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Wärmeaustauscher
Röhrenwärmeaustauscher sind vielfach mit Umlenkblechen oder Leitblechen versehen, die in Abständen quer zu den Rohren angeordnet sind und das die Rohre umspülende Medium abwechselnd an diametral gegenüberliegenden Umfangsstellen oder abwechselnd am Umfang und im Zentrum des Behälters hindurchtreten lassen, so dass das Medium eine quer zu den Rohren gerichtete Bewegung oder Bewegungskomponente erhält und damit der Wärmeaustausch mit dem die Rohre durchströmenden Medium gegenüber einer Anordnung ohne Umlenkbleche gesteigert wird.
Beim Zusammenbau eines derartigen Röhrenaustauschers mit Leitblechen werden die Rohre zunächst durch den einen Rohrboden, dann durch die einzelnen Leitbleche und schliesslich durch den andern Rohrboden geschoben. Die Rohrenden werden in die Böden dicht eingewalzt oder eingeschweisst ; dagegen bleiben an den Durchdringungsstellen der Rohre durch die Leitbleche mehr oder weniger breite Ringspalte bestehen. Diese Ringspalte lassen sich nicht vermeiden, da einmal die Rohrdurchmesser innerhalb einer gewissen Toleranz schwanken und ausserdem die Bohrungen in den Leitblechen Toleranzabweichungen aufweisen, ferner bei der Montage die einzelnen Leitbleche nicht genau fluchten und darüber hinaus die Rohre selbst nicht genau gerade sind.
Ein Einwalzen der Rohre an diesen Stellen ist undurchführbar, weil sich bei der Kleinheit der Rohrdurchmesser und der vorkommenden Tiefen von mehreren Metern das erforderliche Drehmoment nicht übertragen lässt.
Die Summe dieser Ringspalte, die mit der Rohrzahl und der gröberen Toleranz wächst, kann einen wesentlichen Anteil des gesamten Durchflussquerschnittes ausmachen. Durch die Ringspalte kann daher ein erheblicher Teil des Mediums ohne den Umweg um das Leitblech herum in den benachbarten Behälterabschnitt gelangen. Hiedurch wird der Wärmeaustausch verschlechtert, so dass der Wärmeaustauscher dem schlechteren Wirkungsgrad entsprechend grösser ausgelegt sein muss.
Ferner können infolge der Ringspalte die Rohre im Betrieb Schwingungen ausführen und gegen die Leitblechbohrungen schlagen. Hiedurch können lästige Geräusche sowie Beschädigungen hervorgerufen werden, die u. a. durch Begünstigung der Korrosion und Leckwerden von Rohren zu Störungen führen können.
Dies soll bei einem bekannten Wärmeaustauscher mit Stützblechen für die Rohrbündel dadurch vermieden werden, dass jeweils zwei benachbarte Stützbleche in geringem Abstand voneinander angeordnet sind und der Raum zwischen ihnen mit Blei, Kunststoff, Zement ausgegossen ist. Diese Anordnung ermöglicht kein Auswechseln von Röhren und schliesst ausserdem die Möglichkeit nicht aus, dass im Betrieb infolge unterschiedlicher Ausdehnung doch Undichtigkeiten auftreten.
Bei einem andern bekannten Wärmeaustauscher sind die Bohrungen in den Umlenkblechen zwecks Vermeidung scharfer Kanten mit eingesetzten Buchsen oder mit umgebördelten Rändern versehen.
Hiedurch werden aber die erwähnten Toleranzschwierigkeiten nicht behoben. Beim Umbördeln der Lochränder in den dicken Leitblechen müssen sogar grössere Ungenauigkeiten als beim Bohren in Kauf genommen werden, so dass noch grössere Ringspalte entstehen.
Die Erfindung vermeidet die geschilderten Nachteile bei einem Wärmeaustauscher der angegebenen Art dadurch, dass die Leitbleche mit einer Tafel aus dünnem Material, wie Blech, Kunststoff usw., die an den Durchdringungsstellen Löcher mit aufgebördeltem Rand aufweist, belegt sind, wobei vorzugsweise die aufgebördelten Ränder in einen Ringspalt zwischen dem Rohr und dem Leitblech hineinragen.
Bei der Herstellung der Wärmeaustauscher wird erfindungsgemäss vorteilhaft so verfahren, dass die Löcher im Leitblech mit grösserem Durchmesser und die Löcher in der Tafel aus dünnem Material mit kleinerem Durchmesser als der äussere Durchmesser der Rohre ausgeführt werden und beim Einziehen der Rohre in die Leitbleche und damit verbundenen Tafeln die Ränder der Löcher in den Tafeln aufgebördelt werden und sich dabei dichtend an die Rohre anlegen. Zum sauberen und sicheren Aufbördeln wird auf dem vorderen Rohrende ein Dorn angebracht, dessen grösster Durchmesser zweckmässig, dem Aussendurchmesser des Rohres entspricht.
Unter Umständen kann der Dorndurchmesser auch ein geringes Übermass besitzen, falls das Material der Tafel so beschaffen ist, dass der aufgebördelte Lochrand sich nach dem Passieren des Dorns elastisch rückfedern an das Rohr anlegt.
Auf diese Weise wird erreicht, dass die Austauscherrohre gegen die Leitbleche abgedichtet und die Ringspalte vermieden werden. Damit ist eine erhebliche Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades
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des Wärmeaustauschers verbunden, so dass dieser bei gleicher Leistung kleiner als bisher ausgeführt werden kann. Ausserdem ist ermöglicht, gröbere Toleranzen anzuwenden, so dass die Fertigung erleichtert wird. Ferner wird durch die Fixierung der Austauscherrohre an den Durchdringungsstellen der Leitbleche das schädliche Vibrieren und die damit verbundene Abnutzung bzw. Beschädigung verhindert.
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, u. zw. zeigt Fig. 1 den kompletten Wärmeaustauscher im Längsschnitt ; Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem Leitblech vor dem Einbringen des Rohres im Schnitt ; und Fig. 3 eine entsprechende Darstellung nach dem Einziehen des Austauscherrohres.
Gemäss Fig. 1 ist als Beispiel ein Röhrenwärmeaustauscher zugrunde gelegt, dessen Behälter 1 von Rohren 2 durchsetzt ist, die mit den Enden in Rohrböden 3 eingewalzt oder eingeschweisst sind und mehrere segmentförmige Leitbleche 4 durchdringen, durch die der Behälter in Abschnitte unterteilt wird und die abwechselnd oben und unten Aussparungen für den Durchtritt des Mediums von einem Behälterabschnitt zum nächsten aufweisen.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, umfasst jedes Leitblech 4 ein dickeres Stützblech 5 (z. B. 3-5 mm dick) und eine daran anliegende Tafel 6 aus dünnem Material (z. B. 0, 5-1 mm dick) wie Blech, Kunststoffolie od. dgl. Stützblech 5 und Tafel 6 weisen konzentrische Bohrungen oder Löcher 7 und 8 auf, wobei der Durchmesser der Löcher 7 etwas grösser und der Durchmesser der Löcher 8 etwas kleiner als der Aussendurchmesser der einzuziehenden Rohre ausgebildet ist.
Für das Einführen wird das Rohr 2 gemäss Fig. 3 am Kopfende mit einem Aufweitdorn 9 versehen, der in der Darstellung den gleichen Aussendurchmesser wie das Rohr 2 hat und von der Seite der Tafel 6 her durch die Löcher 8 und 7 hindurchgetrieben wird, wodurch der Rand des Loches 8 in der dargestellten Weise in das Loch 7 hinein aufgebogen wird und sich dicht an den Umfang des Rohres anlegt. In dieser Weise wird jedes Rohr nacheinander durch sämtliche Leitbleche 4 hindurchgeführt, worauf es an seinen Enden in den Rohrböden 3 durch Schweissen oder Aufweiten dicht befestigt wird.
Die Herstellung der Leitbleche 4 kann beispielsweise so erfolgen, dass die Stützbleche 5 einerseits und die Tafeln 6 anderseits im Paket mit Hilfe derselben Schablone mit dem Durchmesser der Löcher 8 gebohrt und die Stützbleche 5 dann auf den Durchmesser der Löcher 7 aufgebohrt werden. Statt dessen können auch die Löcher 7 und 8 sogleich mit den vorgesehenen Durchmessern unter Verwendung derselben Schablone gebohrt werden. Die Bleche 5 und die Tafeln 6 werden dann paarweise vereinigt, und beispielsweise durch vereinzelte Punktschweissung, durch Nieten, durch Kleben usw. geheftet oder verbunden.
In Reparaturfällen wird das auszuwechselnde Rohr nach dem Lösen der Rohrenden in derselben Richtung, wie es eingebracht wurde, also nach der entgegengesetzten Seite herausgezogen. Ebenso wird das Ersatzrohr in derselben Richtung, also wieder von der Seite der Tafeln 6 her eingeführt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Wärmeaustauscher, dessen Rohre quer dazu angeordnete Leitbleche durchdringen, mit Abdichtung der Durchdringungsstellen durch am Umfang der Rohre anliegende aufgebördelte Lochränder, dadurch
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