DE1020656B

DE1020656B - Tube sheets for heat exchangers and processes for their manufacture

Info

Publication number: DE1020656B
Application number: DEA21782A
Authority: DE
Inventors: Gustaf Conrad Egenwall; Oscar Persson
Original assignee: Rosenblads Patenter AB
Current assignee: Rosenblads Patenter AB
Priority date: 1954-01-30
Filing date: 1954-12-22
Publication date: 1957-12-12

Description

Rohrboden für Wärmeaustauscher und Verfahren zu dessen Herstellung Die parallel und in Abstand voneinander verlaufenden Wärmeübertragungsrohre von Wärmeaustauschern sind üblicherweise mit ihren Enden in Bohrungen eines plattenförmigen Rohrbodens eingesetzt, und die feste Verbindung wird entweder durch Einwalzen der Rohrenden in die Bohrungen oder durch Verschweißen bewirkt. Beide Befestigungsarten führen bei dünnwandigen Rohren zu Schwierigkeiten.Tube sheets for heat exchangers and process for their manufacture The parallel and spaced-apart heat transfer tubes from Heat exchangers are usually with their ends in holes of a plate-shaped Tube sheet used, and the fixed connection is either by rolling in the Caused pipe ends in the bores or by welding. Both types of attachment lead to difficulties with thin-walled pipes.

Es ist daher bereits bekannt, wenigstens die Enden der Rohre vier- oder sechseckig auszuführen und diese aneinandergelegten Endteile unmittelbar zu verschweißen. Hierdurch wird. erreicht, daß auch bei dünnwandigen Rohren nur Teile gleicher Wandstärke miteinander verschweißt werden, was beim Anschweißen dünnwandiger Rohre an einem nach Lage der Sache verhältnismäßig dicken Rohrboden nicht vorliegt. Bei dem unmittelbaren Zusammenschweißen der Rohrenden ergibt sich jedoch infolge des Fehlens des starkwandigen Rohrbodens keine genügende Festigkeit, so daß solche Wärmeaustauscher nicht unter hohem Druck auf der Rohraußenseite arbeiten können.It is therefore already known that at least the ends of the tubes four- or hexagonal and these abutting end parts close directly weld. This will. achieves that even with thin-walled pipes only parts the same wall thickness are welded together, which is thinner-walled when welding Pipes are not present on a pipe sheet that is relatively thick according to the situation. With the direct welding together of the pipe ends, however, results the lack of the thick-walled tube sheet insufficient strength, so that such Heat exchangers cannot work under high pressure on the outside of the pipe.

Es ist schließlich auch bekannt, auf die Enden der Rohre Muffen aufzusetzen, mit denen sie verschweißt sind, und die Muffen zur Bildung eines Rohrbodens miteinander zu verbinden. Hierbei wurden die Muffen an ihren Enden miteinander verschweißt. Bei dieser Verschweißung entsteht keine ausreichende Festigkeit gegenüber den bekanntlich recht erheblichen Kräften, die sich beim Einspannen des Rohrbündels in den Wärmeaustauscher in Axialrichtung der Rohre ergeben. Durch diese axialen Kräfte können Verschiebungen der Muffen bewirkt werden, was zu Undichtigkeiten führt.Finally, it is also known to put sleeves on the ends of the pipes, with which they are welded, and the sleeves together to form a tube sheet connect to. Here the sleeves were welded together at their ends. This welding does not produce sufficient strength compared to the known quite considerable forces that arise when clamping the tube bundle in the heat exchanger result in the axial direction of the tubes. These axial forces can cause displacements the sleeves are caused, which leads to leaks.

Erfindungsgemäß sind die benachbarten Rohrmuffen durch Schweißnähte zwischen den einander berührenden Mantelflächenteilen der entsprechenden Rohrmuffen verbunden. Infolge dieser Verschweißung entsteht ein durch die Muffen gebildeter Rohrboden von hoher Festigkeit, der allen Beanspruchungen gewachsen ist.According to the invention, the adjacent pipe sleeves are welded between the contacting parts of the outer surface of the corresponding pipe sleeves tied together. As a result of this welding, one formed by the sleeves is created Tube sheet of high strength that can withstand all demands.

In der Zeichnung ist die Erfindung veranschaulicht. Es zeigt Fig. 1 eine Stirnansicht des aus Rohrmuffen zn-#,ammengesetzten Rohrbodens gemäß der Erfindung, wobei die einzelnen Stufen des Herstellungsvorgangs ersichtlich sind, Fig. 2 bis 4 im Längsschnitt durch die Rohrmuffen bzw. die Enden der Wärmeübertragungsrohre je eine Herstellungsstufe entsprechend Fig. 1, Fig. 5 eine Herstellungsstufe bei einem besonderen Verfahren gemäß der Erfindung, Fig. 6 einen Längsschnitt durch einen Wä rmeaustauscher. F ig. 7 einen Schnitt nach der Linie 'VII-VII der Fig. 6, Fig. 8 und 9 in Stirnansicht und Seitenansicht einen Rohrboden mit in abgeänderter Weise zusammengeschweißten Rohrmuffen.The invention is illustrated in the drawing. It shows Fig. 1 shows an end view of the pipe sheet made of pipe sleeves zn - #, anmmenete according to FIG Invention, whereby the individual stages of the manufacturing process can be seen, Fig. 2 to 4 in longitudinal section through the pipe sleeves or the ends of the heat transfer pipes one manufacturing stage each according to FIG. 1, FIG. 5 one manufacturing stage a special method according to the invention, Fig. 6 is a longitudinal section a heat exchanger. Fig. 7 shows a section along the line VII-VII of FIG. 6, FIGS. 8 and 9 in front view and side view of a tube sheet with a modified one Way welded together pipe sleeves.

Gemäß Fig. 1 bis 4 sind die Rohrmuffen 1 miteinander zu einem Rohrboden 3 vereinigt, und zwar durch Punktschweißu.ngen 2 zwischen den einander tangierenden Mantelflächenteilen benachbarter Rohrmuffen und durch Schweißungen 5, die an den beiden Flachseiten des Rohrbodens die Zwischenräume zwischen den Rohrmuffen überbrücken. Durch diese Kombination von Schweißungen wird die Lochplatte nahezu ebenso steif und fest gegen Biegungskräfte wie eine ebenso dicke, massive, gebohrte Platte. Die Schweißungen 5, die zwischen den Rohrmuffen 1 nicht tief eindringen, sind außerdem so angeordnet, daß sie die Zwischenräume zwischen den Rohrmuffen dichtend abdecken. Gemäß einer besonders geeigneten Ausführungsform der Erfindung wird die Herstellung dieser deckenden Schweißung dadurch erleichtert, daß Füllkörper in der Form kurzer Drahtstücke 4 zwischen den Rohrmuffen eingeführt werden. Die Rohre 6 sind in die Rohrmuffen eingeführt und an diese mittels kreisförmiger Endschweißungen 7 angeschweißt. Der überwiegende Teil der Materialmasse des Rohrbodens besteht also aus den Rohrmuffen 1, von denen keine in guter wärmeleitender Berührung mit dem umgeben den Material steht. Da die Rohrmuffen außerdem etwa die gleiche Materialstärke wie die Rohrenden besitzen,, kann man die Schweißungen 7 ohne Gefahr einer Überhitzung und Verbrennung der Rohrenden herstellen. Daraus geht hervor, daß dünnwandige Rohre in dieser Weise in einem Rohrboden mit großer Festigkeit besonders dicht zusammengeschweißt werden können, so daß der Zweck der Erfindung erreicht wird.According to FIGS. 1 to 4, the pipe sleeves 1 are joined together to form a pipe sheet 3 united, namely by spot welds 2 between the tangent Surface parts of adjacent pipe sleeves and by welds 5, which are attached to the bridge the spaces between the pipe sleeves on both flat sides of the tube sheet. This combination of welds makes the perforated plate almost as stiff and firm against bending forces like an equally thick, massive, drilled plate. the Welds 5, which do not penetrate deeply between the pipe sleeves 1, are also arranged so that they sealingly cover the spaces between the pipe sleeves. According to a particularly suitable embodiment of the invention, the production this covering weld is facilitated by the fact that filler bodies are shorter in shape Wire pieces 4 are inserted between the pipe sleeves. The tubes 6 are in the Pipe sleeves introduced and welded to them by means of circular end welds 7. The major part of the material mass of the tube sheet therefore consists of the tube sleeves 1, none of which in good thermal contact with the surrounding the material stands. Since the pipe sleeves are also about the same material thickness as own the pipe ends, you can make the welds 7 without risk of overheating and burn the pipe ends. It follows that thin-walled tubes in this way welded together particularly tightly in a tube sheet with great strength can be so that the purpose of the invention is achieved.

Gemäß Fig.8 und 9 kann man die Punktschweißungen 2 durch Keh.lschweißungen 2 a. ersetzen, was jedoch bei sehr dünnwandigen Rohrmuffen weniger geeignet ist, da infolge der durch diesen Schweißtyp hervorgerufenen Wärmespannungen der Rohrboden sich so stark verziehen kann, daß sie sich nur mit Schwierigkeit richten läßt, um die in den Muffen geführten Rohre in parallele Lage zu bringen, und da die Rohrmuffen derart unrund werden, daß sie einer nachfolgenden Kalibrierung unterworfen werden müssen, damit die Rohre in diese hineinpassen können.According to FIGS. 8 and 9, the spot welds 2 can be welded by means of fillet welds 2 a. replace what, however, is less suitable for very thin-walled pipe sleeves, because of the thermal stresses caused by this type of welding, the tube sheet can warp itself so much that it can only be straightened out with difficulty to bring the pipes guided in the sleeves into a parallel position, and there the pipe sleeves become so out of round that they are subjected to a subsequent calibration must so that the pipes can fit into them.

Der Wärmeau.stauscher gemäß Fig.6 und 7 enthält Bündelrohre 6, die an beiden Enden gemäß der Erfindung zusammengehalten werden. Der aus den Rohrmuffen 1 bestehende Rohrboden ist hier dadurch als eine Rohrstirnwand ausgebildet, daß sie entlang ihrem Umkreis mit nach einem das Rohrbündel umgebenden Mantel 10 eine Brücke bildenden ,Material ergänzt ist, das in diesem Fall einen Flansch 16 aus Schweißmaterial darstellt. Um das Rohrbündel ist daher in üblicher Weise eine Kammer 11 ausgebildet, durch die das eine wärmeaustauschende Medium in den Zwischenräumen zwischen den Rohren von einem Eimaß 12 nach einem Auslaß 13 strömen kann, während das andere wärmeaustauschende Medium im Gegenstrom zum erstgenannten Medium von einem Einlaß 14 durch die Rohre nach einem Auslaß 15 geleitet wird.The heat exchanger according to FIGS. 6 and 7 contains bundle tubes 6 which are held together at both ends according to the invention. The tube sheet consisting of the tube sockets 1 is designed here as a tube end wall in that it is supplemented along its circumference with material forming a bridge after a jacket 10 surrounding the tube bundle, which in this case represents a flange 16 made of welding material. A chamber 11 is therefore formed around the tube bundle in the usual way, through which one heat-exchanging medium can flow in the spaces between the tubes from a dimension 12 to an outlet 13, while the other heat-exchanging medium can flow in countercurrent to the first-mentioned medium from an inlet 14 is passed through the tubes to an outlet 15.

Es ist offenbar, daß durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung ein besonders kompakter Wärmeaustauscher geschaffen wird und daß die Durchströmfläche außerhalb der Rohre sehr klein gehalten werden kann, so daß eine für die Wärmeübertragung vorteilhafte hohe Strömungsgeschwindigkeit erzielt werden kann.It is apparent that by the device according to the invention a particularly compact heat exchanger is created and that the flow area outside of the tubes can be kept very small, so that one for heat transfer advantageous high flow rate can be achieved.

Der Rohrboden gemäß der Erfindung wird beispielsweise zweckmäßig derart hergestellt, daß die Rohrmuffen 1 erst durch Punktschweißen zum Rohrboden 3 vereinigt werden, der, falls erforderlich, gerichtet wird. Darauf werden die Füllkörper 4 in die Zwischenräume zwischen den Rohrmuffen eingebracht, worauf diese mit den diese Zwischenräume in Verbindung mit den Füllkörpern schließenden Schweißungen 5 zweckmäßig auf den beiden Flachseiten des Rohrbodens weiterhin verschweißt werden. Schließlich werden die Rohre 6 in die Rohrmuffen eingeführt und mit diesen durch die Endschweißnähte 7 vereinigt.The tube sheet according to the invention is expediently such, for example manufactured so that the pipe sleeves 1 are only combined to form the tube sheet 3 by spot welding which will be judged if necessary. The packing 4 introduced into the spaces between the pipe sleeves, whereupon these with these Interstices in connection with the welds 5 closing the filler bodies are expedient continue to be welded on the two flat sides of the tube sheet. In the end the pipes 6 are inserted into the pipe sleeves and with them through the end welds 7 united.

Insbesondere bei der Herstellung großer Rohrböden ist es zweckmäßig, zuerst Gruppen von Rohrmuffen in einer Klemmvorrichtung 8 zu einer Anzahl untereinander gleicher Bodenelemente 3 a zusanimenzuschweißen, die dann zu einem größeren Boden zusammengelegt werden, während die aneinander zu liegen kommenden Mantelflächen der äußeren Rohrmuffen der einzelnen Bodenelemente durch Punktschweißen miteinander verbunden werden. Der Rohrboden 3 nach Fig. 1 kann z. B. in dieser Weise aus zier Bodenelementen 3 a zusammengesetzt werden, wobei die drei obersten Muffenreihen aus zwei derartigen Elementen. die nach der gleichen Richtung wie in Fig. 5 gewandt sind, bestehen, während clie drei untersten Nluffenreihen aus zwei derartigen, nach entgegengesetzter Richtung gewandten Elementen zusammengesetzt werden.Particularly when producing large tube sheets, it is useful to first groups of pipe sleeves in a clamping device 8 to a number among themselves the same floor elements 3 a to be welded together, which then form a larger floor be put together, while the coming to lie against each other lateral surfaces the outer pipe sleeves of the individual floor elements by spot welding get connected. The tube sheet 3 according to FIG. 1 can, for. B. in this way from ornamental Floor elements 3 a are assembled, with the top three rows of sleeves of two such elements. facing in the same direction as in FIG are, while the three lowest rows of air ducts consist of two such, according to elements facing the opposite direction are assembled.

Fig.2 -neigt, wie Punktschweißungen mit einem Klemmwerkzeug ausgeführt werden können, dessen Elektroden 9 angedeutet sind. Mit diesem Werkzeug erfolgt das Schweißen zweckmäßig erst von dem einen und dann von dem anderen Ende der Rohrmuffen.Fig. 2 -tends how spot welds are carried out with a clamping tool can be, the electrodes 9 of which are indicated. This tool is done the welding expediently only from one end and then from the other end of the pipe sleeves.

Die hier dargestellten und beschriebenen Vorrichtungen können im Rahmen der Erfindung abgeändert werden. Beispielsweise kann die Anzahl der Punktschweißungen abgeändert werden. Die Abdeckschweißung der @luffenzwischenräume kann völlig oder teilweise auf die eine Seite des Rohrbodens, zweckmäßig die den Rohren abgekehrte Seite, beschränkt und mit Schweißmaterial allein, also ohne Füllkörper. vorgenommen werden. Die Hauptsache ist, daß der Rohrboden zumindest einen Teil einer dichtenden Rohrstirnwand bilden kann. Der Rohrboden kann außerdem in verschiedener Größe und mit verschiedenen Außenumrissen hergestellt werden. Die Füllkörper können auch einen anderen Querschnitt als einen kreisförinigen besitzen.The devices shown and described here can be used in the context of of the invention can be modified. For example, the number of spot welds be modified. The cover welding of the @ air spaces can be completely or partially on one side of the tube sheet, expediently the one facing away from the tubes Side, limited and with welding material alone, i.e. without fillers. performed will. The main thing is that the tube sheet has at least part of a sealing Pipe front wall can form. The tube sheet can also be of different sizes and can be made with different outer contours. The packing can also have a have a different cross-section than a circular one.

Claims

PATENT CLAIM: 1. Tube sheet for heat exchangers with heat transfer tubes, which run parallel to and at a distance from one another and at their rectified The ends each have a pipe socket to which they are welded, the pipe sockets are connected to one another to form a tube sheet, characterized in that that the adjacent pipe sleeves by welds between the touching Surface parts of the corresponding pipe sleeves are connected.

2. Tube sheet after Claim 1, characterized in that the weld seams between the jacket surface parts the pipe sleeves consist of fillet welding along the surface parts.

3. Tube sheet according to claim 1, characterized in that the weld seams between the jacket surface parts the pipe sleeves distributed along the touching parts of these parts. spot welds made by electrical resistance welding. -1.

Method for producing a tube sheet according to Claim 1, characterized in that that the pipe sleeves with their outer surfaces against each other on the said outer surfaces are welded so that the pipe sleeves together form a tube sheet, which after this welding process, if necessary, is directed, and that the pipe sleeves in the tube sheet with welds closing the gaps between the tube sleeves, expediently on both flat sides of the tube sheet, then continue to be welded and the tubes are finally inserted into the roller sleeves and finite ends these are welded on.

5. The method according to claim d, characterized in that, that the spaces between the Rohrinuften ini tube sheet in per se known Way with welding material in connection with fillings introduced into the interstices, z. B. in the form of pieces of wire finitkreisförniigeni or other cross-sections, be locked.

6. The method according to claim -1. characterized in that the tube sheet is made from expediently ideological, also by means of electrical resistance welding Outer surface lying on the outer surface, it is expedient in a clamping device by spot welding connected pipe sleeves existing parts is assembled with the jacket surfaces the outermost pipe sleeves are placed against each other and in the same way to the adjacent lateral surfaces are welded together, after which the in this way composite tube sheet, if necessary, is straightened. Considered Publications: German Patent Specifications No. 847 910, 728 656; Swiss patent specification No. 243912.