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Spiralrippenrohr | Integrierte Spiralrippenrohre
Spiralrippenrohr
Das Spiralrippenrohr ist ein effizientes Wärmeübertragungselement mit spiralförmigen Rippen. Seine Wärmeübertragungsfläche ist um ein Vielfaches bis mehrere Zehnfache größer als die von blanken Rohren, was die Wärmeübertragung verbessert, den Strömungswiderstand verringert und den Metallverbrauch senkt, wodurch die Wirtschaftlichkeit und Betriebszuverlässigkeit von Wärmeaustauschgeräten verbessert wird. Spiralrippenrohre werden häufig in verschiedenen Kesseln verwendet. Es gibt mehrere Herstellungsverfahren für Spiralrippenrohre, die in Wärmeaustauschgeräten wie Kesseln und Druckbehältern verwendet werden, darunter hochfrequenzwiderstandsgeschweißte Spiralrippenrohre, gelötete Spiralrippenrohre und integrierte Spiralrippenrohre. Dieser Artikel enthält detaillierte Informationen zu den Herstellungsverfahren, Leistungsbewertungskriterien, Anwendungen und Vorteilen integrierter Spiralrippenrohre.
Inhaltsverzeichnis für Spiralrippenrohre
1. Grundlegende Einführung
2. Herstellungsverfahren
3. Kriterien zur Leistungsbewertung
▪ Schweißgeschwindigkeit
▪ Schweißnahtzugfestigkeit
▪ Wärmebehandlung nach dem Schweißen
▪ Wärmeübertragungseffekt
▪ Lebensdauer
▪ Wirtschaft
4. Technologische Vorteile
5. Entwicklung und Anwendungen
6. Ausblick
Grundlegende Einführung in Spiralrippenrohre
Spiralrippenrohre werden häufig in Kesselökonomisern, Luftvorwärmern und Abwärmekesseln zur Wärmerückgewinnung sowie in verschiedenen Wärmeaustauschgeräten in der Chemie- und Druckbehälterindustrie eingesetzt. Ihre Anwendung in Kesselanlagen reicht von kleinen bis zu großen Kapazitäten, und ihre Nutzung nimmt zu. Mehrere spezialisierte Fertigungsfabriken in China können hochfrequenzgeschweißte und gelötete Spiralrippenrohre herstellen. Die Ausrüstung und Technologie für die Produktion von Spiralrippenrohren wurden im Inland entwickelt und entsprechen fortschrittlichen internationalen Standards [2].
Vorteile der Verwendung von Rippenrohren:
1) Erhöht die Wärmeübertragungsfläche innerhalb des Nutzraums und verbessert so die Wärmeübertragungseffizienz.
2) Reduziert den Platzbedarf der Wärmeübertragungsfläche und ist daher für Kompaktkessel geeignet.
3) Senkt die Gerätekosten und verbessert die Gerätesicherheit.
4) Reduziert die Betriebskosten durch geringeren Druckabfall auf der Wasserseite.
5) Erhöht die Rippenrohrsteifigkeit und verbessert die Erdbebensicherheit.
Herstellungsverfahren für Spiralrippenrohre
Zur Herstellung von Spiralrippenrohren können verschiedene Verfahren eingesetzt werden. Die wichtigsten Herstellungsverfahren für Rippenrohre, die in Wärmeaustauschgeräten wie Kesseln und Druckbehältern verwendet werden, sind wie folgt:
Hochfrequenz-widerstandsgeschweißte Spiralrippenrohre
Hochfrequenz-widerstandsgeschweißte Spiralrippenrohre leiten hochfrequenten elektrischen Strom in die geschweißten Komponenten ein und erzeugen Widerstandswärme an der Kontaktfläche und angrenzenden Bereichen. Diese Wärme schmilzt oder schmilzt die Kontaktfläche der geschweißten Komponenten teilweise. Anschließend wird Druck auf die geschmolzene oder teilweise geschmolzene Oberfläche ausgeübt, um den Schweißvorgang abzuschließen.
Gelötete Spiralrippenrohre
Bei gelöteten Spiralrippenrohren wird ein Lötmaterial mit niedrigerem Schmelzpunkt in die Lücken zwischen den geschweißten Komponenten gefüllt. Die Löttemperatur wird dann erhöht, wodurch das Lötmaterial schmilzt und die Verbindungsflächen benetzt, ohne die geschweißten Komponenten zu schmelzen. Die Lötverbindung wird durch Kapillardiffusion gebildet und vervollständigt das Schweißen des Spiralrippenrohrs.
Integrierte Spiralrippenrohre
Integrale Spiralrippenrohre werden hergestellt, indem dickwandige Rohre (Rohlinge) einer mittelfrequenten Dauererhitzung ausgesetzt werden. Anschließend werden die Rohre extrudiert und durchbohrt, um in einem einzigen Formgebungsprozess integrale Spiralrippen zu bilden. Das neueste Herstellungsverfahren für integrale Spiralrippen, das von einem inländischen Unternehmen entwickelt wurde, wurde zusammen mit der selbstgebauten Ausrüstung zur Herstellung integraler Rippenrohre patentiert.
Kriterien zur Leistungsbewertung von Spiralrippenrohren
Die wichtigsten Herstellungsverfahren für Spiralrippenrohre werden zum Vergleich in geschweißte Rippenrohre (Hochfrequenzschweißen, Löten) und integrierte Spiralrippenrohre unterteilt. Im Folgenden sind einige Kriterien zur Leistungsbewertung aufgeführt:
Schweißrate (auch als Fusionsrate bekannt)
Die Schweißrate bestimmt die Breite und Gesamtlänge der Rippennaht. JB/T 6512-92, „Technische Bedingungen für die Herstellung von hochfrequenzwiderstandsgeschweißten Spiralrippenrohren für Kessel“, gibt an, dass die Schmelzrate in Breitenrichtung des Stahlbands nicht weniger als 80 % betragen darf. Obwohl die Längsrichtung nicht angegeben ist, ist davon auszugehen, dass eine Rate von nicht weniger als 80 % über die gesamte Rippenlänge akzeptabel ist.
Die örtlich nicht verschmolzene Länge der Schweißnaht sollte den Rohrdurchmesser nicht überschreiten und nicht größer als 50 mm sein. Die Anzahl der nicht verschmolzenen Stellen pro Meter sollte 2 nicht überschreiten, da sonst zusätzliche Schweißarbeiten erforderlich sind.
HG/T 3181-1989, „Hochfrequenz-widerstandsgeschweißte Spiralrippenrohre“, schreibt vor, dass die Gesamtlänge der eigentlichen Schweißnaht nicht weniger als 90 % der gesamten Rippenlänge und die durchschnittliche Breite der Schweißnaht nicht weniger als 80 % der Rippenbreite betragen darf.
Die Schweißrate für hochfrequenzwiderstandsgeschweißte Spiralrippenrohre kann in der Praxis 90–95 % erreichen, während die Schweißrate für gelötete Spiralrippenrohre etwas höher ist als die beim Hochfrequenzschweißen. Beide Schweißraten lassen sich jedoch nicht leicht überprüfen.
Bei Rohren mit integrierten Spiralrippen gibt es, wie der Name schon sagt, keine Schweißprobleme mit den Rippen, und die Schweißrate muss nicht überprüft werden.
Schweißnahtzugfestigkeit
JB/T 6512-92 gibt an, dass die Zugfestigkeit der Schweißproben nicht unter 196 MPa liegen darf. HG/T 3181-92 enthält keine solchen Spezifikationen.
Bei hochfrequenzwiderstandsgeschweißten Spiralrippenrohren hat die von den Herstellern angegebene Zugfestigkeit der Schweißnaht 200 MPa überschritten und übersteigt in einigen Fällen sogar 300 MPa. Die Zugfestigkeit der Schweißnaht bei gelöteten Spiralrippenrohren kann diese Anforderung im Allgemeinen ebenfalls erfüllen.
Bei Rohren mit integrierten Spiralrippen, deren Rippen durch Extrusion und Walzen bei hohen Temperaturen geformt werden, gibt es keine Probleme mit der Zugfestigkeit der Schweißnähte.
Wärmenachbehandlung
Die Wärmeeinflusszone von hochfrequenzwiderstandsgeschweißten Spiralrippenrohren ist minimal. Ausländische Normen schreiben eine Wärmeeinflusszone von weniger als 0,8 mm vor, wobei einige inländische Hersteller eine Wärmeeinflusszone von weniger als 0,5 mm messen. Daher schreiben einige Normen keine Wärmebehandlung nach dem Schweißen für hochfrequenzwiderstandsgeschweißte Spiralrippenrohre vor. JB/T 6512-92 schreibt vor, dass für Spiralrippenrohre aus legiertem Stahl nach dem Schweißen eine Spannungsentlastungswärmebehandlung durchgeführt werden muss.
Der Produktionsprozess von integrierten Spiralrippenrohren umfasst das erneute Extrudieren und Walzen des ursprünglichen dickwandigen Rohrohrs bei hohen Temperaturen. Nach dem Extrudieren und Walzen bei hohen Temperaturen ist keine Spannungsentlastungswärmebehandlung erforderlich.
Wärmeübertragungseffekt
Die Wärmeübertragungswirkung von hochfrequenzwiderstandsgeschweißten und gelöteten Spiralrippenrohren ist mindestens viermal höher als die von blanken Rohren. Die Wärmeübertragungswirkung von gezackten Rippenrohren ist besser als die von integrierten Rippen. Es ist jedoch zu beachten, dass die Schweißrate der Rippen-Rohr-Naht nicht 100 % beträgt, wie in den Normen angegeben; sie muss nur 80 % oder mehr betragen. Die nicht verschmolzenen Teile verursachen einen thermischen Widerstand, der die Wärmeübertragungswirkung beeinträchtigt.
Bei integrierten Spiralrippenrohren besteht ein 100-prozentiger Kontakt zwischen den Rippen und dem Mutterrohr. Darüber hinaus erhöht der sanfte Übergang der Rippenbasis zum Mutterrohr während der Formgebung nicht nur die Steifigkeit und Druckbelastbarkeit der Rippen, sondern erleichtert auch die Wärmeübertragung, wodurch theoretisch ein Wärmeübertragungseffekt von 100 % erreicht wird.
Lebensdauer
Die Lebensdauer von hochfrequenz-widerstandsgeschweißten Spiralrippenrohren im Luftvorwärmer eines Abwärmekessels hängt direkt von der Zugfestigkeit der Schweißnaht ab. Bei geringer Zugfestigkeit der Schweißnaht bricht die Rippe unter Belastung leicht vom Mutterrohr ab, was zu Undichtigkeiten führt. Daher beträgt die Lebensdauer von hochfrequenz-widerstandsgeschweißten Spiralrippenrohren im Allgemeinen etwa 5 bis 8 Jahre. Einige Hersteller haben die Rippenbreite oder -dicke erhöht, um die Zugfestigkeit der Schweißnaht zu verbessern und die Lebensdauer zu verlängern.
Die Lebensdauer gelöteter Spiralrippenrohre ist im Allgemeinen kürzer als die von hochfrequenzwiderstandsgeschweißten Spiralrippenrohren. Der Grund dafür ist, dass gelötete Verbindungen anfälliger für thermische Ermüdung sind und das Lötmaterial empfindlich auf Spannungskorrosion reagiert.
Das durch kontinuierliches Extrudieren und Walzen geformte integrierte Spiralrippenrohr weist keine Schweißnähte auf und die Spannung ist gleichmäßig. Daher ist seine Lebensdauer deutlich länger als die von geschweißten und gelöteten Rippenrohren und kann 10 bis 20 Jahre erreichen.
Wirtschaft
Die Wirtschaftlichkeit von hochfrequenzwiderstandsgeschweißten Spiralrippenrohren liegt in den niedrigen Herstellungskosten. Die Schweißrate und die Zugfestigkeit sind die Schlüsselfaktoren, die die Wirtschaftlichkeit beeinflussen. Hersteller mit fortschrittlicher Technologie und strenger Qualitätskontrolle können eine Schweißrate von 90 % - 95 % und eine Zugfestigkeit von über 200 MPa erreichen und sich so einen Wettbewerbsvorteil sichern.
Gelötete Spiralrippenrohre haben aufgrund der Verwendung von Lötmaterialien etwas höhere Herstellungskosten. Einige gelötete Rippenrohre weisen jedoch eine höhere Schweißrate auf als hochfrequenzwiderstandsgeschweißte Rippenrohre.
Die Herstellungskosten von Rohren mit integrierten Spiralrippen sind relativ hoch, aber ihre lange Lebensdauer macht sie auf lange Sicht wirtschaftlicher. Rohre mit integrierten Spiralrippen eignen sich besonders für den Einsatz in großen Wärmeaustauschanlagen.
Technologische Vorteile von Integralspiralrippenrohren
Das integrierte Spiralrippenrohr ist ein innovatives Produkt, das mehrere technologische Vorteile vereint:
1. Materialeinsparung: Integrierte Spiralrippenrohre werden aus dickwandigen Rohren (Blindrohren) hergestellt, wodurch zusätzliche Rippen überflüssig werden und der Metallverbrauch reduziert wird.
2. Hohe Fertigungseffizienz: Der Produktionsprozess von integrierten Spiralrippenrohren umfasst kontinuierliches Erhitzen mit mittlerer Frequenz, Extrusion und Durchstechen, was ein einmaliger Formgebungsprozess ist. Der Prozess ist hocheffizient und kann in wenigen Sekunden abgeschlossen werden.
3. Stabile Leistung: Das integrierte Rippenrohr wird durch kontinuierliches Extrudieren und Walzen geformt, wodurch sichergestellt wird, dass Rippe und Mutterrohr ohne nicht verschmolzene Teile fest miteinander verbunden sind. Dieses Design gewährleistet stabile Leistung und hohe Zuverlässigkeit.
4. Lange Lebensdauer: Da bei Spiralrippenrohren keine Schweißnähte vorhanden sind, besteht kein Risiko von Schweißnahtversagen. Die Spannung wird gleichmäßig verteilt, was zu einer längeren Lebensdauer beiträgt.
5. Breite Anwendung: Integrierte Spiralrippenrohre können in verschiedenen Wärmeaustauschgeräten wie Kesseln, Luftvorwärmern, Abwärmekesseln und Druckbehältern verwendet werden und erfüllen die Anforderungen verschiedener Branchen.
Entwicklung und Anwendung von integralen Spiralrippenrohren
Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Fertigungstechnologie sind integrierte Spiralrippenrohre zu einer idealen Wahl für verschiedene Wärmeaustauschgeräte geworden. Die Entwicklung und Anwendungen integrierter Spiralrippenrohre sind wie folgt:
1. Erweiterte Anwendungsbereiche: Integrierte Spiralrippenrohre werden häufig in den Economizern von Kesseln, Luftvorwärmern und Abwärmekesseln zur Wärmerückgewinnung eingesetzt. Sie eignen sich auch für verschiedene Wärmeaustauschgeräte in der Chemie- und Druckbehälterindustrie.
2. Zunehmender Marktanteil: Der Markt für integrierte Spiralrippenrohre ist stetig gewachsen, mit einem zunehmenden Marktanteil in der Wärmeaustauschgerätebranche. Die Vorteile einer langen Lebensdauer und einer stabilen Leistung tragen zum Nachfragewachstum bei.
3. Forschung und Entwicklung: Laufende Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten konzentrieren sich auf die Optimierung des Herstellungsprozesses, die Verbesserung der Leistung und die Erweiterung des Anwendungsbereichs von integralen Spiralrippenrohren. Diese Bemühungen zielen darauf ab, die Wettbewerbsfähigkeit von integralen Spiralrippenrohren auf dem Markt zu verbessern.
4. Internationale Zusammenarbeit: Unternehmen, die sich mit der Herstellung von Spiralrippenrohren beschäftigen, erkunden aktiv internationale Märkte und arbeiten mit globalen Partnern zusammen. Diese internationale Zusammenarbeit hilft beim Technologieaustausch, der Markterweiterung und dem Aufbau einer globalen Präsenz.
5. Anpassung: Hersteller von integrierten Spiralrippenrohren bieten Anpassungsdienste an, um die spezifischen Anforderungen verschiedener Branchen zu erfüllen. Maßgeschneiderte Lösungen stellen sicher, dass integrierte Spiralrippenrohre an verschiedene Wärmeaustauschanwendungen angepasst werden können.
Ausblick für Integralspiralrippenrohre
Die Zukunftsaussichten für integrierte Spiralrippenrohre sind vielversprechend, angetrieben durch Fortschritte in der Fertigungstechnologie, eine steigende Nachfrage nach effizienten Wärmeaustauschlösungen und die Betonung nachhaltiger und energieeffizienter Verfahren. Zu den wichtigsten Trends und zukünftigen Entwicklungen zählen:
1. Fortschrittliche Fertigungstechniken: Laufende Fortschritte bei den Fertigungstechniken, einschließlich Verbesserungen bei der kontinuierlichen Erwärmung mit mittlerer Frequenz sowie bei Extrusions- und Durchstoßprozessen, werden die Effizienz und Kosteneffizienz der Produktion von Rohren mit integrierten Spiralrippen weiter steigern.
2. Erweiterte Anwendungsbereiche: Es wird erwartet, dass integrierte Spiralrippenrohre neue Anwendungsbereiche in aufstrebenden Branchen und innovativen Wärmeaustauschlösungen finden werden. Aufgrund ihrer Vielseitigkeit eignen sich integrierte Spiralrippenrohre für eine breite Palette von Wärmeübertragungsanwendungen.
3. Nachhaltige Wärmeaustauschlösungen: Der Fokus auf Nachhaltigkeit und Energieeffizienz wird den Einsatz von integrierten Spiralrippenrohren in Wärmeaustauschgeräten vorantreiben. Ihre lange Lebensdauer, Materialeinsparungen und stabile Leistung tragen zu nachhaltigen und umweltfreundlichen Lösungen bei.
4. Globale Marktdurchdringung: Unternehmen, die integrierte Spiralrippenrohre herstellen, werden weiterhin globale Märkte erkunden und Partnerschaften und Kooperationen eingehen, um ihre Reichweite zu erweitern. Die globale Nachfrage nach effizienten Wärmeaustauschlösungen bietet Chancen für Marktwachstum.
5. Integration mit digitalen Technologien: Die Integration von integrierten Spiralrippenrohren mit digitalen Technologien wie IoT (Internet of Things) und intelligenten Überwachungssystemen wird die Leistungsüberwachung, die vorausschauende Wartung und die Gesamteffizienz verbessern. Diese Integration entspricht dem Trend der Industrie 4.0 im Fertigungssektor.
Abschluss
Integrierte Spiralrippenrohre stellen einen bedeutenden Fortschritt in der Wärmeaustauschtechnologie dar und bieten zahlreiche Vorteile in Bezug auf Effizienz, Leistung und Zuverlässigkeit. Der innovative Herstellungsprozess, die Materialeinsparungen und die lange Lebensdauer machen integrierte Spiralrippenrohre zur bevorzugten Wahl für verschiedene Wärmeaustauschanwendungen.
Da die Nachfrage nach energieeffizienten Lösungen und nachhaltigen Verfahren weiter steigt, sind integrierte Spiralrippenrohre bestens positioniert, um eine entscheidende Rolle bei der Erfüllung der Wärmeaustauschanforderungen verschiedener Branchen zu spielen. Laufende Forschungs-, Entwicklungs- und Kooperationsbemühungen werden das Wachstum und die Einführung integrierter Spiralrippenrohre auf dem Weltmarkt weiter vorantreiben und zur Weiterentwicklung der Wärmeaustauschtechnologie beitragen.
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