Wärmeaustauscher Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher mit einem Rohrboden und darin eingeschweissten Wärmeaustauschrohren.
Die Verbindung zwischen Rohr und Rohrboden bei Wärmeaustauschern geschieht bisher bekanntlich häufig durch Einwalzen der Rohre in den Rohrboden bzw. über einen Teil seiner Wandung. Dabei können zum Abdichten eine oder mehrere Walzrillen vorge sehen sein, oder es können zusätzliche Dichtschwei- ssungen angebracht werden.
Sind die Rohre stark kor rodierend wirkenden Wärmeaustauschmitteln ausge setzt, so kann in dem Spalt zwischen Rohr und Rohr boden sogenannte Spaltkorrosion eintreten und ausser dem kann die durch das Einwalzen in den Rohren entstehende grosse Vorspannung Anlass zu sogenann ter Spannungskorrosion geben.
Die vorgeschlagene Erfindung vermeidet dagegen Spalte oder Taschen zwischen Rohr und Rohrboden. Das wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass jedem Rohr eine Bohrung in dem Rohrboden zuge ordnet ist, die auf beschränkte Länge einen Abschnitt aufweist, dessen lichte Weite dem äusseren Durch messer des Rohres entspricht, auf der übrigen Länge aber einen erweiterten Abschnitt besitzt, derart, dass ein das in den Rohrboden hineinragende Rohrende umfassender Ringteil des Rohrbodens von der Rohr wand entsprechender Stärke bestehen bleibt, und dass ferner die Rohre von der dem-erweiterten Abschnitt der Bohrung abgewandten Seite in den Ringteil einge steckt und mit ihm verschweisst sind,
zum Zweck, einen spaltähnlichen Hohlraum zwischen den Rohren und dem Rohrboden zu vermeiden.
Der erfindungsgemässe Wärmeaustauscher hat den Vorteil, dass durch Vermeiden der Spalte oder Ta- -chen zwischen Rohr und Rohrboden eine örtliche Erhöhung der Konzentration des Wärmeträgers an verengten Stellen und damit Spaltkorrosion vollstän- dig vermieden wird. Die Dichtigkeit zwischen Rohr und Rohrboden, auf die vor allem bei Wärmeaustau- schern mit radioaktiven Flüssigkeiten geachtet wer den muss, wird sicherer und auf längere Dauer er reicht.
Es treten weniger Schmutzansammlungen auf, und der Wärmeaustauscher kann leichter sauber ge halten werden. Ausserdem wird der Druckabfall des durch die Rohre strömenden Mediums geringer als bei den bisher bekannten Ausführungen, weil am Einlauf geringere Kontraktion auftritt.
Weiterhin wird die Schweissnaht von einem Punkt her ausgeführt, wel cher der neutralen Faser der Rohrbodenplatte relativ nahe liegt - nämlich näher, als wenn der Kopf der Schweissung an der dem Rohr abgewandten Seite des Rohrbodens läge -, was zur Folge hat, dass der Rohrboden beim Schweissen sich weniger stark ver- wirft.
Die Erweiterung der Bohrung im Rohrboden kann zylindrisch oder kegelförmig sein. Sie kann aber auch im Schnitt gesehen eine konkave oder konvexge- krümmte Begrenzung haben, was je nach der Art des strömenden Mediums und der Strömungsverhältnisse in der Nähe des in dem Rohrboden eingeschweissten Rohrendes vorteilhaft sein kann.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Querschnitt des Rohrbodens eines Wärmeaustauschers nach der Erfindung und Fig. 2 eine Variante.
Die Fig. 1, die den Rohrboden 2 sowie ein Rohr 3 eines Wärmeaustauschers nach der Erfindung zeigt, ist durch eine Schnittlinie 1 unterteilt. Links von der Schnittlinie 1 ist die Verbindung zwischen dem Rohr boden 2 und dem Rohr 3 vor dem Verschweissen und rechts von der Schnittlinie 1 die Verbindung zwischen dem Rohrboden' und dem Rohr nach dem Schweissen dargestellt. Der Rohrboden 2 weist eine Bohrung auf, die auf beschränkte Länge einen Abschnitt 4 aufweist, dessen lichte Weite dem äusseren Durchmesser des Rohres 3 entspricht.
Dieser Abschnitt 4 geht an der dem Rohr abgewandten Seite 5 des Rohrbodens 2 in einen Bohrungsabschnitt 6 über, dessen lichte Weite grösser als der äussere Durchmesser des Rohres 3 ist. Der Abschnitt 6 reicht so weit in den Rohr boden 2 hinein, dass ein Ringteil 7 von einer der Rohr wand entsprechenden Stärke verbleibt. Der Abschnitt 6 und der Ringteil 7 gehen zur Verminderung von Kerbspannungen durch eine Ausrundung 8 ineinander über.
Das etwas in den Ringteil 7 und damit in den Bohrungsabschnitt 4 hineinragende Rohr 3 wird, wie rechts von der Schnittlinie 1 dargestellt ist, durch die Schweissnaht 9 mit dem Rohrboden 2 verbunden. Dabei kann diese Verschweissung mindestens teilweise ohne Eintragung von Schweissmaterial direkt erfolgen. Durch diese Verschweissung wird die Bildung eines spaltähnlichen Hohlraumes zwischen den Rohren und dem Rohrboden vermieden.
Wie Fig: 2 zeigt, kann der Bohrungsabschnitt 6 anschliessend an den Ringteil 7 seinen grössten Durch messer haben, der mit zunehmendem Abstand von dem Ringteil 7 wieder kleinere Werte annimmt.
Die Rohre 3 und der Rohrboden 2 können auch aus einem anderen Baustoff als aus Stahl bestehen, zum Beispiel Leichtmetall oder Zirkon.
Heat exchanger The invention relates to a heat exchanger with a tube sheet and heat exchange tubes welded into it.
The connection between the tube and the tube sheet in heat exchangers has hitherto often been made by rolling the tubes into the tube sheet or over part of its wall. One or more roller grooves can be provided for sealing, or additional sealing welds can be made.
If the tubes are exposed to highly corrosive heat exchange media, so-called crevice corrosion can occur in the gap between the tube and the tube bottom and the high tension created by the rolling in the tubes can give rise to so-called stress corrosion.
The proposed invention, however, avoids gaps or pockets between the tube and the tube sheet. This is achieved according to the invention in that a bore in the tube sheet is assigned to each tube, which has a section over a limited length, the clear width of which corresponds to the outer diameter of the tube, but has an enlarged section along the remaining length, such that a ring part of the tube sheet of the tube sheet of the corresponding thickness, which extends into the tube end protruding into the tube sheet, remains in place, and that the tubes are also inserted into the ring part from the side facing away from the enlarged section of the bore and welded to it,
for the purpose of avoiding a gap-like cavity between the tubes and the tube sheet.
The heat exchanger according to the invention has the advantage that by avoiding the gaps or pockets between the tube and the tube sheet, a local increase in the concentration of the heat carrier at narrowed points and thus crevice corrosion is completely avoided. The tightness between tube and tube sheet, which is particularly important in the case of heat exchangers with radioactive liquids, is achieved more reliably and over a longer period of time.
There is less accumulation of dirt and it is easier to keep the heat exchanger clean. In addition, the pressure drop of the medium flowing through the tubes is lower than in the previously known designs, because less contraction occurs at the inlet.
Furthermore, the weld seam is made from a point which is relatively close to the neutral fiber of the tube sheet plate - namely closer than if the head of the weld were on the side of the tube sheet facing away from the tube - which has the consequence that the tube sheet at Weld is less warped.
The enlargement of the bore in the tube sheet can be cylindrical or conical. However, it can also have a concave or convexly curved delimitation when viewed in section, which can be advantageous depending on the type of flowing medium and the flow conditions in the vicinity of the pipe end welded into the pipe sheet.
In the drawing, two exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown schematically. Fig. 1 shows a cross section of the tube sheet of a heat exchanger according to the invention and Fig. 2 shows a variant.
1, which shows the tube sheet 2 and a tube 3 of a heat exchanger according to the invention, is divided by a section line 1. To the left of the section line 1, the connection between the tube base 2 and the tube 3 is shown before welding and to the right of the section line 1, the connection between the tube sheet 'and the pipe after welding. The tube sheet 2 has a bore which, over a limited length, has a section 4, the clear width of which corresponds to the outer diameter of the tube 3.
On the side 5 of the tube sheet 2 facing away from the tube, this section 4 merges into a bore section 6, the clear width of which is greater than the outer diameter of the tube 3. The section 6 extends so far into the tube bottom 2 that a ring part 7 remains of a thickness corresponding to the tube wall. The section 6 and the ring part 7 merge into one another through a fillet 8 to reduce notch stresses.
The tube 3 protruding somewhat into the ring part 7 and thus into the bore section 4 is, as shown to the right of the section line 1, connected to the tube sheet 2 by the weld seam 9. This welding can take place at least partially directly without the entry of welding material. This welding prevents the formation of a gap-like cavity between the tubes and the tube sheet.
As FIG. 2 shows, the bore section 6 adjoining the ring part 7 can have its largest diameter, which again assumes smaller values with increasing distance from the ring part 7.
The tubes 3 and the tube sheet 2 can also consist of a building material other than steel, for example light metal or zirconium.