DE2728971C3 - Einsatz für ein Wärmetauscherrohr - Google Patents
Einsatz für ein WärmetauscherrohrInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
- F28F1/40—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element
Description
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 Fabrika- vi
tionsungenauigkeilen 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 Zeil 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.
Außerdem ist durch die DEAS 12 Il 233 ein Rill
körpereinsal/ für ein Wärmetauscherrohr bi'kiinntgcworilen.
der aus zahlreichen sich vom Rohrzcnirum
nach außen erstreckenden, schratibcngangförmig aufeinanderfolgenden
Streifen besteht. Diese Streifen verlaufen radial. Eine elastische Verspanniing mit dem
Wärmetauscherrohr wird in dieser Druckschrift nicht angesprochen. Vielmehr wird dort angegeben, die Berührung
der Außenenden dieser Streifen mit der Rohrinnenfläche durch eine Verlötung herbeizuführen.
Ausgehend von dem Stand der Technik nach der DE-OS 20 29 910 liegt die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung darin, einen Einsatz für ein Wärmetauscherrohr zu entwickeln, der für ReinigungFzwecke
leicht wieder aus dem Rohr herausgezogen werden kann und bei dem außerdem eine gute wärmeleitende
Verbindung mit der Rohrwand sichergestell; ist. Ferner soll der Einsatz keinesfalls durch den Druck des
Fördermediums aus den Rohren herausgedrückt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß 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
ihrer selbstschließenden Gestaltung (Selbsthemmung) verhindert ist. Werden die Rippen in einer zur
Strömungsrichtung des Mediums entgegengesetzten Richtung in das Rohr eingezogen, so können sie durch
das Strömungsmedium nicht mehr verschoben werden, sondern werden vielmehr verstärkt 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 Rohrcinsatzes
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 ist 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 restlicnen Unteransprüchen.
In der nachfolgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert;dabei zeigt
Fig. I die Seitenansicht eines aufgeschnittenen Rohres mit den erfindungsgemäßen Rippen,
Fig. la die Draufsicht auf den Rohrquerschnitt bei
der Anordnung gemäß F ig. I,
Fig. 2 die Draufsicht auf einen Rohrquerschnitt bei Verwendung von Rippen mit abgewinkelten Fußteilen,
Fig.3 die Draufsicht auf einen Rohrqucrschnitl bei
Verwendung zweier identischer Rippenstreifen,
Fig.4 die Draufsicht auf einen Rohrquerschnitt, dessen Rippen unter Bildung einer Wölbung nach auBen
laufen,
F i g. 5 die Seitenansicht eines aufgeschnittenen Rohres, dessen axialaufeinanderfolgende Zähne schrau
bengangurlig verdreht sind und
Fig. 6 die Seitenansicht eines aufgeschnittenen Rohres, dessen Rippen durch Drähte gebildet sind.
Die Rohre der Wärmelauscher, 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 wtrden die Rippen aus
schmalen Streifen hergestellt, deren Geradheit, Breite usw., ebenfalls infolge unvermeidlicher Produktionsungenauigkeiten,
/licht vollkommen sind. Wird nuit 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 Wärmeübergabe her äußerst wichtige wärmeleitende
Verbindung ebenfalls sehr unvollkommen wild.
Die befriedigende Berührung zwischen den Rippen und der Rohrwand wird unter Anwendung der
Rippengestaltung gemäß Fig. 1 derart gelöst, daß die
au* dem schmalen Streifen aus Blech oder dergleichen
hergestellte Rippe I von mit der Streifenlängsachse einen bestimmten Winkel einschließenden Einschnitten
unterbrochen wird, so daß die beiden Ränder ..er Rippe
durch aufeinanderfolgende Zähne J gebildet werden. Mit Rücksicht darauf, daß diese Zähne elastisch
ausgestaltet sind, werden die bei der Produktion entstehenden Ungenauigkeiten der Rohre 4 und der
Rippen I 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. I dargestellte Rippe I kann in Richtung des Pfeiles 6 leicht in das Innere des Rohres
hineingezogen werdetn. 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 dei.i Pfeil 6 entgegengesetzt strömt, wodurch
die im Rohrinneren vorhandenen Rippen I nicht aufgrund der Strömung verrutschen können.
Es ist offensichtlich, daß infolge der bereits erwähnten Produktionsungcnauigkeiten theoretisch auch die Fußteile
5 der Zähne 3 nur in je einem Punkt mit der Rohrinnen(iäche in Berührung konnpcn können. Zwischen
dem übrigen Teil der Fußteile 5 und der Rohrfläche entsteht eine schmale, etwa einige Hucdertstel
oder Tausendstel Millimeter breite Spalte, die von dem strömenden Medium ausgefüllt wird. In dieser
schmalen Spalte findet daher die Wärmeleitung zwischen d-Jii 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 Fußteile 5 der Zähne 3
verhältnismäßig groß dimensioniert werden.
Um die Wärmeübertragung innerhalb der Rohre weiter zu erhöhen, wird zweckmäßigerweise das zum
I iin/iehcn der Rippen dienende Werk/eng wahrend des
F.inziehvorganges 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 Fußleilen 5 und dem Rohr 4 eine besonders große
in Kontaktfläche entsteht. Auch bei dieser Rippenge:,taltung
wird durch das langsame Drehen des Einziehwerkzeuges während des Einziehens der Rippen ein
wendelförmiger Verlauf erzielt. Dieser Verlauf erhöht im übrigen auch den Turbulenzgrad der Strömung, das
π heißt, der Austausch zwischen dem Kern und der
Randschicht der Strömung wird intensiviert, was wiederum eine Erhöhung der Wärmeübertragung mit
sich bringt.
In Fig. 3 ist eine innere Verrippung dargestellt, die
Λ durch das Verbiegen der nach Fi^. 1 dargestellten
Rippen hergestellt werden kann. Hier werden durch
Pressen zwei identische Rippen der Fig. 1 gemäß hergestellt, wonach die eine der beiden Rippen aul 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 dargestellt, zusammengepaßt und in das Rohr eingezogen, wodurch nicht nur die
Fläche der Innenrippe erhöht, sondern auch die Zahi der Fußteile 5 verdoppelt wird.
tu In Fig. 4 wird der Querschnitt eines Rohres
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 Rbdes Fußteils 5 so
r> gewählt, daß dieser den Krümmungsradius R1- 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.
Ii F i g. 5 ist eine Lösung dargestellt, bei der die Zähne
3 der inneren Rippe ohne Abfall hergestellt werden. Auch in diesem Fall ist das Anliegen der FuSteile 5 auf
der Innenfläche des Rohres 4 durch die Elastizität der
i~> Zähne 3 sichergestellt. Diese Elastizität kann, wie
gesagt, durch die Schrägstellung der Zähne und/oder durch ihren gewöblten Verlauf gemäß Fig.4 erzielt
werden.
Fig.6 verdeutlicht Innenrippen, die aus Draht
'" hergestellt sind. Bei dieser Lösung werden die aus
dünnem Draht bestehenden Rippen 8 von den, in der Mittellinie des Rohres 4 entlanglaufenden Leitdrähten /
getraecn. Die miteinander zweckmäßigerweise verseilten
Leitdrähte 7 halten die Rippendrähte 8 in ihrer
·· Position. Durch die Verseilung der Leitdrähte sind die
Rippendrähte im Inneren des Rohres 4 nicht nacheinander, sondern wendellreppenförmig gegeneinander verdreht.
Da auch hier die gute Wärmeleitfähigkeit zwischen den Drahtenden und der Rohrwand von
äußerster Wichtigkeit ist, können die Drahtenden der Aiisfühningsform mit dem Bezugszeichen 9 gemiiU mit
einer vergrößerten Berührungsfläche ausgestaltet werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
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, d a durch
gekennzeichnet, daß die Rippen aus zahlreichen, in Achsrichtung des Rohres aufeinanderfolgenden
Zähnen (3) bestehen, die einen spitzen 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 I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (3) durch beidseitige
Querschlitzung eines Metallstreifens (1) hergestellt
sind.
4. Rohreinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, .ladurch gekennzeichnet, daß die Zähne
(3) an zwei benachbarten Streifen (I, iä)angeordnet
sind, die längs der Rohrachse verlaufen und durch die Zähne (3) miteinander verster.imt sind.
5. Rohreinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zähne aas Draht (8, 9) bestehen und unter Zuhilfenahme eines aus demselben Draht
verseilten l.eiidrahtes (7) in ihrer Position gehalten sind.
6. Rohreinsatz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Enden der einzelnen Drähte (9) jo
in einer mil ?lr.r Innenfläche des Rohres parallelen Richtung verbogen sind.
7. Rohreinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekinnzeichnel, daß axial
aufeinanderfolgende Zähne in Rohrumfangsrichtung (>
gegeneinander versetzt angeordnet sind.
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