DE19707915A1 - Connection between hot pipe and cooled pipe - Google Patents
Connection between hot pipe and cooled pipeInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft die Verbindung eines heißen, ungekühlten Rohres mit einem gekühlten Rohr mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.The invention relates to the connection of a hot, uncooled Tube with a cooled tube with the characteristics of the The preamble of claim 1.
Bei einer solchen Verbindung weisen die Wandungen der einander angrenzenden Rohre voneinander abweichende Temperaturen auf. Dieser Temperaturunterschied führt infolge der unterschiedlichen thermischen Dehnung der Rohre zu unzulässig hohen Spannungen an der Verbindungsstelle. Darüber hinaus kann es erforderlich sein, für die Rohre Materialien mit unterschiedlichen spezifischen Wärmedehnungskoeffizienten zu verwenden, wodurch sich die Spannungen im Verbindungsbereich weiter erhöhen.With such a connection, the walls face each other adjacent pipes to differing temperatures. This temperature difference results from the different thermal expansion of the pipes is not permitted high voltages at the connection point. Furthermore, can it may be necessary to use materials for the pipes different specific coefficients of thermal expansion use, which reduces the tension in the connection area increase further.
Es sind Verbindungsstücke bekannt (DE-PS 39 10 630), bei denen das Ende des heißen, ungekühlten Rohres gabelförmig aufgeweitet ist, und der dadurch entstandene Zwischenraum innerhalb der Aufweitung mit einer wärmeisolierenden Masse ausgefüllt ist. Bei dieser Verbindung ragt der innere Rohrabschnitt des gabelförmigen Kopfes mit axialem und radialem Spiel in das gekühlte Rohr hinein, während äußere Rohrabschnitt mit dem gekühlten Rohr verschweißt ist. Diese Rohrverbindung hat sich im Betrieb bewährt. Jedoch bedingt die gabelförmige Aufweitung eine Vergrößerung der Werkstoffmasse, die eine erhöhte Wärmeaufnahme mit sich bringt und dadurch erhöhte thermische Spannungen zur Folge hat.There are known connectors (DE-PS 39 10 630), in which the end of the hot, uncooled tube expanded like a fork and the resulting space within the Expansion is filled with a heat insulating mass. With this connection, the inner pipe section of the fork-shaped head with axial and radial play in it cooled pipe inside, while outer pipe section with the cooled pipe is welded. This pipe connection has Proven in operation. However, the fork-shaped expansion causes an increase in the mass of material, which increased Brings heat absorption and thereby increased thermal Tensions.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Rohrverbindung derart zu gestalten, daß an der Verbindungsstelle die thermischen Spannungen und die Temperatur erniedrigt werden und daß die Herstellung der Rohrverbindung vereinfacht werden kann.The invention has for its object the generic To design pipe connection so that at the Junction the thermal stresses and the temperature be lowered and that the manufacture of the pipe connection can be simplified.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäße Rohrverbindung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der anhängigen Ansprüche.This task is done with a generic pipe connection according to the invention by the characterizing features of Claim 1 solved. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the pending claims.
Bei der erfindungsgemäßen Rohrverbindung ist der verbindende Querschnitt zwischen dem heißen, ungekühlten Rohr und dem inneren Rohr des Anschlußstückes gering, wodurch der Wärmestrom durch das innere Rohr zu der Verbindungsstelle mit dem gekühlten Rohr gering ist. Dadurch wird an dieser Verbindungsstelle eine im Vergleich zu der bekannten Rohrverbindung geringere Temperatur erreicht.In the pipe connection according to the invention, the connecting one Cross section between the hot, uncooled pipe and the inner tube of the connector is small, which causes the heat flow through the inner tube to the junction with the cooled pipe is low. This will cause this Junction one compared to the known Pipe connection lower temperature reached.
Da das ungekühlte Rohr aufgrund der höheren Temperatur eine größere axiale Wärmedehnung als das innere Rohr des Anschlußstückes erfährt, kann das U-förmig gestaltete Anschlußstück als Dehnungsausgleicher wirken. Die dabei insbesondere im U-Bogen auftretenden Spannungen können je nach den konstruktiven und verfahrenstechnischen Bedingungen durch eine geeignete Wahl der Länge des Anschlußstückes gering gehalten werden.Because the uncooled pipe has a high temperature greater axial thermal expansion than the inner tube of the Experiences connector, the U-shaped Act the connector as an expansion compensator. The one there Stresses occurring in the U-arm can vary depending on the constructive and procedural conditions a suitable choice of the length of the connector is small being held.
Aufgrund der U-förmigen Gestaltung des Anschlußstückes ist - trotz dessen geringer Baulänge - der Weg, den die Wärme von der Anschlußstelle des ungekühlten Rohres zu der Anschlußstelle des gekühlten Rohre zurücklegen muß, lang. Dadurch ist der Wärmetransport zu der Verbindungsstelle zwischen und ungekühlten und dem gekühlten Rohr gering.Due to the U-shaped design of the connector - despite its small overall length - the path that the heat from the Junction of the uncooled pipe to the junction of the cooled pipes must travel long. This is the Heat transfer to the junction between and uncooled and the cooled pipe low.
Das erfindungsgemäße, aus zwei miteinander verbundenen Rohren gebildete Anschlußstück kann mit geringen Wandungsquerschnitten gefertigt werden. Dadurch ist die Herstellung des Anschlußstückes einfacher und kostengünstiger. The inventive, from two interconnected tubes formed connector can with small wall cross sections are manufactured. This makes the production of the Connector easier and cheaper.
Der Einfluß des verringerten Wärmestromes zwischen dem ungekühlten und dem gekühlten Rohr aufgrund der Gestaltung des Anschlußstückes wird dadurch verbessert, daß der Innenraum des Anschlußstückes mit einem wärmeisolierenden Material ausgefüllt ist. In der gleichen Richtung wirkt sich eine Vergrößerung oder eine konische Erweiterung des Spaltes zwischen dem ungekühlten Rohr und dem inneren Rohr des Anschlußstückes oder eine Ausfüllung dieses Spaltes mit wärmeisolierendem Material aus. Andererseits kann es auch sinnvoll sein, zur Vergleichmäßigung von Temperaturspannungen den Spalt mit Wärmebrücken zu versehen, indem das innere Rohr des Anschlußstückes vollständig oder nur auf einem Teil seiner Länge spaltfrei auf das ungekühlte Rohr aufgeschrumpft ist.The influence of the reduced heat flow between the uncooled and the cooled pipe due to the design of the Connector is improved in that the interior of the Filled with a heat insulating material is. In the same direction, an enlargement or a conical widening of the gap between the uncooled Pipe and the inner pipe of the connector or one Filling this gap with heat-insulating material. On the other hand, it can also be useful to even out of temperature tensions to the gap with thermal bridges provided by the inner tube of the fitting completely or only part of its length without gaps on the uncooled pipe has shrunk.
Mehrere Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:Several exemplary embodiments are shown in the drawing and are explained in more detail below. Show it:
Fig. 1 bis 3 jeweils den Längsschnitt durch eine Verbindung zwischen zwei Rohren und Figs. 1 to 3 are each a longitudinal section through a joint between two pipes, and
Fig. 4 den Längsschnitt durch eine Verbindung zwischen zwei Rohren, die an eine Wasserkammer angeschlossen sind. Fig. 4 shows the longitudinal section through a connection between two pipes which are connected to a water chamber.
Das Rohr 1 ist ungekühlt und wird von einem heißen Gas durchströmt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem ungekühlten Rohr 1 um ein Spaltrohr eines Spaltgasofens zur Erzeugung von Spaltgas, das unmittelbar nach dem Austritt aus dem Spaltrohr schroff abgekühlt werden muß. Das ungekühlte Rohr 1 ist daher auf die später beschriebene Weise mit einem gekühlten Rohr 2 verbunden, in dem das Gas gekühlt wird. Die Rohre 1, 2 fluchten miteinander und weisen vorzugsweise den gleichen Innendurchmesser auf. Das gekühlte Rohr 2 ist als Doppelrohr mit einem Innenrohr 3 und einem Mantelrohr 4 ausgebildet.The pipe 1 is uncooled and a hot gas flows through it. Preferably, the uncooled tube 1 is a cracked tube of a cracked gas furnace for generating cracked gas, which must be cooled abruptly immediately after it leaves the cracked tube. The uncooled pipe 1 is therefore connected to a cooled pipe 2 in which the gas is cooled in the manner described later. The tubes 1 , 2 are aligned with one another and preferably have the same inside diameter. The cooled tube 2 is designed as a double tube with an inner tube 3 and a jacket tube 4 .
Der Ringraum zwischen dem Innenrohr 3 und dem Mantelrohr 4 des gekühlten Rohres 2 ist von einem Kühlmittel, z. B. von verdampfendem Wasser, durchflossen. Zu diesem Zweck sind in dem Mantelrohr 4 an beiden Enden des gekühlten Rohres 2 Durchtritte 5 vorgesehen, an die eine Zuführung und eine Abführung für das Kühlmittel angeschlossen ist. Eine besondere Zuführung, als eine für mehrere gekühlte Rohre 2 gemeinsame Wasserkammer 6 ausgebildet ist, ist in Fig. 4 gezeigt. Diese Wasserkammer 6 besteht aus einem massiven, nahtlosen, streifenförmigen Stück. In dieses Stück sind in einem Abstand voneinander kreisförmige Vertiefungen eingearbeitet, deren Anzahl der Anzahl der gekühlten Rohre 2 entspricht. Das Mantelrohr 4 ist so an die Wand der Wasserkammer 6 angeschweißt, daß an der Einschweißstelle der Innendurchmesser des Mantelrohres mit dem Durchmesser der Vertiefung 7 übereinstimmt. Die Vertiefung 7 ist so tief in das die Wasserkammer 6 bildende Stück eingearbeitet, daß ein ringförmiger Boden 8 mit einer geringen Restwanddicke verbleibt, in den das Innenrohr 3 des gekühlten Rohres 2 eingeschweißt ist. In jede Vertiefung 7 mündet in der Höhe des Bodens 8 ein Bohrung 9 hinein. Die Bohrungen sind über einen Verbindungsstutzen 10 mit einer Zuführungsleitung 11 für das Kühlmittel verbunden.The annular space between the inner tube 3 and the jacket tube 4 of the cooled tube 2 is from a coolant, for. B. of evaporating water. For this purpose, passages 5 are provided in the jacket tube 4 at both ends of the cooled tube 2 , to which a feed and a discharge for the coolant are connected. A special feed, as a water chamber 6 common to several cooled pipes 2 , is shown in FIG. 4. This water chamber 6 consists of a solid, seamless, strip-shaped piece. In this piece circular recesses are machined at a distance from one another, the number of which corresponds to the number of cooled tubes 2 . The casing tube 4 is welded to the wall of the water chamber 6 in such a way that the inside diameter of the casing tube corresponds to the diameter of the recess 7 at the weld point. The recess 7 is so deeply worked into the piece forming the water chamber 6 that an annular bottom 8 with a small remaining wall thickness remains, into which the inner tube 3 of the cooled tube 2 is welded. A bore 9 opens into each recess 7 at the level of the base 8 . The holes are connected via a connecting piece 10 to a supply line 11 for the coolant.
An der Verbindungsstelle 17 steht das ungekühlte Rohr 1 dem gekühlten Rohr 2 in einem Abstand gegenüber, so daß ein axiales Spiel zwischen den beiden Rohren besteht. Zwischen den Stirnflächen des ungekühlten Rohres 1 und des gekühlten Rohres 2 ist zur Abdichtung ein O-Ring 12 eingesetzt.At the connection point 17 , the uncooled pipe 1 is opposite the cooled pipe 2 at a distance, so that there is an axial play between the two pipes. An O-ring 12 is used for sealing between the end faces of the uncooled tube 1 and the cooled tube 2 .
Um das ungekühlte Rohr 1 spannungsfrei mit dem gekühlten Rohr 2 verbinden zu können, ist der Endabschnitt des ungekühlten Rohres 1 von zwei konzentrisch und mit Abstand voneinander angeordneten Rohren umgeben, die ein Anschlußstück 15 bilden. Die beiden Rohre sind an einem Ende durch einen U-Bogen 16 miteinander verbunden. Das freie Ende des inneren Rohres 13 des Anschlußstückes 15 ist mit dem ungekühlten Rohr 1 fest und dicht z. B. durch Verschweißen verbunden. Die Verbindungsstelle 17 liegt vorzugsweise in der Austrittsebene des ungekühlten Rohres 1. Auf diese Weise entsteht eine Verbindung von vergleichsweise geringem Querschnitt.In order to be able to connect the uncooled tube 1 to the cooled tube 2 in a stress-free manner, the end section of the uncooled tube 1 is surrounded by two concentrically and spaced-apart tubes which form a connecting piece 15 . The two tubes are connected to one another by a U-bend 16 . The free end of the inner tube 13 of the connector 15 is fixed with the uncooled tube 1 and tight z. B. connected by welding. The connection point 17 preferably lies in the exit plane of the uncooled pipe 1 . In this way, a connection of comparatively small cross-section is created.
Das freie Ende des äußeren Rohres 14 des Anschlußstückes 15 ist fest und dicht z. B. durch Verschweißen mit dem gekühlten Rohr 2 verbunden. Gemäß Fig. 1 erfolgt diese Verbindung über einen T-förmigen Ring 18, der einerseits mit dem Innenrohr 3 und andererseits mit dem Mantelrohr 4 des gekühlten Rohres 2 verschweißt ist. An den Steg dieses T-förmigen Ringes 18 ist das äußere Rohr 14 des Anschlußstückes 15 befestigt. In der Fig. 2 ist eine Flanschverbindung gezeigt, bei der ein Flansch 19 mit dem gekühlten Rohr 2 verbunden ist, während an den Gegenflansch 20 das freie Ende des äußeren Rohres 14 des Anschlußstückes 15 angeschweißt ist. Flansch 19 und Gegenflansch 20 sind über Schrauben miteinander verbunden. Sind mehrere gekühlte, jeweils mit einem ungekühlten Rohr 1 fluchtende Rohre 2 in eine Wasserkammer 6 eingesetzt (Fig. 4), so ist das freie Ende des äußeren Rohres 14 des Anschlußstückes 15 an eine Wand der Wasserkammer 6 angeschweißt.The free end of the outer tube 14 of the connector 15 is tight and tight z. B. connected by welding to the cooled tube 2 . Referring to FIG. 1, this connection is made via a T-shaped ring 18, on the one hand with the inner pipe 3 and on the other hand welded to the casing 4 of the tube 2, cooled. On the web of this T-shaped ring 18 , the outer tube 14 of the connector 15 is attached. In FIG. 2 a flange connection is shown, in which a flange 19 is connected to the cooled tube 2, while the counter-flange 20, the free end of the outer tube 14 of the connecting piece is welded 15th Flange 19 and counter flange 20 are connected to each other by screws. If several cooled tubes 2 , each aligned with an uncooled tube 1 , are inserted into a water chamber 6 ( FIG. 4), the free end of the outer tube 14 of the connector 15 is welded to a wall of the water chamber 6 .
Das innere und das äußere Rohr 13, 14 des Anschlußstückes 15 begrenzen zusammen mit dem sie verbindenden U-Bogen 16 einen Innenraum. Wenn auch dieser Innenraum leer sein kann, so ist er vorzugsweise mit einem wärmeisolierenden Material 21 ausgefüllt. Die Wärmeisolierung kann aus einem mineralischen oder faserigen Werkstoff bestehen und als gegossene und aushärtende Masse oder als Formstück in den Innenraum eingebracht werden. Gegenüber der Gasatmosphäre im Inneren des ungekühlten Rohres 1 ist die Wärmeisolierung durch den O-Ring 12 zwischen den Stirnflächen der Rohre 1, 2 abgedichtet.The inner and outer tubes 13 , 14 of the connecting piece 15, together with the U-bend 16 connecting them, delimit an interior space. If this interior can also be empty, it is preferably filled with a heat-insulating material 21 . The thermal insulation can consist of a mineral or fibrous material and can be introduced into the interior as a cast and hardening mass or as a molding. The thermal insulation is sealed off from the gas atmosphere in the interior of the uncooled tube 1 by the O-ring 12 between the end faces of the tubes 1 , 2 .
Das aus dem inneren und dem äußeren Rohr 13, 14 bestehende Anschlußstück 15 macht es möglich, daß der Weg, den die Wärme von der Verbindungsstelle 17 des ungekühlten Rohres 1 zu der Verbindungsstelle 22 des gekühlten Rohres 2 zurücklegen muß, lang ist, wodurch der Wärmetransport zwischen den Verbindungsstellen 17, 22 gering wird. Dieser Effekt wird durch die Ausfüllung des Innenraumes innerhalb des Anschlußstückes 15 mit wärmeisolierendem Material 21 verstärkt.The connector 15 consisting of the inner and outer tubes 13 , 14 makes it possible for the path that the heat has to travel from the connection point 17 of the uncooled tube 1 to the connection point 22 of the cooled tube 2 to be long, as a result of which the heat transfer between the connection points 17 , 22 becomes low. This effect is reinforced by filling the interior within the connector 15 with heat insulating material 21 .
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen der Rohrverbindung ist der Endabschnitt des ungekühlten Rohres 1 von dem Anschlußstück 15 in einem Abstand umgeben, so daß zwischen dem ungekühlten Rohr 1 und dem inneren Rohr 13 des Anschlußstückes 15 ein Spalt 23 besteht. Dieser Spalt 23 kann, wie in den Fig. 1, 2, 4 gezeigt ist, einen gleichbleibenden Querschnitt aufweisen. Der Spalt 23 kann sich auch in Richtung auf den U-Bogen 16 konisch erweitern. Der Spalt 23 kann leer bleiben, oder er kann mit einem wärmeisolierenden Material ausgefüllt werden. Unter Umständen kann das innere Rohr 13 spaltfrei auf dem Endabschnitt des ungekühlten Rohres 1 aufliegen (Fig. 3). In diesem Fall ist das ungekühlte Rohr 1 mit dem inneren Rohr 13 des Anschlußstückes 15 durch eine Schrumpfverbindung verbunden. Durch alle diese Maßnahmen wird der Wärmetransport zwischen den Verbindungsstellen 17, 22 mehr oder weniger stark verringert und läßt sich so an den Einzelfall anpassen.In the previously described embodiments of the pipe connection, the end section of the uncooled pipe 1 is surrounded by the connector 15 at a distance, so that there is a gap 23 between the uncooled pipe 1 and the inner pipe 13 of the connector 15 . As shown in FIGS. 1, 2, 4, this gap 23 can have a constant cross section. The gap 23 can also expand conically in the direction of the U-bend 16 . The gap 23 can remain empty or it can be filled with a heat-insulating material. Under certain circumstances, the inner tube 13 can rest on the end section of the uncooled tube 1 without a gap ( FIG. 3). In this case, the uncooled pipe 1 is connected to the inner pipe 13 of the connector 15 by a shrink connection. Through all these measures, the heat transport between the connection points 17 , 22 is more or less reduced and can thus be adapted to the individual case.
Claims (7)
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DE1997107915 DE19707915A1 (en) | 1997-02-27 | 1997-02-27 | Connection between hot pipe and cooled pipe |
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DE1997107915 DE19707915A1 (en) | 1997-02-27 | 1997-02-27 | Connection between hot pipe and cooled pipe |
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