DE1451286B2

DE1451286B2 - Method of manufacturing a heat exchanger

Info

Publication number: DE1451286B2
Application number: DE19631451286
Authority: DE
Inventors: Alan Denys Wellington; Dickinson Frederick Samuel; London Corbet
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1962-03-13
Filing date: 1963-02-25
Publication date: 1972-11-09
Also published as: DE1451286A1; GB984719A; US3240266A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, der ein nachgiebiges äußeres Gehäuse und innenliegende, parallel in axialer Richtung und im Abstand angeordnete Rohre aufweist, die beiderseitig in Rohrplatten eingeschweißt sind.The invention relates to methods of manufacturing a heat exchanger that has a compliant outer housing and inner tubes arranged parallel in the axial direction and at a distance has, which are welded on both sides in tube plates.

Bei bekannten Wärmetauschern dieser Art (französische Patentschrift 1 253 315) werden relativ dicke Rohrplatten verwendet, welche öffnungen zur Aufnahme der Rohre aufweisen. Hierbei ist die Herstellung einer durchgehenden Schweißnaht unter zufriedenstellenden Bedingungen nicht möglich, und die Schweißstellen können nur schwer auf ihre Güte untersucht werden. In Lücken oder Fehlstellen zwischen den Rohrplatten und den Rohren kann sich aggressive Flüssigkeit ansammeln, was insbesondere in Beziehung auf radioaktive Substanzen gefährlich sein kann.In known heat exchangers of this type (French patent 1 253 315), relative thick tube plates are used, which have openings for receiving the tubes. Here is the manufacture a continuous weld seam is not possible under satisfactory conditions, and The quality of the welds can only be examined with difficulty. In gaps or gaps between The tube plates and the tubes can collect aggressive liquid, which is especially in Relationship to radioactive substances can be dangerous.

Es ist bereits bekannt (deutsche Patenschrift 767 905), Rohre in der Wandung der Sammelkammer eines Dampfkessels zu befestigen, indem die Rohre flanschartige Teile aufweisen, an denen die Verschweißung vorgenommen wird. Dieser flanschartige Teil ist kegelförmig ausgebildet und die Verschweißung erfolgt durch elektrische Widerstandsschweißung unter Pressung des Kegels an einen entsprechenden Kegelsitz. Zwischen der relativ dicken Wandung der Sammelkammer und den Rohren verbleibt deshalb ein Spalt.It is already known (German patent document 767 905) to fasten pipes in the wall of the collecting chamber of a steam boiler by inserting the Pipes have flange-like parts on which the welding is carried out. This flange-like Part is conical and the welding is carried out by electrical resistance welding while pressing the cone against a corresponding cone seat. Between the relatively thick A gap therefore remains in the wall of the collecting chamber and the pipes.

Es ist auch bereits bekannt (britische Patentschrift 763 274), wabenartige Rohrstückenden zur Bildung von Rohrplatten unmittelbar miteinander zu verschweißen; die Ausbildung dieser wabenartigen Rohrstückenden ist jedoch so, daß die Schweißstellen radiografisch nicht untersucht werden könn,en.It is also already known (British patent specification 763 274) to use honeycomb-like pipe section ends Forming tube sheets to be welded directly to one another; the formation of this honeycomb-like However, the pipe section end is such that the welds cannot be examined radiographically.

Es ist fernerhin ein Verfahren zur Herstellung von geschweißten Wärmeaustauschern bekanntgeworden (deutsche Patentschrift 749 883), bei denen einzelne Taschen in einen Sämmelboden einmünden, und die Enden der aus dünnem Blech bestehenden Einzeltaschen zunächst mit dickerwandigen Blechkragen verschweißt werden, die dann unter entsprechender Biegung oder Abwinklung zur Bildung des Sammelbodens ebenfalls miteinander verschweißt werden. Ein derartiges Verfahren eignet sich nicht dazu, einen Wärmetauscher zu schaffen, welcher gegen hoch aggressive Flüssigkeiten, insbesondere in der Kerntechnik, eingesetzt werden könnte.Furthermore, a method for producing welded heat exchangers has become known (German patent specification 749 883), in which individual pockets open into a Sämmelboden, and the ends of the individual pockets made of thin sheet metal, initially with thick-walled sheet metal collars are welded, which are then bent or angled to form the Collecting bottom are also welded together. Such a method is not suitable to create a heat exchanger which is resistant to highly aggressive liquids, especially in nuclear technology, could be used.

Zur Einschweißung von Rohren in Rohrwähde ist es ferner bekannt (S c h i m ρ k e und Horn, »Praktisches Handbuch der gesamten Schweißtechnik«, 5. Auflage, Bd. 2, 1950, S. 255, insbesondere Abb. 2, 183, Ausführung e), Rohrenden, welche mit Flanschen versehen sind, zu benutzen. Dabei ist es bekannt (Zeitschrift »Schweißtechnik vom Mai 1959, S. 50, Abb. 1, Ausführung 2), einen Schweißstutzen vorzusehen, dessen radial gerichteter Flansch der Dicke der Wandung des Behälters entspricht.It is also known for welding pipes in Rohrwähde (S c h i m ρ k e and Horn, »Practicals Manual of the entire welding technology ", 5th edition, Vol. 2, 1950, p. 255, especially Fig. 2, 183, version e), pipe ends that are provided with flanges should be used. It is known (Journal »Schweißtechnik from May 1959, p. 50, Fig. 1, version 2), a butt weld spigot to be provided whose radially directed flange corresponds to the thickness of the wall of the container.

Diese Literaturstellen vermitteln jedoch keine Anregung dahingehend, bei der Verschweißung von Rohren in Rohrplatten so vorzugehen, daß Wärmetauscher der eingangs angegebenen Art unter Anwendung von radio- oder röntgenografischen Untersuchungsmethoden hergestellt werden können.However, these references do not provide any suggestion when welding Pipes in tube plates to proceed so that heat exchangers of the type specified using can be produced by radio or radiographic examination methods.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers der angegebenen Art so zu schaffen, daß er zur Aufnahme von radioaktiven Stoffen geeignet ist, und seine Schweißstellen radio- bzw. röntgenografisch während der Herstellung untersucht werden können.The invention is based on the object of a method for producing a heat exchanger to create the specified type in such a way that it is suitable for the absorption of radioactive substances, and its welds can be examined radiographically or radiographically during manufacture.

Die gestellte Aufgabe wird durch folgende Verfahrensschritte gelöst:The task at hand is achieved by the following procedural steps:

a) die Rohrplatten werden an Ringen für das Gehäuse angeschweißt;a) the tube plates are welded to rings for the housing;

b) das Gehäuse wird mindestens teilweise hergestellt, indem die Ringe miteinander verbunden werden;b) the housing is made at least partially by connecting the rings together will;

c) Rohre mit Flanschen, deren Wandstärke der der Rohrplatten entspricht, werden von der Mitte der Rohrplatten aus nach außen weiterführend durch zueinander fluchtende Aussparungen der Rohrplatten eingeführt und die Ränder der Flansche an die Rohrplatten stumpf angeschweißt; c) Pipes with flanges, the wall thickness of which corresponds to that of the pipe plates, are from the center of the tube plates from the outside through the aligned recesses of the Tube sheets inserted and the edges of the flanges butt welded to the tube sheets;

d) das Gehäuse wird vollendet.d) the housing is completed.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous further developments of the invention are described in the subclaims.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigtThe invention will now be explained in more detail with reference to the drawing showing it for example will. It shows

Fig. 1 einen Schnitt durch eine der erfindungsgemäßen Bauweisen des Wärmetauschers,Fig. 1 is a section through one of the invention Construction of the heat exchanger,

F i g. 2 einen Grundriß im Schnitt entlang der Linie 11—I I von Fig. 1,F i g. Fig. 2 is a sectional plan view taken along line 11-11 of Fig. 1;

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F i g. 3 eine vergrößerte teilweise Ansicht im zu beginnen ist und dann radial nach außen fortge-F i g. 3 is an enlarged partial view to begin with and then proceeding radially outward.

Schnitt eines Einzelteils, das in dem Kreis gezeigt ist, schritten wird. Die Herstellung des Gehäuses 8 wirdSection of a single part, which is shown in the circle, is stepped. The manufacture of the housing 8 is

welcher mit III in F i g. 1 gekennzeichnet ist, wäh- schließlich zu Ende geführt.which with III in F i g. 1 is marked, finally brought to an end.

rend ' Der Zugang für die radiographische Untersuchung F i g. 4 eine Grundansicht im Schnitt wiedergibt, 5 der Schweißstellen in den Rohrplatten wird über Öffdie ähnlich derjenigen von F i g. 2 ist und eine Alter- nungen· gewonnen, die zwischen dem teilweise hergenativ-Bauweise darstellt. stellten Gehäuse freigelassen sind. Die Ringe und die Der Wärmetauscher, welcher vertikal in F i g. 1 endgültigen Gehäuseschweißungen werden radiogradargestellt ist, ist von Verbund-Bauweise und aus phisch untersucht, und zwar durch Einführen einer Rohren und Plätten aus rostfreiem Stahl hergestellt. io Stabanode in die äußeren Rohre und Vorsehen eines Ein Rohrbündel 1 weist ein Bündel von parallelen, Films an der Außenseite des Gehäuses,
im Abstand gehaltenen Rohren 2 auf, die über Rohr- Bei der in F i g. 4 gezeigten Bauart ist eine Gruppe platten oder -scheiben 3 an ihren Enden gehalten von mit Quadratflanschen versehenen Buchsen 27 sind. Die Enden der Rohre 2 sind so eingerichtet zum Befestigen eines Rohrbündels (nicht gezeigt) an oder ausgebildet, daß sie mit den Rohrplatten 3 mit- 15 einer Rohrplatte 28 vorgesehen. Die Buchsen sind tels geschmiedeter, mit Flansch 6 versehener Hülsen mit den Enden der Rohre wie in dem im Vorstehenoder Buchsen 4 in Verbindung stehen, welche an der den zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel durch Verbindungsstelle 5 mit den Rohren 2 und an ihren Stumpfschweißen verbunden und haben quadratische Flanschen 6 mit den Rohrplatten 3 durch Stumpf- Flansche 29, welche durch Stumpfschweißen miteinschweißen bzw. Schweißnähte verbunden sind. .20 ander verbunden sind, um eine gitterförmige Verbin-Im einzelnen besteht das Bündel von Rohren 2 aus -dung zu bilden, wodurch das Schweißen weitgehend einhundertfünfzig Rohren mit einer gleichseitigen vereinfacht und die darauffolgende radiographische j) Abstandshalterung, und das Rohrbündel 1 ist mit Untersuchung stark erleichtert wird. Dieser Aufbau Ringen 7 eines Gehäuses 8 durch Stumpfschweißen 9 wird mit der Rohrplatte 28, welche so geformt ist, an den Umfangen der Rohrplatten 3 verbunden. Ein 25 daß sie den genannten Aufbau aufnimmt, durch Balgen 10, der aus vier Umwindungen Il besteht, Stumpfschweißen verbunden.rend 'The access for the radiographic examination F i g. 4 shows a basic view in section, 5 of the welds in the tube plates is shown via openings similar to that of FIG. 2 and an aging that represents between the partially hergenative construction. posed housings are left blank. The rings and the heat exchanger, which is vertically shown in FIG. 1 final housing welds are radio-radar, is of composite construction and phisch examined, namely by inserting pipes and plates made of stainless steel. io rod anode in the outer tubes and providing a tube bundle 1 has a bundle of parallel, film on the outside of the housing,
spaced tubes 2, which via tube In the case of FIG. 4 is a group of plates or washers 3 held at their ends by sockets 27 provided with square flanges. The ends of the tubes 2 are set up for fastening a tube bundle (not shown) to or designed to be provided with the tube plates 3 with a tube plate 28. The sockets are by means of forged sleeves provided with flange 6 with the ends of the pipes as in the projecting or sockets 4 connected, which in the first described embodiment are connected by connection point 5 to the pipes 2 and at their butt welds and have square flanges 6 with the tube plates 3 by butt flanges 29 which are connected by butt welding or weld seams. In detail, the bundle of tubes 2 consists of -dung, which largely simplifies the welding of one hundred and fifty tubes with an equilateral and the subsequent radiographic j) spacer, and the tube bundle 1 is under investigation is greatly facilitated. This structure of rings 7 of a housing 8 by butt welding 9 is connected to the tube plate 28, which is shaped in this way, at the peripheries of the tube plates 3. A 25 that it takes up the structure mentioned, connected by bellows 10, which consists of four windings II, butt welding.

bildet einen ausdehnbaren Abschnitt des Gehäuses 8 Zusätzlich dazu, daß die radiographische Prüfung zur Aufnahme von unterschiedlichen Wärmeausdeh- und andere Festigkeitsprüfungen bzw. zerstörungsnungen des Rohrbündels 1 und des Gehäuses. Das freie Tests der Schweißstellen bei den beschriebenen Gehäuse 8 erstreckt sich über die Rohrplatte 3 hin- 30 Bauarten für Wärmetauscher zufriedenstellend ausaus, um eine obere Kammer 12 und unten eine Rohr- zuführen und weitgehend vereinfacht sind, ergeben kammer 13 zu bilden, die durch ein schüsseiförmiges sich noch weitere Vorteile durch die erfindungsge-Ende 13 a mit einem sich nach unten erstreckenden mäße Bauweise. Da jedes Rohr starr mit der Rohr-Rohrzweig 14 abgeschlossen ist. Ein breites Zweig- platte an jedem Ende befestigt ist und dadurch eine rohr 15 an dem Gehäuse 8, welches zwischen den 35 Verankerung bildet, die die kleinen Plattenbereiche Kopfplatten 3 angeordnet ist, bietet einen Zugang zu stützt, welche mit ihm in Verbindung stehen, kann einer Gehäusekammer 16, welche durch das Ge- eine dünnere Rohrplatte verwendet werden als sie häuse 8 und die Rohrplatten begrenzt ist, und zwei bei herkömmlichen Wärmetauschern verwendet wird, kleinere bzw. schmälere Zweigrohre 17, 18 sind be- Dadurch wird eine Wirtschaftlichkeit erreicht, die nachbart der unteren Rohrplatte 3 angeordnet. In 40 unter solchen Umständen beträchtlich ist, wo die Anden oberen Bereichen des Gehäuses 8 benachbart der forderungen die Verwendung von teuren oder kostoberen Rohrplatte 3 sind Zweigrohre 19, 20, 21 vor- spieligen Materialien verlangen; eine verbesserte FIegesehen. Zweigrohre 17, 18, 19, 20 stehen mit der xibilität, die eine Folge der Verwendung von dünnem j Gehäusekammer 16 in Verbindung, während das Rohrplattenmaterial ist, verringert Innenbeanspruj Zweigrohr 21 mit den Zonen des Gehäuses in Ver- 45 chungen und ermöglicht die Verwendung von Matebindung steht, welche sich unmittelbar oberhalb der rialien, welche einen hohen Widerstandswert gegenoberen Rohrplatte befinden. Der Wärmetauscher ist über Korrosion haben (aber leicht bersten); durch so eingerichtet, daß er in der Vertikalstellung, wie sie Anpassen der Rohre an die Rohrplatten mit Hilfe in F i g. 1 gezeigt ist, durch Halterungsausleger 22 von geschmiedeten Flanschen, deren Kornverlauf gehalten wird, die an dem Gehäuse befestigt 50 parallel zu demjenigen der Rohre und Rohrplatten sind. ist, sind Lamellenerscheinungen oder Einschlüsse bei • Das Zusammenbauen des Wärmetauschers ist so diesen Verbindungsstellen im wesentlichen ausgegeplant, daß alle Schweißstellen radiographisch wäh- schaltet, ebenso wie Risse und Löcher in dem Aufrend der Herstellung untersucht werden können, d. h. bau, wodurch ein Versagen durch Korrosion und die in nachstehender Reihenfolge: Die Rohrplatten 3 55 dadurch erforderliche Wartung auf ein Minimum werden mit den Ringen 7 verschweißt, das Gehäuse herabgesetzt werden. Schließlich bewirken die zur wird über einen Teil der Länge, welche sich zwischen Verfugung stehenden höheren Wärmeübertragungsden Ringen 7 erstreckt, hergestellt, die Rohrenden koeffizienten und die größeren Wärmeübertragungswerden an die Buchsen 4 geschweißt, die Rohre mit flächen wesentliche Einsparungen in den Kosten der den Buchsen werden durch die Rohrplatten 3 und 60 Anlage im Vergleich zu früheren Konstruktionen von das teilweise angefertigte Gehäuse 8 geführt, und die voll radiographisch untersuchten Wärmetauschern, Buchsenflansche 6 werden mit den Rohrplatten 3 bei denen die Beheizung durch Ummantelungen oder verschweißt, wobei am Mittelpunkt der Rohrplatten Spulen erfolgt.forms an expandable portion of the housing 8 in addition to the radiographic test for receiving various thermal expansion and other strength tests or destruction of the tube bundle 1 and the housing. The free testing of the welds in the case of the housing 8 described extends beyond the tube plate 3 to form an upper chamber 12 and a tube at the bottom and are largely simplified to form chamber 13 which is passed through a bowl-shaped yet further advantages through the erfindungsge-end 13 a with a downwardly extending design. Since each pipe is rigidly closed with the pipe branch pipe 14. A wide branch plate is attached at each end and thereby provides access to supports a tube 15 on the housing 8 which forms anchoring between the 35 anchoring which is arranged for the small plate areas head plates 3, which can be in communication with it a housing chamber 16, which are used by a thinner tube plate than the housing 8 and the tube plates is limited, and two are used in conventional heat exchangers, smaller or narrower branch tubes 17, 18 are arranged adjacent to the lower tube plate 3. In 40 it is considerable in such circumstances where the Andes upper regions of the housing 8 are adjacent to the requirements the use of expensive or expensive tube plate 3 are branch tubes 19, 20, 21 require exemplary materials; seen an improved FIe. Branch pipes 17, 18, 19, 20 are connected with the flexibility, which is a result of the use of thin housing chamber 16, while the tube plate material, reduces internal stresses of branch pipe 21 with the zones of the housing and enables the use of Material binding stands, which are located immediately above the rials, which have a high resistance value against the upper tube plate. The heat exchanger is about to have corrosion (but burst easily); by so set up that he is in the vertical position as they are adjusting the tubes to the tube plates with the help of FIG. 1 is shown by support brackets 22 of forged flanges, the grain course of which is held, attached to the housing 50 parallel to that of the tubes and tubesheets. are lamellar phenomena or inclusions in • The assembly of the heat exchanger is essentially planned for these joints in such a way that all welds are radiographically selected, as well as cracks and holes can be examined in the course of manufacture, ie construction, resulting in failure due to corrosion and the maintenance in the following order: the tube plates 3 55 thereby required to be kept to a minimum are welded to the rings 7, the housing is reduced. Finally, the fact that the higher heat transfer rings 7 are made over part of the length extending between the grooved joints, the pipe end coefficients and the larger heat transfers are welded to the bushings 4, the pipes with area become substantial savings in the cost of the bushings through the tube plates 3 and 60 system in comparison to earlier constructions of the partially manufactured housing 8, and the fully radiographically examined heat exchangers, bushing flanges 6 are welded to the tube plates 3 where the heating is by jackets or, with coils taking place at the center of the tube plates .

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. A method of manufacturing a heat exchanger that has a compliant outer casing and having internal tubes arranged parallel in the axial direction and at a distance, which are welded into tube plates on both sides, characterized by the following steps:

a) the tube plates (3) are welded to rings (7) for the housing (8);

b) the housing (8) is at least partially produced by interlocking rings (7) get connected;

c) Pipes (2) with flanges (6, 29), the wall thickness of which is that of the pipe plates (3, 38) corresponds to, from the center of the tube plates (3, 28) continue to the outside inserted through aligned recesses in the tube plates (3) and the edges of the flanges (6, 29) the tube plates (3, 38) butt welded;

d) the housing (8) is completed.

2. The method according to claim 1, characterized in that sockets (4) with round flanges (6) butt welded to each end of each tube (2) before the tubes (2) are inserted into the recesses in the tube plates (3).

3. The method according to claim 1, characterized in that that first sockets (4) with square flanges (29) at each end of each Pipe (2) butt welded and finally the flanges (29) butt welded to one another before this tube bundle is inserted into the recess in the tube plate (28).