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Verfahren zum Herstellen des Rohrbündels von Wärme-
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tauschern od.dgl. und danach hergestelltes Wärmetauscher-Rohrbündel
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen des Rohrbündels von Wärmetauschern
od.dgl., das in ein Gehäuse einzusetzen ist und zwischen zwei Rohrplatten eingeschweißte
Rohre aufweist, bei dem die Rohre einzeln nach und nach mit kreisförmig verlaufenden
Nähten spaltan die los (spaltfrei)/ entsprechende Öffnungen enthaltenden Rohrplatten
angeschweißt werden. Außerdem betrifft die Erfindung ein nach diesem Verfahren hergestelltes
Wärmetauscher-Rohrbündel, das aus einer Kopfplatte und einer Bodenplatte und aus
einer Vielzahl von zwischen diese ohne Spaltbildung eingeschweißten Rohren besteht.
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Es ist bekannt, die Rohre der als Rohrbündel ausgebildeten Wärnietauschereinsätze
spalt frei an die Kopfplatte und die Bodenplatte mit einer umlaufenden Schweißnaht
anzuschweissen, die von der Innenseite des betreffenden Rohres gezogen wird. Die
Rohre haben dabei einen Außendurchmesser, der etwa dem Innendurcliraesser der betreffenden
Bohrung in der Kopfplatte bzw. Bodenplatte entspricht, so daß sie
durch
diese Öffnungen hindurchgesteckt werden können. Die Schweißnähte werden dabei als
V-Nähte ausg-eführt.
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Es ist auf diese Weise zwar möglich, die Rohre spaltfrei zwischen
die Kopfplatte und die Bodenplatte des Wärmetauscherei.nsatzes einzuschweißen, so
daß sich am Zulauf-und Ablaufende der einzelnen Rohre keine scharfen Wanten oder
Übergänge befinden, jedoch läßt sich nicht garantieren, daß die Nähte auch im besonders
kritischen Wurzelbereich, der auf der Außenseite der Rohre liegt, stets einwandfrei
sind. Wegen des Schweißens von innen und der Tatsache, daß die Rohre zwischen zwei
Platten einem schweißt werden müssen, ist es nicht möglich, einen einwandfreien
Wurzelbereich beispielsweise dadurch zu erzielen, daß man gegen eine wärmeleitende
Unterlage wie eine Kupferplatte schweißt. Daher ergeben sich in der Praxis häufig
Risse oder sonstige Schäden im Wurzelbereich der Schweißnällte, was besonders dann
kritisch ist, wenn ein Wärmetausch zu einem die Rohre umströmen den aggressiven
Medium wie im chemischen Apparatebau oder auch im Reaktorbau erfolgen soll.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das spaltfreie Einsch#Jeißen
von Rohren zwischen die Kopf- und Bodenplatte von Wärmetauschereinsätzen derart
zu verbessern, daß durch und durch zuverlässige und einwandfreie Schweißnähte erzeugt
werden, die auch aggressiven Medien weder innen noch außen Angriffspunkte wie Spalte
und dergleichen bieten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedes Rohr
mit Außennaht zuerst an die Innenseite der Kopfplatte und anschließend mit einer
weiteren Außennaht an die Innenseite der Bodenplatte angeschweißt wird. Im Gegensatz
zum bekannten Stand der Technik wird also erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Rohre
jeweils mit einer von außen gezogenen Schweißnaht an die Rohrplatten anzuschweißen.
Falls im Rohrbündel zwischen den Rohren Umlenkbleche, Schikanen oder sonstige Einbauten
vorgesehen sind, enthält die Bodenplatte vorzugsweise Öffnungen mit größerem Durchmesser
wie die Rohre, so daß diese durch die Bodenplatte eingesteckt werden können. In
diesem Falle wird im Bereich der den Auslaß bildenden Bodenplatte zusätzlich zu
der zuerst gezogenen Außennaht dieser eine Innennaht gegengesetzt,während im Bereich
der Kopfplatte nur eine Schweißnaht gezogen wird, nämlich eine Außennaht.
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Durch die Erfindung ist gewährleistet, daß die Schweißnähte im Bereich
der besonders kritischen Stellen, nämlich dort, wo aggressive Medien strömen, ihre
beste Oberfläche aufweisen. Andererseititst es durch die Erfindung auch möglich,
die Oberflächen der Schweißnähte selbst im Wurzelbereich so auszugestalten, daß
sie eine einwandfreie Oberfläche haben, die keine Risse, Löcher oder sonstige Ansatzpunkte
für den Angriff aggressiver Medien aufweisen.
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Die Rohre werden gemäß der Erfindung so zwischen Kopfplatte und Bodenplatte
eingeschweißt, daß die Kopfplatte zunächst unten ligt und das betreffende Rohr senkrecht
auf die Kopfplatte im Bereich der betreffenden Öf:fnu#ig der Kopfplatte aufgestellt
wird. Darsn zieht man eine V-Naht rund um das Rohr, wozu eine beispielsweise schnabelförmig
ge-
bogene spezielle Schweißdüse verwendet werden kann, damit man
auch an alle Stellen der Rückseite des betreffenden Rohres herankommt, wenn bereits
andere Rohre angeschweißt sind. Dies ist wichtig, weil die Rohre einen gegenseitigen
lichten Abstand von vielfach nur 7 mm aufweisen und es deshalb schwierig oder praktisch
nicht möglich ist, mit normalen Schweißdüsen zwischen zwei aufeinanderfolgende Rohre
zu gelangen, um auch dort eine einwandfreie Schweißnaht von außen zu ziehen.
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Nachdem die Außennaht zwischen einem-Rohr und der Kopfplatte fertiggestellt
worden ist, wird das Ganze umgedreht, so daß nunmehr die Bodenplatte unten liegt,
woraufhin das im Bereich der Bodenplatte liegende Ende des betreffenden Rohres mit
einer Außennaht an die Bodenplatte ang#<chweißt wird. Wiederum benutzt man eine
schnabelförmig gebogene Schweißdüse, um auch alle an der Rückseite des Rohres befindlichen
Stellen der Schweiß naht zuverlässig und sicher erreichen zu können. Nach dem diese
Außennaht fertiggestellt wurde, wird das Ganze in eine Position gebracht, in der
die Innennaht zwischen dem Ende des Rohres und der Bodenplatte geschweißt werden
kann. Diese Innennaht bildet einen absatzlosen Übergang zwischen der Innenwand des
Rohres und der Innenwand der Bohrung in der Bodenplatte und deckt außerdem die Wurzel
der unmittelbar vorher gezogenen Außennaht ab. Sowohl diese Außennaht als auch die
ihr entgegengesetzte Imlennallt wird vorzugsweise als Kehlnaht ausgebildet.
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Wenn die Wurzel der zwischen jedem einzelnen Rohr und der Bodenplatte
gezogenen Außennaht durch die gegengesetzte Innennaht abgedeckt wird, erhalt sie
dadurch eine einwandfreie Ausführung. Liegt die Wurzel der Außennaht jedoch frei,
erzielt man eine einwandfreie Ausbildung derselben zweckmäßig dadurch, daß man beim
Anschweißen der Rohre an die Rohrplatten in das jeweils anzuschweißende Ende-des
Rohres einen als Unterlage der Schweißnaht dienenden Dorn aus wärmeleitendem Material
wie Kupfer einsteckt und unter Schutzgas schweißt. Somit ist gewährleistet, daß
die Außennaht auch im Wurzelbereich einwandfrei ausgeführt wird und andererseits
keine in das Rohrinnere hineinragende Ansätze oder Abschnitte hat, die abgearbeitet
werden müssen. Vielmehr ist die Schweißnaht nach Fertigstellung derselben ohne mechanische
Nachbearbeitung fertig, so daß sofort die nächste Schweißnaht gezogen werden kann.
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Zweckmäßig werden die Rohre zwischen die Kopfplatte und die Bodenplatte
reihenweise eingeschweißt, d.h. es wird zunächst eine geradlinige Reihe von Rohren
an Kopfplatte und Bodenplatte angeschweißt, woraufhin man die Schweißnähte an den
beiden Platten in der üblichen Weise prüft, beispielsweise dur#ch röntgentechnische
Untersuchung, und ggfss erforderliche Nacharbeiten vornimmt. Dann wird eine nächste
Reihe von Rohren angeschweißt und nach Fertigstellung dieser Reihe wiederum die
röntgentechnische Untersuchung zur Überprüfung der Qualität der einzelnen Schweißnähte
durchgeführt Dadurch ist es mög-
lich, eventuell erforderliche
Nacharbeiten an den einzelnen Schweißnähten vorzunehmen, solange die betreffenden
Rohre nicht durch davorgesetzte weitere Rohre abgedeckt und die von außen gezogenen
Schweißnähte dann praktisch unzugänglich geworden sind.
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Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin mit einem Wärmetauscher-Rol#rbünde1
der eingangs genannten Gattung gelöst, bei dem die einzelnen Rohre wenigstens an
der Innenseite der Kopfplatte mit von außen ge?ogener V-Naht aiigeschweißt sind.
Enthält das Rohrbündel zwischen den Rohren Einbauten, haben die Rohre einen im wesentlichen
dem Durchmesser der entsprechenden Öffnung der Kopfplatte entsprechenden Innendurchmesser
und die Öffnungen der Bodenplatte einen etwas größeren Durchmesser als der Außendurchmesser
der Rohre, wobei die Rohre an die Bodenplatte sowohl mit einer von außen als auch
rnit einer von innen gezogenen Kehlnaht angeschweißt sind. Die Rohre lassen sich
im letztgenannten Fall also durch die Bodenplatte einstecken, können jedoch in keinem
Fall in die Öffnungen der Kopfplatte eingeschoben werden, sondern sind wenigstens
mit dieser sozusagen über einen stumpfen Stoß mittels einer von außen gezogenen
V- förmigen Schweißnaht verbunden. Im Bereich der Bodenplatte ist die Verbindung
zwischen den Rohren und der Bodenplatte entweder durch von außen gezogener V-Nallt
oder durch Kehlnähte erzielt, die sowohl von außen als auch von innen gesetzt sind
und dementsprechend einander ergänzen, so daß die einzelnen Rohre, obwohl sie im
letztgenannten Fall einen geringeren Außendurchmesser als die betreffenden Öffnungen
der Bodenplatte haben, ohne scharfe uebergänge # in Bereich der Öff :-lgen der Bodenplatte
illit l.etzt-erer verbunden sind.
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Zweckmäßig haben die Rohre im Innendurchmesser ein geringes Übermaß
gegenüber den entsprechenden Öffnungen der Kopfplatte, d.h. die Öffnungen der Kopfplatte
sind etwas größer alspLichte Innendurchmesser der durchgehend einheitlich zylindrisch
ausgebildeten Rohre. Dadurch wird eine gleichmäßige Durchströmung der Rohre mit
dem Wärmeträger oder Kühlmedium gewährleistet.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß
ausgebildeten Einsatzes für Wärmetauscher in Form eines schematischen Teilschnittes
dargestellt, wobei ein Rohr vor dem Einschweißen und ein zweites Rohr nach dem Einschweißen
zu erkennen ist.
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Der in der Zeichnung dargestellte Wärmetauschereinsatz 1 besteht im
wesentlichen aus einer im Grundriß kreisförmigen Kopfplatte 2, einer im Grundriß
ebenfalls kreisförmigen Bodenplatte 3 und einer Vielzahl von zwischen diese eingeschweißten
zylindrischen Rohren 4, die über ihre gesamte Länge einen gleichförmigen Grundriß
aufweisen. Kopfplatte 2, Bodenplatte 3 und Rohre 4 bestehen aus schweißbarem Metall.
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Die Kopfplatte 2 und die Bodenplatte 3 haben gleich großen Grundriß.
Sie enthalten eine Vielzahl von im Grundriß kreisförmigen Öffnungen 5 und 6, wobei
die Öffnungen 5 der Kopfplatte 3 eine geringere lichte Weite als die Öffnungen 6
der Bodenplatte 3 haben. Der Durchmesser der Offnngell 5 ist nur geringfügig größer
als der Innendurchiflesser der Rohre 4, so daß die Rohre 4 mit st:tunp£em Stoß gegell
die Innenseite 7 der Kopfplatte 2 geschweißt sind5 #ia der rechte Teil der Zeichnung
zeigt.
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Die Öffnungen 6 der Bodenplatte 3 haben hingegen einen Durchmesser,
der geringfügig größer als der Außendurchmesser der Rohre 4 ist, so daß die einzelnen
Rohre 4 durch die Bodenplatte 3 zum Anschweißen an die Kopfplatte 2 und an die Bodenplatte
3 eingesteckt werden können. Beispielsweise beträgt das Übermaß des Durchmessers
der Öffnungen 6 0,1 mm gegenüber dem Außendurchmesser der Rohre 4.
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Die Rohre 4 sind mit einer von außen gezogenen Schweißnaht 8 an die
Innenseite 7 der Kopfplatte 2 angeschwelßtb Die Wurzel 8a dieser Schweißnaht 8 bildet
im Inneren des betreffenden Rohres 4 einen absatzlosen Übergang zur Innenwand der
betreffenden Öffnung 5. Das entgegengesetzte Ende jedes Rohres 4 ist über eine von
außen gezogene Kehlnallt 9 an die Innenseite 10 der Bodenplatte 3 angeschweißt.
Wie die Zeichnung zeigt, endet das Rohr 4 nicht gegenüber der Innenwand 10 der Bodenplatte
3, sondern im Bereich der Öffnung 6, so daß die Kehlnaht 9 eine Art Brücke zwischen
dem Rohr 4 und der Innenwand 10 der Bodenplatte 3 bildet. Innerhalb der Öffnung
6 ist zwischen dem Stirnende des Rohres 4 und der Seitenwand der Öffnung 6 eine
weitere Schweißnaht Ii gezogen,welche einen absatzlosen Uberga?:lg zwischen der
Innenwand des Rohres 4 und der Innenwand der Öffnung 6 bildet und außerdem den Wurzelbereich
der Schweißnaht 9 abdeckt und verbessert. Die Sd#eißnaht 11 ist ebenfalls als Kehlnaht
ausgebildet.
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Die Flußrichtung des durch die Rohre 4 hindurchströmen den Wärmeträgermediums
oder Kühlmediums ist durch einen Pfeil 12 angedeutet. Die Rohre 4 werden also von
der Kopfplatte 2 in Richtung zur Bodenplatte 3 von einem Strömungsmittel wie Dampf
oder Wasser durchströmt. Daher bildet der im Bereich der Öffnung 6 der Bodenplatte
3 befindliche Absatz zwischen der Innenwand des Rohres 4 und der Innenwand der Öffnung
6 keinen Strömungswiderstand.
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Durch den Raum 13 zwischen den Rohren 4 fließt das für den Wärmetausch
vorgesehene andere Medium, beispielsweise ein aggressives Medium. Dieses aggressive
Medium kommt nur mit der Außenseite der Sdiweißnähte 8 und 9 in Kontakt, die eine
ununterbrochene einwandfreie Oberfläche haben.
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Obwohl in der Zeichnung nur zwei Rohre 4 dargestellt sind, hat der
Einsatz 1 tatsächlich eine Vielzahl von Rohren, die gleicfirnäßig auf die kreisförmige
Grundfläche der Kopflplatte 2 und der Bodenplatte 3 verteilt sind.
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Der minimale lichte Abstand zwischen benachbarten Rohren 4 betrngt
beispielsweise 7 mm, kann jedoch auch größer oder ggfs. kleiner sein.
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In der linken Seite der Zeichnung ist ein Rohr 4 dargestellt, das
gerade zwischen Kopfplatte 2 und Bodenplatte 3 eingeschoben worden ist, jedoch noch
nicht mit diesen beiden Platten verschweißt wurde. Es ist erkennbar, daß das der
Kopfplatte 2 sugewalldtc Ende des Rohres 4 eine
unter einem Winkel
von 300 verlaufende Abschrägung 4a aufweist und die Kopfplatte 2 um die Öffnungen
5 herum eine unter einem Winkel von 600 angesenkte Vertiefung 14 enthalt. Das Rohr
4 wird mit einem gewissen Abstand 15 von einigen Zehntel Millimeter von der Innenseite
7 der Kopfplatte 2 gehalten, woraufhin man von außen in den durch die Abschrägung
4a und die Vertiefung 14 gebildeten keilförmigen Spalt eine V-Naht einschweißt.
Dabei wird das Ganze so gehalten, daß die Kopfplatte 2 unten liegt und somit das
betreffende Rohr 4 senkrecht über der Kopfplatte 2 steht. Während des Schweißens
ist in das Rohr 4 ein aus tupfer bestehender Dorn eingesteckt, der als Unterlage
für die Schweißnaht 8 dient und sicherstellt, daß diese auch im Wurzelbereich eine
einwandfreie Stniktur und Oberfläche erhält.
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Ist die Schweißnaht 8 fertiggestellt, wird das Ganze umgedreht, so
daß nunmehr die Bodenplatte 3 unten liegt, woraufhin die Schweißnaht 9 gezogen wird.
Anschließend erfolgt ein lippen des Einsatzes 1 in eine Position, in der die von
innen zu setzende Schweißnaht 11 gezogen werden kann. Danrl wird durch die benachberte
nächste Öffnung 6 ein neues Rohr 4 eingeschobeu und der vorstehend beschriebene
Schwei ßvorgang zum Erzeugen der drei Nähte 8, 9 und 11 an diesem Rollt wiederholt,
bis schließlich alle Rohre eingeschweißt sind und der Einsatz 1 dann seine endgültige
Form hat.
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