專利名稱：采暖鍋爐的熱交換器管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1前序部分所述之采暖鍋爐，尤其是煤氣熱值鍋爐(Gas-Brennwertkessel)的熱交換器管。
在主要出現(xiàn)在用煤氣燃燒室工作的采暖鍋爐中的熱值鍋爐的情況下，燃燒后的氣體冷卻到廢氣水分凝結(jié)為止，以便還能充分利用凝結(jié)熱。為此其前提條件為，采暖鍋爐應(yīng)以這樣一個鍋爐水溫工作，即，在燃燒后氣體通過采暖鍋爐的路程末端處的這一溫度，低于燃燒后氣體的露點溫度。人們力圖以盡可能短的燃燒氣體經(jīng)過采暖鍋爐中水冷式熱交換器管的路程，將燃燒氣體從高的、在現(xiàn)代的煤氣燃燒室中可能約為850℃的進口溫度，冷卻到露點溫度與采暖鍋爐網(wǎng)路回水中具有的例如最低為30℃的鍋爐水溫之間。對此已知一些熱交換器管，它們由一個圓柱形光滑壁、用一種耐廢氣冷凝液酸腐蝕的鋼制造的外管，和一個插入外管中、橫截面星形的鋁制成型嵌件組成。對于大多數(shù)通用結(jié)構(gòu)形式的采暖鍋爐，外管必須用鋼制造，以便能在其末端焊入管道槽或管板中，管板一方面將圍繞著熱交換器管的鍋爐水腔與燃燒室分開，另一方面使之與采暖鍋爐的廢氣收集器分開。由鋼的外管和鋁的成型嵌件組成的組合管可以承受高的氣體進口溫度，因為鋁有高于鋼的熱膨脹系數(shù)，所以嵌件在它與外管的接觸部位，通過一個隨著溫度上升甚至變復(fù)劇烈的壓力，使之與外管保持傳熱的接觸。在這種已知的組合管中，從星形的鋁制成形嵌件向鋼外管的熱傳導的確定和限制是由于，嵌件只是在它輻射狀臂的梳狀面與外管接觸，臂的橫截面是薄壁狀的，以便在外管內(nèi)有足夠的凈截面用于通過燃燒氣體流。此外，業(yè)已證明對于將鋼的外管焊入管板中為必要的是，在外管端部，此星形鋁制成型嵌件的末端必須有足夠的回退，以免鋁制成型嵌件的輻射狀臂，由于在外管端部產(chǎn)生的焊接熱而損壞。
本發(fā)明的目的是提供一種上述類型的熱交換器管，它可以有更高的從燃燒氣體向鍋爐用水傳熱的功率，并與此同時易于制造，以及在裝入采暖鍋爐中時可以進一步加工。按本發(fā)明為達到此目的是設(shè)計出具有權(quán)利要求1特征部分所述特征的、由鋼外管和鋁成型嵌件組成為組合管的熱交換器管。
按本發(fā)明熱交換器管的管體狀成型嵌件，一方面可設(shè)計為具有一個很大的、從燃燒氣體吸熱的內(nèi)部表面，最好帶有設(shè)在兩個半殼內(nèi)側(cè)上的梳狀肋，而另一方面尤其是與已知的星形型面相比，有一個大得多的外表面與水冷的鋼外管內(nèi)側(cè)接觸，因此顯著提高了從燃燒氣體向鍋爐用水的熱傳導功率。通過試驗證實，對于熱值鍋爐，采暖系統(tǒng)網(wǎng)路回水在進入采暖鍋爐時的水溫約為30℃，在按本發(fā)明的熱交換器管的管長只有50厘米時可做到，使進入熱交換器管中具有約850℃溫度的燃燒氣體，在按本發(fā)明的熱交換器管中可以冷卻到一個僅僅略高于回水溫度的出口溫度約為48℃。這一突出的結(jié)果用迄今已知和適用于熱值鍋爐的熱交換器管無一能夠達到。短的熱交換器管還帶來了另一項重要優(yōu)點在垂直排列熱交換器管時熱值鍋爐的總高度可以設(shè)計得較低，或在水平排列熱交換器管時可以設(shè)計得較短，并因而可以節(jié)省空間。盡管成型嵌件設(shè)計為與外管有一個大的接觸面，以及在內(nèi)部有一個大的加熱面密封，管體狀的成形嵌件通過分成兩個半殼，以及通過將每一個帶肋的半殼設(shè)計為一側(cè)敞開的形狀，仍能簡便和價廉物美地制成。為了通過擠壓制造，在拉拔模中不需要所謂的浮芯(fliegenden Kerne)，因此拉拔模便宜和還可以經(jīng)久耐用。對于按本發(fā)明的熱交換器管的進一步加工或?qū)τ谄湓诓膳仩t中的裝配而言，突出的優(yōu)點在于，在將外管焊入管板中時，由于成型嵌件極大的傳熱-接觸面和導熱能力，當成型嵌件的端部直至達到與焊在管板中的外管端部齊平時，不會引起鋁制成型嵌件損壞。這就是說，此熱交換器管不需要制造成具有相對于外管端回退的成型嵌件，而是可以為了裝入采暖鍋爐中，從制造好長的按未出售的制品上按所需長度，切下一個簡單的直段。具有一種由槽狀凹陷與肋狀凸起組成的迷宮密封裝置的這種兩個半殼接觸縱邊的設(shè)計，避免了形成間隙，要不然廢氣或冷凝液就會通過所形成的間隙侵入鋁成型嵌件與鋼外管之間，并導致間隙腐蝕。如果在按本發(fā)明的熱交換器管最簡單的結(jié)構(gòu)形式內(nèi)，成型嵌件直接在管體的全部圓周面上貼靠著外管，那么就可以用簡單的方法這樣進行熱交換器管的制造，即，管體的外徑基本上與外管的內(nèi)徑相一致，并且僅僅是小那么一點點，使管體可以不費力地推入外管中；以及，然后例如通過軋制過程或拉伸過程，由于整個外管圓周永久的壓縮變形，使外管沿徑向壓緊并壓向鋁制的成型嵌件。于是，兩個半殼互相接觸的縱向邊以及管體與外管緊密地壓緊在一起，從而不再存在任何間隙。這一點對于通過管板伸出的熱交換器管端部的端面也很重要，這樣就可以在那里也沒有廢氣或冷凝液侵入鋁成型嵌件的管體與鋼外管之間。
在從屬權(quán)利要求中說明了按本發(fā)明的熱交換器管的有利的進一步改進。
附圖表示了按本發(fā)明熱交換器管的各種實施例。其中

圖1具有一個直接貼靠在鋼外管上的鋁成型嵌件的熱交換器管實施形式；圖2按圖1所示類型的實施形式，采取簡單的附加措施以增大內(nèi)表面；圖3具有一個通過中間成型件間接貼靠在外管上的按圖1所示類型成型嵌件的實施形式。
在圖1中表示的熱交換器管由圓柱光滑壁的外管1和成形嵌件2組成，前者用不銹的鉻鋼制造，后者用鋁。成型嵌件2由一個管件構(gòu)成，它沿一個通過外管縱軸線延伸的接合面分為兩個半殼3、4。在半殼3、4的內(nèi)側(cè)制有肋5，它們沿外管1的縱向處伸，并伸入管體的內(nèi)部橫截面中，使每一個半殼3、4通過其肋5形成一個一側(cè)敞開的成型件，所以帶有肋的半殼可以在無需所謂浮芯的情況下簡單和便宜地通過擠壓?；蚶文Ｖ瞥?。肋5最佳的方式是如圖1的實施例所示，設(shè)計為梳狀的并垂直于接合面地豎立在兩個半殼3、4的內(nèi)側(cè)，此時這兩個半殼3、4的肋5成對地彼此相對，并一直延伸到接合面或至少延伸到接合面附近。尤其在肋5的這種梳狀結(jié)構(gòu)的情況下，在擠壓制造半殼時，肋上可制有沿外管1或半殼3、4的縱向延伸的波紋狀成型表面，它們非常有效地增大了成型嵌件2從燃燒氣體受熱的內(nèi)表面面積。在半殼沿接合面接觸的縱邊6上，兩個半殼3、4都設(shè)計有槽狀凹陷7和肋狀凸起8，它們垂直于接合面并可互相插入，縱邊通過它們互相插接成一種迷宮密封裝置。這兩個在半殼縱邊接縫處的密封是重要的，為的是不產(chǎn)生間隙，要不然廢氣或凝液會通過這種間隙侵入成型嵌件2的管體與外管1之間，并在那里導致間隙腐蝕。若這兩個半殼如圖1所示在其中一個縱邊上設(shè)肋狀凸起而在另一個縱邊上設(shè)槽狀凹陷，那么這兩個半殼就可以從擠壓制成的相同成型條上切下所需要的長度，并在將其中一個半殼繞縱軸線轉(zhuǎn)180°后便可適配在另一個半殼上。為了能看得清楚起見，圖1表示的熱交換器管還不是處于最終完成的狀態(tài)。由兩個半殼3、4合并而成的管體(在圖1所示的實施例中，管體以其全部圓周面貼靠在外管1上)制成一個外徑，這一外徑略小于外管的內(nèi)徑，以便使管體或成型嵌年2能順利地推入外管中去。然后，通過軋制或拉伸過程，使外管在其整個圓周受到一個沿徑向的永久壓縮變形，以便外管和成型嵌件互相壓靠，形成一種對于熱傳導至關(guān)重要的整個外管內(nèi)表面與整個成形嵌件外表面之間緊密的接觸。由此，還使這兩個半殼通過凹陷和凸起互相插接的縱邊消除間隙，并為防廢氣或冷凝液流過而絕對密封地壓緊在一起，以致在已完成的熱交換器管橫截面的顯微薄片中，從未在半殼縱邊之間發(fā)現(xiàn)有縫。此外，外管與成型嵌件在互相接觸的圓周面無間隙地緊壓在一起，還可以防止廢氣或凝液在裝入采暖鍋爐的熱交換器管端面處侵入外管與成型嵌件之間。成型嵌件與外管之間熱交換器管極高的熱傳導能力，還對于在將熱交換器管的端部焊入采暖鍋爐的管道座或管板中時的反向熱流，起出人意料之外的有利作用。焊接度驗證明，即使對于鋁制成型嵌件與鉻鋼外管的端面齊平的情況，也令人驚異地發(fā)現(xiàn)鋁并未受損害或熔化掉，盡管此時鉻鋼的外管必須通過液態(tài)的焊接材料熔體與采暖鍋爐的管板焊接在一起。因此，熱交換器管可按采暖鍋爐所需的長度，切成簡單的直的切邊段或鋸切段，或從制成的熱交換器管按未出售的制品上切下么一個簡單的直段。
圖2表示了一種與圖1類似的實施例，其中，梳狀排列的肋5頂端彼此保持一個間距，以便能在頂端之間放入一塊板狀的鋁制扁平成型件9。肋的長度尺寸設(shè)計成，在將半殼3、4拼裝成管體狀成型嵌件時，梳尖以其與肋的橫截面相應(yīng)的端而緊緊地和無間隙地壓在扁平成型件9上，以便在扁平成型件與肋之間形成一種可靠的導熱接觸。除此之外，兩個半殼互相接觸的縱邊，也可設(shè)計為使它們圍攔著扁平成型件的縱邊，并在完成加工的熱交換器管中彼此之間具有良好導熱地夾緊。借助于此在半殼之間置入的扁平成型件，可使成型嵌件2吸熱內(nèi)表面的面積，又一次地通過簡單和便宜的方法，增大一個數(shù)量級為10％或10％以上的顯著的量。
圖3表示了一種實施例，其中，按圖1所示類型的鋁成型嵌件2不直接以其外側(cè)與外管1的內(nèi)側(cè)接觸，而是有一個比外管1的內(nèi)徑小得多的外徑。在外管1與成型嵌件2之間由此所形成的環(huán)腔中，裝有一個圓柱環(huán)形的鋁制中間成型件10。此中間成型件10由一個管壁和多個沿徑向設(shè)在管體內(nèi)側(cè)上的肋11所組成，其中，管壁以其全部外圓周面導熱地貼靠在外管1的全部內(nèi)表面上；而肋11一直伸到成型嵌件2的外側(cè)上，并與成型嵌件的外側(cè)導熱地面接觸。與里面的成型嵌件2類似，中間成型件10沿一個通過外管縱軸線延伸的接合面，分成兩個一側(cè)敞開的半中間成型件，因此它們同樣可以用一個無需浮芯的拉拔模，通過擠壓；用鋁制成。此中間成型件10類似于借助圖1所示之成型嵌件2，在這兩個半中間成型件上設(shè)計有緊密地互相接觸亦即互相插入的縱邊。與圖1所示之實施形式相比，采用圖3的實施形式，熱交換器管可與燃燒氣體接觸并吸熱的內(nèi)部總表面積增大100％。因此，熱交換器管的長度還可以進一步顯著縮短，以便在一臺熱值鍋爐中，將例如進口溫度850℃的燃燒后氣體，冷卻到一個顯著低于燃燒氣體露點溫度的出口溫度，例如為48℃。
權(quán)利要求
1.用于采暖鍋爐尤其用于煤氣-熱值鍋爐的熱交換器管，由一個圓柱形光滑壁的鋼制外管(1)和一個插入外管中的鋁制成型嵌件(2)組成，外管(1)被采暖鍋爐燃燒的廢氣流過，外側(cè)被采暖鍋爐用水包圍，成型嵌件(2)上有沿其縱向延伸的肋(5)以增大外管的內(nèi)部表面積，以及成型嵌件(2)與外管(1)傳熱接觸，其特征為成型嵌件(2)由一個管體組成，它沿一個通過外管縱軸線延伸的接合面分為兩個半殼(3、4)；在兩個半殼互相接觸的縱邊(6)上，設(shè)計有槽狀凹陷(7)和肋狀凸起(8)，并借助于它們垂直于接合面似密封裝置地互相插接；以及，兩個半殼(3、4)在它們的內(nèi)側(cè)以這樣的方式設(shè)有伸入管體內(nèi)橫截面中并沿外管縱向延伸的肋5，即，每個帶有肋的半殼構(gòu)成了一個一側(cè)敞開的成型件。
2.按照權(quán)利要求1所述之熱交換器管，其特征為兩個半殼(3、4)內(nèi)側(cè)設(shè)有梳狀排列的肋(5)，它們垂直于接合面豎立著，并成對地彼此相對，一直延伸到接合面。
3.按照權(quán)利要求1或2所述之熱交換器管，其特征為這兩個半殼(3、4)各在一個縱邊上設(shè)有一個密封槽(7)，而在另一個縱邊(6)上設(shè)有一個與槽的形狀相匹配的密封肋(8)。
4.按照權(quán)利要求1至3之一所述這熱交換器管，其特征為肋(5)設(shè)有一種沿外管縱向亦即半殼縱向延伸的波紋狀成型表面。
5.按照權(quán)利要求1所述之熱交換器管，其特征為由兩個半殼(3、4)組合而成的成型嵌件(2)有一個基本上與外管(1)的內(nèi)徑一致的外徑，并在它的整個圓周面上直接貼靠在外管上；以及，成型嵌件(2)通過整個外管圓周沿徑向的永久壓縮變形，與外管(1)壓緊在一起。
6.按照權(quán)利要求2所述之熱交換器管，其特征為在這兩個半殼(3、4)梳狀肋(5)的頂端之間，置入一塊板狀的鋁制扁平成型件(9)，以及，肋的長度設(shè)計為，在將半殼組合為成型嵌件(2)時，梳尖導熱地壓在扁平成型件上。
7.按照權(quán)利要求2所述之熱交換器管，其特征為由帶梳狀肋(5)的半殼(3、4)組成的成型嵌件(2)，有一個比外殼(1)的內(nèi)徑小得多的外徑；以及，成型嵌件(2)與外管(1)之間的環(huán)腔中裝有一個鋁的中間成型件(10)，它由一個貼靠著外管(1)的管壁和多個從管壁出發(fā)沿徑向一直伸到成型嵌件(2)上的肋(11)組成，并同樣沿一個通過外管縱軸線延伸的接合面，分為兩個一側(cè)敞開的半中間成型件，它們在其管壁的縱邊上設(shè)計為密封裝置狀并互相貼靠，在這種情況下，通過外管(1)沿徑向的永久壓縮變形，使中間成型件與外管(1)以及與在里面的成型嵌件(2)，傳熱地緊壓在一起。
全文摘要
熱交換器管由一個圓柱形光滑壁的鋼制外管(1)組成，在外管(1)內(nèi)插入鋁制的成型嵌件(2)。成型嵌件由兩個半殼(3、4)構(gòu)成，它們在其縱邊借助于槽狀凹陷(7)和肋狀凸起(8)互相插接。在兩個半殼(3、4)的內(nèi)側(cè)設(shè)有沿縱向延伸的肋(5)，它們的指向設(shè)計為，使每個帶肋的半殼構(gòu)成一個一側(cè)敞開的成型件。
文檔編號F28F1/40GK1144558SQ95192244
公開日1997年3月5日 申請日期1995年3月15日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月24日
發(fā)明者沃爾夫?qū)P克爾 申請人:霍瓦英特利茲股份公司