DE2055653A1

DE2055653A1 - Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers aus um einen Kern ge wickelten Rohren und Vorrichtung zu dessen Durchfuhrung

Info

Publication number: DE2055653A1
Application number: DE19702055653
Authority: DE
Inventors: Maurice Paris Bourjot Marcel La Varenne Saint Maur Kirsch Maurice Champigny sur Marne Bosquain, (Frank reich)
Original assignee: Air Liquide SA
Current assignee: Air Liquide SA
Priority date: 1969-11-13
Filing date: 1970-11-12
Publication date: 1971-05-19
Also published as: GB1330866A; US3703028A; FR2067677A5; JPS5017189B1; DE2055653C2; CA939492A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gewikkelten Wärmeaustauschern und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Wärmeaustauscher dieser Art besitzen eine große Zahl von Rohren, die im allgemeinen schraubenförmig mm einen Kern gewickelt sind, so daß eine gewisse Zahl von konzentrischen Schichten gebildet wird« Um diese Austauscher herzustellen, ist es Üblich, den Kern horizontal anzuordnen und ihn sich um seine Achse drehen zu lassen, während eine Haspel, von der das zu wickelnde Rohr abläuft, parallel zur Kernachse

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verschoben wird. Das Rohr wird auf die Krümmung, die es nach seiner Aufwicklung besitzt, durch den Wickelvorgang gebracht, indem man gegebenenfalls die beim Ablauf von der Haspel vorhandene Krümmung vervollständigt oder eine Rollenvorrichtung verwendet, die zwischen der Haspel und dem Kern oder zwischen der Haspel und den schon aufgebrachten Wickelschichten angeadndet ist.

Die Anwendung dieses Verfahrens auf die Wicklung von Austauschern mit großer Oberfläche und infolgedessen hohem Gewicht ist mit Mangeln verbunden, und zwar vor allem mit einer Biegung des Kern und der Anlagepunkte der Rohre auf den Sammlern unter dem Gewicht der gewickelten Rohre, wodurch während der Drehung die Richtung ständig gewechselt wird, sowie mit Trägheitskräften, die sich bei jedem Stillstand und jeder neuen Einschaltung der Kernrotation einstellen und nicht nur mit dem Gewidit sondern auch mit dem Außendurchmesser der Wicklung zunehmen.

Diese Verbiegung und diese Trägheitskräfte führen zur Ermüdung in dem Metall, insbesondere an den Anlagepunkten,und diese Ermüdung kann zu Rissen während der Herstellung, dem Transport oder unter der Einwirkung von Temperaturzyklen während des Gebrauchs führen. Sie können auch die Anlagepunkte oder Stützpunkte des Kerns beschädigen. Die Biegebeanspruchungen können herabgesetzt werden, indem man den Kerndurchmesser vergrößert. Dadurch erhöhen sich aber die Trägheitskräfte und der Durchmesser des Austauschers, sein Herstellungspreis und seine Wärmeaustauschbedingungen gegenüber der Umgebung. Außerdem wird

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durch die Länge zwischen den Enden der Wicklung die für die Aufwicklung in horizontaler Lage verwendete WerkBugausrüstung begrenzt, und es ist schwieriger, einen horizontalen Austauscher von großen Abmessungen als einen senkrechten Austauscher in eine Ummantelung einzuführen

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Mangel und insbesondere die Notwendigkeit der Umdrehung des Kernes zu vermeiden .

Gegenstand der Erfindung ist ein Vei&hren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers mit einem Rohrbündel, das aus konzentrischen Rohrschichten besteht, die zwischen einem zentrischen Kern und einem Außenantel gebildet worden sind, und der Einrichtungen zur Verteilung und/oder Sammlung von Strömungsmittel an einem und am anderen Ende des Rohrbündels sowie Fördermittel für ein Strömungsmittel in Längsrichtung im Zwischenraum zwischen den gewickelten Rohren aufweist,und die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß man in dem Raum den Kern mit senkrechter Achse anordnet und die vorher auf bestimmte Länge abgelängten Rohre am einen Ende in einem Verteilungs- oder Sammelelement befestigt, daß man die Rohre um den Kern durch Drehbewegung und Längsverschiebung gegenüber dem Kern wickelt und das andere Ende der Rohre an dem anderen Sammel- bzw. Verteilui^mittel befestigt.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hält man den Kern während der Umwicklung fest und nimmt die Rohrumwicklung vor,indem

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man um den Kern mindestens einen Spulenträger umlaufen3äßt, der einen Vorrat für das Rohr darstellt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung erfolgt die Umwicklung von mehreren Rohren gleichzeitig,kindem man um den Kern mehrere Spulenträger umlaufen läßt, von denen jeder einen Vorrat für eines der Rohre bildet.

Gemäß etier weiteren Aus führungs form der Erfindung sind die Spulenträger drehbar um den Kern auf einem ortsfesten Laufkranz eines Trägers montiert, der in senkrechter Richtung verschiebbar ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung erfolgt der eigentliche Wickelvorgang von Hand durch je einen Bedienungsmann für jeden Spulenträger.

Gemäß einer anderen Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung formt man vor der Aufwicklung einer Rohtlage eine Lehre entsprechend der theoretischen Wickelkurve, im allgemeinen einer Schraubenlinie, gefertigt aus einem Strick,eher Richtschnur, einem Leitseil oder dergleichen, das dann zur Führung für die Aufwicklung der Rohre dieser Lage dient.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie einen horizontalen, senkrech-

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ten beweglichen Träger und eine Einrichtung zum Auf- und Abwärtsbewegen des Trägers nach Maßgabe der fortschreitenden Umwicklung aufweist, wobei der Träger den Austauscher im Verlauf der Umwicklung umgibt.

Vorzugsweise besitzt der Träger eine Plattform und abnehmbare Bühnenteile von dem Durchmesser der Schichte der Rohrlagen im Ve&auf der Umwicklung angepaßter Form- und Anzahl.

Die Vorrichtung nach der Erfindung kann außerdem ein oder mehrere Spulen aufweisen, die auf einem auf der Plattform ortsfest angebrachtem Spulenträger montiert sind, während de Spulenträger auf einem Laufkranz oder einer Schiene montiert sind, die um den Austauscherumfang während der Fertigung angeordnet ist.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung eines vorteilhaften Ausführungsbeispieles.

Fig. 1 zeigt perspektivisch aufgebrochen die gesamte Vorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 2 zeigt ebenfalls perspektivisch einen Teil der Vorrichtung.

Ein Kern oder eine Trägerfläche 1 ist in dieser Vorrichtung vertikal aufgestellt und dient zur Umwicklung eines Profils,ins-

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besondere von Rohren 2 um den Kern. Die gesamte Vorrichtung wird von einem Gestell mit einer bestimmten Anzahl senkrechter Pfosten 3 getragen. Sie besitzt einen Träger 4 besonderer Art. Dieser Träger besteht nämlich aus einem nicht abnehmbaren Teil oder einer Plattform 5 und hat abnehmbare sektorförmige Roste 6 und besitzt eine mittige Durchgangsöffnung 7 für den Kern 1 . Nach Maßgabe der Durchmesserzunahne des Kernes 1 muß der Durchmesser des Durchtrittskanals 7 vergrößert werden. Dies geschieht, indemnan den entsprechenden Teil der abnehmbaren Roste 6 am Rande des Kanals 7 abnimmt. Die entfernbaren Roste 6 ruhen auf nicht dargestellten radialen Querträgern oder Armen, die an der Plattform 5 des Trägers 4 fest angebracht sind und ihrerseits aus nebeneinanderliegenden leicht demontierbaren Bauteilen oder irgendwelchen passenden anderen Mitteln, wie Schwenkarmen, ineinanderschiebbaren Diaphragmen, Teleskopsystemen usw. bestehen. Die Vorrichtung besitzt außerdem einen ringförmigen Laufkranz 8, der mit dem Kern konzentrisch ist. Der Innenumfang dieses Laufkranzes hat einen größeren Durchmesser als der größte Wicklungsdurchmesser ,den man erreichen will. Der Laufkranz wird auf dem Träger mittels Ständern 9 abgestützt.

Die Parallelverschiebung des Trägers 4 kann auf hydraulischem, elektrischem, mechanischem oder elektronischem Wege erfolgen. So kann der Träger 4 durch hydraulische Winden 12, die mit einem Motorreduziergetriebe 13 verbunden sind, geradlinig verlagert werden. In diesem Fall kann zur Stabilisierung des Trägers 4 eine nicht dargestellte Stabiliserkettengruppe beitragen.

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Es versteht sich, daß der Träger 4 auch auf anderem Wege, wie insbesondere mittels sich auf einer Winde aufwickelnden Kabeln oder dergleichen parallelverschbben werden Jann.

An dem Laufkranz 8 sind mehrere Querträger 14* befestigt, mit denen Stangen 14 starr verbunden sind, an denen Spulenträger 15 für die Spulen 16 befestigt sind. Der Einfachheit halber ist in Fig. 1 nur ein Spulenträger dargestellt. Im allgemeinen verwendet man deren 4, aber es kann natürlich auch eine andere Anzahl vorgesehen werden. Das Gewicht der Spulen ist durch an Seilen 22 angehängte Gegengewichte 24.ausgeglichen. Die Spulenträger können an dem Stangen 14 gleitfaa: befestigt sein, Auf am Laufkranz befestigten Rollen 18 lä-naft ein Ring 19, der durch ein Eisenraster verstärkt ist, an demdie . Querträger 14· befestigt sind. Das Aufhängungssystem ist nur teilweise dargestellt.

Die Spule ist mit einer Rohrlänge aasgerüstet, die&r Länge der theoretischen Wickelkurve pder Lage entspricht und zwischen den Verteilungs- und/oder Sammeleinrichtungen^beispielsweise also zwischen den Sammlern oder Rohrplatten 24 und 25 begrenzt ist. Der Spulenträger, der von dem Ring 19 mitgenommen wird, <Sreht sich um den Kern mit einer Geschwindicjeit proportional der Verschiebegeschwindigkeit des Trägers. Diese Bewegungskombination verlegt das Rohr annähernd gemäß der gewünschten Rohrkurve. Die genaue Lage ergibt sich aus den Rohranlagewiegen 26, die zwischen Buckeln 27 auf Unterlagestreifen 28 liegen (Fig. 2),

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wobei das Rohr in die ausgewählten Rohrwiegen von Hand vom Bedienungsmann eingebracht wird. Gegebenenfalls kann die Entwicklungskurve in Formeiner Lehre,einer Schnur, eines Leitseiles usw. für die Führung des Bedienungsmannes verwirklicht werden.

Wenn die Bewegungen der Plattform und der Haspeln gut synchronisiert sind (vertikale und Umfangsgeschwindigkeit zueinander durch ein Programm gesteuert), kann gegebenenfalls die Rohrführung fortgelassen werden. Gegebenenfalls können dann Kopiermittel vorgesehen warden.

Gemäß Fig. 2 sind zwischen dem Kern und der ersten Rohrschicht und zwischen allen folgenden Rohrschichten gekerbte Unterlegbleche 28 vorgesiien. Diese halten den Abstand zwischen den Rohren derselben Schicht, zwischen den Schichten und zwischen dem Kern oder dem Austauschermantel und der angrenzenden Schicht aufrecht. Außerdem stützen sie durch die Wiegen 26 zwischen den Buckeln 27 die Rohre ab.

Auf den Laufkranz 8 können mehrere Spulenträger befestigt eein, so daß man gleichzeitig ebensoviele Rohre ein und derselben Schicht wickeln kann. Die Unterbrechung der Wickelbewegung aus irgendeinem Grunde führt nur zum Auftreten von schwachen Trägheitskräften, Und diese Kräfte werden nicht auf Teile des Austauschers übertragen.

Das Vefcfateen und die Vorrichturig gemäß der vorstehenden Beschxei-

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bung können abgewandelt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Man kann gleichzeitig mehrere Spulenträger verwenden; ein Spulenträger kann mehrere Spulen enthalten; die Wicklung kann aufsteigend oder absteigend erfolgen; ungekerbte Unterlagbleche können statt der gekerbten Unterlagbleche verwendet werden; an jedem Ende können mehr als 2 Rohrplatten vorhanden sein, so daß man getrennt mehrere Gase durch die Rohre hindurchgehen lassen kann. Der Kernkann auf einer Drehscheibe aufgesetzt sein, die mit Dämpfungseinrichtungen für die Beanspruchungen aufgrund der Rotationsträgheit ausgerüstet ist; die Spulenträger brauchen sich dann nicht um den Kern zu drehen.

Das Verfahren der Erfindung kann zur Herstellung von gewickelten Austauschern sehr verschiedener Art und Größe verwendi werdenT Es ist besonders vorteilhaft für sQhr große Austauscher, beispielsweise solche von Verflüssigungsanlagen für Naturgas. Im Gegensatz zu anderen Wickelverfahren sind beim Verfahren der Erfindung die Biegung Stadien für ein und dieselbe Rohrschicht konstant; Infolge eines konstanten Schrittes und leicht zu kontrollierender und zu regelnder Durchmesser der Bündelsc&ichten erreicht man eine sehr gute Regelmäßigkeit und Genauigkeit der durchgeführten Wicklung. Es ist insbesondere möglich, eine nicht dargestellte Biegeeinrichtung zwischen den Spulenträgern und dem Kern vorzusehen.

Die beispielsweise durch diese Biegeeinrichtung erreichten Funk-

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tionen sind eine Säuberung des von der Spule kommenden Rohes, beispielsweise mittels Durchganges zwischen zwei Filzen, Nachrichtung des Rohres vor der Aufwicklung ungefähr auf den Krümmungsradius des Kernes, gegebenenfalsl Abflachung des Rohres, Führung der Rohrabrollung und die Möglichkeit, das Rohr unter Spannung zu setzen, um die Umwicklung zu erleichtern und eine enge Wicklung zu erzielen. Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern sich daran zahlreiche Abwandlungen je nach dem vorgesehenen Verwendungszweck vornehmen lassen.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers, der ein Rohrbündel aus konzentrischen Lagen von zwischen einem zentrischen Kern und einem Außenmantel gewickelten Rohren, Verteilungs- und/oder Sammeleinrichtungen für Strömungsmittel am einen und am andren Ende des Rohrbündels, sowie Überführungseinrichtungen für ein * Strömungsmittel in Längsrichtung im Zwischenraum zwischen den gewickelten Rohren aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß man im Raum den Kern mit vertikaler Achse an-ordnet und die vorher auf die gewünschte Länge abgelängten Rohre mit ihrem einen Ende an einer Verteilungs- oder Sammeleinrichtung befestigt, daß man <3e Rohre durch Rotations- und Translationsbewegung gegenüber dem Kern wickelt und das andere Ende der Rohre an der anderen Sammeln bzw. Verteilereinrichtung befestigt.

2. Verfahren nach Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet, daß man den Kern während der Wicklung festhält und die Aufwicklung eines Rohres vornimmt, indem man mindestens einen als Rohrvorrat dienenden Spulenträger um den Kern umlaufen läßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die gleichzeitige Aufwicklung mehrerer Rohre vornimmt, indem man um den Kern mehrere Spulenträger umlaufen läßt, von denen jeder einen Vorrat für je ein Rohr bildet.

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenträger drehbar um den Kern auf einem Laufkranz montiert sind, der mit einem vertikal verschieblichen Träger fest verbunden ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eigentliche ümwicklungsvorgang durch einen diesem Spulenträger zugeordneten Bedienungsmann von Hand durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn_ zeichnet, daß man vor der Aufwicklung einer Rohrlage eine Lehre gemäß der theoretischen WicteL-kurve, im allgemeinen eine aus einer Leine, einer Schnur oder einem Seil gefertigte Schneckenlinie bildet, die dann als Führung für die Aufwicklung der Rohre in der Lage dient. ;

7. Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen in vertikaler Richtung beweglichen horizontalen Träger und eine Einrichtung zum Anheben oder Absenken das Trägers nach Maßgabe der fortschreitenden Aufwicklung aufweist, wobei der Träger den in der Aufwicklung befindlichen Austauscher umläuft.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger eine Plattform und abnehmbare Fußbodenteile von einer

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dem Durchmesser der Schicht der Rohrlagen im Verlauf der Aufwicklung entsprechenden Form und Anzahl aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch ein oder mehrere Spulen, die auf einem mit der Plattform starr verbundenen Spulenträger montiert sind.

10.-Vorrichtung nach Anspruch 9, dadunh gekennzeichnet, daß die Spulenträger auf einem Laufkranz oder einer Schiene montiert sind, die während des Herstellungsganges um den Austauscher angeordnet ist.

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