DE2246075A1

DE2246075A1 - Waermetauscher, insbesondere raketenbrennkammer mit schubduese und diesbezuegliches herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE2246075A1
Application number: DE19722246075
Authority: DE
Inventors: Horst-Lothar Erfurt
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1972-09-20
Filing date: 1972-09-20
Publication date: 1974-04-11

Description

MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG
Aktiengesellschaft

München, den 14. September 1972

Wärmetauscher, insbesondere Raketenbrennkammer mit Schubdüse, und diesbezügliches Herstellungsverfahren

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher, insbesondere eine Raketenbrennkammer mit Schubdüse mit Rohren ringförmigen Querschnitts, wobei Rohrenden parallel zueinander verlaufen und miteinander zu einem Hohlzylinder verschweißt oder verlötet sind, auf den axial ein Rohranschlußring geschoben ist und der mit diesem verschweißt oder verlötet ist.

Aufgabe der Erfindung ist, zu erreichen, daß Ring und Hohlzylinder genau koaxial zueinander sitzen und die Verbindung zwischen ihnen äußerst fest und mit Sicherheit gas- bzw. flüssigkeitsdicht ist. , '

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Rohrenden zumindest über die Aufschieblänge jeweils Kreisringstück- oder Rechteck-Querschnitt mit langer Erstreckung in Umfangs- bzw. Tangentialrichtung aufweisen.

7.1341 - 409815/0941 -2-

Dadurch ist erreicht, daß die Rohrenden flächig und sehr dicht nebeneinanderliegen und diese miteinander verschweißten oder verlöteten Bohrenden können jetzt einen Kohlzylinder darstellen, der eine Außenumfangsfläche und eine Innenumfangsfläche als tragende Flächen oder Sitzflächen für den Bohranschlußring aufweist, die jeweils um ein Vielfaches größer sind als im Falle von Rohrenden ringförmigen Querschnitts. Dieser Hohlzylinder kann also Paßflächen bzw. eine Paßfläche für fiadialsitze aufweisen, und Hohlzylinder und Rohranschlußring sitzen genau koaxial zueinander, wodurch die Verbindung zwischen ihnen nach dem Verschweißen oder Verlöten äußerst fest und mit Sicherheit gas- bzw. flüssigkeitsdicht ist. Dadurch, daß durch die Erfindung diese Passung hergestellt werden kann, ist das Prinzip der Kapillarwirkung beim Löten anwendbar, wodurch eine genaue Lötung gewährleistet ist. Weiterhin wird hierdurch die Anwendung des Elektronenstrahlschweißens zur Befestigung des fiohranschlußringes erst möglich gemächt.

Es ist von Vorteil, die Erfindung in dem Falle, wo in den Bohren jeweils ein Innenrohr ringförmigen Querschnitts längs verläuft, das zwischen sich und dem es aufnehmenden Rohr (Außenrohr) einen Strömungskanal freiläßt und, den genannten Hohlzylinder betrachtet, mit der Außenwand des Außenrohrs verschweißt oder verlötet ist, in der Art weiterzuentwickeln, daß das Innenrohrende Kreisringstück- oder Rechteck-Querschnitt genannter Art aufweist, jedoch auf dem letzten Ende seine Innenwand gegen

409815/0941
14.9.1972 - 5 -

seine Außenwand verformt tind mit dieser verschweißt oder verlötet ist und daß das Mehrfachrohrende dort atißen einen Dreiwanddurchbruch, der in den genannten freigelassenen Strömungskanal und das Innere des Rohranschlußringes Kündet, und . davor außen einen Zweiwanddurchbruch aufweist, der in den InnenrohrStrömungskanal und das Innere dieses Biags mündet. Diese Bauart ist wenig aufwendig. Durch die genannten Querschnitte des Außenrohrendes und des Innenrohrendes ist es möglich gemacht, auf dem letzten Ende, d.h. auf einer gewünschten Länge, auf leichte Weise mittels einer geeigneten Vorrichtung oder eines geeigenten Werkzeuges die Innenwand an die Außenwand anzupassen, wodurch wiederum eine leichte Herstellung des Dreiwanddurchbruchs durch Durchstoßen von außen her möglich ist und leicht der axiale Abschluß des Innenrohrströmungskanals erzielt ist. Die Strömungsmitteiansciilüsse erfordern jetzt nur geringen konstruktiven Aufwand. - Diese Erfindung ist "bei Doppelrohren, Dreifachrohren oder dgl. mit zwei, drei oder dgl. Strömungskanälen anwendbar.

Es kann z.B. zu erhitzendes Gas aus einem AnscKLußring durch den Zweiwanddurchbruch hindurch in den Innenrohrströmungskanal geleitet werden, diesen durchströmen, nach einer in einem Umlenkring (ebenfalls ein Rohranschlußring) am anderen Ende des Wärmetauschers erfolgenden Umlenkung den genanntes, freigelassenen Strömungskanal durchströmen und aus diesem durch den Dreiwand-

14.9.1972 40981 5/09 Al

durchbruch hindurch wieder in den Anschlußring geleitet werden. Z.B. wird im Falle der Raketenbrennkammer mit Schubdüse Brenngas oder -flüssigkeit für die Brennkammer auf dem Wege durch die beiden genannten Strömungskanäle durch heiße, durch diese Einheit (Brennkammer und Schubdüse) strömende Verbrennungsgase der Brennkammer vorgewärmt bzw. vorgewärmt und/oder vorverdampft.

Ein leicht durchzuführendes Verfahren zur Herstellung des Wärmetauschers bzw. des Rohrenden-HohlZylinders mit Einfachrohren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrenden den genannten Querschnitt durch Verformung mittels Dornen erhalten oder mit Füllstoff gefüllt werden und mit den Dor/nen bzw. dem Füllstoff ausgefüllt und ferner radial abgestützt auf dem gesamten Außenumfang und dem gesamten Innenumfang des Kohlzylinders überrollt werden, der Hohlzylinder für Radialsitz mit dem Rohranschlußring bearbeitet wird und dieser Ring auf den Hohlzylinder geschoben und mit diesem gas- bzw. flüssigkeitsdicht verschweißt oder verlötet wird. Die Rohrenden ringförmigen Querschnitts werden also zu solchen mit Kreisringstück- oder Rechteck-Querschnitt durch Dorne, die solchen Querschnitt haben, verformt. Eine entsprechende Vorrichtung sieht insbesondere so aus, daß die Dorne fast an einer zum genannten Hohlzylinder koaxialen Scheibe vorgesehen sind, aus der sie axial herausragen. Mittels dieser Vorrichtung können sämtliche Rohrenden auf einmal verformt werden.

Die Erfindung ist bei Reaktions- und Raketenbrennkammern, bei Schubdüsen, Behältern aus der Kälteverfahrenstechnik und Ra-

409 815/0941

14.9.1972

ketentechnik und anderen Wärmet aus ehern anwendbar¹.

In der Zeichnung ist in Fig. 1 eine Einrichtung zur Verformung der Rohrenden schematisch dargestellt, in Fig. 2 "bis 1o der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, wobei es sich um ein Ende einer Raktenbrennkammer-Schubdüsen-Einheit aus längs durchgehenden Hohren handelt.

Die Verformungseinrichtung gemäß Fig. 1 ist für die Enden dieser Bohre 1o bestimmt, aus denen eine Raketenbrennkammer und eine axial anschließende Schubdüse am Umfang bestehen. Hergestellt wird diese Einheit dadurch, daß längs nebeneinanderliegende Rohre 1o miteinander zu einem zylinderisehen Gebilde verlötet werden und dieses entsprechend der gewünschten Brennkammer-Schubdüsen-Geometrie verformt wird. Es sind nur zwei diametral gegenüberliegende Rohre 1o dargestellt. Die hohlzylindrische Brennkammer ist mit 11, die Schubdüse mit 12 angedeutet. Die Schubdüse 12 ist im Bereich ihrer Verengung abgebrochen dargestellt. Die Einheit 11/12 ist, was nicht dargestellt ist, über ihr in Fig. 1 links gebogenes Ende in ein Spannfutter einer Drehbank . eingespannt. Ein Teil der Verformungseinrichtung ist eine Scheibe 13 mit in ihr festen Dor/nen 14 rechteckigen Querschnitts, die durch Nachlinksdrücken eines Reitstocks 15 gegen die Scheibe 13 in die Enden dei? Rohre 1o gedruckt wurden, wodurch diese Rohrenden rechteckigen Querschnitt erhalten haben. Einem Überrollen des Brennkammerendes dient ein anderer Teil der Ver-

409815/0941
^. 1341
14.9.1972 · - 6 -

formungseinrichtung. Er ist mit 16 bezeichnet und weist Rollen 17 für das Überrollen auf. Zuerst wird dieses Ende außen überrollt, wobei,wie dargestellt, Reitstock 15» Scheibe 13 und Dorne 14 radial abstützen. Dieses Ende wird aber auch innen überrollt, wobei ein nicht dargestellter, auf das Ende aufgeschobener Ring der radialen Abstützung dient.

Aus der fotografischen Aufnahme gemäß Fig. 2 ist zu entnehmen, daß das Schubdüsenende der genannten Einheit einen Hohlzylinder aus flächig und sehr dicht nebeneinanderliegenden Rohrenden jeweils etwa rechteckigen Querschnitts darstellt. Eine Lötschicht zwischen Jeweils zwei dieser etwa quaderförmigen Rohrenden ist, in Umfangsrichtung dieses Hohlzylinders gesehen, sehr dünn. Die Außenumfangsfläche und die Innenumfangsfläche des Hohlzylinders ergeben koaxiale Zylinderflächen für Radialsitz eines Rohranschlußrings, d.h. hier eines.Umlenkrings.

Gemäß Fig. 3 handelt es sich um einen Querschnitt durch die genannte Einheit im Gebiet der Brennkammer bzw. des Brennraums 11, Es ist hier in jedem Rohr 1o der Einheit ein Innenrohr 18 angeordnet, das außen an das Rohr (Außenrohr) 1o angelötet oder angeschweißt ist. In Fig. 4 ist solch ein Doppelrohr vergrößert in einem Längsschnitt zu sehen, und Fig. 5 zeigt dieses Doppelrohr in einem Querschnitt A-A.

14.9.1972 - 7 -

40981 5/0941

Jedes Doppelrohr sieht nach der Verformung gemäß, der Erfindung am Brennkammerende der genannten Einheit zuerst so aus, wie es der. Querschnitt des Hohlzylinders gemäß Pig. 6 zeigt, und Mg, 7, 8 und 9 (Querschnitt B-B) zeigen das Doppelrohrende, nachdem die Innenwand 19 des Innenrohrendes gegen die Außenwand 2o desselben verformt und mit dieser verlötet "bzw. verschweißt worden ist. Bei dem gegenüber Fig. 8 vergrößert dargestellten Längsschnitt des Doppelrohrendes gemäß Fig. 1o sind ein Zweiwanddurchbruch 21 zur Zuführung von Brenngas und ein Dreiwanddurchbruch zur Abführung dieses nun vorgewärmten Brenngases zu sehen. Dieses Brenngas wird durch Verbrennungsgase vorgewärmt, deren Strömungsrichtung durch einen Pfeil 23 angegeben ist. Die anderen Pfeile geben die Strömungsrichtung des Brenngases im Innenrohrströmungskanal oder Vorlaufkanal 24 und in dem vom Innenrohr 18 freigelassenen Strömungskanal 25 des Außenrohrs 1o an. Die Wanddurchbrüche 21 und 22 verbinden die Kanäle 24- und 25 mit einem genannten, nicht dargestellten Rohranschlußring.

7.134-1
22.11.1972

409815/0941

Claims

Patent ansprüche

) Wärmetauscher, insbesondere Raktenbrennkammer mit Schubdüse, mit Rohren ringförmigen Querschnitts, wobei Rohrenden parallel zueinander verlaufen und miteinander zu einem Hohlzylinder verschweißt oder verlötet sind, auf den axial ein Rohranschlußring geschoben ist und der mit diesem verschweißt oder verlötet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrenden zumindest über die Aufschieblänge jeweils Kreisringstückoder Rechteck-Querschnitt mit langer Erstreckung in Umfangs- bzw. Tangentialrichtung aufweisen.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei in den Rohren jeweils ein Innenrohr ringförmigen Querschnitts längs verläuft, das zwischen sich und dem es aufnehmenden Rohr (Außenrohr) einen Strömungskanal freiläßt und, den genannten Hohlzylinder betrachtet, mit der Außenwand des Außenrohrs verschweißt oder verlötet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohrende Kreisringstück- oder Rechteck-Querschnitt genannter Art aufweist, jedoch auf dem letzten Ende seine Innenwand (19) gegen

409815/0941

7.1341 - 2 -

seine Außenwand (2o) verformt und mit dieser (2o) verschweißt oder verlötet ist und daß ^das Mehrfachrohrende dort außen einen Dreiwanddurchbrueh (22), der in den genannten freigelassenen Strömungskanal (25) und das Innere des Rohranschlußringes mündet, und davor außen einen Zweiwanddurchbruch (21) -aufweist, der in den InnenrohrStrömungskanal (24) und das Innere dieses Rings mündet.
3. Verfahren zur Herstellung des Wärmetauschers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrenden den genannten Querschnitt durch Verformung mittels Dornen (14) erhalten oder mit Füllstoff gefüllt werden und mit den Dornen (14) bzw. dem Füllstoff ausgefüllt und ferner radial abgestützt auf dem gesamten Außenumfang und dem gesamten Innenumfang des Hohlzylinders überrollt werden, der Hohlzylinder für Radialsitz mit dem Rohranschlußring bearbeitet wird und dieser Ring auf den Hohlzylinder geschoben und mit diesem gas- bzw. flüssigkeitsdicht verschweißt oder verlötet wird.
4. Vorrichtung zur Verformung der Rohrenden durch Dorne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dorne (14) fest in einer zum genannten Hohlzylinder koaxialen Scheibe (13) angeordnet sind, aus der sie axial herausragen.

7.1341
14.9.1972

4 09815/0941

L e e r s e i t e