Röhrenwärmeaustauscher Die Erfindung betrifft einen Röhren wärtneaustauscher, bei dem die Rohre in den Rohrböden durch Teile aus nachgiebigem Material, wie Gummi oder einem Stoff mit ähnlichen Eigenschaften, abgedichtet sind.
Nach einem früheren Vorschlag werden aus Weichgummi oder einem ähnlichen Material bestehende Rohrböden von Wärme austauschern zur Halterung der Rohre mit Löchern versehen, die um ein bestimmtes Mass kleiner als der Aussendurchmesser der Rohre sind. Beim Einziehen der Rohre werden die Löcher im nachgiebigen Material des Rohrbodens aufgeweitet, wodurch sich eine Flächenpressung ergibt, die einerseits eine Abdichtung der Rohre in den Rohrböden und anderseits eine mechanische Halterung der Rohre durch Reibung gewährleistet. Beide Wirkungen sind proportional dem Betrag der Flächenpressung, so dass jede Vergrösserung dieser Kraft eine Verbesserung sowohl der Dichtung als auch der Halterung mit sich bringt.
Die Erfindung zielt deshalb darauf ab, bei Röhrenwärmeaustauschern mit Teile aus nachgiebigem Material aufweisenden Rohr böden die genannte Flächenpressung zu ver grössern und zugleich eine sehr wesentliche Erhöhung der Festigkeit des am Umfang eingespannten Rohrbodens gegenüber Durch biegungen zu erzielen.
Der Röhrenwärmeaustauscher gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass jeder Rohrboden wenigstens eine der Rohr verteilung entsprechend gelochte nachgiebige Platte aufweist, an der beiderseits je eine dünnere, ebenfalls der Rohrverteilung ent sprechend gelochte starre Platte angeordnet ist, welche starren Platten derart vorgesehen sind, dass sie die nachgiebige Platte zusam menpressen und verformen, wodurch ein Dichtungsdruck zwischen letzterer und den Rohren erzeugt wird.
Durch die starren Platten wird der nachgiebige Rohrboden von den Druckunterschieden zwischen den zu beiden Seiten desselben befindlichen Medien entlastet, so dass sich der Rohrboden nicht aus- oder einwölben kann. Die Festigkeit des mit den starren Platten versehenen Rohr bodens gegen Durchbiegungen beträgt ein Vielfaches der Festigkeit eines nur aus nach giebigem Material bestehenden Rohrbodens.
Ausserdem wird ein Ausweichen des nach giebigen Materials des Rohrbodens an den Durchtrittsstellen der Rohre verhindert, so dass die Flächenpressung stark erhöht und dadurch sowohl die Halterung der Rohre infolge der erhöhten Reibung als auch die Abdichtung der Rohre im Rohrboden wesent lich verbessert wird.
Im folgenden werden an Hand der Zeich nung einige Ausführungsbeispiele der Er- findung in Form von zerlegbaren Röhren- wärmeaustauschern erläutert.
In der Zeichnung stellt Fig. 1 einen Längs schnitt durch einen Röhrenwärmeaustauscher gemäss der Erfindung und Fig. 2 ein Detail dieses Schnittes in grö sserem Massstab dar.
Fig. 3 ist ein Schnitt durch einen Rohr boden gemäss einer besonderen Ausführungs form der Erfindung.
Die Fig. 4 und 5 stellen Schnitte durch einen Rohrboden mit in die- nachgiebige Platte eindringenden Vorsprüngen dar.
Fig. 6 stellt einen Schnitt durch einen Rohrboden und Fig. 7 eine Ansicht der Aussenfläche einer starren Platte desselben dar, die mit Ver steifungsrippen ausgestattet ist.
Fig.8 ist ein Schnitt durch einen er findungsgemässen Rohrboden, bei dem die starren Platten mit der nachgiebigen Platte fest verbunden sind.
Der in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte zerlegbare Röhrenwärmeaustauscher besteht aus einem Gehäuse 1 mit an dessen beiden Enden angeordneten Deckeln 2 und 3, die mit dem Gehäuse 1 mittels Schrauben 4, Federringen 5 und Muttern 6 zusammen geschraubt sind. Zwischen jedem Deckel. 2, 3 und dem Gehäuse 1 des Wärmeaustauschers ist eine Platte 7 aus nachgiebigem Material, an der zu beiden Seiten dünnere Platten 8, 9 aus starrem, z. B. metallischem Material an liegen, eingespannt und mittels der Schrau ben 4 und der Muttern 6 gehaltert. Zwischen den nachgiebigen Platten 7 sind in Löcher dieser Platten 7 Rohre 10 eingezogen, welche die beiden Räume 11 und 12 verbinden.
Die starren Platten 8, 9 weisen Löcher 13 für den Durchtritt der Rohre 10 auf, deren der Platte 7 zugewendete Ränder 14 abgeschrägt bzw. abgerundet sind, um ein Abschneiden oder Abscheren des nachgiebigen Materials dieser Platte 7 zu vermeiden. Der Durchmesser d' der Löcher 13 in den starren Platten 8, 9 ist um einen in der Grössenordnung von max. 2 mm liegenden Betrag grösser als der Aussen durchmesser d der Rohre 10, so dass die Rohre 10 leicht mit Spiel in die Plattenlöcher 13 eingeführt werden können. Durch die beim Zusammenschrauben erfolgende Pressung der nachgiebigen Platte 7 zwischen den starren Platten 8, 9 in Richtung der Pfeile a wird die nachgiebige Platte 7 in Richtung der Pfeile b nach den Seiten verdrängt, so dass sie auf die äusseren Rohrwände einen Dichtungsdruck ausübt.
Um eine vollkommene und dauerhafte Abdichtung der Rohre 10 in den Rohrböden zu gewährleisten, ist es zweckmässig, die Dicke der nachgiebigen Platten 7 zumindest gleich dem Aussendurchmesser der Rohre 10 und vorzugsweise grösser als diesen zu wählen.
Bei der in Fig. 3 im Schnitt dargestellten Ausführungsform besteht der Rohrboden aus in abwechselnder Reihenfolge angeordneten nachgiebigen Lamellen 7' und Platten 8' aus starrem Material.
Allgemein müssen bei einer derartigen Ausführung zumindest zwei nachgiebige Lamellen 7' und zwischen diesen beiden La mellen 7' sowie an deren Aussenseiten je eine starre Platte 8' vorgesehen sein. Beim dar gestellten Beispiel sind auch an den Aussen seiten des Rohrbodens nachgiebige Lamellen 7" vorgesehen, welche lediglich als gegen chemische Angriffe seitens der am Wärme austausch beteiligten Medien beständige Schutzbedeckung der Aussenseiten 8" der beiden zu äusserst liegenden starren Platten 8' dienen. Die Schutzbedeckung kann aber auch durch eine Oberflächenbehandlung der Au ssenseite 8" der beiden zu äusserst liegenden starren Platten 8', z. B. durch einen Überzug aus Lack oder dergleichen, erhalten werden, in welchem Falle die beiden Platten 7" nicht benötigt werden.
Durch die Ausbildung nach Fig. 3 wird eine weitere Versteifung des Rohrbodens gegen Durchbiegungen und eine gleichmässi gere Verteilung der Flächenpressung zwi schen den nachgiebigen Lamellen 7' und den Rohren 10 erzielt.
Fig. 4 zeigt an der der nachgiebigen Platte 7 zugewendeten Seite der starren Platte 9 angeordnete, z. B. als Ringwülste ausgebil- dete Vorsprünge 15, welche durch Auspressen aus der Platte 9 hergestellt sind und kreis ringförmig um die Öffnungen 13 für den Durchtritt der Rohre 10 verlaufen.
Bei einer abgeänderten, in Fig. 5 im Schnitt dargestell ten Ausführung liegt zwischen der einen starren Platte 9 und der nachgiebigen Platte 7 um jede der Öffnungen 13 ein Ring 16, der beim Zusammendrücken der nachgiebigen Platte 7 zwischen den Platten 8, 9 gleich den in Fig. 4 gezeigten Ringwülsten 15 in die nachgiebige Platte 7 eindringt und diese zu sätzlich in verstärktem Masse in Richtung der Pfeile c gegen die äussern Rohrwände drückt.
Allgemein können für die an Hand der Fig. 4 und 5 erläuterte Erhöhung der Flächen pressung zwischen der nachgiebigen Platte 7 und den äussern Rohrwänden an einer der starren Platten 8, 9 Vorsprünge vorgesehen werden, welche die für die Aufnahme der Rohre 10 bestimmten Plattenlöcher zu mindest teilweise umgeben und in die nach giebige Platte 7 hineinragen.
Die in den Fig. 6 und 7 gezeigte starre Platte 8 weist an ihrer von der nachgiebigen Platte 7 abgewendeten Aussenseite Ver steifungsrippen 18 auf, welche einer Durch biegung entgegenwirken. Solche oder ähn liche Versteifungen können auch an der andern starren Platte 9 vorgesehen werden. ,_ Bei dem in Fig. 8 im Schnitt im Zustande vor dem Einziehen der Rohre dargestellten Rohrboden sind die Platten 8, 9 aus starrem Material an den mit 19 bezeichneten Stellen mit der nachgiebigen Platte 7, z. B. durch Kitt oder Klebstoff oder durch Vul- kanisation, fest verbunden.
Durch eine solche Verbindung wird der Einbau des Rohrbodens erleichtert, da gegenseitige Verschiebungen der einzelnen Platten vermieden werden und ausserdem eine erhöhte Festigkeit erzielt wird.
Der zerlegbare Röhrenwärmeaustauseher gemäss der Erfindung hat gegenüber bekann ten Bauarten folgende Vorteile: Die Halte rung und Abdichtung der Rohre in den Rohr böden ist fest und zuverlässig dicht. Es kön nen glatte Rohre ohne besondere Form gebung der Rohrenden verwendet werden. Die Rohrböden bleiben auch bei Auftreten von Druckunterschieden an beiden Seiten eben. Der Austausch von Rohren kann durch einfaches Ausziehen und Einsetzen der Rohr enden aus den bzw. in die Rohrböden ohne Zuhilfenahme von besonderen Werkzeugen erfolgen und die Befestigung und zuverlässige Abdichtung durch das Anziehen der Deckel befestigungsschrauben bewirkt werden.
Tubular heat exchanger The invention relates to a tubular heat exchanger, in which the tubes in the tube sheets are sealed by parts made of flexible material, such as rubber or a substance with similar properties.
According to an earlier proposal made of soft rubber or a similar material tube sheets of heat exchangers for holding the tubes are provided with holes that are a certain amount smaller than the outer diameter of the tubes. When the tubes are drawn in, the holes in the flexible material of the tube sheet are widened, which results in a surface pressure which, on the one hand, ensures the tubes are sealed in the tube sheets and, on the other hand, the tubes are mechanically held by friction. Both effects are proportional to the amount of surface pressure, so that every increase in this force brings an improvement in both the seal and the mounting.
The invention therefore aims to increase the surface pressure mentioned in tubular heat exchangers with parts made of flexible material having tube bottoms and at the same time to achieve a very substantial increase in the strength of the tube sheet clamped at the circumference against bending.
The tubular heat exchanger according to the invention is characterized in that each tube sheet has at least one flexible plate perforated according to the tube distribution, on which a thinner rigid plate, likewise perforated according to the tube distribution, is arranged on both sides, which rigid plates are provided in such a way that they compress and deform the resilient plate, creating a sealing pressure between the latter and the pipes.
Due to the rigid plates, the flexible tube sheet is relieved of the pressure differences between the media on both sides of it, so that the tube sheet cannot bulge out or in. The strength of the tube bottom provided with the rigid plates against deflection is a multiple of the strength of a tube sheet consisting only of flexible material.
In addition, an evasion of the flexible material of the tube sheet at the passages of the tubes is prevented, so that the surface pressure is greatly increased and thus both the support of the tubes due to the increased friction and the sealing of the tubes in the tube sheet is significantly improved.
Some exemplary embodiments of the invention in the form of tubular heat exchangers that can be dismantled are explained below with reference to the drawing.
In the drawing, FIG. 1 shows a longitudinal section through a tubular heat exchanger according to the invention and FIG. 2 shows a detail of this section on a larger scale.
Fig. 3 is a section through a tube bottom according to a particular embodiment of the invention.
4 and 5 show sections through a tube sheet with projections penetrating into the flexible plate.
Fig. 6 shows a section through a tube sheet and Fig. 7 is a view of the outer surface of a rigid plate of the same, which is equipped with Ver stiffening ribs.
8 is a section through a tube sheet according to the invention, in which the rigid plates are firmly connected to the flexible plate.
The dismountable tubular heat exchanger shown in longitudinal section in FIG. 1 consists of a housing 1 with covers 2 and 3 arranged at both ends, which are screwed together with the housing 1 by means of screws 4, spring washers 5 and nuts 6. Between each lid. 2, 3 and the housing 1 of the heat exchanger is a plate 7 made of flexible material, on which on both sides thinner plates 8, 9 made of rigid, z. B. metallic material to lie, clamped and supported by means of the screws ben 4 and the nuts 6. Between the flexible plates 7 pipes 10 are drawn into holes in these plates 7, which connect the two spaces 11 and 12.
The rigid plates 8, 9 have holes 13 for the passage of the tubes 10, the edges 14 of which facing the plate 7 are bevelled or rounded in order to prevent the flexible material of this plate 7 from being cut off or sheared off. The diameter d 'of the holes 13 in the rigid plates 8, 9 is in the order of magnitude of max. 2 mm greater than the outer diameter d of the tubes 10, so that the tubes 10 can be easily inserted into the plate holes 13 with play. As a result of the compression of the flexible plate 7 between the rigid plates 8, 9 in the direction of the arrows a when screwing together, the flexible plate 7 is displaced to the sides in the direction of the arrows b so that it exerts a sealing pressure on the outer pipe walls.
In order to ensure complete and permanent sealing of the tubes 10 in the tube sheets, it is expedient to select the thickness of the flexible plates 7 to be at least equal to the outer diameter of the tubes 10 and preferably greater than this.
In the embodiment shown in section in FIG. 3, the tube sheet consists of flexible lamellae 7 'and plates 8' of rigid material arranged in an alternating sequence.
In general, in such an embodiment, at least two flexible lamellae 7 'and between these two lamellae 7' and on their outer sides each have a rigid plate 8 '. In the example provided, flexible lamellae 7 "are provided on the outside of the tube sheet, which only serve as a protective covering of the outer sides 8" of the two outermost rigid plates 8 'resistant to chemical attack by the media involved in the heat exchange. The protective covering can, however, also be obtained by surface treatment of the outside 8 ″ of the two outermost rigid panels 8 ′, for example by a coating of lacquer or the like, in which case the two panels 7 ″ are not required.
The design according to FIG. 3 further reinforces the tube sheet against deflection and a uniform distribution of the surface pressure between the flexible fins 7 'and the tubes 10 is achieved.
Fig. 4 shows on the flexible plate 7 facing side of the rigid plate 9 arranged, for. B. formed as annular bulges projections 15, which are produced by pressing out of the plate 9 and run in a circular ring around the openings 13 for the passage of the tubes 10.
In a modified, in Fig. 5 in section dargestell th embodiment is between the one rigid plate 9 and the flexible plate 7 around each of the openings 13 a ring 16, which when the flexible plate 7 is compressed between the plates 8, 9 equal to the in 4, the annular beads 15 shown penetrates into the flexible plate 7 and additionally presses this to an increased extent in the direction of the arrows c against the outer pipe walls.
In general, for the increased surface pressure between the flexible plate 7 and the outer pipe walls on one of the rigid plates 8, 9, which is explained with reference to FIGS. 4 and 5, projections can be provided which at least form the plate holes intended for receiving the pipes 10 partially surrounded and protrude into the plate 7 to yield.
The rigid plate 8 shown in FIGS. 6 and 7 has on its outer side facing away from the flexible plate 7 Ver stiffening ribs 18, which counteract a deflection. Such or similar stiffeners can also be provided on the other rigid plate 9. In the tube sheet shown in section in FIG. 8 in the state before the tubes are drawn in, the plates 8, 9 of rigid material are connected to the flexible plate 7 at the points indicated by 19, e.g. B. by cement or glue or by vulcanization, firmly connected.
Such a connection facilitates the installation of the tube sheet, since mutual displacements of the individual plates are avoided and an increased strength is also achieved.
The collapsible tubular heat exchanger according to the invention has the following advantages over known types: The holding and sealing of the tubes in the tube bases is tight and reliably tight. Smooth tubes can be used without any special shape of the tube ends. The tube sheets remain level even if pressure differences occur on both sides. The exchange of tubes can be done by simply pulling out and inserting the tube ends from or into the tube sheets without the aid of special tools and the fastening and reliable sealing can be achieved by tightening the cover fastening screws.