DE2728971B2

DE2728971B2 - Einsatz für ein Wärmetauscherrohr

Info

Publication number: DE2728971B2
Application number: DE2728971A
Authority: DE
Inventors: Janos Dipl.- Ing. Bodas; Laszlo Dipl.-Ing. Dr. Forgo; Laszlo Dipl.-Ing. Dr. Heller; Gyula Dipl.-Ing. Kovas; Karoly Dipl.-Ing. Jaszbereny Laszlo; Istvan Dipl.-Ing. Papp
Original assignee: Transelektro Magyar Villamossagi Kulkereskedelmi
Current assignee: Transelektro Magyar Villamossagi Kulkereskedelmi
Priority date: 1976-06-30
Filing date: 1977-06-28
Publication date: 1978-12-14
Also published as: HU173583B; UA5938A1; PL199242A1; US4265275A; DE2728971A1; SU1222207A3; CS192486B2; CH623128A5; DE2728971C3

Description

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Die Erfindung betrifft einen Einsatz gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Solche Einsätze dienen zur Verbesserung des Wärmeüberganges zwischen dem Wärmetauscherrohr und dem darin strömenden Medium. Einen derartigen Einsatz zeigt die DE-OS 20 29 910. Dabei handelt es sich um Scheidewände, die sich in Längsrichtung des Rohres erstrecken und die aufgrund ihres im Querschnitt gewölbten Verlaufes elastisch mit der Rohrwand verspannt sind. Wegen der unvermeidlichen Fabrikationsungenauigkeiten der Wärmetauscherrohre ist es bei diesen bekannten Scheidewänden nicht gewährleistet, daß ihre äußeren Enden immer am Rohrumfang anliegen, d. h., die Wärmeleitung zwischen der Rohrwand und den Scheidewänden ist an denjenigen Stellen, wo ein Spalt vorliegt, sehr erschwert. Außerdem sind diese bekannten Einsätze dann ungeeignet, wenn die Wärmetauscherrohre von Zeit zu Zeit einer mechanischen Reinigung im Rohrinneren unterzogen werden müssen. Denn wegen ihrer Verspannung im Rohr lassen sie sich kaum noch ohne Beschädigung aus dem Rohr herausziehen.

Hiervon ausgehend, liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Einsatz für ein Wärmetauscherrohr zu entwickeln, der für Reinigungszwecke leicht wieder aus dem Rohr herausgezogen werden kann und bei dem außerdem eine gute wärmeleitende Verbindung mit der Rohrwand sichergestellt ist. Ferner

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50 soll der Einsatz keinesfalls durch den Druck des Fördermediums aus den Rohren herausgedrückt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Hauptanspruches gelöst.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß bei Zugbeanspruchung des Einsatzes in der einen Achsrichtung zu einer Verringerung, in der anderen Achsrichtung hingegen zu einer Erhöhung der radialen Verspannung führt Dadurch können die Rippen durch elastische Deformation leicht in die Rohre hinein- oder aus ihnen herausgezogen werden, während die Verschiebung der Rippen in der entgegengesetzten Richtung aufgrund irrer selbstschließenden Gestaltung (Selbsthemmung) verhindert ist Werden die Rippen in einer zur Strömungsrichtung des Mediums entgegengesetzten Richtung in das Rohr eingezogen, so können s>e durch das Strömungsmedium nicht mehr verschoben werden, sondern werden vielmehr verstärkrt gegen die Rohrwandung gepreßt Dadurch wird zugleich auch ihr Kontakt mit der Rohrwand erhöht, so daß sich ein besonders guter Wärmeübergang ergibt

Die Merkmale der Ansprüche 2 und 3 sind vor allem für eine kostengünstige Serienproduktion des Rohreinsatzes geeignet

Wird eine besonders große Zunahme der Wärmeaustauschfläche gewünscht, eignen sich hierfür die Merkmale des Anspruches 4.

Anspruch 5 beschreibt eine Alternative, bei der die Zähne aus Draht bestehen und mit einem Leitdraht verseilt sind. Eine derartige Ausbildung is·, an sich durch das DE-GM 19 39 668 bekannt jedoch nicht mit der im Hauptanspruch beschriebenen spitzwinkligen Anordnung der Zähne.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteranspriichen.

In der nachfolgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhanc¹ von Zeichnungen erläutert; dabei zeigt

F i g. 1 die Seitenansicht eines aufgeschnittenen Rohres mit den erfindungsgemäßen Rippen,

Fig. la die Draufsicht auf den Rohrquerschnitt bei der Anordnung gemäß Fig. 1,

Fig. 2 die Draufsicht auf einen Rohrquerschnitt bei Verwendung von Rippen mit abgewinkelten Fußteilen,

Fig. 3 die Draufsicht auf einen Rohrquerschnitt bei Verwendung zweier identischer Rippenstreifen,

Fig. 4 die Draursicht auf einen Rohrquerschnitt, dessen Rippen unter Bildung einer Wölbung nach außen laufen,

Fig. 5 die Seitenansicht eines aufgeschnittenen Rohres, dessen axialaufeinanderfolgende Zähne schraubengangartig verdreht sind und

Fig.6 die Seitenansicht eines aufgeschnittenen Rohres, dessen Rippen durch Drähte gebildet sind.

Die Rohre der Wärmetauscher, in welche bei Verwendung bestimmter Strömungsmedien Innenrippen zur Verbesserung des Wärmeübergangs einzusetzen sind, weisen infolge unvermeidlicher Fertigungstoleranzen nicht immer eine exakte Kreisform auf und sind auch nicht vollkommen gerade. Im Sinne einer leichten Herstellbarkeit werden die Rippen aus schmalen Streifen hergestellt, deren Geradheit, Breite usw., ebenfalls infolge unvermeidlicher Produktionsungenauigkeiten, nicht vollkommen sind. Wird nun in ein nicht absolut genaues Rohr eine nicht vollkommen genaue Innenrippe eingesetzt, so wird die Rippe nur an

einzelnen Punkten mit der Rohrinnenfläche in Berührung kommen, wodurch die, vom Standpunkt der Wärmeübergatbe her äußerst wichtige wärmeleitende Verbindung ebenfalls sehr unvollkommen wird.

Die befriedigende Berührung zwischen den Rippen und der Rohrwand wird unter Anwendung der Rippengestaltung gemäß Fig. 1 derart gelöst, daß die aus dem schmalen Streifen eus Blech oder dergleichen hergestellte Ftinpe 1 von mit der Streifenlängsachse einen bestimmten Winkel einschließenden Einschnitten unterbrochen wird, so daß die beiden Ränder der Rippe durch aufeinanderfolgende Zähne 3 gebildet werden. Mit Rücksicht darauf, daß diese Zähne elastisch ausgestaltet sind, werden die bei der Produktion entstehenden Ungenauigkeiten der Rohre 4 und der Rippen 1 überbrückt und ein sicheres Anliegen auf die Innenfläche der Rohre sichergestellt Um die wärmeleitende Verbindung verbessern zu können, werden die Enden der Zähne 3 mit einem breiteren Fußteil versehen, so daß die zur Wärmeleitung verfügbare Fläche auf das Mehrfache erhöht wird.

Die in Fig. 1 dargestellte Rippe 1 kann ir- Richtung des Pfeiles ΰ leicht in das Innere des Rohres hineingezogen werdem. Durch die Gestaltung der Zähne mit einem steilen Winkel wird die Bewegung der Rippen in einer der Einziehrichtung entgegengesetzten Richtung verhindert Der Wärmetauscher ist in der Weise zu betreiben, daß das in dem Rohr strömende Medium dem Pfeil 6 entgegengesetzt strömt, wodurch die im Rohrinneren vorhandenen Rippen 1 nicht aufgrund der Strömung verrutschen können.

Es ist offensichtlich, daß infolge der bereits erwähnten Produktionsungenauigkeiten theoretisch auch die Fußteile 5 der Zähne 3 nur in je einem Punkt mit der Rohrinnenfläche in Berührung kommen können. Zwischen dem übrigen Teil der Fußteile 5 und der Rohrfläche entsteht eine schmale, etwa einige Hundertstel oder Tausendstel Millimeter breite Spalte, die von dem strömenden Medium ausgefüllt wird. In dieser schmalen Spalte findet daher die Wärmeleitung zwischen den Zähnen und dem Rohr durch Vermittlung des strömenden Mediums statt Da nun die meisten der in der Praxis zur Anwendung kommenden Medien eine schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweisen und bei diesen die Notwendigkeit zum Einbau der beschriebenen Innenrippen besteht, müssen die FuLteile 5 der Zähne 3 verhältnismäßig groß dimensioniert werden.

Um die Wärmeübertragung innerhalb der Rohre weiter zu erhöhen, wird zweckmäßigerweise das zum Einziehen der Rippen dienende Werkzeug während des Einziehvorganges langsam gedreht, so daß die Rippen um die Rohrlängsachse herum wendeltreppenförmig versetzt werden. Sie liegen dann in Strömungsrichtung des Mediums nicht genau hintereinander, sondern unter einem gewissen Winkel gegeneinander verdreht, wie dies aus Fig. la folgt

In Fig. 2 ist eine ebenfalls aus Streifen hergestellte Rippe gezeigt, bei der die Enden der Zähne 3 an dem mit dem Rohr in Berührung kommenden Teil eingebogen sind, damit zur Sicherung der Wärmeleitung zwischen den FuQteilen 5 und dem Rohr 4 eine besonders große Kontaktfläche entsteht Auch bei dieser Rippengestaltung wird durch das langsame Drehen des Einziehwerkzeuges während des Einziehens der Rippen ein wendeiförmiger Verlauf erzielt. Dieser Verlauf erhöht im übrigen auch den Turbulenzgrad der Strömung, das heißt, der Austausch zwischen dem Kern und der

ίο Randschicht der Strömung wird intensiviert was wiederum eine Erhöhung der Wärmeübertragung mit sich bringt

In Fig.3 ist eine innere Verrippung dargestellt die durch das Verbiegen der nach F i g. 1 dargestellten Rippen herge^c"llt werden kann. Hier werden durch Pressen zwei identische Rippen der F i g. 1 gemäß hergestellt, wonach die eine der beiden Rippen auf die Form 1, die andere auf die Form la verbogen wird. Die solcher Art hergestellten, unterschiedlichen beiden Rippen werden, wie in F i g. 3 dargef ;llt zusammengepaßt und in das Rohr eingezogen, wodurch nicht nur die Fläche der Innenrippen erhöht, sondern auch die Zahl der Fußteile 5 verdoppelt wird.

In Fig. 4 wird der Querschnitt eines kohres dargestellt, in dem eine aus Streifen verfertigte elastische Rippe 1 eingesetzt ist, deren Elastizität durch das dargestellte Profil erhöht wird. Bei dieser Rippengestaltung wird der Krümmungsradius R_odes Fußteils 5 so gewählt, daß dieser den Krümmungsradius R₀ des Rohres überschreitet, so daß nach erfolgtem Einbringen in das Rohr der Fußteil 5 infolge der elastischen Deformation mit guter Anpressung an der Rohrinnenfläche anliegt. Die übrige Krümmung unterstützt die radiale Spreizbewegung.

J5 In F i g. 5 ist eine Lösung aargestellt, bei der die Zähne 3 der inneren Rippe ohne Abfall hergestellt werden. Auch in diesem Fall ist das Anliegen der Fußteile 5 auf der Innenfläche des Rohres 4 durch die Elastizität der Zähne 3 sichergestellt. Diese Elastizität kann, wie gesagt, durch die Schrägstellung der Zähne und/oder dur^h ihren gewöblten Verlauf gemäß Fig. 4 erzielt werden.

Fig. 6 verdeutlicht Innenrippen, die aus Draht hergestellt sind. Bei dieser Lösung werden die aus

4Ί dünnem Draht bestehenden Rippen 8 von den, in der Mittellinie des Rohres 4 entlanglaufenden Leitdrähten 7 getragen. Die miteinander zweckmäßigerweise verseilten Leitdrähte 7 haiten die Rippendrähte 8 in ihrer Position. Durch die Verseilung der Leitdrähte sind die

"in Rippendrähte im Inneren des Rohres 4 nicht nacheinander, sondern wendeltreppenförmig gegeneinander verdreht. Da auch hier die guie Wärmeleitfähigkeit zwischen den Drahtenden und der Rohrwand von äußerster Wichtigkeit ist, können die Drahtenden der Ausführungsform mit dem Bezugszeichen S gemäß mit einer vergrößerten Berührungsfläche ausgestaltet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einsatz für ein Wärmetauscherrohr, der aus an der Rohrinnenwand anliegenden Rippen besteht, die sich vom Rohrzentrum nach außen erstrecken und mit der Rohrwand elastisch verspannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen aus zahlreichen, in Achsrichtung des Rohres aufeinanderfolgenden Zähnen (3) bestehen, die einen spitzen ι ο Winkel mit der Rohrachse einschließen.

2. Rohreinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (3) von einem parallel zur Rohrachse laufenden Streifen (1) ausgehen.

3. Rohreinsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (3) durch beidseitige Querschlitzung eines Metallstreifens (1) hergestellt sind.

4. Rohreinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (3) an zwei benachbarten Streifen (l_s U) angeordnet sind, die längs der Rohrachse verlaufen und durch die Zähne (3) miteinander verstemmt sind.

5. Rohreinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne aus Draht (8, 9) bestehen und unter Zuhilfenahme eines aus demselben Draht vereeilten Leitdrahtes (7) in ihrer Position gehalten sind.

6. Rohreinsatz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Enden der einzelnen Drähte (9) in einer mit d.^r Innenfläche des Rohres parallelen Richtung verbogen sind.

7. Rohreirisatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß axial aufeinanderfolgende Zähne in Rcrumfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sind.