DE1170434B

DE1170434B - Verfahren zur Herabminderung von betriebs-bedingt hervorgerufenen Zug- und Druck-spannungen in Waermetauscher-Rohrregistern

Info

Publication number: DE1170434B
Application number: DESCH27798A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dieter Richter
Original assignee: Schmidtsche Heissdampf GmbH
Current assignee: Schmidtsche Heissdampf GmbH
Priority date: 1960-04-23
Filing date: 1960-04-23
Publication date: 1964-05-21

Description

Verfahren zur Herabminderung von betriebsbedingt hervorgerufenen Zug- und Druckspannungen in Wärmetauscher-Rohrregistern Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herabminderung von betriebsbedingt hervorgerufenen Zug- und Druckspannungen in Wärmetauscher-Rohrregistern aus mit ihren Enden in Kammern befestigten, im wesentlichen geraden Mantelrohren, die von das Heizmittel führenden, . im wesentlichen geraden Innenrohren durchzogen sind.
Es ist bekannt, bei konzentrisch angeordneten Rohren mit eingeschweißten Enden die durch Wärmeeinwirkung hervorgerufenen Spannungen dadurch aufzufangen, daß das innenliegende Rohr mit leichten Wellungen versehen ist. Eine derartige Maßnahme ist aber nur angebracht, wenn das Heizmittel durch den Ringraum geführt wird, damit das Mantelrohr sich mehr als das innere Rohr ausdehnt. Auch kann zur Beheizung nur ein staubfreies Heizmittel dienen, da eine zu erwartende Verschmutzung durch ein staubführendes Heizmittel schwierig zu beseitigen sein würde. Eine Durchleitung des Heizmittels durch das gewellte Innenrohr würde infolge der Längendehnungsdifferenz zwischen beiden Rohren ein Anlegen des Innenrohres an die Innenwand des Mantelrohres zur Folge haben und zu schädlichen örtlichen Wandüberhitzungen führen.
Im übrigen ist es allgemein bekannt, bestimmten Belastungen auszusetzende Bauteile vorzuspannen, wie es z. B. im Stahlbetonbau oft zur Anwendung gelangt.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, Wärmeaustauscher-Rohrregister, die aus mit ihren Enden in Kammern befestigten, im wesentlichen geraden Mantelrohren und das Heizmittel führenden, im wesentlichen geraden Innenrohren bestehen, so auszubilden, daß wesentliche Längenänderungen des einen Rohres gegenüber dem anderen Rohr, die bei nicht zu großer Verschiedenheit der a-Werte der Medien im Ringraum zwischen Mantel- und Innenrohr und im Innenrohr selbst und bei Vorhandensein genügend hoher Temperaturunterschiede der beiden Medien zueinander infolge der erheblichen Wandtemperaturunterschiede des Mantelrohres zum Innenrohr bewirkt werden, nicht auftreten können.
Diese betriebsbedingten Längenänderungen, z. B. der Innenrohre gegenüber den Mantelrohren, müssen elastisch von dem System aufgenommen werden und lösen ganz erhebliche Zug- und Druckkräfte aus, insbesondere dann, wenn sehr steife, starkwandige Kammern, z. B. Vierkantsammler, zur Anwendung gelangen und große Rohrlängen vorliegen. Diese Kräfte stellen eine weitere Beanspruchung der Innenrohre über die reinen Dampfkräfte hinaus dar und bergen die Gefahr in sich, daß die Innenrohre zum Ausknicken neigen.
Dem Bekannten gegenüber besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß jedem Innenrohr bzw. jedem Mantelrohr eine in kaltem Zustand wirksame Vorspannung dadurch gegeben wird, daß während des Herstellens der Verbindung von Innenrohr und Mantelrohr eine entsprechende Temperaturdifferenz zwischen Innenrohr und Mantelrohr aufrechterhalten wird oder daß nach dem Herstellen dieser Verbindung durch Erhitzen der Kammern im Bereich der Rohreinschweißungen die plastische Verformung dieser Bereiche ermöglicht wird, indem eine entsprechende Temperaturdifferenz zwischen Innen-und Mantelrohr eingestellt wird.
Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Wärmetauscher-Rohrregister weist in kaltem Zustand in seinem Rohrsystem eine gewünschte Vorspannung auf, die bei Betriebstemperatur im günstigsten Fall bis auf Null absinkt, so daß das Wärmeaustauscher-Rohrregister letzten Endes nur durch die reinen Dampfdruckkräfte beansprucht wird. Dieser Vorteil macht sich besonders im erforderlichen Werkstoffaufwand bemerkbar, der erheblich geringer gehalten werden kann, als wenn bei normaler Ausführung noch die erheblichen, durch die Wärmebeanspruchung hervorgerufenen Spannungen zu berücksichtigen sind. Ein Ausknicken der Innenrohre, auch bei solchen großer Länge, ist nicht mehr zu befürchten.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß weder die Innen- noch die Mantelrohre einer besonderen aufwendigen Formgebung bedürfen. Es kommen normale, im wesentlichen gerade Rohre handelsüblicher Ausführung zur Verwendung, so daß diese bei Verschmutzung durch die Beheizung mittels staubführender Heizgase leicht zu reinigen sind, da die bekannten Reinigungsvorrichtungen anwendbar sind. Die Zeichnung stellt ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Wärmeaustauscher-Rohrregister im Schnitt dar.
Um betriebsbedingte, durch Wärmeeinwirkung entstehende Spannungen in den Wärmeaustauscher-Rohrregistern auszuschalten, geht man bei der Herstellung solcher Rohrregister folgendermaßen vor: Nachdem das Mantelrohr 2 mit der Kammer 4 durch die Schweißnaht 5 und der Kammer 3 durch die Schweißnaht 6 verbunden ist, wird das Innenrohr 1 so zentrisch in das Mantelrohr 2 eingesetzt, daß zwischen der Außenwand des Innenrohres 1 und der Innenwand des Mantelrohres 2 ein Ringraum 9 entsteht und die Enden des Innenrohres 1 die Kammern 3 und 4 nach außen durchragen. Nunmehr wird das eine Ende des Innenrohres 1 beispielsweise mit der Kammer 3 durch die Schweißnaht 8 verbunden. Sodann wird das Innenrohr 1 durch Temperatureinwirkung gelängt. Dieses Längen kann z. B. so vorgenommen werden, daß man das Innenrohr 1 einem Heißluftstrom od. dgl. aussetzt. Während sich das Innenrohr 1 in erhitztem, also gelängtem Zustand befindet, wird das freie Ende desselben durch eine Schweißnaht 7 mit der Kammer 4 verbunden. Das Erkalten des Innenrohres 1 führt zu seiner Schrumpfung, wodurch das Rohrsystem die gewünschte Vorspannung erhält, d. h., das Innenrohr 1 übt eine Zugspannung aus, während das Mantelrohr 2 auf Druck beansprucht wird.
Das vorbeschriebene Fertigungsverfahren gilt unter der Voraussetzung, daß der Wärmeübergang vom Innenrohr 1 zum Ringraum 9 erfolgen soll. Bei einem umgekehrten Betriebsverhältnis dagegen muß das Mantelrohr 2 entsprechend dem Verfahren thermisch gelängt werden, oder der Werkstoff des Innenrohres 1 wird vor seiner zweiten Verschweißung durch Kühlung verdichtet und damit das Innenrohr 1 verkürzt. Nach der Erfindung ist es auch möglich, einem Wärmeaustauscher-Rohrregister der beschriebenen Art nach dessen Fertigstellung eine Vorspannung durch Längenänderung des Innenrohres 1 infolge Temperatureinwirkung mitzuteilen. Dieses wird dadurch erreicht, daß die Kammern 3, 4 im Bereich der Schweißnähte 7, 8 während der Einstellung einer entsprechenden Temperaturdifferenz zwischen Innen-und Mantelrohr so weit erwärmt werden, daß eine plastische Verformung in diesen Bereichen ermöD licht wird.

Claims

Patentanspruch: Verfahren zur Herabminderung von betriebsbedingt hervorgerufenen Zug- und Druckspannungen in Wärmetauscher-Rohrregistern aus mit ihren Enden in Kammern befestigten, im wesentlichen geraden Mantelrohren, die von das Heizmittel führenden, im wesentlichen geraden Innenrohren durchzogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Innenrohr (1) bzw. jedem Mantelrohr (2) eine in kaltem Zustand wirksame Vorspannung dadurch gegeben wird, daß während des Herstellens der Verbindung von Innenrohr und Mantelrohr eine entsprechende Temperaturdifferenz zwischen Innenrohr (1) und Mantelrohr (2) aufrechterhalten wird oder daß nach dem Herstellen dieser Verbindung durch Erhitzen der Kammern (3, 4) im Bereich der Rohreinschweißungen die plastische Verformung dieser Bereiche ermöglicht wird, indem eine entsprechende Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Mantelrohr eingestellt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 584 468.