Dehnungsausgleichsvorrichtung an einem Druckgefäss, dessen Teile verschiedene Temperaturen aufweisen. Die Erfindung betrifft. eine Dehnungs- ausgleichsvorrichtung zur Beherrschung der Wärmedehnung und der damit zusammen hängenden örtlichen Spannung an einem. Druckgefäss, das zum Beispiel aus einer zv- lindrisehen Aussenschale und einem in die stirnseitigen Böden eingewalzten oder einge- schweissteri Rohrbündel besteht..
Das Gefäss innere wird in bekannter Weise von der auf zuheizenden, verdichteten Luft durchströmt, während das Rohrbündel innen von heissen Gasen niedrigen Druckes geheizt wird. Wenn nun die untere Stirnseite des Gefässes in der Längsrichtung festgehalten wird, muss die Wärmedehnung des obern Rohrbodens am Ende des Ileizrohrbündels gegenüber derjeni gen des ziemlich kalt bleibenden, zylindrischen Aussenmantels durch Einbau eines elastischen Gliedes druckfest ausgeglichen werden. Die bekannten, elastischen Dehnungselemente ha ben sieh bisher innerhalb gewisser Druck- und Temperaturgrenzen ganz gut bewährt.
Es ent stehen aber Schwierigkeiten, sobald die auf tretenden Temperaturen und Drücke ein be stimmtes Mass überschreiten. Einerseits müs sen die eingeschalteten Dehnungselemente dünnwandig sein, um den durch die hohen Temperaturen bedingten, grossen Dehnungen gerecht werden zu können, und anderseits müssen sie den hohen Drücken im Innern des Gefässes standhalten können. Diese Schwierigkeiten werden erfindungs gemäss dadurch überwunden, dass zwischen den Gefässteilen, welche im Betrieb unter sieh die grössten Dehnungsunterschiede aufweisen, ein Dehnungselement angeordnet ist, dem ein Dichtungselement vorgeschaltet ist, welches zwecks stufenweisen Abbaus des Gefässinnen druckes eine Folge von labyrintbartigen Kam mern aufweist.
Um die angestrebte Wirkung zu erreichen, ist allerdings ein gewisser Leclkverlust des unter Druck stehenden Mediums in Kauf zu nehmen, der jedoch vernaehlässigbar klein ge macht werden kann.
In der Zeichnung ist ein Ausführungs- beispiel einer Dehnungsausgleiehsvorrichtung nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 einen Wärmeaustauseher in schema tischer Darstellung und Fig. ? den in Fig. 1 mit einem Kreis um gebenen Teil der Dehnungsausgleichsvorrich- tung im Schnitt und in einem grösseren iVIah- stabe.
Der Wä.rmeaustauscher weist einen Au ssenmantel 1 mit Wärmeisolation \?, ein Rohr bündel 3, das in der obern Platte -1 und der Bodenplatte 5 eingewalzt. oder eingeschweisst ist, eine Gasabführungshaube 6, ein Deh nungselement 7 und einen Nutenring 8 mit elastischen Dichtungsringen 9 als Diehtungs- element auf. Die heissen Gase treten durch den Einlass 10 von unten in den Wärmeaus tauseher ein, durchströmen die einzelnen Rohre des Rohrbündels 3 und verlassen den WärmeaustaLiseher durch die Haube 6.
Das wärmeaufnehmende, unter Druck stehende Medium, zum Beispiel Luft, tritt durch die Einlässe 11 und 1? ein und umspült, durch Leitwände 13 geführt, das Rohrbündel 3 in einer Anzahl von Zügen, wobei die Wärme von einem Strömungsmedium zum andern durch die Rohrwände übertritt. Das aufgeheizte Druck- niedium verlässt den Wärmeaustauseher durch den Anslass 14.
Da. das heisse Rohrbündel 3 sieh natürlich stärker ausdehnt als die ver hältnismässig kalte Behälterwand 1, sind diese Cxefässteile, welche im Betrieb unter sieh die grössten. Dehnun;:suntersehiede aufweisen, un ter Vorsehaltung eines Dichtungselementes 8, 9 durch ein elastisches Dehnungselement in Gestalt eines Faltenbalges 7 miteinander ver bunden. Die Dünnwandigkeit des Dehnungs elementes 7 und die Faltenform -desselben ermöglichen einen einwandfreien Ausgleich der verschiedenen Wärmedehnungen von Be hälterwand 1 und Rohrbündel 3.
Um denn Dehnungselement. 7 aber die erforderliche Dünnwandigkeit geben zli können, mass der Druck des aufzuheizenden Mediums möglichst von ihm ferngehalten werden. Dies geschieht durch Vorschaltung des Dichtungselementes 8, 9, welches an der Innenfläche des Mantels 1 anliegende Dichtungsringe 9 aufweist.
Diese Ringe schliessen zusammen mit dem Noten ring 8 Labcrinthkammern ein, wobei sowohl durch die Wärmeausdehnung im Betrieb als auch dareli einen wachsenden Überdruck im Gefässinneren die Diehtwirkung verstärkt wird. Zu diesem Zweck ist diejenige Anlagefläche jedes Dichtungsringes 9, welche mit der ent sprechenden Gegenfläche im Notenring 8 in Berührung steht, kegelförmig ausgebildet.
Dehnt sich beispielsweise der Notenring 8 in folge der hohen Temperatur des einen Ar beitsmediums in radialer Richtung aus, so gleiten diese beiden in Frage stehenden Flä- ehen aLifeindiider. Aus dieser Gleitbewegung resultiert jedoch eine Kraftkomponente, wel- ehe den Diehtungsring 9 in radialer Richtung aufm )weiten versucht.
Diese Reaktion ist, aber erwünscht, weil auf diese Weise die Anpress- kraft der Dichtungsringe gegenüber dem Ge häusemantel 1 -esteigert und die Diehtwir- kung erhöht wird.
Die gleiche günstige Wir- kung tritt aber auch infolge des Überdruckes im Gefässinnern ein, der auf der Unterseite der Diehtungsringe 9 lastet und diese nach oben an den Nutenring 8 anpresst. Auch paus dieser vertikalen Anpressbewe;ung resultiert infolge der sehrägen Ausbildung der Anlage fläelien eine Radialkraft, welche eine Steige rung der Dichtwirkung hervorruft.
Die Dich tungsringe bilden dadurch Drosselstellern, durch die der Druck des aufzuheizenden lIe- diums stufenweise von innen nach aussen ab gebaut wird, bis er im Bereich des Dehnungs- elementes 7 eine dessen Wandstärke nicht. mehr gefährdende Grösse erreicht hat.
Veran lasst und gesteuert wird der Druckabfall durch Bohrungen 15, die die vor dem Deh nungselement 7 angeordnete letzte Labi-rinth- kammer mit der Aussenatmosphäre verbinden und den Durehfluss duirell die vorgeschalteten Drosselstellen dosieren.
An Stelle der beschriebenen Rinclielitung kann auch irgendeine aridere Lab@-rinth(liel)- tung Anwendung finden. Vorteilhaft ist. eine Gestaltung, bei der die Dehnnngsbewegilng der Behälterteile gegeneinander die Dicht wirkung nicht vermindert, sondern eher ver stärkt.
Expansion compensation device on a pressure vessel, the parts of which have different temperatures. The invention relates to. an expansion compensation device to control the thermal expansion and the associated local stress on one. Pressure vessel, which consists, for example, of a cylindrical outer shell and a bundle of tubes rolled or welded into the end faces.
The inside of the vessel is flowed through in a known manner by the compressed air to be heated, while the inside of the tube bundle is heated by hot gases of low pressure. If the lower end of the vessel is now held in the longitudinal direction, the thermal expansion of the upper tube sheet at the end of the tube bundle against that of the rather cold, cylindrical outer jacket must be compensated for pressure-resistant by installing an elastic member. The well-known elastic expansion elements have so far proven to be very effective within certain pressure and temperature limits.
However, difficulties arise as soon as the temperatures and pressures that occur exceed a certain level. On the one hand, the activated expansion elements must be thin-walled in order to be able to cope with the large expansions caused by the high temperatures, and on the other hand they must be able to withstand the high pressures inside the vessel. According to the invention, these difficulties are overcome in that an expansion element is arranged between the vessel parts, which under see the greatest differences in expansion during operation, which is preceded by a sealing element which has a series of labyrinth-like chambers for the purpose of gradual reduction of the internal pressure of the vessels.
In order to achieve the desired effect, however, a certain amount of leakage from the pressurized medium must be accepted, which, however, can be made negligibly small.
In the drawing, an exemplary embodiment of a Dehnungsausgleiehsvorrichtung according to the invention is shown, namely Fig. 1 shows a heat exchanger in a schematic representation and Fig. the part of the expansion compensation device, which is surrounded by a circle in FIG. 1, in section and on a larger scale.
The heat exchanger has an outer jacket 1 with thermal insulation, a tube bundle 3 which is rolled into the upper plate -1 and the base plate 5. or is welded in, a gas discharge hood 6, an expansion element 7 and a grooved ring 8 with elastic sealing rings 9 as the directional element. The hot gases enter the heat exchanger from below through the inlet 10, flow through the individual tubes of the tube bundle 3 and leave the heat exchanger through the hood 6.
The heat-absorbing, pressurized medium, for example air, passes through the inlets 11 and 1? in and around the tube bundle 3, guided by guide walls 13, in a number of passes, the heat transferring from one flow medium to the other through the tube walls. The heated low pressure leaves the heat exchanger through the inlet 14.
There. The hot tube bundle 3 naturally expands more than the comparatively cold container wall 1, these Cxefaßteile, which are the largest in operation. Dehnun;: sunterehiede have, un ter the provision of a sealing element 8, 9 by an elastic expansion element in the form of a bellows 7 connected to each other. The thin walls of the expansion element 7 and the shape of the folds -the same allow a perfect compensation of the different thermal expansions of loading container wall 1 and tube bundle 3.
To the expansion element. 7 but can provide the required thin walls so that the pressure of the medium to be heated can be kept away from it as far as possible. This is done by the upstream connection of the sealing element 8, 9, which has sealing rings 9 resting on the inner surface of the jacket 1.
These rings, together with the note ring, enclose 8 labcrinth chambers, with the thermal expansion during operation as well as increasing overpressure inside the vessel increasing the effect. For this purpose, that contact surface of each sealing ring 9, which is in contact with the corresponding mating surface in the note ring 8, is conical.
If, for example, the note ring 8 expands in the radial direction as a result of the high temperature of the one working medium, then these two surfaces in question slide a life indiider. This sliding movement, however, results in a force component which tries to expand the die ring 9 in the radial direction.
This reaction is, but desirable, because in this way the contact pressure of the sealing rings with respect to the housing jacket 1 is increased and the effect is increased.
The same beneficial effect also occurs as a result of the overpressure in the interior of the vessel, which loads on the underside of the die rings 9 and presses them upwards against the grooved ring 8. This vertical contact pressure movement also results in a radial force due to the very jagged design of the contact surfaces, which increases the sealing effect.
The sealing rings thereby form throttling devices through which the pressure of the fluid to be heated is gradually reduced from the inside to the outside until it does not have a wall thickness in the area of the expansion element 7. has reached more dangerous size.
The pressure drop is caused and controlled by bores 15 which connect the last labyrinth chamber arranged in front of the expansion element 7 with the outside atmosphere and which meter the flow through the upstream throttle points.
Any other lab @ -rinth (liel) line can be used instead of the described line. Is beneficial. a design in which the expansion movement of the container parts against each other does not reduce the sealing effect, but rather strengthens it.