DE2132320A1

DE2132320A1 - Waermeuebertragungs-Bauteil und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2132320A1
Application number: DE19712132320
Authority: DE
Inventors: Hodgson Thomas David; Newson Ivan Henry
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1970-06-30
Filing date: 1971-06-29
Publication date: 1972-01-05
Also published as: GB1318355A; SE371003B; FR2096611B1; FR2096611A1

Description

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Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Nr. 31779/70 vom 30. Juni 1970 in Anspruch genommen.

Wärmeübertragungs-Bauteil und Verfahren. zu_seiner

Background_der_Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf Wärmeübertragungs-Bauteile, insbesondere von Rohrform. Ein etwa gleichzeitiger Vorschlag läuft darauf hinauf, ein Wärmeübertragungsrohr mit einem spe-'ziell genuteten Innenprofil auszubilden, um den Wärmeaustausch zwischen der Rohrwand und dem in der Rohrbohrung fließenden Medium zu erhöhen. Diese Nuten sind schraubenlinienförmig und

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von gleichbleibendem Krümmungssinn bzw. gleichbleibender Gangrichtung und können einer Flüssigkeit in der Bohrung keine ausreichende Turbulenz geben, um einen guten Wärmeübertragungs-Wirkungsgrad bei bestimmten Medien, insbesondere viskosen Strömungsmitteln, hervorzubringen.

Zusammenfassung der Erfindung

Bei einem erfindungsgemäßen Wärmeübertragungs-Bauteil, der ein Eohr mit einer Bohrung aufweist, die eine genutete Oberfläche hat, erstrecken sich die Hüten schraubenlinienförmig entlang der Bohrung als eine mehrgängige Wendel, wobei die Gangrichtung bzw. der Krümmungssinn der Wendelnuten in Intervallen entlang der Bohrung umgekehrt ist.

Vorzugsweise wird die Gangrichtung der Wendelnuten in regelmäßigen Intervallen entlang der Bohrungswand, beispielsweise bei 1/4-Wellenlängenintervallen, umgekehrt. Auf diese Weise bietet das Profil der Bohrungswand dem durch die Rohrbohrung fließenden Strömungsmittel einen sich intermittierend umkehrenden Satz von wendeiförmigen Binnen, und diese verbessern bei sich erhöhender Strömungsmittelturbulenz den Wärmeübertragungskoeffizienten zxtfischen dem Strömungsmittel und der Wandung. Wenn die Rohrwandung äußerlich durch einen kondensierenden Dampf gekühlt wird, sind äußere Nuten oder Rinnen, die durch das Verfahren des Formens der Innennuten hervorgebracht werden, verfügbar, um das Kondensat' zu sammeln, wie beispielsweise durch Oberflächenspannung, wobei ein Kanal gebildet wird, in welchen das Kondensat hineingelangt. In Fällen, wo das Äußere der Rohrwandung durch ein Einzelphasen-Strömungsmittel erhitzt oder gekühlt wird, bilden die äußeren Nuten eine zusätzliche Wärmeübertragungsfläche. Wenn das Rohr natürlich in der ersteren Hinsicht verwendet wird, so wird es vertikal gehalten, doch

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wenn es im letzteren Sinne verwendet wird, um einfach, eine Verbesserung der Wärmeübertragung zwischen dem Strömungsmittel und der Bohrungswand zu erzielen, kann das speziell profilierte Rohr in jeder beliebigen Lage verwendet werden.

Beschreibung der_Zeichnungen

Ein Rohr, welches die Erfindung verkörpert, wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung beschrieben, die einen Teil eines Kondensatorrohres zeigt, welches sich für die Speisewasser-Vorwärmung von Boiler-Speisewasser eignet, das in der Rohrbohrung fließt, und zwar durch Kondensierung des Niederdruckdampfes, der aus der Niederdruckturbine ausströmt. Es zeigt:

Fig. 1 eine äußere Ansicht des Rohres, Fig. 2 einen Schnitt durch das profilierte Teilstück des Rohres senkrecht zur Rohrachse,

Fig. 3 ein Teilstück derRohrwandung in der Abwicklung, während die Fign. 4A. und 4B Graphiken zeigen, welche den Wirkungsgrad des in Fig. Λ dargestellten Rohres im Vergleich zu einem Rohr mit glatter Bohrung veranschaulichen.

Fig. 1 der Zeichnung zeigt ein Rohr mit einem glatten End teilstück 1, das sich zur Befestigung in einer herkömmlichen Rohrplatte bzw. einem Rohrboden eignet, und einem speziell pro filierten Teilstück 2, wobei letzteres am glatten Teilstück mit 8-gängigen Wendelnuten 3 beginnt, die anfänglich rechtsgängig sind. Diese Nuten setzen sich um ein Viertel einer Wellenlänge fort und ändern die Krümmungsrichtung sanft, um eine 1/4-Wellenlängendrehung linksgängig auszuführen, und zwar bei 4, wo sie wiederum die Krümmungsrichtung ändern usw. bei

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jeder 1/4-Drehung, und dann schließlich in ein glattes Teilstück am anderen Ende des Rohres, ähnlich dem Teilstück 1, übergehen.

Es ist eindeutig aus Fig. 3 ersichtlich, daß ein durch die Eohrbohrung fließendes Strömungsmittel zumindest in der Nähe der Bohrungswand einem sehr verzwickten Teilwendel-Flußmuster folgt, wobei das Strömungsmittel nahe der Rohrwandung kontinuierlich Wendelnuten von wechselnder Krümmungsrichtung antrifft, so daß sich eine hochgradige Turbulenz ergibt, die eine gute Wärmeübertragungseigenschaft hervorbringt.

Die Außenseite des Rohres weist kontinuierliche Längsscheitel 5 und Vertiefungen 6 auf, die denen in der Bohrung komplementär sind, und die "Vertiefungen bilden Kanäle für den Ablauf von Kondensat (der kondensierende Dampf erhitzt die Rohrwandung), welches sich in den Nuten sammelt, wobei die Scheitel dem umgebenden Dampf ausgesetzt bleiben.

Das in der Zeichnung dargestellte Nutenmuster wird vorzugsweise durch Verwendung eines Planeten-Drückwerkzeugs gebildet, wobei das Werkzeug einen Drückring aufweist, aus dessen Innendurchmesser 8 harte Stahlkugeln im gleichmäßigen Abstand um den Ring herum vorragen. Der Drückring wird mit der Rohrperipherie in Wirkverbindung gebracht und in axialer Richtung entlang demselben gezogen; zur gleichen Zeit wird dem Drückwerkzeug (oder dem Werkstück) der erforderliche Grad von Drehschwingung auferlegt, um Wendelnuten, wie dargestellt, zu erzeugen·*·

Die entsprechenden Abmessungen eines typischen Rohres waren wie folgt:

Wendelsteigung * 3»5 Zoll (88,9 mm) Gänge » 8

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Natürlich, kann die Form der Nuten innerhalb des Erfindungsbereiches geändert werden, um sie unterschiedlichen Anwendungsformen anzupassen.

Der Wirkungsgrad des obigen Hohres für Wärmeübertragung zwischen Wasser, welches in der Rohrbohrung fließt, und Dampf, welcher auf der Rohrperipherie kondensiert, war wie in den grafischen Darstellungen der Fign. 4A,. 4-B dargestellt. Das erfindungsgemäße Rohr ist in vollen Linien angedeutet, und der äquivalente Wirkungsgrad eines glattwandigen Kupferrohres ist in gestrichelten Linien dargestellt. Der hohe Grad von Turbulenz, der dem Strömungsmittel in der Rohrbohrung gegeben wird, macht das Rohr nach der Erfindung insbesondere dafür'geeignet, ein in hohem Grade viskoses Strömungsmittel, wie beispielsweise Erdöl, hindurchzuleiten. In diesem Falle würde das öl innerhalb des Rohres Wärme aus einem Heizmedium empfangen, welches über die Rohroberfläche geleitet wird. Das Rohr ist gleichermaßen für die Verwendung bei weniger viskosen ölen und Flüssigkeiten geeignet, die in Industrieanlagen verwendet werden und vorgeheizt werden müssen, bevor sie chemisch behandelt werden, und zwar durch Gas oder ein anderes Heizmedium, welches über die Rohroberfläche geleitet oder geflutet wird· Natürlich kann die Wendelsteigung verändert werden, damit sich ein gewünschter Grad von Turbulenz ergibt. Allgemein gilt, daß, je viskoser das Strömungsmittel ist, umso kurzer die Wendelsteigung und/oder umso größer die Tiefe der Nuten ist.

Kondensierungs-Oberflächen gemäß der Erfindung eignen sich für die Verwendung in einem weiten Bereich von Anwendungsmöglichkeiten, vorwiegend in Verdampfer-Anlagen, wie sie zur Desali* nierung sowie in der Nahrungsmittel- und chemischen Industrie verwendet werden. Im Falle der Desalinierung können derartige 'Kondensierungs-Oberflächen vorteilhaft für die Kondensatorrohre einer Anlage des Unterdrucktyps und für die Vorwärmerrohre in

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Anlagen des Mehreffekttyps verwendet werden. In der Nahrungsmitte1- und chemischen Industrie können solche Kondensierungs-Oberflächen in ähnlichen Bollen "bei der Konzentration von Lösungen, Rückständen und ähnlichen Produkten dienen.

Ein weiteres Anwendungsgebiet "besteht in der Kondensierung von Dampf und in der Vorwärmung, die in Kraftwerkszyklen erforderlich ist.

Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliefc genden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale, die im einzelnen — oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.

Patentansgrüche

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Claims

71 061 Kü/Sch

Pat ent ansgrüche

wab?meübertragungs-Bauteil, bestellend aus einem Rohr mit einer Bohrung, die eine genutete Oberfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten sich schraubenlinienförmig entlang der Bohrung als eine mehrgängige Wendel erstrecken, wobei der Krümmungssinn bzw. die Gangrichtung der Wendelnuten sich entlang der Bohrung ändert.
2. Wärmeübertragungs-Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gangrichtung der Wendelnuten bei 1/4-Wellenlängenintervallen entlang der Bohrung umgekehrt ist.
3· Wärmeübertragungs-Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine äußere Oberfläche, die ein genutetes Profil, komplementär zu demjenigen der Bohrung, aufweist.
4-, Wärmeübertragungs-Bauteil nach einem der Ansprüche 1, oder 3, gekennzeichnet durch ein glattes, ungenutetes Endteilrstück zum Einsetzen in eine Haltevorrichtung.
5. Wärmeübertragungs-Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Intervalle, bei welchen die Gangrichtung der Wendelnuten umgekehrt wird, derart sind, daß keine der Nuten eine vollständige Umdrehung vollendet.
6. Verfahren zur Herstellung eines Rohres naeh Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß ein Drückring zur Einwirkung gebracht wird, der nach innen vorstehende Kugeln um das

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glattwandige Rohr herum hält, derart, daß die Kugeln von dem Ring vorragen, um mit der Rohrperipherie in Wirkverbindung zu kommen, daß dem Drückring und dem Rohr eine relative ibcialbewegung und gleichzeitig ein kontrollierter "bzw. gesteuerter Grad von Drehschwingung zwischen Drückring und dem Werkstück hervorgerufen wird.

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