DE2844922A1

DE2844922A1 - Verfahren zur herstellung eines waermetauschers

Info

Publication number: DE2844922A1
Application number: DE19782844922
Authority: DE
Inventors: Herbert Kubiak; Friedrich Ing Grad Schatz
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1978-10-14
Filing date: 1978-10-14
Publication date: 1980-04-30

Description

Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, bestehend aus einer Vielzahl von parallel und im Abstand zueinander angeordneten Metallrohren begrenzter Länge, bei denen im Bereich ihrer Enden der Zwischenraum zwischen den Rohren abgedichtet ist zwecks Bildung eines Strömungskanals zwischen den Dichtflächen.
Zur Hebung des Wirkungsgrades von Kraftwerksturbinen oder zur Reduzierung der Kühlturmhöhe bei gleichem Wirkungsgrad sind Wärmetauscherrohre vorgeschlagen worden, die an ihren Enden zu einem flächendeckenden Vieleck aufgeweitet sind und auf der gesamten Länge nach innen eingedrückte ringförmige Sicken aufweisen. Diese Wärmetauscherrohre werden in paralleler Anordnung zu einem Wärmetauscherfeld zusammengesetzt und die Zwischenräume in den Endbereichen flüssigkeitsdicht abgeschlossen. Die Wärmetauscherrohre werden von außen vom abzukühlenden Kühlwasser einer Kraftwerksanlage angeströmt und nehmen dabei Wärmeenergie auf, die durch im Rohrinnern durchströmende Luft abgeführt wird.
Die eingedrückten Rillen haben die Aufgabe, den Luftstrom zu verwirbeln und dadurch den Wärmeübergang zu verbessern.
Bei der Herstellung derartiger Wärmetauscherelemente besteht ein wentlicher Arbeitsgang darin, die an den Rohrenden vorzugsweise zu Sechskanten aufgeweiteten Rohre dicht miteinander zu verbinden, so daß eine gemeinsame Anströmfläche ohne zusätzlichen Boden entsteht. Aus Kostengründen werden die Rohre zweckmäßigerweise aus Aluminium oder aus Aluminiumlegierungen hergestellt, für die unter den Fügeverfahren das Löten eine besondere Stellung einnimmt. Die Oxidhäute von Aluminium erfordern im allgemeinen, daß mit Hilfe eines Flußmittels die Oxidhaut aufgebrochen wird, ehe das eigentliche Lot an das Material gebracht wird. Die Flußmittel haben jedoch den Nachteil, daß sie, wenn sie nicht restlos entfernt werden, später zu erheblichen Korrosionen führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem diese vorgeschlagenen Wärmetauscherrohre in besonders wirtschaftlichert Weise zu einem Wärmetauscherfeld zusammengefügt werden können, ohne daß schwerwiegende Korrosionen auftreten.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß die abgelängten Metallrohre an ihren Enden zu einem flächendeckenden Vieleck verformt, vor oder nach dieser Verformung nur außen verzinnt, daß die endseitig verformten und verzinnten Rohre gebündelt und im gebündelten Zustand in ein Zinnbad getaucht werden. Dadurch, daß die Rohrenden nur an ihrer äußeren Oberfläche vorverzinnt sind, dringt das Lot beim EinXthen des Wärmetauscherrohrbündels in das Zinnbad nur in die Zwischenräume zwischen den einzelnen Rohrenden, ohne die innere Oberfläche der Rohre zu beschichten. Das genannte Verfahren ist extrem lotsparend, weil nur die unmittelbar zu verlötenden Stellen mit Lot beschichtet werden. Eine einfache Rechnung ergibt, das bereits 1 Gramm zuviel Zinn an einem einzelnen Rohr eine Verteuerung des Gesamtkühlturmes, der aus ca. 24 Mill. einzelnen Rohren besteht, um etwa um eine halbe Mill. DM bewirkt.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung werden die abgelängten Rohre zunächst vorgewärmt, mittels rotierender Bürsten wird flüssiges Zinn endseitig in die ältere Oberfläche der ebenfalls rotierenden Rohre engebürstet und werden anschließend die Rohre endseitig zu dem flächendeckenden Vieleck verformt, vorzugsweise zu einem gleichseitgen Sechseck aufgeweitet. Die Vorwärmung der Rohre hat sich aus dem Grunde als vorteilhaft erwiesen, da nunmehr sichergestellt ist, daß das flüssige Zinn nicht an den Rohren erstarrt und somit weniger reaktionsfähig ist.
Die rotierenden Bürsten brechen die Oxidhaut der Rohroberfläche an der gesamten zu verzinnenden Oberfläche auf und führen der metallischen Oberfläche ständig flüssiges Zinn zu. Beim abschließenden Aufweiten der Rohre wird die außen gelegene Zinnschicht nicht beschädigt.
Mit besonderem Vorteil werden die Rohre auf mindestens 210 0C erwärmt und hoch zinkhaltiges flüssiges Zinnlot in die endseitigen Rohroberflächen eingebürstet. Dieses Verfahren ist insbesondere dann geeignet, wenn Rohre aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen verwendet werden.
Mit besonderem Vorteil werden die abgelängten Rohre mittels eines Bandabzuges an den in das Zinn-Lot-Bad eintauchenden Bürsten entlanggeführt, dessen eines Band Ausnehmungen für die Rohre und dessen anderes Band mit unterschiedlicher Geschwindigkeit läuft und die Bürsten beiderseits des Bandabzuges gleichzeitig die Rohrenden bearbeiten. Dadurch, daß die Bänder mit unterschiedlicher Geschwindigkeit laufen, wenn die Rohre zwischen den Bändern in Rotation versetzt, so daß beim Entlangführen an den rotierenden Bürsten die gesamte Oberfläche der Rohrenden bearbeitet wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die sich durch die Hintereinanderschaltung einer hinter einer vorzugsweise kontinuierlichen Rohrschweißanlage angeordneten Rohrendenverzinnungsanlage, einer Aufweitvorrichtung, einen Rohrspeicher1 einer Bündelvorrichtung sowie einem Lötbad auszeichnet. Die Vorrichtung gestattet ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung der Wärmetauscher. Mit besonderem Vorteil besteht die Rohrendenverzinnungsanlage aus einem Bandabzug, dessen Bänder mit unterschiedlicher Geschwindigkeit angetrieben sind und die quer zur Förderrichtung ausgerichteten Rohre um ihre Längsachse rotierend transportieren und dessen eines Band, vorzugsweise das untere quer zur Förderrichtung verlaufende Ausnehmungen fr die Rohre aufweist. Die Breite der Bänder ist geringer als die Länge der Rohre und beiderseits der Bänder sind in ein Lotbad eintauchende rotierende Bürsten angeordnet, welche an den Rohrenden angreifen. Anstelle des mit Ausnehmungen versehenen Bandes kann auch zweimäßigerweise eine Kette eingesetzt werden, welche entsprechende Tragelemente für die Rohre aufweist, die eine möglichst reibungslose Rotation der Rohre ermöglichen. Um auch Rohre von größerer Länge einwandfrei transportieren zu können, ist weiterhin vorgesehen, daß der Bandabzug aus mindestens zwei oberen und zwei unteren Bändern besteht, die in Abstand zueinander angeordnet sind. Der Abstand ist zweckmäßigerweise veränderbar. Aus Gründen der Festigkeit und der Korroson und um zu verhindern, daß das flüssige Lot sich mit dem Material der Bürsten verbindet, ist vorgesehen, die Bürsten aus nichtrostendem Stahl herzustellen. Die Bürsten sollten zumindesten 3/4 in das Lotbad eintauchen, damit gesngend Lot an die Rohrenden herangetragen werden kann. Um auch Rohre von unterschiedlicher Länge in der erfindungsgemäßen Anlage verarbeiten zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Abstand zwischen den beiderseits der Bänder angeordneten Bürsten und Lotbändern veränderbar zu machen. Die endseitig verzinnten Rohre gelangen dann in eine Aufweitevorrichtung, die aus zwei vorzugsweise gleichzeitig in die Rohrenden eindringenden Aufweitdornen mit sechseckigem Querschnitt besteht.
Die Erfindung ist anhand der in den Figuren i bis 7 schematisch dargestellten Ausfüungsbeispiele näher erläutert.
Die Figur 1 zeigt das Fertigungsschema die Figuren 2 und 3 eine Ansicht bzw. einen Schnitt durch die Vorverzinnungsanlage die Figur 4 ein Rohr nach dem Verzinnen die Figur 5 ein Rohr nach dem Aufweiten die Figuren 6 und 7 eine Drauf- bzw. Seitenansicht auf einen Teil des Wärmetauschers Die aus einer nicht dargestellten kontinuierlichen Rohrschweißanlage austretenden abgelängten Rohre gelangen in einen Speicher 1, aus dem sie einer kontinuierlichen Vorverzinnungsanlage 2 zugeführt werden. Die abgelängten Rohre 3 werden dabei quer zur Transportrichtung transportiert und zunächst in einer Vorwärmanlage 4 auf ca. 210 0C erwärmt. Nach dem Erwärmen werden die Rohrenden an rotierenden Bürsten 5 vorbeigeführt, die in ein mit flüssigem Lot gefülltes Bad eintauchen. Wie weiter unter beschrieben, rotieren die Rohre 3 während des Durchlaufs durch die Vorverzinnungsanlage 2 um ihre Längsachse, so daß die rotierenden Bürsten den ganzen Umfang des Rohres bearbeiten. Dabei wird durch die Bürsten, die zweckmäßigerweise aus einem nichtrostenden Stahl hergestellt sind, die Oxidhaut der Rohre aufgebrochen und gleichzeitig flüssiges Zinn an die blanke Metalloberfläche transportiert, welches sich sofort mit dem blanken Metall verbindet. Die vorverzinnten Rohre 3 werden sodann einer Aufweitvorrichtung 6 zugeführt, in welcher die Rohrenden zu einem gleichseitigem Sechseck aufgeweitet werden. Dies geschieht vorteilhaft in nicht dargestellter Weise mittels Sechskantfornen, die gleichzeitig in die Rohrenden eingepreßt werden. Die verzinnten und aufgeweiteten Rohre werden dann in einem Rohrspeicher 7 gesammelt und innerhalb eines Rahmens 8 gebündet. Der mit den Rohren beladene Rahmen 9 wird dann in ein Lotbad 10 nur soweit eingetaucht, daß der aufgeweitete Endbereich vom Lot umspült wird. Dabei dringt das flüssige Lot lediglich in die Zwischenräume zwischen den einzelnen Rohrendbereichen und erstarrt dort, sowie das Element 9 aus dem Lotbad entfernt wird, während das Lot, welches in das Innere der Rohrenden eingedrungen ist, von der Rohroberfläche abperlt. Das Element 9 wird dann um 1800 gedreht und nochmals eingetaucht. Das auf diese Weise hergestellte Wärmetauscherfeld wird bei 11 einer Kontrolle unterworfen, und entweder nachgelaet oder für den Einbau freigegeben.
In der Figur 2 ist die Vorverzinnungsanlage vergrößert dargestellt. Die abgelängten Rohre 3 gelangen über eine Rutsche 12 oder in nicht dargestellter Weise über ein Förderband in die Vorverzinnungsanlage 2, in der die Rohre 3 mittels eines Bandabzuges 13 weitertransportiert werden. Das oben gelegene Band 14 ist mit höherer Geschwindigkeit angetrieben als das unten gelegene Band 15, wodurch die Rohre 3 um ihre Längsachse in Rotation versetzt werden. Das unten gelegene Band 13 kann auch als Kette ausgebildet sein, an welcher nicht dargestellte Tragvorrichtungen für die Rohre 3 befestigt sind. Mittels des Bandabzuges 13 werden die Rohre 3, die vorgewärmt wurden, den Bürsten 5 zugeführt, welche in den Endbereichen der Rohre 3 die Oxidhäute und Verschmutzungen entfernen und dabei gleichzeitig flüssiges Zinn auftragen, welches aus einem Zinnbad 16 herausgetragen wird, in welches die Bürsten 5 zu ca. 7/8 eintauchen.
Obwohl auch andere Metalle als Wärmetauscherrohre durch- aus geeignet sind, haben sich aus Kostengründen Aluminiumrohre oder solche aus Aluminiumlegierungen als besonders geeignet erwiesen. Für Aluminiumrohre wird zweckmäßigerweise ein hochzinkhaltiges Lötzinn verwendet, welches ohne Flußmittel auf die Rohrenden aufgetragen wird.
Die Figur 4 zeigt ein endseitig verzinntes Rohr 3, welches ringförmige Einsickungen 17 und glatte Enden 18 und 19 aufweist. Die glatten Enden 18 und 19 tragen die äußere Zinnschicht 20.
Die Figur 5 zeigt ein Rohr 3, nach dem Aufweiten der Enden, bei dem die Rohrenden zu den Sechskanten 211 wie beschrieben, aufgeweitet wurden.
Nach dem Verzinnen und dem Aufweiten werden die einzelnen Rohre 3 in einem Rahmen 8 gebündelt, und zwar, wie in der Figur 6 dargestellt, so daß die Sechskante 21 flächendeckend aneinanderliegen. Beim Eintauchen in das Lotbad 10 steigt das flüssige Lot in die Zwischenräume zwischen den Sechskanten 21 und dichtet diese beim Erstarren ab. Im Bereich der Sechskante 21 entsteht somit eine flüssigkeitsdichte Abdichtung, welche den zwischen den Rohren 3 (s.
Fig. 7) hindurchströmenden Flüssigkeitsstrom nach oben und unten begrenzt. Es versteht sich von selbst, daß der Rahmen 8 nach dem Löten des Wärmetauscherfeldes wieder entfernt wird.
Die Sechskante 21 sollten eine axiale Länge von nicht mehr als 4 - 5 mm haben. Muß man aus bestimmten Gründen diese Länge größer wählen, hat es sich in Hinblick auf eine weitere Zinnersparnis als vorteilhaft erwiesen am Ende der Sechskante 21 in nicht dargestellter Weise eine Aufweitung um ca. 0,2 mm mit einer Länge von 4 - 5 mm anzubringen.
Leerseite

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, bestehend aus einer Vielzahl von parallel und im Abstand zueinander angeordneten Metallrohren begrenzter Länge, bei denen im Bereich ihrer Enden der Zwischenraum zwischen den Rohren abgedichtet ist zwecks Bildung eines Strömungskanals zwischen den Dichtflächen, dadurch gekennzeichnet, daß die abgelängten Metallrohre an ihren Enden zu einem flächendeskenden Vieleck verformt, vor oder nach dieser Verformung nur außen verzinnt, daß die endseitig verformten und verzinnten Rohre gebündelt und im gebündelten Zustand in ein Zinnbad getaucht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgelängten Rohre zunächst vorgewärmt werden, mittels rotierender Bürsten flüssiges Zinn endseitig in die äußere Oberfläche der ebenfalls rotierenden Rohre eingebürstet wird und anschließend die Rohre endseitig zu einem flächendeckenden Vieleck verformt, vorzugsweise zu einem Sechseck aufgeweitet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre auf mindestens 18000 erwärmt werden und hochzinkhaltiges flüssiges Zinnlot in die endseitigen äußeren Rohroberflächen eingebürstet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die abgelängten Rohre mittels eines Bandabzuges an den in das Zinnlotbad eintauchenden Bürsten entlanggeführt werden, dessen eines Band Ausnehmungen für die Rohre und dessen anderes Band mit unterschiedlicher Geschwindigkeit läuft und daß die Bürsten beiderseits des Bandabzuges gleichzeitig die Rohrenden bearbeiten.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch die Hintereinanderschaltung einer hinter einer vorzugsweise kontinuierlichen Rohrschweißanlage angeordneten Rohrendenverzinnungsanlage, einer Aufweitvorrichtung, einem Rohrspeicher, einer Bündelvorrichtung sowie einem Lötbad.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrendenverzinnungsanlage aus einem Bandabzug besteht, dessen Bänder mit unterschiedlicher Geschwindigkeit angetrieben sind undie quer zur Förderrichtung ausgerichteten Rohre um ihre Längsachse rotierend transportieren und dessen eines Band vorzugsweise des untere, quer zur Förderrichtung verlaufendiAusnehmungen für die Rohre aufweist, daß die Breite der Bänder geringer ist als die Länge der Rohre und daß beiderseits der Bänder in ein Lotbad eintauchende rotierende Bürsten angeordnet sind, welche an den Rohrenden angreifen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bandabzug aus mindestens zwei oberen und zwei unteren Bändern besteht, die in Abstand zueinander angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anbruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürsten aus nichtrostendem Stahl bestehen und zumindest 3/4 in das Lotbad eintauchen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den beiderseits der Bänder angeordneten Bürsten und Lötbä-dern veränderbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufweitvonichtungen aus zwei vorzugsweise gleichzeitig in die Rohrenden eindringenden Aufweitdornen mit sechseckigem Querschnitt besteht.