Wärmeübertrager Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit einem Bündel quer angeströmter, mehrfach abgestützter Rohre, wobei im Bündel quer zur Längsrichtung der Rohre Gassen vorhanden sind.
Unter dem Begriff Gasse sei für das vorliegende Patent ein quer zu den Rohrachsen, geradling oder etwa mit konstanter Krümmung verlaufender Zwischenraum verstanden, der beiderseits von Rohren begrenzt wird.
Werden die Rohre eines Wärmeübertragers von einem sie umströmenden Medium quer angeströmt, so können sie bekanntlich zwischen ihren Abstützstellen in Transversalschwingungen geraten, durch welche eine erhöhte Materialbelastung oder sogar Rohrbrüche auf treten können. Die Erfindung dient dazu, diese Rohr schwingungen zu dämpfen. Sie ist dadurch gekennzeich net, dass in den Gassen Schwingungsdämpferstäbe an geordnet sind, welche je einen Teil der Rohre zwischen deren Abstützstellen berühren.
Die Wirkung der erfindungsgemässen Massnahme beruht darauf, dass die schwingenden Rohre reibend auf den sie berührenden Schwingungsdämpferstäben gleiten, wodurch ihre Schwingungsenergie weitgehend absorbiert und in Wärme umgesetzt wird.
Um freie Rohrabschnitte mit unterschiedlicher Eigen frequenz der Biegeschwingung zu erhalten, ist es vor teilhaft, wenn die Dämpferstäbe jedes einzelne Rohr zwischen seinen Abstützstellen in freie Abschnitte un terschiedlicher Länge unterteilen.
Weiterhin lässt sich die absorbierte Reibungsarbeit erhöhen, wenn man für eine Eigenschwingung - z. B. für die Grundschwingung -, des zwischen den Abstütz- stellen freien Rohres die Berührungspunkte der Schwin- gungsdämpferstäbe an Stellen legt, die eine verschieden grosse Schwingungsamplitude oder, bei Oberschwingun gen, unterschiedliche Bewegungsrichtung besitzen.
Eine Möglichkeit, die geschilderten zusätzlichen Vor teile zu erreichen besteht darin, dass die Dämpferstäbe das Rohrbündel schräg zu den Rohrachsen durchsetzen. Auf diese Weise lässt sich auch ein Mitschwingen der Dämpferstäbe vermeiden, da ein Dämpferstab verschie dene Rohre an Stellen mit unterschiedlichem Schwin gungszustand berührt.
Um zu verhindern, dass die Rohre bei ihren Schwin- gungen in der Art eines Waagebalkens um die Dämp- fungsstäbe pendeln, lassen sich die Dämpfungsstäbe so anordnen, dass sie in in ihrer Längsausdehnung im wesentlichen parallel zur Hauptschwingungsebene der quer angeströmten Rohre liegen. Vorteilhafterweise sind die Rohre des Wärmeübertragers mit Rippen ausge rüstet.
Weiterhin können die Dämpfungsstäbe durch zusätz liche Mittel gegen Verschiebung und Verdrehung gesi chert sein, wobei diese Mittel aus einem mit dem einzel nen Dämpferstab verbundenen Flachprofil bestehen, welches nach der Montage durch zwei Rohre parallel zu ihrer Längsachse geführt ist. Darüber hinaus kann mit dem Flachprofil ein Riegel durch eine Befestigungs schraube verbunden sein, der durch ein Sicherungsblech gegen Verdrehen gesichert ist.
Eine andere Möglichkeit für die Sicherung der Dämp- fungsstäbe besteht bei Rohrbündeln, die mit Rippen versehen sind, darin, dass die Dämpfungsstäbe minde stens in der Nähe ihres einen Endes je mit einem nasen artigen Ansatz und mit einem quer zu ihrer Längsrich tung verlaufenden Haltestück versehen sind.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt entlang der Schnitt linie 1-I von Figur 2 von einem Wärmeübertrager, der gemäss der Erfindung mit Schwingungsdämpferstäben ausgerüstet ist, und dessen Rohrbündel in einzelne, par allel liegende, ebene Rohrschlangen aufgeteilt und in einem, den einen Wärmeträger, z. B. ein Gas, führen den Strömungskanal angeordnet ist.
Figur 2 stellt eine Aufsicht von Figur 1, teilweise im Schnitt, dar, während Figur 3 einen Schnitt längs der Linie 111-III von Figur 1 wiedergibt.
In grösserem Massstab als in den vorhergehenden Figuren ist in den Figuren 4 und 5 ein Auf- bzw. ein Grundriss des in Figur 1 mit 10' bezeichneten Dämpfer stabes wiedergegeben.
Figur 6 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Dämpferstabes, wobei der Schnitt entlang der Linie VII-VII von Figur 6 in Figur 7 dargestellt ist. Bei dem als Ausführungsbeispiel gezeigten Wärme übertrager handelt es sich um einen Wärmeübertrager, der für den Einbau in die Reaktoranlage eines gasge kühlten Kernreaktors vorgesehen ist. Die von zu er hitzendem Dampf durchströmten Rohre 3 des Rohrbün dels sind dabei in einen, oben und unten offenen, Strö mungskanal 1 von rechteckigem Querschnitt eingebaut. Dieser Strömungskanal 1 wird von dem die Wärme zu führenden Reaktorkühlmittel, z.
B. C 2, in Richtung des Pfeiles A (Fig. 1) durchsetzt, so dass die Rohre 3 von dem gasförmigen Wärmeträger quer angeströmt wer den. Mehrere solcher Strömungskanäle werden bei einer bereits in Ausführung befindlichen derartigen Reaktor anlage in einem Druckgefäss nebeneinander aufgestellt.
Um eine Vorstellung von den Grössenabmessungen des Wärmeübertragers zu geben, sei erwähnt, dass die Abmessungen eines einzelnen solchen Strömungskanals z. B. 2 x 2 x 10 m3 betragen können und dieser ein Ge wicht von über 80 Tonnen besitzt.
Die mit 2 bezeichnete Wand des Kanalgehäuses 1 ist abnehmbar und wird durch Schrauben 6 an zwei, einander gegenüberliegenden, festen Wänden des Ge häuses 1 befestigt.
Die geraden, mit Zirkularrippen 1 versehenen, par allelen Abschnitte der Rohre 3 sind durch rippenlose Umkehrbögen 8 miteinander zu ebenen, parallelen Rohr tafeln zusammengefasst, die von dem zu erwärmenden Medium parallel von unten nach oben durchströmt wer den, wie durch die kleinen Pfeile in Figur 1 angedeutet ist.
Die Rohrtafeln, die in dem Kanal 1 senkrechtstehend nebeneinander angeordnet sind, sind mittels Briden 5 an Tragborden 4 befestigt. Diese sind ihrerseits an die beiden, an die Wand 2 anstossenden Wände des Ka nals 1 parallel zueinander im Abstand angeschweisst, wobei die Tragborde an den beiden Wänden in der Höhe versetzt zueinander angeordnet sind.
Wie Figur 1 zeigt, sind die einzelnen Rohrtafeln ebenfalls in der Höhe versetzt zueinander angeordnet und durch die Briden 5 abwechslungsweise von oben und von unten gehalten (Fig. 3). Durch die Aufteilung des Rohrbündels in ebene, parallele Rohrtafeln, erge ben sich, z. B. in Diagonalrichtung durch das Rohrbün del, einzelne Gassen, durch welche erfindungsgemäss die Schwingungsdämpferstäbe 10 zwischen die Rohre 3 geschoben sind.
Wie aus Figur 2 und 3 zu entnehmen ist, sind die Stäbe 10 in den Gassen und zueinander schräg angeord net, so dass die einzelnen Rohre 3 durch sie zwischen ihren Abstützstellen in freie Abschnitte unterschiedlicher Länge aufgeteilt sind. Die Anzahl der Stäbe und ihre Lage sind dabei so gewählt, dass jedes Rohr 3 an min destens zwei Stellen von Dämpferstäben 10 berührt wird.
Die Stäbe 10, deren Querschnitt vorzugsweise kantig ausgeführt ist, besitzen Querabmessungen, die gering fügig grösser als die freien Gassen zwischen den ein zelnen Rohren 3 des Bündels sind. Auf diese Weise wer den die Stäbe 10 zwischen den Rippen 7 der Rohre 3 leicht eingeklemmt, so dass Stäbe und Rohre sich sicher berühren, und bei Schwingungen der Rohre 3 diese Be rührung, zumindest für einen Teil der Schwingungsbe wegung, erhalten bleibt. Dadurch wird ein erheblicher Teil der Schwingungsenergie durch Reibung zwischen den Stäben 10 und den Rohren 3 vernichtet.
Weiterhin ist eine, bei punktförmiger Berührung zwischen Rohr und Stab mögliche Schaukelbewegung des Rohres 3 um den Berührungspunkt vermieden. Die Stäbe 10 sind an ihrem einen Ende zugespitzt, um das Einschieben in die Gassen zu erleichtern. Ge gen Verdrehen und Verschieben sind die Stäbe 10 durch an sie angeschweisste Flachprofile 11 (Fig. 4 und 5) ge sichert, die entweder an einem Rohr 3 parallel zu seiner Achse anliegen oder zwischen zwei Rohre 3, ebenfalls parallel zu deren Achsen, eingeklemmt sind.
Können die Flachprofile 11 nicht zwischen zwei Rohre 3 eingeklemmt werden, wie dies für die Stäbe 10' (Fig. 1) der Fall ist, so wird auf den Flachprofilen 11 mit einer Befestigungsschraube 12 ein Riegel 13 an geschraubt. Die Figuren 4 und 5 zeigen einen solchen Stab 10' in grösserem Massstab in der Seitenansicht bzw. in der Aufsicht. Der Riegel 13 hat die Funktion, den Stab 10' gegen Längsverschiebungen zu sichern. Er selbst wird durch ein z-förmig abgebogenes Sicherungsblech 14 an einer Verdrehung gegenüber dem Flachprofil 11 gehindert. Die Befestigungsschraube 12 ist durch ein Si cherungsblech 15 gegen Lösen gesichert.
Wie schon er wähnt, sind die zusätzlichen Elemente 12 bis 15 nur an den Stäben 10' angebracht, bei denen das Flachpro fil 11 nicht zwischen zwei Rohre 3 eingeklemmt werden kann.
Die Figuren 6 und 7 zeigen eine andere Form eines Dämpfungsstabes 10. Hier besitzt der Stab rechteckigen Querschnitt und als Sicherungselemente zwei wulstartige Ansätze 16, die sich zwischen die Rippen 7 der einzel nen Rohre 3 schieben. Gegen Längsverschiebungen ist dieser Stab 10 durch ein angeschweisstes Haltestück 17 gesichert. Stattdessen kann jedoch auch vorgesehen sein, dass eines der Stabenden über den Ansatz 16 hinaus verlängert und winklig abgebogen ist.
Es sei noch erwähnt, dass statt eines rechteckigen Querschnittes des Stabes und eines wulstartigen Ansat zes der ganze Stab auch mit dreikantigem Querschnitt ausgeführt sein kann. Schiesslich können statt massiver Stäbe in gleicher Weise auch geeignete Hohlkörper be nutzt werden.
Das für die Stäbe verwendete Material hängt weit gehend von dem Verwendungszweck des Wärmeüber tragers und den dabei auftretenden Temperaturen ab. Für hohe Temperaturen sind die Stäbe im allgemeinen aus Metall, z. B. aus Eisen, oder Metallegierungen her gestellt, während man bei tiefen Temperaturen die Stä be z. B. auch aus einem Kunststoff fertigen kann.
Eine einfache Montage für den beschriebenen Wär meübertrager ergibt sich auf folgende Weise: Bei weg genommener Seitenwand 2 wird eine Rohrtafel um die andere von rechts her (Fig. 1) in das Gehäuse 1 einge schoben und dort mittels der Briden 5 an den Tragbor den 4 befestigt. Nach Einschieben der dritten Rohrta fel werden die Dämpferstäbe 10a eingeführt. Darauf hin montiert man die nächsten drei Rohrfeh. Es folgt das Einschieben der Stäbe 10b und sodann die Montage der nächsten 4 Rohrtafeln. Dann werden die Stäbe 10d eingeschoben, die mit Hilfe der letzten, nun montierten Rohrtafel gesichert werden.
Zuletzt werden die kurzen und die langen Stäbe 10' eingeschoben. Um eine Ver schiebung dieser Stäbe in Längsrichtung zu verhindern, werden hierauf die Riegel 13 angebracht. Schiesstich wird die Seitenwand 2 befestigt, die in dem gezeigten Beispiel mit Schrauben 6 an die anliegenden Wände des Gehäuses 1 angesehraubt wird. Nach der Montage des Wärmeübertragers kann die Wand 2 jedoch auch mit den anstossenden Wänden verschweisst werden.
Die Erfindung ist keineswegs auf das gezeigte Aus führungsbeispiel beschränkt. So ist es auch möglich, die einzelnen Rohrtafeln in dem gezeigten Beispiel fluch tend statt versetzt anzuordnen. Weiterhin ist die Erfin dung nicht auf Rohranordnungen mit ebenen Rohr tafeln beschränkt. Sie kann ebenso bei nach zylindri schen Schraubenlinien verlaufenden Rohrbündeln an gewendet werden, bei denen die Schwingungsdämpfer stäbe z. B. in Radialebenen oder längs Mantellinien eingeschoben werden.
Ebenso ist die Anwendung der Dämpferstäbe bei evolventenartig gebogenen Rohren sowie bei schrägverlaufenden Rohren, wie sie zur Ver meidung von Dampfblasen im Verdampferteil von Dampferzeugern verwendet werden, möglich.
Prinzipiell kann die Erfindung also bei allen Rohr bündeln verwendet werden, bei denen quer zu den Roh ren Gassen vorhanden sind, in welche die Dämpfer stäbe eingeschoben werden können.
Weiterhin ist die Erfindung nicht an Wärmeübertra ger in Kernreaktor- und Dampferzeugeranlagen sowie an die Anbringung des Rohrbündels in Strömungska nälen oder an die Verwendung von mit Rippen verse- henen Rohren gebunden.