WO2017220210A1 - Definition der vorspannung der rohre beim wickeln eines rohrbündels eines gewickelten wärmeübertragers - Google Patents

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WO2017220210A1
WO2017220210A1 PCT/EP2017/025175 EP2017025175W WO2017220210A1 WO 2017220210 A1 WO2017220210 A1 WO 2017220210A1 EP 2017025175 W EP2017025175 W EP 2017025175W WO 2017220210 A1 WO2017220210 A1 WO 2017220210A1
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WO
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tube
core tube
contact force
wound
winding
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PCT/EP2017/025175
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Inventor
Manfred Steinbauer
Christiane Kerber
Reinhold Hölzl
Jürgen Spreemann
Florian Deichsel
Konrad Braun
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Linde Aktiengesellschaft
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/02—Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers
    • B21D53/027—Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers by helically or spirally winding elongated elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D11/00—Bending not restricted to forms of material mentioned in only one of groups B21D5/00, B21D7/00, B21D9/00; Bending not provided for in groups B21D5/00 - B21D9/00; Twisting
    • B21D11/06—Bending into helical or spiral form; Forming a succession of return bends, e.g. serpentine form
    • 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
    • F28D7/02—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 being helically coiled
    • F28D7/024—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 being helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled tubes, the coils having a cylindrical configuration

Definitions

  • the invention relates to a method for winding at least one tube on a core tube, which is intended for a wound heat exchanger.
  • Such a coiled heat exchanger has a pressure-bearing jacket, which extends along a preferably vertically oriented longitudinal axis and defines a jacket space for receiving a first fluid.
  • a tube bundle is arranged with a plurality of tubes for receiving at least one second fluid, wherein the tubes are each helically wound on a core tube which extends in the shell space along or coaxial with the longitudinal axis.
  • a plurality of tube layers are formed, which are arranged one above the other in the radial direction of the core tube or the tube bundle, so that the tube bundle (relative to the radial direction) has an innermost tube layer, which is arranged adjacent to the core tube, and an outermost tube layer, which in the radial direction is further away from the core tube and in particular encloses the innermost layer of pipe (and possibly the pipe layers provided therebetween).
  • the at least one second fluid can thus enter into an indirect heat exchange with the first fluid guided in the jacket space.
  • the core tube is usually clamped in a suitable device and rotated about its longitudinal axis.
  • a tube fixed to the core tube with one end or otherwise suitably fixed to the core tube can thereby be wound helically onto the core tube, whereby it is suitably guided along the longitudinal axis of the core tube so that the respective tube ultimately helically strikes the core tube by rotating the core tube or on a wound already on the core tube layer layer and arranged thereon and fixed spacers is wound.
  • each tube is loaded differently in the sequence. Due to the uneven clamping of the tubes, these are also pressed different tightly to the spacers or bent over this. This leads to an uneven bundle structure and also to different bundle dimensions.
  • the present invention is based on the object
  • This object is achieved by a method for winding at least one tube onto a core tube of a wound heat exchanger according to claim 1.
  • the inventive method provides that the at least one tube to the core tube (preferably helical) is wound by the core tube is rotated about its longitudinal axis, said at least one tube during winding on the core tube running with a momentary contact force against the Core tube or a tube layer already wound on the core tube or spacers arranged thereon is pressed, wherein the instantaneous contact force is controlled or regulated during winding.
  • the spacers are preferably arranged and fixed on the tube layer, wherein the spacers each extend along or parallel to the longitudinal axis and in the circumferential direction of the tube bundle are preferably arranged equidistant from each other.
  • the respective subsequent pipe layer is wound onto the underlying pipe layer and the spacers arranged thereon. The respective pipe layer is thus supported via the spacers on the underlying pipe layer.
  • the at least one tube is initially provided wound on a drum, wherein in said winding on the core tube, the at least one tube is unwound from the drum in sections, is passed through the Geradrichtvorraum and then wound on the core tube.
  • the straightening device and in particular also the drum can be moved along the longitudinal axis of the core tube in order to facilitate the helical winding of the at least one tube onto the core tube.
  • a separate guide means which is movable along the longitudinal axis of the core tube to facilitate the helical winding of the at least tube on the core tube.
  • Geradrichtvorraum is designed to straighten the at least one pipe sections, before the respective section of the tube it is wound onto the core tube. According to a preferred embodiment of the method according to the invention is further provided that by means of the Geradrichtvortechnik for adjusting the instantaneous contact force a frictional force is exerted on the tube. According to a preferred embodiment of the method according to the invention is further provided that the Geradrichtvoroplasty has a first and a second jaw, wherein the first jaw against a first side of the at least one tube and the second jaw facing away from the first side second side of the at least one tube pushes to produce the said friction force.
  • the instantaneous contact force is controlled, previously the temporal course of the instantaneous contact force during winding for the entire at least one tube to be wound is predefined and when winding the at least one tube by means of Geradrichtvoriques and / or the drive is set accordingly.
  • the instantaneous contact pressure for the entire at least one tube or the tube layer wound therefrom is constant.
  • the instantaneous contact force in dependence on the pipe layer, ie, the radial position of the pipe layer with respect to the core tube, the material and / or the dimensions of the at least one tube is predefined.
  • the dimensions are understood to mean, for example, the wall thickness and / or the outer diameter of the at least one tube.
  • the instantaneous contact pressure is controlled, wherein the instantaneous contact force is measured during winding and by means of
  • Geradrichtvortechnische and / or the drive is adjusted so that the measured instantaneous contact force is adjusted to a predefined desired contact force.
  • the measurement of the pressing force or a size which is suitable for calculating the contact pressure can be used, for example. be made on the Geradrichtvoriques and / or on the drive itself. Other types of force measurement are also conceivable.
  • the object according to the invention is achieved by a device for winding at least one tube onto a core tube of a wound heat exchanger, the device preferably being used in the method according to the invention.
  • the device according to the invention comprises a drive for rotating the core tube about its longitudinal axis and a means for controlling or regulating a momentary contact force with which the at least one tube when wound on the core tube against the core tube or on the core tube already wound Pipe layer or arranged thereon spacers is pressed.
  • the device comprises a Geradrichtvorraum which is adapted to the at least one pipe sections to straighten before the respective section of the tube it is wound onto the core tube.
  • the Geradricht migraine and / or the drive is designed or are to set the momentary contact force when winding the at least one tube.
  • the device has a measuring unit for measuring the instantaneous contact pressure when winding up the at least one tube. According to a preferred embodiment of the device according to the invention it is further provided that said means for controlling the current
  • Contact force is further configured to adjust the instantaneous contact force by means of Geradrichtvoriques and / or the drive so that the measured instantaneous contact pressure is equalized to a predefined desired contact force.
  • Fig. 1 is a partial sectional view of a wound
  • Fig. 2 is a fragmentary sectional view of a device for winding a tube on a core tube of a heat exchanger.
  • FIG. 1 shows an example of a wound heat exchanger 1. This is designed for indirect heat transfer between a first and at least one second fluid S, S 'and has a jacket 10 which surrounds a jacket space M for receiving the first fluid S, which is e.g. via an inlet port 101 on the jacket 10 in the shell space M introduced and a corresponding
  • Outlet nozzle 102 on the jacket 10 is again removable from the shell space M, wherein the first fluid S is acted upon from above by a tube bundle 2 of the heat exchanger 1 arranged in the jacket space M.
  • the jacket 10 of the heat exchanger 1 extends along a longitudinal axis z, which extends relative to a properly arranged state of the heat exchanger 1 along the vertical.
  • the tube bundle 2 has a plurality of tubes 20 for receiving the at least one second fluid S '.
  • Various second fluids S ' may e.g. in associated tubes of the tube bundle 2, that is, the tube bundle 2 is divided according to the number of the second fluids S 'to be led.
  • the tubes 20 are helical to a core tube 21 of the
  • a radial direction R which is perpendicular to the longitudinal axis z, one above the other, wherein the core tube 21 also extends along the longitudinal axis z and coaxial with the jacket 10th is arranged in the shell space M.
  • Relative to the radial direction R therefore, there is an innermost layer of tubes 201, which is surrounded in particular by further tube layers 200 arranged one above the other in the radial direction R, wherein an outermost layer of tubes 202 ultimately surrounds the tube layers 200, 201 underneath and an outer side of the tube bundle 2 trains.
  • the individual pipe layers 200, 201, 202 are preferably fixed to one another via spacers 6 extending along the longitudinal axis z, with a plurality of spacers 6 being arranged one above the other in the radial direction R of the tube bundle 2.
  • a constant number of spacers 6 is preferably provided between the adjacent pipe layers 200.
  • a plurality of tubes 20 can each be combined in a tube plate 104, wherein the second fluid S 'or a plurality of second fluids S' can be introduced into the tubes 10 via inlet sockets 103 on the jacket 10 and can be withdrawn from the tubes 20 via drain sockets 105 ,
  • heat can be transferred indirectly between the first fluid S and the at least one second fluid S ', wherein these fluids S, S' can be passed through the heat exchanger 1 in countercurrent, for example.
  • the jacket 10 and the core tube 21 are in particular at least partially cylindrical, so that the longitudinal axis z forms a cylinder axis of the shell 10 and the concentric core core 21 extending therein.
  • In the jacket space M may further include a preferably cylindrically shaped shirt. 3
  • the individual tubes 20 are preferably wound onto the core tube 21 with a method shown schematically in FIG.
  • a device 30 according to the invention is preferably used, which is shown schematically in section in FIG.
  • the device 30 may comprise a drum 33, on which the tube 20 to be wound up can be provided. Furthermore, the device 30 preferably has a straightening device 34, which is designed to straighten a tube section unwound from the drum 33. The straightened pipe section of the tube 20 is then wound onto the core tube 21, by suitable on
  • Core tube 21 or is fixed to a previously wound pipe layer and then the core tube 21 is rotated by a drive 31 about the longitudinal axis z.
  • the respective tube 20 to be wound during winding onto the core tube 21 is preferably continuously pressed with a momentary contact force F A against the core tube 21 or against spacers 6, which have been previously determined on a tube layer already wound on the core tube 21, wherein the instantaneous Contact pressure F A when winding the respective tube 20 is controlled or regulated according to the invention.
  • This setting of the instantaneous contact force F A can be done, for example, with the aid of a
  • Geradrichtvortechnischmaschine 34 and / or by means of the drive 31 (or other means) are made.
  • the Geradrichtvoriques 34 for adjusting the instantaneous contact force F A a frictional force F R exert on the wound tube 20 by pressing against the respective tube 20 when winding the respective tube 20 with two jaws 34a, 34b.
  • Rotation of the core tube 21 thereby adjusts a contact force F A , with which the concerned tube 20 against the core tube 21 and an already applied pipe layer and provided thereon spacer 6 presses.
  • This pressing force F A can now be controlled, for example by a corresponding control means 35 the Geradrichtvoriques 34 and / or the drive 31 so controls that during winding the predetermined contact force F A is achieved, or regulated, for which purpose a measuring unit 32nd is provided, which is configured to measure the instantaneous contact force F A.
  • a measuring unit 32 may for example be provided on the Geradrichtvoriques 34 or the drive 21.
  • the means 35 in this case is a control means 35 which is configured to regulate the straightening device 34 and / or the drive 31 in such a way that the measured instantaneous contact force F A is adapted to a predetermined desired contact pressure.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wickeln zumindest eines Rohres (20) auf ein Kernrohr (21) eines gewickelten Wärmeübertragers (1), wobei das mindesten eine Rohr (20) auf das Kernrohr (21) helikal aufgewickelt wird, indem das Kernrohr (21) um seine Längsachse (z) rotiert wird, wobei das mindestens eine Rohr (20) beim Aufwickeln auf das Kernrohr (21) laufend mit einer momentanen Anpresskraft (FA) gegen das Kernrohr (21) oder gegen Abstandshalter (6) gedrückt wird, die zuvor an einer auf das Kernrohr (21) bereits aufgewickelten Rohrlage (200) festgelegt worden sind, wobei die momentane Anpresskraft (FA) beim Aufwickeln des mindestens einen Rohres (20) gesteuert oder geregelt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine entsprechende Einrichtung (30) zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Beschreibung
Definition der Vorspannung der Rohre beim Wickeln eines Rohrbündels eines gewickelten Wärmeübertragers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wickeln zumindest eines Rohres auf ein Kernrohr, das für einen gewickelten Wärmeübertrager bestimmt ist.
Ein derartiger gewickelter Wärmeübertrager weist einen drucktragenden Mantel auf, der sich entlang einer vorzugsweise vertikal orientierten Längsachse erstreckt und einen Mantelraum zur Aufnahme eines ersten Fluids begrenzt. In dem Mantelraum ist ein Rohrbündel mit einer Mehrzahl an Rohren zur Aufnahme zumindest eines zweiten Fluids angeordnet, wobei die Rohre jeweils helikal auf ein Kernrohr gewickelt sind, das sich im Mantelraum entlang der bzw. koaxial zu der Längsachse erstreckt. Hierdurch werden mehrere Rohrlagen ausgebildet, die in radialer Richtung des Kernrohrs bzw. des Rohrbündels übereinander angeordnet sind, so dass das Rohrbündel (bezogen auf die radiale Richtung) eine innerste Rohrlage aufweist, die benachbart zum Kernrohr angeordnet ist, sowie eine äußerste Rohrlage, die in der radialen Richtung weiter entfernt vom Kernrohr angeordnet ist und insbesondere die innerste Rohrlage (sowie ggf. die dazwischen vorgesehenen Rohrlagen) umschließt. Das mindestens eine zweite Fluid kann somit in einen indirekten Wärmetausch mit dem im Mantelraum geführten ersten Fluid treten.
Bei einem Verfahren zum Wickeln solcher Rohre auf das Kernrohr wird in der Regel das Kernrohr in eine geeignete Vorrichtung eingespannt und um seine Längsachse rotiert. Ein am Kernrohr mit einem Ende festgelegtes oder in sonstiger geeigneter Weise am Kernrohr festgelegtes Rohr kann hierdurch helikal auf das Kernrohr aufgewickelt werden, wobei es geeignet entlang der Längsachse des Kernrohres geführt wird, so dass das jeweilige Rohr durch Rotieren des Kernrohres letztlich helikal auf das Kernrohr bzw. auf eine bereits auf das Kernrohr aufgewickelte Rohrlage sowie darauf angeordnete und festgelegte Abstandshalter aufgewickelt wird.
Bevor das jeweilige Rohr aufgewickelt wird, durchläuft es eine Geradrichtvorrichtung. Die Kraft, mit der die Rohre dann aufgewickelt werden, ist hierbei abhängig von der Geradheit der Rohre, welche durch die Geradrichtvorrichtung laufen bzw. vom Wickler selbst. Diese Anpresskraft kann für die gleiche Rohrdimension daher sehr stark schwanken. Durch das ungleichmäßige Vorspannen der Rohre wird in der Folge jedes Rohr verschieden belastet. Durch das ungleichmäßige Verspannen der Rohre werden diese auch unterschiedlich eng an die Abstandshalter gepresst bzw. über diese gebogen. Dies führt zu einem ungleichmäßigen Bündelaufbau und auch zu verschiedenen Bündelabmessungen.
Der vorliegenden Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde ein
Verfahren der eingangs genannten Art zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Wickeln zumindest eines Rohres auf ein Kernrohr eines gewickelten Wärmeübertragers gemäß Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den entsprechenden Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend beschrieben. Gemäß Anspruch 1 sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass das mindestens eine Rohr auf das Kernrohr (vorzugsweise helikal) aufgewickelt wird, indem das Kernrohr um seine Längsachse rotiert wird, wobei das mindestens eine Rohr beim Aufwickeln auf das Kernrohr laufend mit einer momentanen Anpresskraft gegen das Kernrohr oder eine auf das Kernrohr bereits aufgewickelte Rohrlage bzw. darauf angeordnete Abstandshalter gedrückt wird, wobei die momentane Anpresskraft beim Aufwickeln gesteuert oder geregelt wird.
Hierdurch kann mit Vorteil ein genau definiertes und an den späteren
Betriebsbedingungen ausgelegtes Rohrbündel erstellt werden, bei dem jedes Rohr eine präzise und ggf. gleichmäßige Vorspannung aufweist. Ferner wird hierdurch ermöglicht, das Rohrbündel hinsichtlich seiner Dimensionen mit engen Toleranzen zu fertigen.
Es können natürlich auch mehrere Rohre mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf das Kernrohr aufgewickelt werden, wobei das jeweilige Rohr dann auf die jeweils zuvor aufgewickelte Rohrlage bzw. auf die darauf angeordneten Abstandshalter gewickelt wird.
Ist das mindestens eine Rohr bzw. ein weiteres Rohr unter Ausbildung einer Rohrlage auf das Kernrohr aufgewickelt, werden bevorzugt die besagten Abstandshalter auf der Rohrlage angeordnet und dort festgelegt, wobei sich die Abstandshalter jeweils entlang der bzw. parallel zur Längsachse erstrecken und in Umfangsrichtung des Rohrbündels bevorzugt äquidistant zueinander angeordnet sind. Die jeweils nachfolgende Rohrlage wird auf die darunterliegende Rohrlage sowie die darauf angeordneten Abstandshalter aufgewickelt. Die jeweilige Rohrlage stützt sich also über die Abstandshalter an der darunterliegenden Rohrlage ab.
Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass das mindestens eine Rohr zunächst aufgewickelt auf einer Trommel bereitgestellt wird, wobei beim besagten Aufwickeln auf das Kernrohr das mindestens eine Rohr von der Trommel abschnittweise abgewickelt wird, durch die Geradrichtvorrichtung geführt wird und sodann auf das Kernrohr aufgewickelt wird.
Gemäß einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Geradrichtvorrichtung und insbesondere auch die Trommel entlang der Längsachse des Kernrohres verfahrbar sind, um das helikale Aufwickeln des mindestens einen Rohres auf das Kernrohr zu erleichtern. Es kann aber auch eine gesonderte Führungseinrichtung vorgesehen sein, die entlang der Längsachse des Kernrohres verfahrbar ist, um das helikale Aufwickeln des mindestens Rohres auf das Kernrohr zu erleichtern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist weiterhin vorgesehen, dass bei der Steuerung oder bei der Regelung die momentane Anpresskraft mit Hilfe der Geradrichtvorrichtung und/oder einem Antrieb zum Rotieren des Kernrohres um dessen Längsachse eingestellt wird, wobei die
Geradrichtvorrichtung dazu ausgebildet ist, das mindestens eine Rohr abschnittsweise zu begradigen, bevor der jeweilige Abschnitt des Rohres es auf das Kernrohr aufgewickelt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist weiterhin vorgesehen, dass mittels der Geradrichtvorrichtung zum Einstellen der momentanen Anpresskraft eine Reibungskraft auf das Rohr ausgeübt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist weiterhin vorgesehen, dass die Geradrichtvorrichtung eine erste und eine zweite Backe aufweist, wobei die erste Backe gegen eine erste Seite des mindestens einen Rohres und die zweite Backe gegen eine der ersten Seite abgewandten zweiten Seite des mindestens einen Rohres drückt, um die besagte Reibungskraft zu erzeugen. Aufgrund der durch den Antrieb erzeugten Rotation des Kernrohres erhöht sich bei konstanter Rotationsgeschwindigkeit die besagte Anpresskraft des mindestens einen Rohres, je stärker die Backen gegen das mindestens eine Rohr gedrückt werden. Alternativ oder ergänzend hierzu ist es natürlich auch möglich, die Anpresskraft über den Antrieb einzustellen, z.B. indem mittels des Antriebes ein entsprechendes Drehmoment in das Kernrohr eingeleitet wird. Es besteht weiterhin auch die Möglichkeit, zusätzlich zur Geradrichtvorrichtung und dem besagten Antrieb eine Einrichtung bereitzustellen, die nur die Aufgabe der Kraftregelung/Kraftsteuerung übernimmt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist weiterhin vorgesehen, dass die momentane Anpresskraft gesteuert wird, wobei zuvor der zeitliche Verlauf der momentane Anpresskraft beim Aufwickeln für das gesamte mindestens eine aufzuwickelnde Rohr vordefiniert wird und beim Aufwickeln des mindestens einen Rohres mittels der Geradrichtvorrichtung und/oder des Antriebes entsprechend eingestellt wird.
Hierbei kann gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass die momentane Anpresskraft für das gesamte mindestens eine Rohr bzw. die hieraus gewickelte Rohrlage konstant ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist weiterhin vorgesehen, dass die momentane Anpresskraft in Abhängigkeit von der Rohrlage, d.h., der radialen Position der Rohrlage bezüglich des Kernrohres, des Materials und/oder der Dimensionen des mindestens einen Rohres vordefiniert wird. Unter den Dimensionen werden z.B. die Wandstärke und/oder der Außendurchmesser des mindestens einen Rohres verstanden. Gemäß einer bevorzugten alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die momentane Anpresskraft geregelt wird, wobei die momentane Anpresskraft beim Aufwickeln gemessen wird und mittels der
Geradrichtvorrichtung und/oder dem Antrieb so eingestellt wird, dass die gemessene momentane Anpresskraft an eine vordefinierte Soll-Anpresskraft angeglichen wird.
Die Messung der Anpresskraft oder einer Größe, die zur Berechnung der Anpresskraft geeignet ist, kann dabei z.B. an der Geradrichtvorrichtung und/oder am Antrieb selbst vorgenommen werden. Andere Arten der Kraftmessung sind auch denkbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist bezüglich der Regelung weiterhin vorgesehen, dass die Soll-Anpresskraft für das gesamte mindestens eine Rohr bzw. der daraus gewickelten Rohrlage konstant ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist weiterhin vorgesehen, dass die Soll-Anpresskraft in Abhängigkeit von der Rohrlage, des Materials des mindestens einen Rohres, und/oder den Dimensionen (siehe oben) des Rohres vordefiniert wird. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch eine Einrichtung zum Wickeln zumindest eines Rohres auf ein Kernrohr eines gewickelten Wärmeübertragers gelöst, wobei die Einrichtung bevorzugt beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird. Gemäß Anspruch 1 1 weist die erfindungsgemäße Einrichtung einen Antrieb zum Rotieren des Kernrohres um dessen Längsachse auf sowie ein Mittel zum Steuern oder Regeln einer momentanen Anpresskraft, mit der das mindestens eine Rohr beim Aufwickeln auf das Kernrohr gegen das Kernrohr oder eine auf das Kernrohr bereits aufgewickelte Rohrlage bzw. darauf angeordnete Abstandshalter gedrückt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist weiterhin vorgesehen, dass die Einrichtung eine Geradrichtvorrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, das mindestens eine Rohr abschnittsweise zu begradigen, bevor der jeweilige Abschnitt des Rohres es auf das Kernrohr aufgewickelt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist weiterhin vorgesehen, dass die Geradrichteinrichtung und/oder der Antrieb dazu ausgebildet ist bzw. sind, beim Aufwickeln des mindestens einen Rohres die momentane Anpresskraft einzustellen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist weiterhin vorgesehen, dass die Einrichtung eine Messeinheit zum Messen der momentanen Anpresskraft beim Aufwickeln des mindestens einen Rohres aufweist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist weiterhin vorgesehen, dass das besagte Mittel zum Regeln der momentanen
Anpresskraft ausgebildet ist, wobei das Mittel zum Regeln der momentanen
Anpresskraft weiterhin dazu ausgebildet ist, die momentane Anpresskraft mittels der Geradrichtvorrichtung und/oder des Antriebes so einzustellen, dass die gemessene momentane Anpresskraft an eine vordefinierte Soll-Anpresskraft angeglichen wird.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen durch die nachfolgende
Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 eine ausschnitthafte Schnittansicht eines gewickelten
Wärmeübertragers; und
Fig. 2 eine ausschnitthafte geschnittene Ansicht einer Einrichtung zum Wickeln eines Rohres auf ein Kernrohr eines Wärmeübertragers.
Figur 1 zeigt ein Beispiel für einen gewickelten Wärmeübertrager 1 . Dieser ist zur indirekten Wärmeübertragung zwischen einem ersten und zumindest einem zweiten Fluid S, S' ausgebildet und weist einen Mantel 10 auf, der einen Mantelraum M zur Aufnahme des ersten Fluids S umgibt, das z.B. über einen Einlassstutzen 101 am Mantel 10 in den Mantelraum M einleitbar und über einen entsprechenden
Auslassstutzen 102 am Mantel 10 wieder aus dem Mantelraum M abziehbar ist, wobei das erste Fluid S ein im Mantelraum M angeordnetes Rohrbündel 2 des Wärmeübertragers 1 von oben her beaufschlagt.
Der Mantel 10 des Wärmeübertragers 1 erstreckt sich entlang einer Längsachse z, die bezogen auf einen bestimmungsgemäß angeordneten Zustand des Wärmeübertragers 1 entlang der Vertikalen verläuft. Das Rohrbündel 2 weist eine Mehrzahl an Rohren 20 zur Aufnahme des mindestens einen zweiten Fluids S' auf. Verschiedene zweite Fluide S' können z.B. in zugeordneten Rohren bzw. Rohrgruppen des Rohrbündels 2 geführt werden, d.h., das Rohrbündel 2 wird entsprechend der Anzahl der zu führenden zweiten Fluide S' aufgeteilt. Die Rohre 20 sind helikal auf ein Kernrohr 21 des
Wärmeübertragers gewickelt, so dass mehrere Rohrlagen 200, 201 , 202 gebildet werden, die in einer radialen Richtung R, die senkrecht auf der Längsachse z steht, übereinander angeordnet sind, wobei sich das Kernrohr 21 ebenfalls entlang der Längsachse z erstreckt und koaxial zum Mantel 10 im Mantelraum M angeordnet ist. Bezogen auf die radiale Richtung R ist also eine innerste Rohrlage 201 vorhanden, die insbesondere von weiteren, in der radialen Richtung R übereinander angeordneten Rohrlagen 200 umgeben ist, wobei letztlich eine äußerste Rohrlage 202 die darunter angeordneten Rohrlagen 200, 201 umgibt und eine Außenseite des Rohrbündels 2 ausbildet.
Weiterhin sind die einzelnen Rohrlagen 200, 201 , 202 bevorzugt über entlang der Längsachse z erstreckte Abstandshalter 6 aneinander festgelegt, wobei jeweils mehrere Abstandshalter 6 in radialer Richtung R des Rohrbündels 2 übereinander angeordnet sind. Dabei ist zwischen den benachbarten Rohrlagen 200 vorzugsweise eine konstante Anzahl an Abstandshaltern 6 vorgesehen.
Mehrere Rohre 20 können jeweils in einem Rohrboden 104 zusammengefasst sein, wobei das zweite Fluid S' bzw. mehrere zweite Fluide S' über Einlassstutzen 103 am Mantel 10 in jene Rohre 20 eingeleitet und über Ablassstutzen 105 aus den Rohren 20 abgezogen werden kann bzw. können. Somit kann zwischen dem ersten Fluid S und dem mindestens einen zweiten Fluid S' indirekt Wärme übertragen werden, wobei diese Fluide S, S' z.B. im Gegenstrom durch den Wärmeübertrager 1 geführt werden können. Der Mantel 10 sowie das Kernrohr 21 sind insbesondere zumindest abschnittsweise zylinderförmig ausgeführt, so dass die Längsachse z eine Zylinderachse des Mantels 10 und des konzentrisch darin verlaufenden Kernrohres 21 bildet. Im Mantelraum M kann des Weiteren ein vorzugsweise hohlzylindrisch ausgebildetes Hemd 3
angeordnet sein, das das Rohrbündel 2 umschließt um eine Bypass-Strömung des im Mantelraum M geführten ersten Fluids S am Rohrbündel 2 vorbei zu verringern.
Die einzelnen Rohre 20 werden bevorzugt mit einem in der Figur 2 schematisch dargestellten Verfahren auf das Kernrohr 21 aufgewickelt. Hierzu wird bevorzugt eine erfindungsgemäße Einrichtung 30 verwendet, die in der Figur 2 schematisch im Schnitt gezeigt ist.
Die Einrichtung 30 kann eine Trommel 33 aufweisen, auf der das aufzuwickelnde Rohr 20 bereitgestellt werden kann. Des Weiteren weist die Einrichtung 30 bevorzugt eine Geradrichtvorrichtung 34 auf, die dazu ausgebildet ist, einen von der Trommel 33 abgewickelten Rohrabschnitt zu begradigen. Der begradigte Rohrabschnitt des Rohres 20 wird anschließend auf das Kernrohr 21 aufgewickelt, indem er geeignet am
Kernrohr 21 oder an einer zuvor aufgewickelten Rohrlage fixiert wird und sodann das Kernrohr 21 mittels eines Antriebs 31 um die Längsachse z rotiert wird.
Dabei wird das jeweils aufzuwickelnde Rohr 20 beim Aufwickeln auf das Kernrohr 21 bevorzugt laufend mit einer momentanen Anpresskraft FA gegen das Kernrohr 21 bzw. gegen Abstandshalter 6 gedrückt, die zuvor an einer auf das Kernrohr 21 bereits aufgewickelten Rohrlage festgelegt worden sind, wobei die momentane Anpresskraft FA beim Aufwickeln des jeweiligen Rohres 20 erfindungsgemäß gesteuert oder geregelt wird.
Diese Einstellung der momentanen Anpresskraft FA kann z.B. mit Hilfe einer
Geradrichtvorrichtung 34 und/oder mit Hilfe des Antriebs 31 (oder mit einer sonstigen Einrichtung) vorgenommen werden. Insbesondere kann die Geradrichtvorrichtung 34 zum Einstellen der momentanen Anpresskraft FA eine Reibungskraft FR auf das aufzuwickelnde Rohr 20 ausüben, indem sie beim Aufwickeln des jeweiligen Rohres 20 mit zwei Backen 34a, 34b gegen das betreffende Rohr 20 drückt. Durch die
Rotation des Kernrohres 21 stellt sich hierdurch eine Anpresskraft FA ein, mit der das betreffende Rohr 20 gegen das Kernrohr 21 bzw. eine bereits aufgebrachte Rohrlage und darauf vorgesehene Abstandshalter 6 drückt.
Diese Anpresskraft FA kann nun gesteuert werden, etwa indem ein entsprechendes Steuermittel 35 die Geradrichtvorrichtung 34 und/oder den Antrieb 31 so ansteuert, dass beim Aufwickeln laufend die vorgegebene Anpresskraft FA erzielt wird, oder auch geregelt, wobei zu diesem Zweck eine Messeinheit 32 vorgesehen ist, die dazu konfiguriert ist, die momentane Anpresskraft FA zu messen. Eine derartige Messeinheit 32 kann z.B. an der Geradrichtvorrichtung 34 oder am Antrieb 21 vorgesehen sein. Das Mittel 35 ist in diesem Falle ein Regelmittel 35, dass dazu konfiguriert ist, die Geradrichteinrichtung 34 und/oder den Antrieb 31 so zu regeln, dass die gemessene momentane Anpresskraft FA an eine vorbestimmte Soll-Anpresskraft angepasst wird.
Bezugszeichenliste
1 Wärmeübertrager
2 Rohrbündel
3 Hemd
6 Abstandshalter
10 Mantel
20 Rohre
21 Kernrohr
30 Einrichtung
31 Antrieb
32 Messeinheit
33 Trommel
34 Geradrichtvorrichtung
34a, 34b Backen
35 Mittel zum Regeln oder Steuern
101 Einlassstutzen
102 Auslassstutzen
103 Einlassstutzen
104 Rohrboden
105 Auslassstutzen
200 Rohrlage
201 Innerste Rohrlage
202 Äußerste Rohrlage
R radiale Richtung
Z Längsachse
M Mantelraum
FA Anpresskraft
FR Reibungskraft

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Wickeln zumindest eines Rohres (20) auf ein Kernrohr (21 ) eines gewickelten Wärmeübertragers (1 ), wobei das mindesten eine Rohr (20) auf das Kernrohr (21 ) helikal aufgewickelt wird, indem das Kernrohr (21 ) um seine Längsachse (z) rotiert wird, wobei das mindestens eine Rohr (20) beim Aufwickeln auf das Kernrohr (21 ) laufend mit einer momentanen Anpresskraft (FA) gegen das Kernrohr (21 ) oder gegen Abstandshalter (6) gedrückt wird, die zuvor an einer auf das Kernrohr (21 ) bereits aufgewickelten Rohrlage (200) festgelegt worden sind, wobei die momentane Anpresskraft (FA ) beim
Aufwickeln des mindestens einen Rohres (20) gesteuert oder geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei der Steuerung oder bei der Regelung die momentane Anpresskraft (FA ) mit Hilfe einer Geradrichtvorrichtung (34) und/oder eines Antriebs (31 ) zum Rotieren des Kernrohres (21 ) um dessen Längsachse (z) eingestellt wird, wobei die
Geradrichtvorrichtung (34) dazu ausgebildet ist, das mindestens eine Rohr (20) abschnittsweise zu begradigen, bevor der jeweilige Abschnitt des Rohres (20) auf das Kernrohr (21 ) aufgewickelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der
Geradrichtvorrichtung (34) zum Einstellen der momentanen Anpresskraft (FA) eine Reibungskraft (FR) auf das mindestens eine Rohr (20) ausgeübt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Geradrichtvorrichtung (34) eine erste und eine zweite Backe (34a, 34b) aufweist, wobei die erste Backe (34a) gegen eine erste Seite des mindestens einen Rohres (20) und die zweite Backe (34b) gegen eine der ersten Seite abgewandten zweiten Seite des mindestens einen Rohres (20) drückt, um die besagte Reibungskraft (FR) zu erzeugen.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die momentane Anpresskraft (FA)gesteuert wird, wobei zuvor die momentane Anpresskraft (FA) für das gesamte mindestens eine aufzuwickelnde Rohr (20) vordefiniert wird und beim Aufwickeln des mindestens einen Rohres (20) mit Hilfe der Geradrichtvorrichtung (34) und/oder des Antriebes (31 ) entsprechend eingestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die momentane Anpresskraft (FA) für das gesamte mindestens eine Rohr (20) konstant ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die momentane Anpresskraft (FA) in Abhängigkeit von der Rohrlage (200), des Materials des mindestens einen Rohres (20) und/oder den Dimensionen des mindestens einen Rohres (20) vordefiniert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die momentane Anpresskraft (FA) geregelt wird, wobei die momentane Anpresskraft (FA) beim Aufwickeln gemessen wird und mit Hilfe der
Geradrichtvorrichtung (34) und/oder des Antriebs (31 ) so eingestellt wird, dass die gemessene momentane Anpresskraft (FA ) an eine vordefinierte Soll- Anpresskraft angeglichen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll- Anpresskraft für das gesamte mindestens eine Rohr (20) konstant ist.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll- Anpresskraft in Abhängigkeit von der Rohrlage (200), des Materials des mindestens einen Rohres (20) und/oder den Dimensionen des mindestens einen Rohres (20) vordefiniert wird.
1 1 . Einrichtung zum Wickeln zumindest eines Rohres (20) auf ein Kernrohr (21 ) eines gewickelten Wärmeübertragers (1 ), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Einrichtung (30) einen Antrieb (31 ) zum Rotieren des Kernrohres (20) um dessen Längsachse (z) aufweist sowie ein Mittel (35) zum Steuern oder Regeln einer momentanen Anpresskraft (FA), mit der das mindestens eine Rohr (20) beim Aufwickeln auf das Kernrohr (21 ) gegen das Kernrohr (21 ) oder gegen Abstandshalter (6) gedrückt wird, die zuvor an einer auf das Kernrohr (21 ) bereits aufgewickelten Rohrlage (200) festgelegt worden sind.
12. Einrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (30) eine Geradrichtvorrichtung (34) aufweist, die dazu ausgebildet ist, das mindestens eine Rohr (20) abschnittsweise zu begradigen, bevor der jeweilige Abschnitt des Rohres (20) auf das Kernrohr (21 ) aufgewickelt wird.
13. Einrichtung nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Geradrichtvorrichtung (34) und/oder der Antrieb (31 ) dazu ausgebildet ist bzw. sind, beim Aufwickeln des mindestens einen Rohres (20) die momentane Anpresskraft (FA) einzustellen.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (30) eine Messeinheit (32) zum Messen der momentanen Anpresskraft (FA) beim Aufwickeln des mindestens einen Rohres (20) aufweist.
15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte Mittel (35) zum Regeln der momentanen Anpresskraft (FA) ausgebildet ist, wobei das Mittel (35) zum Regeln der momentanen Anpresskraft (FA) weiterhin dazu ausgebildet ist, die momentane Anpresskraft (FA) mittels der
Geradrichtvorrichtung (34) und/oder des Antriebes (31 ) so einzustellen, dass die gemessene momentane Anpresskraft (FA) an eine vordefinierte Soll- Anpresskraft angeglichen wird.
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US20220196331A1 (en) * 2019-04-12 2022-06-23 Linde Gmbh Web design and arrangement for reducing a radial distribution fault in a wound heat exchanger

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