WO2004058430A2 - Verfahren zur herstellung von aus halbrohren oder rohren bestehenden wärmetauscherrohren für rekuperativ-abgaswärmetauscher - Google Patents

Verfahren zur herstellung von aus halbrohren oder rohren bestehenden wärmetauscherrohren für rekuperativ-abgaswärmetauscher Download PDF

Info

Publication number
WO2004058430A2
WO2004058430A2 PCT/DE2003/003917 DE0303917W WO2004058430A2 WO 2004058430 A2 WO2004058430 A2 WO 2004058430A2 DE 0303917 W DE0303917 W DE 0303917W WO 2004058430 A2 WO2004058430 A2 WO 2004058430A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tubes
pipes
heat exchanger
openings
molded
Prior art date
Application number
PCT/DE2003/003917
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2004058430A3 (de
Inventor
Ludwig Steinhauser
Original Assignee
Mtu Aero Engines Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mtu Aero Engines Gmbh filed Critical Mtu Aero Engines Gmbh
Priority to GB0514643A priority Critical patent/GB2411855B/en
Priority to US10/540,226 priority patent/US20060137869A1/en
Publication of WO2004058430A2 publication Critical patent/WO2004058430A2/de
Publication of WO2004058430A3 publication Critical patent/WO2004058430A3/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B22C9/04—Use of lost patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C7/00—Patterns; Manufacture thereof so far as not provided for in other classes
    • B22C7/02—Lost patterns
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/06—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits having a single U-bend
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/06—Fastening; Joining by welding
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4935—Heat exchanger or boiler making
    • Y10T29/49389—Header or manifold making

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of half pipes or pipes with a plurality of openings penetrating their outer surface made of a metallic, high-temperature-resistant material for providing heat exchanger pipes for recuperative exhaust gas heat exchangers and half pipes / pipes according to this process.
  • the recuperative exhaust gas heat exchangers used in gas turbine engines essentially comprise, in addition to a heat exchanger housing, essentially a distributor pipe for supplying the "cold" air conveyed by a compressor into a so-called cross-counterflow matrix around which the hot turbine exhaust gas flows and a collector pipe for removing the now heated “hot ones” "Compressed air to a suitable consumer, e.g. B. the combustion chamber of the gas turbine engine.
  • a suitable consumer e.g. B. the combustion chamber of the gas turbine engine.
  • the manifold as well as the manifold are also referred to simply as heat exchanger tubes.
  • the air is fed from the distributor pipe into the cross-countercurrent matrix or the air is discharged from the cross-countercurrent matrix into the collecting pipe via a large number of openings made in the outer surface of the heat exchanger pipes.
  • the cross-countercurrent matrix in turn comprises a multiplicity of elliptical lancets or tubes combined to form a tube bundle.
  • the tube bundle is arranged on the side of the heat exchanger tubes arranged in parallel, projecting in a U-shape, the ends of each tube of the tube bundle corresponding in each case with an opening made in the outer surface of the heat exchanger tubes.
  • a large number of lancets and thus a large number of openings / holes in the outer surface of the heat exchanger tubes are required.
  • the heat exchanger tubes which consist of a heat-resistant material, have so far been composed of forged half tubes.
  • the joining of two half pipes to a heat exchanger tube is done by welding, the lancets are attached to the heat exchanger tubes by means of high temperature soldering.
  • rows of holes with 184 openings each are provided in 19 circumferential positions, so that a total of 3,496 openings result in the lateral surface per half pipe.
  • 4 x 3,496 13,984 holes / openings are therefore required in the outer surface of the half tubes.
  • EDM Electro-Discharge-Machining
  • the EDM process has another disadvantage. Due to the procedural procedure for introducing the openings into the lateral surface of the heat exchanger tubes, the so-called recast layers result in the area of the perforated walls on the workpieces. These have to be removed before the subsequent high-temperature soldering for the soldering of the lancets into the half-tubes, which proves to be disadvantageous and difficult.
  • the narrow soldering gaps and small tolerances (+/- 0.05mm) required for high-temperature soldering are often not achievable with existing recast layers for reasons of economy (slow, fine processing stage required).
  • Electrochemical machining is another option for creating the openings in the lateral surface of the half-tubes.
  • ECM Electrochemical machining
  • this process requires high construction and tooling costs and has capital-intensive equipment costs.
  • the electrolyte in this process is typically an oxidizer, such as sodium nitrate or sodium chlorate, a health and safety risk, and the by-products of the process are classified as hazardous waste.
  • the object of the invention is to remedy this situation by a method for producing such half-tubes or tubes with a plurality of openings penetrating their outer surface made of a metallic, high-temperature-resistant material, which is without the disadvantages of the previously used methods.
  • This object is achieved according to the invention in that the semi-tubes or tubes are manufactured as high-precision investment castings using an investment casting process.
  • Such an investment casting process has the advantage that it agrees high reproducibility with consistently high quality at low manufacturing costs.
  • the melt is poured into the mold shell without reactive gases, in particular under vacuum, an inert gas atmosphere or the like.
  • the melt is poured into hot mold shells using vacuum or inert gas overpressure.
  • a nickel-based alloy, in particular IN 625, is preferably used as the highly heat-resistant material for the fine casting process.
  • the openings penetrating the lateral surface are elliptical. forms.
  • the half diameter of the half pipes / tubes is 62.5 or 37.5 mm, the length of the half pipes is 500 mm or 750-900 mm.
  • Fig. 2 is a detailed view of a heat exchanger tube
  • Fig. 3 shows the structure of the heat exchanger tube according to FIG. 2 from half tubes.
  • a recuperative exhaust gas heat exchanger of a gas turbine engine (not shown here), designated overall by reference number 10 in FIG. 1, essentially comprises a distributor pipe 12, a collector pipe 14 arranged parallel thereto, and a cross-counterflow matrix 16 projecting laterally in a U-shaped manner and manifold 14 will be referred to as heat exchanger tubes in the further course.
  • the cross-countercurrent matrix 16 has a multiplicity of elliptical tubes or lancets 18.
  • the lancets 18 are each attached to the distributor and manifold 12, 14. They correspond to the openings / holes 22 made for this purpose in the outer surface of the distributor and collecting pipe 12, 14, which are not visible in " this illustration, cf. FIG. 2.
  • recuperative exhaust gas heat exchanger The operation of the recuperative exhaust gas heat exchanger described above is as follows: Cold compressed air is supplied to the distributor pipe 12 by a compressor according to the arrow D. The cold compressed air flows from the manifold 12 through the openings / holes made in the lateral surface into the laterally U-shaped cross-countercurrent flow matrix 16 cold compressor air. After flowing through the cross-countercurrent matrix 16 and feeding into the manifold 14, the now heated air is a suitable consumer, for. B. fed to the combustion chamber.
  • FIG. 2 shows an enlarged view of a detailed view of a perforated heat exchanger tube 12/14 of the recuperative exhaust gas heat exchanger 10.
  • the heat exchanger tube 12/14 has a plurality of openings 22 which penetrate its outer surface 20.
  • the openings 22 are elliptical. Out of this large number of openings 22 in the outer surface 20, only a few of the openings 22 penetrating the outer surface 20 of the heat exchanger tube 12/14 are shown here for reasons of clarity.
  • the heat exchanger tube 12/14 is composed in this example of a first half tube 24 and a second half tube 26.
  • the two half tubes 24, 26 are joined together by fusion welding, and the lancets are attached in a known manner by means of high-temperature soldering.
  • a finely structured, dimensionally accurate model of the half-tubes 24, 26, including that of the outer surface, which can be destroyed by heat, is first used 20 penetrating openings 22 made. Wax is used as the model material.
  • the wax model including the wax sprue system, is given a molded shell by immersing it in ceramic coating materials and then sanding it with cast ceramic. To ensure the stability of the molded shell, the automated process of immersion and subsequent sanding is repeated several times.
  • the resulting one-piece molded shells are fired, which gives them their fire resistance.
  • the melt is then poured into hot mold shells using vacuum or excess pressure with inert gas.
  • the cast half-tubes 24, 26 are then to be cleaned, the sprues also having to be removed.
  • a finishing of the openings 22 penetrating the outer surface 20 by blasting with erosive blasting media or by a “finishing operation” using EDM electro-discharge-machining
  • EDM electro-discharge-machining
  • the assembly of two such half-tubes 24, 26 to form a heat exchanger tube 12/14 takes place via a likewise known fusion welding process.
  • the lancets made of IN 625 are inserted into the elliptical openings after automatic assembly and soldering with solder paste by vacuum high-temperature soldering.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Halbrohren (24, 26) oder/ Rohren eines Rekuperativ-Abgaswärmetauschers (10) unter Verwendung des Feingussverfahrens, wobei die aus einem hochwarmfesten metallischen Werkstoff bestehenden Halbrohre (24, 26)/Rohre eine Vielzahl von ihre Mantelfläche (20) durchdringende ellipsenförmige Öffnun­gen (22) aufweisen.

Description

Verfahren zur Herstellung von aus Halbrohren oder Rohren bestehenden Wärmetauscherrohren für Rekuperativ-Abgaswärmetauscher
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Halbrohren oder Rohren mit einer Vielzahl von deren Mantelfläche durchdringenden Öffnungen aus einem metallischen, hochwarmfesten Werkstoff zur Bereitstellung von Wärmetauscherrohren für Rekuperativ- Abgaswärmetauscher sowie Halbrohre/Rohre nach diesem Verfahren.
Die in Gasturbinentriebwerken eingesetzten Rekuperativ-Abgaswärmetauscher umfassen bekanntlich neben einem Wärmetauschergehäuse im Wesentlichen ein Verteilerrohr zur Zuführung der von einem Verdichter geförderten "kalten" Luft in eine vom heißen Turbinenabgas umströmte so genannte Kreuz-Gegenstrom-Matrix und ein Sammelrohr zur Abführung der nun aufgeheizten "heißen" Verdichterluft zu einem geeigneten Verbraucher, z. B. der Brennkammer des Gasturbinentriebwerks. Nachfolgend werden das Verteiler- als auch das Sammelrohr vereinfachend auch als Wärmetauscherrohr bezeichnet.
Die Zuführung der Luft vom Verteilerrohr in die Kreuz-Gegenstrom-Matrix bzw. die Abführung der Luft von der Kreuz-Gegenstrom-Matrix in das Sammelrohr erfolgt über eine Vielzahl von in die Mantelfläche der Wärmetauscherrohre eingebrachten Öffnungen.
Die Kreuz-Gegenstrom-Matrix umfasst ihrerseits eine Vielzahl von zu einem Rohrbündel zu- sammengefassten ellipsenförmigen Lanzetten oder Röhrchen. Das Rohrbündel ist an den parallel angeordneten Wärmetauscherrohren seitlich, u-förmig auskragend angeordnet, wobei die Enden eines jeden Röhrchens des Rohrbündels jeweils mit einem in die Mantelfläche der Wärmetauscherrohre eingebrachten Öffnung korrespondieren. Um den gewünschten Durchsatz erzielen zu können, sind eine Vielzahl von Lanzetten und somit eine Vielzahl von Öffnungen/Löcher in der Mantelfläche der Wärmetauscherrohre erforderlich.
Die aus einem hochwarmfesten Werkstoff bestehenden Wärmetauscherrohre sind bisher aus geschmiedeten Halbrohren zusammengesetzt. Das Zusammenfügen zweier Halbrohre zu einem Wärmetauscherrohr erfolgt durch Schweißen, das Anbringen der Lanzetten an die Wärmetauscherrohre erfolgt mittels Hochtemperaturlöten.
Nach einer typischen Ausführungsform eines die Maße 500mm Länge, 62,5mm Halbdurchmesser aufweisenden Halbrohrs sind an 19 Umfangspositionen Lochreihen mit jeweils 184 Öffnungen vorgesehen, so dass sich pro Halbrohr insgesamt 3.496 Öffnungen in der Mantelfläche ergeben. Für die Herstellung der Wärmetauscherrohre eines Rekuperativ- Abgaswärmetauschers aus Halbrohren sind somit 4 x 3.496 = 13.984 Löcher/Öffnungen in der Mantelfläche der Halbrohre erforderlich.
Das Einbringen einer solchen Vielzahl von Öffnungen in die Mantelfläche der geschmiedeten Halbrohre erweist sich als äußerst kosten- und zeitintensiv.
So erfolgt bisher das Einbringen der Öffnungen in die Mantelfläche der Halbrohre mittels Funkenerosion (EDM = Electro-Discharge-Machining). EDM ist ein bekanntes Verfahren zum Erzeugen von Löchern oder anderen Öffnungen in Metallen. Das Verfahrensprinzip, nämlich das thermische Abtragen kleiner Volumina durch die hohe Leistungsdichte eines lokal im flüssigen Dielektrikum durchbrechenden Lichtbogens auf der Anode (Werkstück), bedingt ein Aufschmelzen des Werkstoffs in mikroskopischen Dimensionen.
Neben den hohen Kosten hat das EDM-Verfahren einen weiteren Nachteil. Aufgrund der verfahrensbedingten Vorgehensweise beim Einbringen der Öffnungen in die Mantelfläche der Wärmetauscherrohre ergeben sich im Bereich der Lochwände auf den Werkstücken wiedererstarrte Schichten, die sogenannte Recast-Layer. Diese sind vor dem nachfolgend durchzuführenden Hochtemperaturlöten für das Einlöten der Lanzetten in die Halbrohre zu beseitigen, was sich als nachteilig und schwierig erweist. Die für das Hochtemperaturlöten geforderten engen Lötspalte und geringen Toleranzen (+/- 0,05mm) sind bei vorhandener Recast-Layer aus Wirtschaftlichkeitsgründen (langsame feine Bearbeitungsstufe erforderlich) häufig nicht zu erreichen.
Elektrochemisches Bearbeiten (ECM = electrochemical machining) ist eine andere Option zum Erzeugen der Öffnungen in der Mantelfläche der Halbrohre. Dieses Verfahren erfordert jedoch hohe Kosten für Aufbau und Werkzeug und hat kapitalintensive Ausrüstungskosten. Außerdem ist das Elektrolyt bei diesem Verfahren typischerweise ein Oxidationsmittel, beispielsweise Natriumnitrat oder Natriumchlorat, ein Gesundheits- und Sicherheitsrisiko, und die Nebenprodukte des Verfahrens sind als gefährlicher Abfall klassifiziert.
Zusammenfassend bedeutet dies, dass das Einbringen der Öffnungen in die Mantelfläche der geschmiedeten Halbrohre technologisch, terminlich und kostenmäßig einen risikoreichen Pfad in der Herstellung des gesamten Rekuperativ-Abgaswärmetauschers darstellt.
Aufgabe der Erfindung ist es, hier Abhilfe durch ein Verfahren zur Herstellung von solchen Halbrohren oder Rohren mit einer Vielzahl von deren Mantelfläche durchdringenden Öffnungen aus einem metallischen, hochwarmfesten Werkstoff zu schaffen, das ohne die Nachteile der bisher angewendeten Verfahren ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Halbrohre oder Rohre unter Anwendung eines Feingussverfahrens als hochpräzise Feingussteile hergestellt werden.
Ein solches Feingussverfahren hat den Vorteil, dass es hohe Reproduzierbarkeit mit gleichbleibend hoher Qualität mit geringen Herstellungskosten vereinbart.
Um Reaktionen der Schmelze mit umgebenden Gasen wie Sauerstoff, Stickstoff oder Wasserstoff zu vermeiden erfolgt zumindest das Abgießen der Schmelze in die Formschale ohne reaktive Gase, insbesondere unter Vakuum, Inertgas-Atmosphäre oder ähnliches.
Damit auch enge Querschnitte und feine Konturen sauber "auslaufen" erfolgt das Abgießen der Schmelze in heiße Formschalen unter Anwendung von Vakuum oder Inertgas- Überdruck.
Vorzugsweise wird als hochwarmfester Werkstoff für das Feinvergussverfahren eine Nickel- Basis-Legierung, insbesondere IN 625, verwendet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der nach dem Verfahren hergestellten Halbrohre oder Rohre sind die die Mantelfläche durchdringenden Öffnungen ellipsenförmig ausge- bildet. Der Halbdurchmesser der Halbrohre/Rohre ist 62,5 oder 37,5 mm, die Länge der Halbrohre beträgt 500 mm oder 750-900 mm.
Die erfindungsgemäße Anwendung eines an sich bekannten Feingussverfahren zur Herstellung von Wärmetauscherrohren aus Halbrohren oder Rohren ermöglicht erstmals eine kostengünstige, schnelle und qualitativ hochwertige Herstellung solcher Rohrkomp'onenten.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung mehr oder minder schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines Rekuperativ-Abgaswärmetauschers,
Fig. 2 eine detaillierte Ansicht eines Wärmetauscherrohrs und
Fig. 3 den Aufbau des Wärmetauscherrohrs gemäß Fig. 2 aus Halbrohren.
Ein in Fig. 1 insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichneter Rekuperativ-Abgaswärmetauscher eines hier nicht dargestellten Gasturbinentriebwerks umfasst im wesentlichen ein Verteilerrohr 12, ein parallel dazu angeordnetes Sammelrohr 14 sowie eine hierzu seitlich, U-förmig auskragende Kreuz-Gegenstrom-Matrix 16. Verteilerrohr 12 und Sammelrohr 14 werden im weiteren Verlauf vereinfacht als Wärmetauscherohre bezeichnet.
Aus der in Fig. 1 unten links angeordneten Schnittdarstellung der Kreuz-Gegenstrom-Matrix 16 ist zu entnehmen, dass die Kreuz-Gegenstrom-Matrix 16 eine Vielzahl von ellipsenförmi- gen Röhrchen bzw. Lanzetten 18 aufweist. Die Lanzetten 18 sind jeweils am Verteiler- und Sammelrohr 12, 14 befestigt. Sie korrespondieren mit den hierfür in die Mantelfläche von Verteiler- und Sammelrohr 12, 14 eingebrachten, in" dieser Darstellung nicht sichtbaren, Öffnungen/Löcher 22, vgl. Fig. 2.
Die Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen Rekuperativ-Abgaswärmetauscher ist die folgende: Dem Verteilerrohr 12 wird von einem Verdichter gemäß dem Pfeil D kalte Druckluft zugeführt. Die kalte Druckluft strömt vom Sammelrohr 12 über die in die Mantelfläche eingebrachten Öffnungen/Locher in die seitlich, u-förmig auskragende Kreuz-Gegenstrom-Matrix 16. Durch die Umströmung der Kreuz-Gegenstrom-Matrix 16 mit dem heißen Turbinenabgas H erfolgt eine Aufheizung der kalten Verdichterluft. Nach Durchströmung der Kreuz- Gegenstrom-Matrix 16 und Zuführung in das Sammelrohr 14 wird die nun aufgeheizte Luft gemäß dem Pfeil D ' einem geeignetem Verbraucher, z. B. der Brennkammer zugeführt.
Fig. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung eine Detailansicht eines belochten Wärmetauscherrohrs 12/ 14 des Rekuperativ-Abgaswärmetauschers 10. Das Wärmetauscherrohr 12/ 14 weist eine Vielzahl von dessen Mantelfläche 20 durchdringende Öffnungen 22 auf. Die Öffnungen 22 sind ellipsenförmig ausgebildet. Von dieser Vielzahl von Öffnungen 22 in der Mantelfläche 20 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nur einige der die Mantelfläche 20 des Wärmetauscherohrs 12/ 14 durchdringende Öffnungen 22 dargestellt. Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass pro Halbrohr mit den Abmaßen 500 mm Länge, 62,5 mm Halbdurchmesser an 19 Umfangspositionen 184 Lochreihen, also 3.496 Öffnungen 22, vorgesehen sind. Somit ergeben sich pro Wärmetauscherrohr 12/14 insgesamt 2 x 3.496 = 6.992 die Mantelfläche 20 durchdringende Öffnungen 22.
Das Wärmetauscherrohr 12/ 14 ist, wie Fig. 3 zeigt, in diesem Beispiel aus einem ersten Halbrohr 24 und einem zweiten Halbrohr 26 zusammengesetzt. Das Zusammenfügen der beiden Halbrohre 24, 26 erfolgt durch Schmelzschweißen, das Anbringen der Lanzetten erfolgt in bekannter Weise mittels Hochtemperaturlöten.
Die Herstellung der Halbrohre 24, 26 mittels eines an sich bekannten Feingussverfahrens wird nunmehr im einzelnen beschrieben, wobei die Verfahrensschritte - mit Ausnahme des Zusammensetzens der Halbrohre - in gleicher weise auch für die Herstellung eines Rohres, d.h. eines Vollrohres, gelten.
In einem ersten Verfahrensschritt wird hierzu zunächst ein durch Hitze zerstörbares fein- strukturiertes, maßgenaues Modell der Halbrohre 24, 26 einschließlich der die Mantelfläche 20 durchdringenden Öffnungen 22 hergestellt. Als Modellwerkstoff wird hierzu Wachs verwendet.
Das Wachsmodell inklusive Angusssystem aus Wachs erhält durch Eintauchen in keramische Überzugsmassen und durch anschließendes Besanden mit Gussschalenkeramik eine Formschale. Um die Stabilität des Formschale zu gewährleisten wird der automatisierte Prozess des Eintauchens und anschließenden Besanden mehrmals wiederholt.
Nach dem Ausschmelzen des Modells, vorzugsweise im Autoklaven mit Heißdampf, werden die so entstandenen, einteiligen Formschalen gebrannt, wodurch diese ihre Feuerfestigkeit erhalten. Anschließend erfolgt das Gießen der Schmelze in heiße Formschalen unter Anwendung von Vakuum oder Überdruck mit Inertgas.
Damit wird sichergestellt, dass auch die engen Querschnitte zwischen zwei Öffnungen 22 in der Mantelfläche 20 eines Halbrohrs 24, 26 sauber "auslaufen". Das Erschmelzen und Gießen des Halbrohrwerkstoffes erfolgt unter Hochvakuum. Als Werkstoff wird eine Nickel- Basislegierung mit der Normbezeichnung IN 625 (INCONEL) verwendet.
Die gegossenen Halbrohre 24, 26 sind anschließend zu putzen, wobei auch die Angüsse zu entfernen sind. Für die Fertigstellung der Halbrohre 24, 26 ist ggf. in einem letzten Arbeitsschritt noch eine Nachbearbeitung der die Mantelfläche 20 durchdringenden Öffnungen 22 durch Strahlen mit erosiven Strahlmitteln oder durch eine „Schlichtoperation" mittels EDM (EDM=Electro-Discharge-Machining) notwendig. Aufgrund der hohen Güte und knappen Toleranzen des angewendeten Feingussverfahrens ist hierfür nur eine geringe Bearbeitungszeit notwendig. Die bisher beim Erzeugen der Öffnungen durch EDM entstehenden Recast- Layer können stark minimiert werden und daher unberücksichtigt bleiben, da diese infolge der geringen Bearbeitungsdauer vernachlässigbar dünn/klein sind.
Das Zusammensetzen zweier solcher Halbrohre 24, 26 zu einem Wärmetauscherrohr 12/ 14 erfolgt über ein ebenfalls bekanntes Schmelzschweißverfahren. Die Einbringung der Lanzetten aus IN 625 in die ellipsenförmigen Durchbrüche erfolgt nach möglichst automatischer Montage und Belotung mit Lotpaste durch Vakύum-Hochtemperaturlöten.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Halbrohren (24, 26) oder Rohren mit einer Vielzahl von deren Mantelfläche (20) durchdringenden Öffnungen (22) aus einem metallischen, hochwarmfesten Werkstoff zur Bereitstellung von Wärmetauscherrohren für Rekuperativ-Abgaswärmetauscher unter Verwendung eines Feingussverfahrens
2. Verfahren nach Anspruch 1 mit folgenden Verfahrensschritte:
Erzeugen je eines/eines durch Hitze zerstörbaren Modells der Halbrohre (24, 26) / des Rohres
Erzeugen von Formschalen/einer Formschale durch Komplettieren mit einem üblichen Angusssystem und Eintauchen der Modelle/des Modells in keramische Überzugsmassen und Besanden mit Gussschalenkeramik (in mehreren Zyklen abwechselnd)
Ausschmelzen der Modelle/des Modells aus den Formschalen/der Formschale, z.B. im Autoklaven
Aushärten der Formschalen/der Formschale durch Brennen
Herstellung einer Schmelze aus dem metallischen, hochwarmfesten Werkstoff
Abgießen der Schmelze in die Formschalen/die Formschale unter Verwendung von Vakuum oder Inertgas-Überdruck
Nach Erstarren der Schmelze Ausformen der Halbrohre/des Rohres durch Zerstörung der Formschalen/der Formschale Putzen der Halbrohre (24, 26)/des Rohres und Entfernen der Angüsse/des Angusses
Bei Badarf Nachbehandlung der die Mantelfläche (20) der Halbrohre (24, 26)/des Rohres durchdringenden Öffnungen (22) durch Funkenerosion (EDM=Electro-Discharge-Machining) oder Strahlen mit abrasiven Strahlmitteln
Im Falle der Halbrohre: Zusammenfügen zweier Halbrohre (24, 26) mittels Hochtemperaturlöten oder Schmelzschweißen zu einem Wärmetauscherrohr (12, 14).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Modellwerkstoff Wachs verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Abgießen der Schmelze in die Formschale ohne reaktive Gase, insbesondere unter Vakuum, Inertgas-Atmosphäre oder ähnliches, erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze in heiße Formschalen gegossen wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als hochwarmfester Werkstoff für das Feinvergussverfahren eine Nickel-Basis-Legierung, insbesondere IN 625, verwendet wird.
7. Nach dem Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 5 hergestellte Halbrohre (24, 26)/Rohre dadurch gekennzeichnet, dass die die Mantelfläche (20) der Halbrohre (24, 26)/Rohre durchdringenden Öffnungen (22) ellipsenförmig ausgebildet sind. Halbrohre/Rohre nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Halbrohre (24, 26)/Rohre 500mm bei einem Halbdurchmesser von 62,50 mm beträgt, oder dass die Länge der Halbrσhre (24,2ό)/Rohre 750-900 mm bei einem Halbdurchmesser von 37,50 mm beträgt.
PCT/DE2003/003917 2002-12-21 2003-11-26 Verfahren zur herstellung von aus halbrohren oder rohren bestehenden wärmetauscherrohren für rekuperativ-abgaswärmetauscher WO2004058430A2 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0514643A GB2411855B (en) 2002-12-21 2003-11-26 Process for the production of heat exchanger tubes consisting of half-tubes or tubes, for recuperative waste gas heat exchangers
US10/540,226 US20060137869A1 (en) 2002-12-21 2003-11-26 Method for producing heat exchanger tubes, which consist of half-tubes or complete tubes and which are provided for recuperative exhaust gas heat exchanger

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10260535.1 2002-12-21
DE10260535A DE10260535A1 (de) 2002-12-21 2002-12-21 Verfahren zur Herstellung von aus Halbrohren oder Rohren bestehenden Wärmetauscherrohren für Rekuperativ-Abgaswärmetauscher

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2004058430A2 true WO2004058430A2 (de) 2004-07-15
WO2004058430A3 WO2004058430A3 (de) 2004-10-14

Family

ID=32477918

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2003/003917 WO2004058430A2 (de) 2002-12-21 2003-11-26 Verfahren zur herstellung von aus halbrohren oder rohren bestehenden wärmetauscherrohren für rekuperativ-abgaswärmetauscher

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20060137869A1 (de)
DE (1) DE10260535A1 (de)
GB (1) GB2411855B (de)
WO (1) WO2004058430A2 (de)

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8177932B2 (en) * 2009-02-27 2012-05-15 International Mezzo Technologies, Inc. Method for manufacturing a micro tube heat exchanger
US10094219B2 (en) 2010-03-04 2018-10-09 X Development Llc Adiabatic salt energy storage
WO2014052927A1 (en) 2012-09-27 2014-04-03 Gigawatt Day Storage Systems, Inc. Systems and methods for energy storage and retrieval
CN103071981A (zh) * 2013-01-29 2013-05-01 浙江方宏空调设备有限公司 金属管管壁外凸孔径制造方法
US10233787B2 (en) 2016-12-28 2019-03-19 Malta Inc. Storage of excess heat in cold side of heat engine
US10458284B2 (en) 2016-12-28 2019-10-29 Malta Inc. Variable pressure inventory control of closed cycle system with a high pressure tank and an intermediate pressure tank
US10233833B2 (en) 2016-12-28 2019-03-19 Malta Inc. Pump control of closed cycle power generation system
US11053847B2 (en) 2016-12-28 2021-07-06 Malta Inc. Baffled thermoclines in thermodynamic cycle systems
US10082045B2 (en) 2016-12-28 2018-09-25 X Development Llc Use of regenerator in thermodynamic cycle system
US10280804B2 (en) 2016-12-29 2019-05-07 Malta Inc. Thermocline arrays
US20180185942A1 (en) * 2016-12-29 2018-07-05 X Development Llc High Temperature Casting and Electrochemical Machining Heat Exchanger Manufacturing Method
US10221775B2 (en) 2016-12-29 2019-03-05 Malta Inc. Use of external air for closed cycle inventory control
US10801404B2 (en) 2016-12-30 2020-10-13 Malta Inc. Variable pressure turbine
US10082104B2 (en) 2016-12-30 2018-09-25 X Development Llc Atmospheric storage and transfer of thermal energy
US10436109B2 (en) 2016-12-31 2019-10-08 Malta Inc. Modular thermal storage
US10551131B2 (en) * 2018-01-08 2020-02-04 Hamilton Sundstrand Corporation Method for manufacturing a curved heat exchanger using wedge shaped segments
CA3088184A1 (en) 2018-01-11 2019-07-18 Lancium Llc Method and system for dynamic power delivery to a flexible datacenter using unutilized energy sources
CN115485459A (zh) 2019-11-16 2022-12-16 马耳他股份有限公司 泵送热电储存系统
US11454167B1 (en) 2020-08-12 2022-09-27 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with hot-side thermal integration
EP4193041A1 (de) 2020-08-12 2023-06-14 Malta Inc. Gepumptes wärmeenergiespeichersystem mit fernwärmeintegration
US11286804B2 (en) 2020-08-12 2022-03-29 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with charge cycle thermal integration
US11486305B2 (en) 2020-08-12 2022-11-01 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with load following
US11480067B2 (en) 2020-08-12 2022-10-25 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with generation cycle thermal integration
US11396826B2 (en) 2020-08-12 2022-07-26 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with electric heating integration

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4321010A (en) * 1978-08-17 1982-03-23 Rolls-Royce Limited Aerofoil member for a gas turbine engine
EP0331026A2 (de) * 1988-03-04 1989-09-06 Mtu Motoren- Und Turbinen-Union MàœNchen Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscherblockes sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
JPH11221650A (ja) * 1998-02-06 1999-08-17 Noriatsu Kojima 長円形管用消失模型およびこれを用いた長円形管

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3895672A (en) * 1973-12-26 1975-07-22 United Aircraft Corp Integrated furnace method and apparatus for the continuous production of individual castings
US4223716A (en) * 1978-12-04 1980-09-23 Caterpillar Tractor Co. Method of making and using a ceramic shell mold
US4589478A (en) * 1985-08-19 1986-05-20 United Aircraft Products, Inc. Pressure protected tubular heat exchanger
GB8712742D0 (en) * 1987-05-30 1987-07-01 Ae Plc Metal casting
DE4134066A1 (de) * 1991-10-15 1993-04-22 Thyssen Guss Ag Verfahren zur herstellung von kleinen und kleinsten kanaelen in formgussteilen
US5299619A (en) * 1992-12-30 1994-04-05 Hitchiner Manufacturing Co., Inc. Method and apparatus for making intermetallic castings
DE4316333C1 (de) * 1993-05-15 1994-09-15 Mtu Friedrichshafen Gmbh Abgasleitung
AU708428B2 (en) * 1995-06-07 1999-08-05 Depuy Orthopaedics, Inc. Investment casting method yielding cast articles with enhanced surface finish
DE19628762A1 (de) * 1996-07-17 1998-01-22 Porsche Ag Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4321010A (en) * 1978-08-17 1982-03-23 Rolls-Royce Limited Aerofoil member for a gas turbine engine
EP0331026A2 (de) * 1988-03-04 1989-09-06 Mtu Motoren- Und Turbinen-Union MàœNchen Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscherblockes sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
JPH11221650A (ja) * 1998-02-06 1999-08-17 Noriatsu Kojima 長円形管用消失模型およびこれを用いた長円形管

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN Bd. 1999, Nr. 13, 30. November 1999 (1999-11-30) & JP 11 221650 A (KOJIMA NORIATSU), 17. August 1999 (1999-08-17) *

Also Published As

Publication number Publication date
GB2411855B (en) 2006-02-08
GB2411855A (en) 2005-09-14
US20060137869A1 (en) 2006-06-29
DE10260535A1 (de) 2004-07-08
GB0514643D0 (en) 2005-08-24
WO2004058430A3 (de) 2004-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2004058430A2 (de) Verfahren zur herstellung von aus halbrohren oder rohren bestehenden wärmetauscherrohren für rekuperativ-abgaswärmetauscher
DE60126723T2 (de) Reparaturmethode für einen Turbinenleitapparat
EP1620225B2 (de) Verfahren zur reparatur und/oder modifikation von bauteilen einer gasturbine
EP2215329B1 (de) Herstellungsprozess für einen rotor
DE60220930T2 (de) Verfahren zur Herstellung, Modifizierung oder Reparatur von einkristallinen oder gerichtet erstarrten Körpern
DE602004009642T2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes durch Diffusionsschweissen und superplastisches Verformen
DE60036351T2 (de) Turbinenleitschaufelträger und Reparaturverfahren dafür
DE2245599A1 (de) Reibgeschweisster metallgegenstand und verfahren zu seiner herstellung
EP2467224A1 (de) Dünnwandiges strukturbauteil und verfahren zu seiner herstellung
DE112008003545T5 (de) Gießverfahren für Turbinenschaufelblätter
EP1813378A2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Lochs
CH647444A5 (de) Verfahren zum herstellen einer wassergekuehlten turbinenleitschaufel.
EP3299117A1 (de) Verfahren zur herstellung oder zur reparatur eines bauteils einer rotationsmaschine sowie bauteil hergestellt oder repariert nach einem solchen verfahren
DE102009037893A1 (de) Herstellung von Hohlkörpern oder Schichten mit Hohlräumen
DE3320557C2 (de) Verfahren zur Herstellung der Kühlwand einer Raketenbrennkammer und Verwendung derselben
DE10161824B4 (de) Verfahren zum Instandsetzen von verschlissenen oder außer Maß gefertigten Bauteilen
WO2005007326A2 (de) Verfahren zur herstellung von bauteilen einer gasturbine sowie entsprechendes bauteil
DE1758080C3 (de) Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung stranggepresster Verbund korper
DE3005474A1 (de) Verfahren zur pulvermetallurgischen herstellung von bauteilen
WO2022073640A1 (de) Verfahren zum herstellen eines teilweise additiv gefertigten bauteils für eine technische vorrichtung
EP0331026B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscherblockes sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE102016214208A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Kanalstruktur und Komponente
DE3726056A1 (de) Verfahren zur herstellung von bauteilen mit unterschiedlichen wandstaerken
DE102008052602A1 (de) Swirler und Fertigungsverfahren für einen Swirler
EP3508690A1 (de) Turbinenschaufelblatt, turbinenschaufel und verfahren zu deren herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): GB US

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 0514643

Country of ref document: GB

Kind code of ref document: A

Free format text: PCT FILING DATE = 20031126

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2006137869

Country of ref document: US

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 10540226

Country of ref document: US

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 10540226

Country of ref document: US