DE2547213A1

DE2547213A1 - Schraubennaht-profilrohr

Info

Publication number: DE2547213A1
Application number: DE19752547213
Authority: DE
Inventors: Paul Isidore Fontaine; Brian Todd
Original assignee: Henry Wiggin and Co Ltd
Current assignee: Henry Wiggin and Co Ltd
Priority date: 1974-10-23
Filing date: 1975-10-22
Publication date: 1976-05-13
Also published as: FR2288962A1; BE834806A; JPS5165459A; AU8584575A; SE7511825L

Description

21. Oktober 1975 30 362 K

Henry Wiggin & Company Limited, Holmer Road, Hereford.

HR4 9FL, Großbritannien

"Sohraubennaht-Profilrohr"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schraubennaht-Profilrohr für "warmeaustauscher und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Bei Wärmeaustauscherrohren geht das Bestreben dahin, die am Wärmeaustausch beteiligte Rohroberfläche möglichst groß zu halten; so sind Rippen- und Rillenrohre bekannt, die durch Kaltverformen aus glattwandigen Rohren hergestellt werden. Dies kann beispielsweise mit außen angreifenden Profilwalzen und einem innenliegenden Dorn geschehen. Spiral-Rippenrohre werden normalerweise für Kondensatoren verwendet und besitzen eine spiralförmig umlaufende Rippe, während Rillenrohre achsparallele Längsrippen besitzen und im allgemeinen stehend bzw. hängend für Verdampfer beispielsweise von Entsalzungsanlagen verwendet werden.

Des weiteren ist es bekannt, für Wärmeaustauscher Rippenrohre mit angeschweißten, angelöteten, aufgeschrumpften oder aufgeklemmten Innen- oder Außenrippen zu verwenden oder solche Rohre aus einem entsprechend abgekanteten Band herzustellen. All diesen Verfahren ist das eine gemeinsam, daß sie außerordentlich aufwendig sind. Hinzu kommt, daß der Wärmeübergang infolge

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der Oberflächenvergrößerung nicht in allen Fällen wesentlich "besser ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, in horizontaler oder vertikaler Lage zu verwendende Wärmeaustauscherrohre mit wesentlich "besserem Wärmeübergang zu schaffen. Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Profilrohr aus einem Band mit im wesentlichen gleichmäßiger Dicke und durch Walzen angeformten VorSprüngen. Die Vorsprünge können dabei in der Weise hergestellt werden, daß ein Metallband durch Profilwalzen geführt wird.

Die Vorsprünge können sich auf einer oder auf beiden Seiten des Bandes befinden und bestehen vorteilhafterweise aus parallel zur Längsrichtung verlaufenden Rippen, Vorzugsweise verlaufen die Seiten der Rippen im wesentlichen parallel zueinander, wenngleich der Rippenkopf und -fuß auch rund ausgebildet sein können.

Die erfindungsgemäßen Rippenrohre lassen sich in der Weise herstellen, daß zunächst ein Metallband durch Profilwalzen geführt und dabei auf einer oder beiden Seiten des Bandes Vorsprünge angeformt werden, und daß das Band alsdann spiralförmig gewickelt und die Bandkanten miteinander verschweißt werden. Das Anformen der Vorsprünge kann durch Kalt- oder Warmwalzen erfolgen, während das Verschweißen des Bandes mit dem Rohr vorzugsweise durch autogenes Stumpfschweißen erfolgt.

Bei den herkömmlichen Rippen- und Rillenrohren setzt sich die Berippung durch die Rohrwandung fort, d.h. jeder Innenrippe entspricht eine Außenrippe. Im Gegen-

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ORIGINAL INSPECTED

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satz dazu besitzt das erfindungsgemäße Austauscherrohr vergrößerte Oberflächen, d.h. das erfindungsgemäße Kernrohr besitzt keine Wandprofilierung, sondern eine gleichmäßige Dicke sowie die Austauschfläche vergrößernde Erhebungen. Auf diese Weise kann das Rohr innen und/oder außen unterschiedlich berippt sein.

Für Kondensatoren bestimmte Rohre sind vorzugsweise beidseitig berippt, besitzen vorteilhafterweise jedoch auf der Außenseite eine größere Rippenzahl je Flächeneinheit als auf der Innenseite. Vertikale Verdampferrohre können ein- oder beidseitig berippt sein. So brauchen Rohre, bei denen im Betrieb Verschmutzungsgefahr besteht, nur auf der Außenseite mit Vorsprüngen besetzt zu sein, um das somit glatte Rohrinnere leicht reinigen zu können.

Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt den Vorteil, daß sich aus einem Band bestimmter Größe und Profilierung Rohre mit sehr unterschiedlichen Durchmessern herstellen lassen. Andererseits läßt sich auch ein Rohr mit bestimmtem Durchmesser aus Bändern unterschiedlicher Breite und/oder Profilierung herstellen. Schließlich ist die Rohrlänge nur durch die Länge des Profilbandes begrenzt. Ein weiterer Vorteil liegt zudem darin, daß sich beim Herauswalzen der Vorsprünge außerordentlich vielseitige Möglichkeiten hinsichtlich deren Form und Verteilung ergeben. So kann das Band mit längsverlaufenden Rippen versehen sein, die gemäß der Darstellung in Fig. 1 einander gegenüberliegen oder nach der Darstellung in Fig. 2 gegeneinander versetzt angeordnet sind. Die Rippen können nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 auch sinusförmig verlaufen. Andererseits kann das Band entsprechend der Darstellung in Fig. 4

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mit Stollen oder entsprechend der Darstellung in Fig. 5 mit Rhomben oder entsprechend der Darstellung in Fig_o 6 mit sich kreuzenden Rippen versehen sein. Vorzugsweise werden die erfindungsgemäßen Sehraubennahtröhre aus einem Band der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Art hergestellt und besitzen demzufolge spiralförmig umlaufende Außen- und Innenrippen, wie dies aus Fig. 7 ersichtlich ist. Neben einem' besseren Wärmeübergang ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Austauscherrohr auch eine größere Steifigkeit und Festigkeit.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sich durch Kaltwalzen äußerst materialintensive Vorsprünge schaffen lassen. Dabei läßt sich die Materialmenge durch mehrfaches Kalt- und/oder Warmwalzen erhöhen. Dies veranschaulichen die Daten der nachfolgenden Tabelle I, die auf Walzversuche mit einer Walzgeschwindigkeit von 10 m/min und zwei Walzen eines Durchmessers von 152 mm beruhen, von denen jede im jeweiligen Abstand von 3,04 mm mit 32 Umfangsnuten einer Breite von 0,84 mm und einer Tiefe von etwa 3,04 mm versehen waren.

Weitere Versuche wurden mit zwei Walzen eines Durchmessers von 127 mm durchgeführt, von denen eine eine Glattwalze und die andere in der vorerwähnten Weise
mit Ausnehmungen versehen war. Bei den Walzversuohen wurden Kupfer- und Kupfer-Nickel-Bänder in einem
Stich mit 2,1 mm hohen Rippen versehen.

Als Rohrwerkstoff eignen sich alle Metalle und Legierungen mit ausreichender Wärmeleitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Besonders geeignet sind Kupfer-Nickel-Legierungen mit beispielsweise 90% Kupfer und 10% Nickel oder 70% Kupfer und 30% Nickel, Aluminiumbronze, Titan, Stähle oder andere Nickellegierungen,,

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Profilrohre nach der Erfindung "besitzen vorzugsweise eine Wanddicke von 0,3 bis 2 mm und beispielsweise ein- oder beidseitig Spiralrippen mit einer Rippenhöhe von 0,2 bis 2,5 mm und einer Breite von 0,4 bis 2 mm bei einem Rippenabstand von 1,5 bis 50 mm. So kann ein Vertikalrohr für einen Verdampfer einen Durchmesser von 75 mm, eine Wandstärke von 0,8 mm sowie 1 mm hohe und 0,8 mm breite Rippen mit einem Mittenabstand von 3,0 mm besitzen. Ein Kondensatorrohr kann dagegen einen Durchmesser von 29 mm und eine Wandstärke von 0,8 mm sowie 0,5 mm hohe und 0,8 mm breite Außenrippen mit einem Mittenabstand von 2,5 mm sowie ähnlich beschaffene Innenrippen mit einem Mittenabstand von 8,5 mm besitzen.

Um den Wärmeübergang zu bestimmen und die Korrosionsbeständigkeit zu prüfen, wurden Vergleichsversuche mit Profil- und Glattrohren durchgeführt, bei denen die Rohre von außen mit kondensiertem Dampf und von innen mit einer 3,5% Natriumchlorid enthaltenden Salzlösung beaufschlagt wurden,. Dabei wurde eine innen- und außen beripptes, aus einer Kupfer-Nickel-Legierung mit 90% Kupfer und 10% Nickel hergestelltes Rohr mit einem Innendurchmesser von 75 mm und einer Wandstärke von 0,8 mm sowie 1 mm hohen und 0,8 mm breiten Rippen mit einem Mittenabstand von 3,0 mm unter den folgenden Bedingungen untersucht:

Siedetemperatur der Salzlösung Strömungsgeschwindigkeit

Wärmeübergangszahl

1	17	⁰C
7	,6	l/min
14	A	1/min
92	a	10²kcal/m²
		.h.grd.
83	_#	lO^kcal/m^
		.hpgrd.

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Anhand der einschlägigen Fachliteratur wurden für übliche Glattrohre bei den beiden oben erwähnten Strö-

2 mungsgeschwindigkeiten ein Wärmeübergang von 32 . 10

ρ ρ

und 41 · 10 kcal/m h grd errechnet. Die besten derzeit erhältlichen Austauscherrohre besitzen dagegen einen Färmeübergang von 78 bis 83 kcal/m h grd, d.h. Werte, die erfindungsgemäße Rohre mindestens erreichen.

Bei einem weiteren Versuch wurde ein innen- und außenberipptes, aus einer Kupfer-Nickel-Legierung mit 90% Kupfer und 10$ Nickel bestehendes Rohr mit einem Außendurchmesser von 29 mm und 0,5 mm hohen, 0,8 mm breiten sowie außen mit einem Mittenabstand von 4,5 nun und
innen mit einem Mittenabstand von 8,5 mm verlaufende Rippen unter den folgenden Bedingungen untersucht:

Verdampfungstempe ratur 100⁰C

Temperatur 5,5⁰C

Strömungsgeschwindigkeit 0,9 bis 4,2 m/so

Im Vergleich zu einem Glattrohr ergab sich an der außenliegenden Kondensationsfläche ein um etwa ,100% besserer Wärmeübergang und an der Innenoberfläche ein um etwa 60% besserer Wärmeübergang. Insgesamt lag die Wärmeübergangszahl bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 22,2 l/min bei 78,5 x 10² kcal/m²h grd. Unter ähnlichen Versuchsbedingungen ergaben sich im Vergleich zu den besten herkömmlichen Rippenrohren um 80 bis 90% bzw. 25 bis 30% bessere Wärmeübergangszahlen. Hieran zeigt sich die Überlegenheit der erfindungsgemäßen
Profilrohre.

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	Werkstoff	Banddicke (mm)	Tabelle I	0.37	Warmwalzen (6OO^UC/1Stich)	1	Rippen höhe (mm)	1	Kaltwalzen (mehrere Stiche)	Rippen höhe (mm)	I f
	•		Kaltwalzen (1 Stich)	0.5 0.35	Quer schnitts- abnahme		0.5		Quer schnitts- abnahme (Si)	0.84	I
	Nickel	2.8	Quer- Rippen- schnittsT höhe abnähme (mm) (Si)	0.24	39	1.09 0.53		73	0.96 0.77
	• 90 : 10 Kupfer-Nickel Monel 600	2.5 2.5	33	0.21	56 37	-		83 77	0.6
O jD CO !X? CD	Inconel 825	3.2	61 37	0.33	-	0.49	58	0o6i
O	Titan	1.5	37	0.21	39	—	52	0.74	«S3 cn
O	Rostfreier Stahl 430	1.6	33		-	65	0.52
	Rostfreier Stahl 316	1.7	29		54
			28

Claims

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Henry Wiggin & Company Limited, Holmer Road, Hereford.

HR4 9FL, Großbritannien

Patentansprüche:

[1.jSchraubennaht-Profilrohr für Wärmeaustauscher, g e - '^ kennzeichnet durch eine gleichmäßige Wanddicke und durch Walzen eines Ausgangsbandes hergestellte Vorsprünge.

2. Profilrohr nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch längs verlaufende Parallelrippen.

3. Profilrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Rippenkopf und -fuß abgerundet sind.

4. Profilrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, da-durch gekennzeichnet , daß es aus Kupfer, Kupfer-Nickel, Aluminiumbronze, Titan, einer Nickellegierung oder rostfreiem Stahl besteht.

5. Profilrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch 'Vorsprünge an der Innen- und der Außenseite.

6. Profilrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß die Zahl der Vorsprünge je Flächeneinheit außen größer ist als innen.

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-9- 2 b 4^:7 ? 13

7. Profilrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 Ms 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Innenoberfläche glatt und die Außenoberfläche mit Vorsprüngen versehen ist.

8. Verfahren zum Herstellen eines Austauscher-Profilrohrs nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß ein Metallband durch Walzen mindestens einseitig profiliert, schraubenförmig gewickelt und die einander gegenüberliegenden Bandkanten miteinander verschweißt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Band warmgewalzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet , daß das Walzen in mehreren Stichen erfolgt.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis

10, dadurch gekennzeichnet , daß das Walzen mit mindestens einer Profilwalze mit mehreren parallel zueinander verlaufenden Umfangsnuten erfolgt.

Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis

11, dadurch gekennzeichnet , daß ein Band aus Kupfer, Kupfer-Nickel, Aluminiumbronze, Titan, einer Nickellegierung oder rostfreiem Stahl ge-

■ walzt wird.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis

12, dadurch gekennzeichnet , daß das gewickelte Band stumpfgeschweißt wird.

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