CH659884A5

CH659884A5 - HEAT EXCHANGER WITH A TUBE BAND FLOWED IN THE LENGTH DIRECTION.

Info

Publication number: CH659884A5
Application number: CH2655/82A
Authority: CH
Inventors: Guenter Volks
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1982-04-30
Filing date: 1982-04-30
Publication date: 1987-02-27
Also published as: ATA156483A; AU1325383A; AU553469B2; DE3309600A1; ZA832569B; AT377358B; DE3309600C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher mit in Längsrichtung umströmtem Rohrbündel nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a heat exchanger with a tube bundle flowing around in the longitudinal direction according to the preamble of patent claim 1.

Derartige Wärmeaustauscher finden Anwendung bei Speisewasser-Hochdruckvorwärmern in Sammlerbauweise. In den zu einem Bündel zusammengefassten Rohren strömt in der Regel das aufzuheizende Speisewasser, während der Heizdampf längs der Rohre strömt, seine Wärme abgibt und dabei auskondensiert. Insbesondere in der Enthitzungszone sowie in der Unterkühlungszone - wobei hier kein Dampf, sondern Kondensat strömt - solcher Vorwärmer sind die Rohre von einem Führungsmantel umgeben, der die Längsströmung des Heizdampfes resp. des Kondensats gewährleistet. Um zu vermeiden, dass die Rohre von der Strömung zum Schwingen angeregt werden, ist es bei Wärmetauschern der eingangs genannten Art bekannt, die Stützbänder fest mit dem Führungsmantel zu verschweissen. Dies führt zum einen zu einem aufwendigen Zusammenbau des Rohrbündels und beinhaltet zum andern eine erhebliche Klemmgefahr für die Rohre. Tritt letzteres ein, so können je nach Betriebsweise des Vorwärmers grössere, unzulässige Reaktionskräfte im System auftreten. Einschlägiger Stand der Technik ergibt sich aus der DE, A-, 2 840 146 und der US, A, 1 973 533. Such heat exchangers are used in feedwater high-pressure preheaters in collector design. The feed water to be heated usually flows in the tubes combined into a bundle, while the heating steam flows along the tubes, emits its heat and condenses in the process. In particular in the desuperheating zone and in the subcooling zone - with no steam but condensate flowing here - such preheaters are surrounded by a guide jacket, which responds to the longitudinal flow of the heating steam or. the condensate guaranteed. In order to prevent the pipes from being excited by the flow to vibrate, it is known for heat exchangers of the type mentioned at the outset to weld the support bands firmly to the guide jacket. On the one hand, this leads to a complex assembly of the tube bundle and, on the other hand, involves a considerable risk of pinching the tubes. If the latter occurs, larger, impermissible reaction forces can occur in the system, depending on the operating mode of the preheater. Relevant prior art results from DE, A-, 2 840 146 and US, A, 1 973 533.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einem Wärmeaustauscher der eingangs genannten Art die Stützstruktur des Rohrbündels so zu konzipieren, dass thermische Deformationen auch bei extremer Fahrweise des Apparates keinen schädlichen Einfluss auf das Festigkeitsge-füge und das Strömungsverhalten ausüben. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst. The invention is therefore based on the object of designing the support structure of the tube bundle in a heat exchanger of the type mentioned in such a way that thermal deformations do not have any detrimental influence on the strength structure and the flow behavior even when the apparatus is operated in extreme conditions. This object is achieved by the features listed in the characterizing part of claim 1.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kammern, in die die Stützbänder eingreifen, ausserhalb des durch die Form des Führungsmantels vorgegebenen Durchströmquerschnittes angeordnet sind. Sie leisten dann einen wesentlichen Beitrag zur Versteifung des Führungsmantels gegen Innen- und Aussendruck. Zweckmässig ist es, wenn hierzu die Mantelflächen des Führungsmantels abgekantet und mit einem It is particularly advantageous if the chambers in which the support bands engage are arranged outside the flow cross-section predetermined by the shape of the guide jacket. They then make a significant contribution to stiffening the guide jacket against internal and external pressure. It is useful if for this purpose the jacket surfaces of the guide jacket are folded and with a

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Blechstreifen verbunden werden. Eine weitere Möglichkeit wird darin gesehen, dass der Führungsmantel an der für die Kammer vorgesehenen Stelle quer zur Rohrlängsrichtung unterbrochen wird und dieser Unterbruch mit einer s U-Schiene dampfdicht verschlossen wird. Metal strips are connected. Another possibility is seen in the fact that the guide jacket is interrupted at the location provided for the chamber transversely to the longitudinal direction of the tube and this interruption is closed in a vapor-tight manner with an U-rail.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. In the drawing, an embodiment of the invention is shown schematically.

Es zeigt: It shows:

io Fig. 1 teilweie einen Wärmeaustauscher im Längsschnitt io Fig. 1 partially a heat exchanger in longitudinal section

Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie A-A in Fig. 1. FIG. 2 shows a cross section along line A-A in FIG. 1.

Fig. 3 einen Querschnitt nach Linie B-B in Fig. 1. 3 shows a cross section along line B-B in FIG. 1.

Fig. 4 einen Schnitt durch das Detail Z in Fig. 1. 4 shows a section through the detail Z in FIG. 1.

Fig. 5 eine Abwandlung des Details gemäss Fig. 4. 5 shows a modification of the detail according to FIG. 4.

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In den Figuren sind die gleichen Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Strömungsrichtung des Arbeitsmediums, im vorliegenden Fall Speisewasser in den Rohren und Heizdampf resp. Kondensat um die Rohre, 20 ist mit Pfeilen bezeichnet. Alle zum unmittelbaren Verständnis der Erfindung nicht notwendigen Konstruktionsmerkmale wie bspw. die örtliche Anordnung und die Art der Befestigung des Wärmeaustauschers im System sind fortgelassen. In the figures, the same elements are provided with the same reference symbols. The direction of flow of the working medium, in the present case feed water in the pipes and heating steam, respectively. Condensate around the pipes 20 is indicated by arrows. All design features that are not necessary for the direct understanding of the invention, such as, for example, the local arrangement and the type of fastening of the heat exchanger in the system, have been omitted.

2s Der in den Fig. 1 bis 3 durch Bruchlinien verkürzt dargestellte Wärmeaustauscher ist Teil eines horizontalliegenden Speisewasser-Hochdruckvorwärmers der Sammelbauweise. Er könnte sowohl in desen Enthitzungszone als auch in dessen Unterkühlungszone angeordnet sein. Dementspre-30 chend stammt das in den Rohren 1 strömende und aufzuheizende Speisewasser entweder aus dem nicht gezeigten Sammler oder aber gelangt dorthin. Im Gegenstrom wird das Heizmittel, d.h. entweder Dampf oder heisses Kondensat, aussen um die Rohre geführt. Diese sind zu einem recht-35 eckigen Rohrbündel zusammengefasst. 2s The heat exchanger, shortened by the broken lines in FIGS. 1 to 3, is part of a horizontal feed water high-pressure preheater of the collective design. It could be arranged both in its desuperheating zone and in its supercooling zone. Dementspre-30 accordingly, the feed water flowing and to be heated in the tubes 1 either comes from the collector (not shown) or else gets there. The heating medium, i.e. either steam or hot condensate, led around the outside of the pipes. These are combined into a right-angled tube bundle.

Zur Führung des die Rohre umströmenden Mediums ist ein Führungsmantel 2 von entsprechend rechteckiger Form vorgesehen, welcher ein einfacher Blechkanal sein kann und aus einer Grundplatte 2a, einer Kopfplatte 2b und zwei Sei-40 tenwänden 2c besteht. To guide the medium flowing around the pipes, a guide jacket 2 of correspondingly rectangular shape is provided, which can be a simple sheet metal channel and consists of a base plate 2a, a top plate 2b and two side walls 2c.

Da ein solches Rohrbündel bis zu 12 Rohre übereinander und bis zu 50 Rohre nebeneinander aufweisen kann, ist die Abstützung der Rohre untereinander und des Rohrbündels im Führungsmantel im Hinblick auf einfachen Zusam-45 menbau und auf die im Betrieb vorkommenden unterschiedlichen Ausdehnungen aller beteiligten Elemente konzipiert. Since such a tube bundle can have up to 12 tubes one above the other and up to 50 tubes side by side, the support of the tubes among one another and the tube bundle in the guide jacket is designed with a view to simple assembly and to the different expansions of all elements involved occurring during operation.

Hierzu werden in zwei verschiedenen Ebenen senkrecht zum Rohrverlauf elastische Stützbänder 3 angeordnet, die in einer ersten Ebene A-A vertikal stehen und in einer zweiten so E.bene B-B horizontal liegen. Es ergibt sich somit eine Anordnung, bei der die benachbarten Rohre horizontal und vertikal nicht zueinander versetzt sind, sondern Reihen und Kolonnen bilden (Fig. 2 und 3). Die Stützbänder 3 sind an den Rohren 1 nicht befestigt, sondern befinden sich lagen-55 weise jeweils zwischen zwei benachbarten Rohren und stützen diese lediglich ab. For this purpose, elastic support bands 3 are arranged in two different planes perpendicular to the pipe run, which stand vertically in a first plane A-A and lie horizontally in a second plane E-B-B. The result is an arrangement in which the adjacent tubes are not offset horizontally and vertically from one another, but form rows and columns (FIGS. 2 and 3). The support bands 3 are not fastened to the tubes 1, but are located in layers 55 each between two adjacent tubes and merely support them.

Es versteht sich, dass zwischen den Ebenen A-A und B-B ein gewisser Abstand zu wahren ist, um ein Anschwingen der Rohre durch das parallel zu den Rohren strömende Medium 60 zu verhindern. Je nach Länge des Wärmeaustauschers können selbstverständlich auch mehrere Lagen vertikaler und horizontaler Bänder abwechselnd vorgesehen werden. It is understood that a certain distance must be maintained between planes A-A and B-B in order to prevent the pipes from vibrating due to the medium 60 flowing parallel to the pipes. Depending on the length of the heat exchanger, several layers of vertical and horizontal belts can of course also be alternately provided.

Auf eine Angabe von Absolutwerten wird im vorliegenden Fall verzichtet, da diese von allzu zahlreichen, dem Faches mann bekannten Parametern abhängig sind und ohne deren Angabe ohnehin nicht aussagekräftig sind. Als Beispiel kann indes angeführt werden, dass bei einem Rohrdurchmesser von 27 mm zweckmässigerweise Stützbänder mit einem Absolute values are not given in the present case, since these depend on too many parameters known to the person skilled in the art and, without their specification, are not meaningful anyway. As an example, however, it can be stated that with a tube diameter of 27 mm, support bands with a

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Querschnitt 4 x 25 mm verwendet werden, die mit ihrer Schmalseite in die Strömung ragen. Der gewählte Querschnitt und das Bandmaterial, bspw. weicher Stahl mit der Bezeichnung St 37, gewährleisten die gewünschte Elastizität, die nötig ist, um Deformationen der Stützbänder zu vermeiden. Solche könnten andernfalls bei starker Einklemmung der Stützbänder zwischen den Rohren und gleichzeitiger Differenzverschiebung zwischen Rohrbündel und Führungsmantel auftreten. Cross-section 4 x 25 mm are used, which protrude into the flow with their narrow side. The selected cross-section and the band material, for example soft steel with the designation St 37, ensure the desired elasticity that is necessary in order to avoid deformation of the support bands. This could otherwise occur if the support straps are jammed between the tubes and the difference in difference between the tube bundle and the guide jacket occurs at the same time.

Um ein starkes Einklemmen der Stützbänder 3 überhaupt zu verhindern, sind diese im Führungsmantel 2 nicht befestigt, sondern frei beweglich gelagert. Dadurch können sich die Bänder selbst bei einer Veränderung der Rohrlage, bspw. bei Schräglage, ohne weiteres anpassen; Reaktionskräfte auf die Bänder selbst sowie auf allfällige Befestigungen im Führungsmantel entfallen. In order to prevent the support bands 3 from being pinched severely at all, they are not fastened in the guide casing 2, but are freely movable. As a result, the straps can easily adapt even when the pipe position changes, for example in the case of an inclined position; Reactive forces on the tapes themselves and on any attachments in the guide jacket are eliminated.

Das freibewegliche Unterbringen der Bänder 3 am Führungsmantel 2 wird so vorgenommen, dass die über die Rohre 1 hinausragenden Enden der Bänder mit einem gewissen Spiel C in Kammern 4 eingreifen, die sich ausserhalb des durchströmten Querschnitts befinden. The freely movable accommodation of the tapes 3 on the guide jacket 2 is carried out in such a way that the ends of the tapes projecting beyond the tubes 1 engage with a certain clearance C in chambers 4 which are located outside the cross-section through which the flow passes.

Nach Fig. 4 bestehen die Ausenwände dieser Kammern 4 aus den abgekanteten Blechwänden 5 des Führungsmantels 2. Sie sind mit Blechstreifen 6 verschweist. Es ist darauf zu achten, dass der Führungsmantel 2 mitsamt den Kammern 4 dicht ausgeführt ist. Durch die Integration der Kammern 4 am Mantel 2 wird dieser festigkeitsmässig versteift, so dass er sowohl gegen Überdruck im Fall des Enthitzers als auch gegen Unterdruck im Fall des Unterkühlers druckbeständig ist. Eine separate Innen- oder Aussenverrippung erübrigt sich. 4, the outer walls of these chambers 4 consist of the folded sheet metal walls 5 of the guide jacket 2. They are welded with sheet metal strips 6. It is important to ensure that the guide jacket 2 together with the chambers 4 is tight. By integrating the chambers 4 on the jacket 2, this is stiffened in terms of strength, so that it is pressure-resistant both against overpressure in the case of the desuperheater and against underpressure in the case of the undercooler. A separate inside or outside ribbing is not necessary.

Das Spiel C zwischen Stützbändern 3 und Kammerwänden ist für extreme Betriebsverhältnisse zu wählen. Beträgt es beispielsweise 5 mm, so ist überdies eine problemlose und deformationsfreie Montage der Stützbänder möglich. The game C between support bands 3 and chamber walls is to be selected for extreme operating conditions. If it is, for example, 5 mm, then a problem-free and deformation-free assembly of the support bands is also possible.

Der Blechstreifen 6 der an der Grundplatte 2a angeordneten Kammer 4 ist an der jeweils tiefsten Lage mit einer Bohrung 10 versehen, die über eine nicht dargestellte Leitung zur Entlüfung und zur Systementwässerung dient. The sheet metal strip 6 of the chamber 4 arranged on the base plate 2a is provided at the lowest position with a bore 10 which is used for venting and for system drainage via a line (not shown).

Fig. 2 zeigt, dass die Abstützung der äussersten Rohrko-5 lonnen gegen die Seitenwände 2c über eine Gleitschiene 7 erfolgt. Gemäss Fig. 3 wird eine derartige Gleitschiene 7' ebenfalls für die Abstützung der untersten Rohrreihe auf der Grundplatte 2a vorgesehen. Diese Schienen 7, 7' sind überdies zur Aufnahme der Verschiebungen zwischen Führungs-lo mantel und Rohren in Rohrlängsrichtung bestimmt und sind an den jeweiligen Innenwandungen des Mantels ange-schweisst. Sie werden in ihrer Erstreckung in Rohrlängsrichtung etwas schmaler ausgebildet als die Stützbänder 3. Sie bestehen vorzugsweise aus einem korrosionsfreien Material, ls wobei es zu beachten gilt, ass wegen des Abriebes dieses Material weicher zu wählen ist als jener für die Rohre 1. Fig. 2 shows that the outermost Rohrko-5 lonne is supported against the side walls 2c via a slide rail 7. 3, such a slide rail 7 'is also provided for supporting the lowest row of tubes on the base plate 2a. These rails 7, 7 'are also intended to absorb the displacements between the guide jacket and pipes in the longitudinal direction of the pipe and are welded to the respective inner walls of the jacket. They are somewhat narrower in their extension in the longitudinal direction of the pipe than the support bands 3. They are preferably made of a corrosion-free material, it being important to note that because of the abrasion this material should be chosen softer than that for the pipes 1.

Für den Fall, dass sich bei extremer Betriebsfahrweise die Rohre 1 von der horizontalen Gleitschiene 7' oder den horizontalen Stützbändern 3 abheben, ist zwischen der oberen 20 Rohrreihe und der Kopfplatte 2b ein freier Raum mit der Höhe D zu wahren. Auch bei Schräglage der Rohre wird hierdurch eine Beschädigung der Rohre und des Mantels vermieden. In the event that the tubes 1 stand out from the horizontal slide rail 7 'or the horizontal support bands 3 in extreme operating mode, a free space with the height D must be maintained between the upper 20 row of tubes and the head plate 2b. This also prevents damage to the pipes and the jacket when the pipes are inclined.

Um Bewegungen des Führungsmantels, dessen Fixpunkt 25 nicht gezeigt ist, in Rohrlängsrichtung zu gestatten, ist in der Ebene B-B der horizontalen Stützbänder 3 und der Gleitschiene 7' ein eigentlicher Bündelträger 8 angeordnet, auf dem der Rührungsmantel mit seiner Grundplatte 2a frei aufliegt. In order to allow movements of the guide jacket, the fixed point 25 of which is not shown, in the longitudinal direction of the tube, an actual bundle carrier 8 is arranged in the plane B-B of the horizontal support bands 3 and the slide rail 7 ', on which the stirring jacket with its base plate 2a lies freely.

30 Fig. 5 zeigt eine Variante für die Ausbildung der Kammer 4. Der Blechkanal ist an der Stelle, an der die Enden der Stützbänder 3 aus den Rohren herausragen, mit einer sich über die ganze Breite der Kopfplatte 2a, der Grundplatte 2b oder der Seitenplatten 2c erstreckenden Öffnung versehen, 35 welche mit einer ein- oder aufgeschweissten U-Schiene 9 verschlossen ist. Fig. 5 shows a variant for the formation of the chamber 4. The sheet metal channel is at the point at which the ends of the support bands 3 protrude from the tubes, with one over the entire width of the head plate 2a, the base plate 2b or the side plates 2c extending opening 35 which is closed with a welded or welded-in U-rail 9.

B B

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

659884 PATENT CLAIMS

1. Heat exchanger with a tube bundle flowing around in the longitudinal direction, which is surrounded on all sides by a guide jacket and wherein vertical support bands are arranged in layers in a first plane and adjacent horizontal layers in a second plane between adjacent tubes of the tube bundle, characterized in that the ends of the elastically formed support bands ( 3) engage freely in chambers (4) on the guide jacket (2) on all sides.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the chambers (4) are arranged outside the cross-section through which the flow passes and are formed by jacket surfaces (5) which are bent over on the guide jacket (2) and which steam over their entire bent length with a sheet metal strip (6) are tightly closed.

3. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the chambers (4) are mounted outside the cross-section through which the guide jacket (2) is provided with an opening which extends transversely to the tube axes and onto which a U-profile ( 9) is welded on in a vapor-tight manner.

4. Use of the heat exchanger according to one of claims 1 to 3 in superheaters and / or subcoolers of feedwater high-pressure preheaters of the collector design with a horizontal installation type.