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Fingerhut-Schweißstopfen zum Verschließen von Rohrbodenbohrungen in Wärmetauschern

IP.com Disclosure Number: IPCOM000017546D
Original Publication Date: 2001-Apr-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-23
Document File: 3 page(s) / 126K

Publishing Venue

Siemens

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Reinhard Arenz: AUTHOR [+3]

Abstract

Das zuverlässige, dauerhafte Verschließen von Rohrbodenbohrungen in Wärmetauscherrohrböden, die während des Betriebs schnellen, hohen transienten Temperaturbeaufschlagungen ausgesetzt sind, zwecks Abdichtung von defekten Rohren oder verbohrten Rohrbodenbohrungen, stellt ein technologisches Problem dar. Beispiel: Heißseitiger Rohrboden eines Turbinenschaufel-Kühlluftkühlers, dessen Rohre wasserseitig mittels "inbore welding" eingeschweißt sind. Das Verschlußelement soll ohne geometrisch-mechanische Bearbeitung des Setzbereiches und ohne Maßaufnahme in alle Rohrpositionen, d.h. auch in vormals mit konischen Vollstopfen bestückten Positionen und in unmittelbarer Nähe der Behälterwand sowie für alle in Frage kommenden Einbaulage definiert plaziert und dauerhaft befestigt werden können.

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Energie

Fingerhut-Schweißstopfen zum Verschließen von Rohrbodenbohrungenin Wärmetauschern

Idee: Reinhard Arenz, Herzogenaurach; Siegfried Gügel, Möhrendorf;

Winfried Hehn, Großenseebach

Das zuverlässige, dauerhafte Verschließen von Rohrbodenbohrungen inWärmetauscherrohrböden, die während des Betriebs schnellen, hohen transientenTemperaturbeaufschlagungen ausgesetzt sind, zwecks Abdichtung von defekten Rohren oderverbohrten Rohrbodenbohrungen, stellt ein technologisches Problem dar. Beispiel: HeißseitigerRohrboden eines Turbinenschaufel-Kühlluftkühlers, dessen Rohre wasserseitig mittels "inborewelding" eingeschweißt sind. Das Verschlußelement soll ohne geometrisch-mechanischeBearbeitung des Setzbereiches und ohne Maßaufnahme in alle Rohrpositionen, d.h. auch invormals mit konischen Vollstopfen bestückten Positionen und in unmittelbarer Nähe derBehälterwand sowie für alle in Frage kommenden Einbaulage definiert plaziert und dauerhaftbefestigt werden können.

Gelöst wurde das benannte Problem bisher durch Einschlagen konischer Vollstopfen, von deneneinige sich bereits innerhalb von nur zwei Monaten Betriebszeit aus der Rohrbodenplatte lösten.Diese wurden durch solche mit flacherem Flankenwinkel ersetzt. Bei der anschließendenWasserdruckprobe mußten mehrmals Stopfen pneumatisch und auch mechanisch nachgehämmertwerden, um die Setzpositionen abzudichten. Die Undichtigkeit bzw. das Lösen des Vollstopfensist einerseits auf dessen plastische Deformation und die der Rohrbodenplatte im Kontaktbereichinfolge des Einschlagens zurückzuführen, da betriebsbedingte zyklischen Belastungen zu einerfortschreitenden Plastifzierung und somit zunehmenden Verringerung der den Kontaktbereichabdichtenden Vorspannung beitragen. Zudem hat der Vollstopfen den Nachteil, daß er schnellen,hohen transienten Temperaturbeaufschlagungen nicht annähernd so schnell zu folgen vermag, wiedies im Bereich des kontaktierten Rohrbodenstegs der Fall ist. Die sich daraus ergebendenunterschiedlichen Wärmedehnungen würden auch bei mittels Kehlnaht eingeschweißtenVollstopfen zu Leckagen führen.

Zur Lösung des Problems wird das Einschweißen eines dünnwandigen konischen Stopfens mitAnschlagfase (Fingerhut-Schweißstopfen) vorgeschlagen. In dem die Schweißnaht maßgeblichbeeinflussenden Bereich vermag die dünne Stopfenwand den schnellen, hohen transientenTemperaturbelastungen nahezu so schnell zu folgen, wie das im Bereich des angrenzendenRohrbodenstegs der Fall ist. Dadurch stellt sich im Schweißnahtbereich ein derart geringerSpannungrange ein, dass die volle Betriebszeit ermüdungssicher abgedeckt werden kann, wie einediesbezüglich durchgeführte FE-Analyse für den Kühlluftkühler belegt. Die Länge des konischen

Siemens Technik Report

Jahrgang 4  Nr. 11  April 2001

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