surface of the sleeve 2, a third groove can be provided to provide protection against overloading.

Výměník tepla dle vynálezu je možno využít nejen u vzduchem chlazených výměníků, ale i u výměníků kotlových, kde vyhoví hliníková trubka z důvodů korozních, tlakových a teplotních a nedá se použít přímo’ spojení s hliníkovou trubkovnicí vzhledem k její velké tlouštce a použití samotných nerezových trubek by bylo příliš nákladné.The heat exchanger according to the invention can be used not only for air-cooled heat exchangers, but also for boiler heat exchangers, where the aluminum pipe complies with corrosion, pressure and temperature reasons and it is not possible to use directly the aluminum tube plate due to its high thickness. was too expensive.

Claims

object of the invention

A heat exchanger with aluminum finned tubes mounted in tubesheets, characterized in that the aluminum finned tubing (1) is rolled with a bias into the sleeves (2) of the same or similar material to the tubesheet (5, 6), the sleeves (2) they are rolled or welded into tube sheets (5, 6).

Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the sleeves (2) have two or three circumferential grooves (3, 4) with sides perpendicular or inclined to the surface of the sleeve (2), the spacing of the outer grooves (3, 4) being greater than the ratio of the outside diameter of the sleeve (2) to the tangent of the angle that grips the side of the groove (3, 4) with the surface of the sleeve (2).