198244. lajstromszámú szabadalom • Eljárás egy vagy több fűtőcsövet tartalmazó tetszőleges hosszúságú hőcserélők gyártására
1 HU 198244 E 2 Találmányunk eljárás egy vagy több fűtőcsövet tartalmazó tetszőleges hosszúságú hőcserélők gyártására. A vegyiparban, az olajiparban, de számos más iparágakban is használatosak olyan hőcserélők, melyek egy nagyobb átmérőjű ún. köpenycsőből és ebben elhelyezett egyvagy több kisebb ún. fütőcsőból állnak. Ezek külső, vagyis köpenyterében a fűtő vagy hűtendő közeg, a fűtőcsövekben pedig a fűtendő- vagy hűtőközeg áramlik. A műszaki gyakorlatban a hőcserélők köpeny terét ún. csőkötegfalak zárják le. A fűtöcsöveket ezen csőkötegfalak furataiba préseléssel vagy hegesztéssel rögzítik, tehát mereven összekötik a hőcserélő külső köpenyét a fűtőcsövekkel. A fűtócsövek csőkötegfalba való merev kötése biztositja a vízzáróságot. A fűtő- és fűtendó közeg közötti hőmérsékletkülönbség miatt a köpenycsó üzemi hőmérséklete mindig magasabb a fűtócsövek hőmérsékleténél. Ennek hatására, a lineáris hőtágulás következtében a köpenycső hótágulásból adódó megnyúlása mindig nagyobb mértékű, mint a fűtőcsövek megnyúlása. A két közeg (fűtő- és fűtendó) hőmérsékletkülőnbségének növekedésével arányosan növekszik a csövek megnyúlásának különbsége is. Amennyiben a megnyúlások különbsége már meghaladja a fűtócsövek rugalmas nyúlásának határát - tekintve, hogy a hőcserélő merev rendszert alkot - bekövetkezik a fűtőcsövek elszakadása. A gyakorlatban több Ízben előfordult az is, hogy a csókőtegfal repedt el. A műszaki gyakorlatban a probléma megoldására különféle dilatációs elemek beépítésével próbálkoznak. Van olyan megoldás is, ahol a dilatációs mozgásokat a csőkötegfalba épített tőmszelence rendszerrel biztosítják. Ezek a megoldások a kivitelezés bonyolultsága mellett, a hőcserélőkbe új meghibásodási lehetőségek beépítését is jelentik. A fennálló problémák miatt a hőcserélők hosszméretének növelése nem volt megoldható. Hosszabb hőcserélő helyett a gyakorlatban több rővidebb hőcserélő sorbakötésével nyert egységet alkalmaztak. Ezzel a csőkötegfalak közötti tömítések számát növelték, ami különösen a nagyobb nyomású üzemekben a meghibásodások lehetőségét növelte. Törekvésünk az volt, hogy préselt, vagy hegesztett szerkezetben gyárthassunk tetszőleges hosszúságú hőcserélőt. Tekintve, hogy a problémát hőtágulás okozza, kézenfekvő lett volna valamilyen hóközléses technológia alkalmazása. A gyakorlatban régóta alkalmaznak hőközléses szerelési technológiákat, kihasználva a hó hatására létrejövő hótágulást, majd a lehűtéssel járó összehúzódást. A kocsikerekek, hordók abroncsait melegen húzzák fel, majd ezek lehűlés után jelentős szorítóerót hoznak létre. Ugyancsak régóta ismert eljárás a golyóscsapágyak tengelyre történő felhúzásénál a felmelegítés, ezzel kiküszöbölhető a csapágy szerelés közbeni mechanikai sérülése, viszont kizárt az üzem közbeni raegforgás. Ezen eljárások sorába tartozik Heinrich Mákéit .Mechanikus sajtológépek' c. könyvének 48-49. oldalán olvasható szerelési eljárás. E szerint a több darabból álló sajtológépek szerelésekor az egyes elemek összeerősítésére szolgáló vonórudat felmelegítik, a rúd végein levő csavaranyát a rúd meleg állapotában húzzák meg, ennek következtében a vonórúd lehűlésekor zsugorító, előfeszítő eró keletkezik. Ennek szerepe kettős: egyrészt meggátolja a csavaranyák lerázódását, másrészt viszont a gép működése közben mint húzórugó szerepel és mintegy kiegyenlíti az állvány rugózását. Az ismert eljárások kivétel nélkül megegyeznek abban, hogy a hóközlést követő lehűtéssel irányított, funkcionális erőt hoznak létre, mely erőnek a gép, vagy berendezés üzemelése során kell hatnia. Törekvéseink ezzel ellentétesek, vagyis olyan szerkezetet kell alkotnunk, melyben az üzemelés körülményei között fellépő erők eredője nullával egyenlő. Találmányunk azon a felismerésen alapszik, hogy a hőcserélő gyártása során kell hóközléssel az üzemi körülményeknek megfelelő körülményeket teremteni. Vizsgálataink során felismertük azt, hogy a gyártás közben a merev szerkezetben olyan feszültségeket kell létrehoznunk, melyek az üzemelés körülményei között ébredő feszültségekkel megegyező nagyságú, de ellentétes irányú erőket ébresztenek. Ezt a célt legegyszerűbben úgy érhetjük el, hogyha a fűtöcsöveket a hőcserélő névleges hosszánál a köpenycső és a fűtőcsövek üzemi körülmények közötti lineáris hőtágulás különbség al nagyságával hosszabbra szabjuk le, ezek egyik végét a kópenycsőre előre felhegesztett csókötegfalba rögzítjük, majd ezt követően a köpenycsövet önmagában ismert módon hóközléssel olyan hőmérsékletre melegítjük, hogy annak ál nagyságú lineáris hótágulása jöjjön létre, akkor a fűtőcsöveket a köpenycső másik oldalán levő csőkötegfalban rögzítjük, majd a csőkötegfalakat feszültségmentesítö hőkezelésnek vetjük alá. A köpenycsó és a fűtőcsó vagy fűtőcsövek közötti - üzemelés közben - lineáris hótágulás különbség mértéke a al = LocCat képletből számítható, melyben Lo a hőcserélő névleges hossza, cC az anyagra jellemző hótágulási együttható, at pedig a fűtő és fűtött közeg közötti hőmérsékletkülönbség. Ezek az adatok a hőcserélő tervezése során rendelkezésre állnak. A fűtócsövek rögzítése a kőtegf.tlban az általános gyakorlat szerint pl. hegesztéssel, vagy préseléssel történhet. A művelet megfelelő kivitelezése esetén a csatlakozás géztömőrré válik. A köpenycsó gyártás közbeni felmelegítését legegyszerűbben gáz-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
