DD207642A3

DD207642A3 - Selbstreinigendes waermeuebertragerrohr

Info

Publication number: DD207642A3
Application number: DD23702882A
Authority: DD
Inventors: Arnold Gallien; Joachim Noack
Original assignee: Arnold Gallien; Joachim Noack
Priority date: 1982-01-28
Filing date: 1982-01-28
Publication date: 1984-03-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein universell anwendbares sich selbst reinigendes Waermeuebertragerrohr mit zylindrischem Querschnitt, das von fluiden Medien durchflossen wird. Ziel ist die Schaffung eines nicht oder nur begrenzt verschmutzenden Waermeuebertragerrohres mit verbesserten inneren Waermeuebergangsbedingungen, um somit die Leistungsfaehigkeit und Betriebssicherheit von Waermeuebertragern zu erhoehen. Die Erfindung hat die Aufgabe, eine dementsprechend zweckmaessige Ausgestaltung von Waermeuebertragerrohren zu schaffen und wird dadurch geloest, dass ein bekanntes wendel- oder schneckenfoermig ausgebildetes Element, dass im Inneren eines Rohrkoerpers mittels einer Halteeinrichtung am Eintrittsende des Rohres einseitig drehbar gelagert ist, aus einzelnen, miteinander verbundenen und zumindest zueinander begrenzt kippbaren Gliedern, deren Randzonen zur Drehrichtung abgekehrt sind, besteht. Die Erfindung kann in Waermeuebertragern, insbesondere der chemischen und Soleindustrie, angewendet werden.

Description

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Selbstreinigendes Wärmeübertragerrohr . _;

Anwe_ndungs_g£bi^et_der_Erfi_ndung

Die Erfindung' betrifft ein sich selbst reinigendes Wärmeübertragerrohr mit zylindrischem Querschnitt, das von fluiden Medien durchflossen wird und insbesondere für Wärmeübertrager der chemischen und SoIe-Industrie e.insetzbar ist.

Bekannt ist gemäß PS US 41 74 750 ein sich selbst · reinigendes Wärmeübertragerrohr mit einem spiralför-' migen Einbau,'der auf der Seite· des Medieneintritts mittels eines Verbundteils einseitig drehbar gelagert ist. Vorgeschlagen wird diese Einrichtung zum. Einsatz in Wärmeübertragern zur Verhinderung von Schmutzschichtanlagerungen auf der Rohrinnenwand und Verbesserung der inneren Wärmeübergangsbe— dingungen. · ' -

Der Nachteil der genannten Lösungen besteht darin, daß deren Einsatz, insbesondere für Rohrlängen größer 2 m, wie sie in der Industrie Verwendung finden,' · problematisch ist. Dies erklärt sich aus den in der industriellen Fertigung kaum zu verwirklichenden hohen Anforderungen an die Geradlir.igkeit des spiralförmigen Einbaus und der entsprach

Je länger die verwendeten Rohre- sind, umso größer ' ist in·Folge.schwerkraftbedingter Durchbiegung oder Durchbiegung als Resultat prozeßbedingter thermischer > Spannungen die Gefahr des Abweiches von dieser Forderung. Solchen Einflüssen sind die überwiegende Zahl rohrbestückter Wärmeübertrager ausgesetzt, was zu einem Verklemmen-des Einbaus im Rohrinneren führt und noch durch deren scharfkantige Räder begünstigt wird..' Es ist jedoch denkbar, auch größere Rohrlängen mit einem drehbar gelagerten spiralförmigen Einbau auszu- . rüsten, wenn man diesen aus einem hinreichend flexiblen Plastwerkstoff fertigt. Der Nachteil besteht jedoch darin, daß aufgrund erhöhter Reibung zwischen Rohrwand und Einbau der für die Rotationsbewegung erforderliche

Impuls und damit die Fließgeschwindigkeit des Mediums sehr hoch sein müssen. Unter diesen Umständen jedoch können Wandschubspannung und Turbulenz ausreichend groß sein, um ein übermäßiges Anwachsen der. Schmutzschicht zu verhindern. Außerdem ist mit zunehmenden Verschleißerscheinungen des Einbaus zu rechnen.-Weiterhin beschränkt sich. das Einsatzgebiet .von Plast-' werkstoffen auf relativ niedrige Temperaturbereiche, während dessen insbesondere bei hohen ' Temperaturen verstärkt Verschmutzungsprobleme auftreten.

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^iel_der_Erfindung

Das Ziel der Erfindung liegt darin begründet, ein universell anwendbares sich selbst reinigendes Wärmeübertragerrohr zu schaffen, das die Leistungsfähigkeit und Betriebssicherheit der Apparate erhöht und die Mangel des charakterisierten Standes der-Technik vermeidet. , . '

Die Aufgabe der Erfindung liegt in der zweckmäßigen Ausgestaltung eines von fluiden Medien durchflossenen Wärmeübertragerrohres, in dessen Inneren der den Wärmedurchgang herabsetzende Schmutzschichtau'f bau. zu verhindern beziehungsweise auf ein technisch-belangloses Maß zu begrenzen sowie durch gesteigerte Grenzschichtturbulenz bei vergleichsweise geringem Druckverlustanstieg der Wärmeübergang merklich zu verbessern ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein an sich bekanntes, wendel- oder schneckenförmig ' ausgebildetes Element, das in einem Rohrkörper einseitig drehbar gelagert ist, aus .einzelnen miteinander verbundenen¹ und zumindest zueinander begrenzt kippbaren Gliedern, deren Randzonen zur Drehrichtung abgekehrt sind, besteht. Diese Elemente können .sowohl aus Gliedern gleicher Drehrichtung als auch alternierend aus links- und rechtsgängigen Gliedern gebildet sein. .·'..'

f) Au£i_ührungssbeisό j.e 1 -

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dabei stellen dar:

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Figur 1: Längsschnitt durch das Wärmeübertragerrohr

' . mit- eingebautem Rotationslement, bestehend

aus Gliedern gleicher Gängigkeit

Figur 2: Draufsicht des Wärmeübertragerrohres

Figur 3: Schnittdarstellung des Lagerorgans in zwei

' Ansichten - ' ..

Figur 4: Darstellung des Schwenkwinkels oC

Das selbstreinigende Wärmeübertragerrohr (Fig. 1) baut sich im wesentlichen aus fünf Teilen auf: Dem Rohrkörper T, den vorzugsweise wendeiförmigen Gliedern 2 des Elements, der Halteeinrichtung 4 und dem Lageorgan 3 des Elementes am Bintrittsende des Rohrkörpers 1 und den Verbindungsorganen 5 der einzelnen Glieder 2 untereinander. . . . . _

Das Lagerprgan 3*(Fig. 1; Fig. 3) wurde in Form eines Kugelgelenkes dargestellt; es sind aber auch andere eine Rotationsbewegung zulassende Ausführungen möglich,

Das Element besteht aus gleichgängigen, wendelförmigen Gliedern 2, die nicht unbeschränkt voneinander radial verdrehbar sind. Als' Verbindungsorgä'ne 5 wurden einfache Drahtöse^ gewählt. Um ein Verklemmen des Elements im Rohrkörper 1 'zu verhindern.und somit einen störungsfreien Betrieb zu gewährleisten,- müssen die einzelnen Glieder 2 derart .untereinander verbunden werden, daß sie zumindest um einen Winkel cC = 2(d. — dp, . __ -,)/!„-,. ^n zueinander schwenkbar sind (Fig. 4). Weiterhin ist es erforderlich, daß die Ränder der Glieder 2 zur Rotationsrichtung abgekehrt sind, was vorzugsweise dadurch erreicht wird, inde_vm deren Querschnitt "S^-förmig ausgebildet ist.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die' Ränder der Glieder 2 während ihrer Rotation-auf einem Fluidfilm gleiten, was die Lebensdauer der Einrichtung erheblich, vergrößert: . ^ . - .

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Diese Ausführung entspricht der einfachsten Konstruktion und sollte für Prozesse mit -ausreichend hohem Strömungsimpuls des Fluids Verwendung finden. Es sind natürlich auch Verbindungsorgane 5 in Form von Kugelgelenken oder dergleichen möglich. Eine solche Ausführung würde bei eventuellem.Stillstand eines oder mehrerer Glieder 2 die Rotationsbewegung 'der übrigen weiterhin zulassen.

Mit abnehmendem Impuls ist die Ganghöhe zu verringern, wenn dies-nicht mehr möglich ist, sollte auf kompliziertere Varianten mit doppel-"S"—kreuzförmigem Wendelquerschnitt¹ und gegenläufigen'Gliedern 2, um den der Rotationsrichtung des Gliedes 2 entgegengesetzten Drall der Fluidströmung zur Rotationserzeugung des nachfolgenden Gliedes 2 auszunutzen, zurückgegriffen werden.

Die Länge und radiale Ausdehnung der Glieder 2 ist vorrangig von deren Fertigungstoleranzen, den Toleranzen des Rohrkörperinnendurchmessers und dessen Geradlinigkeit abhängig. Wachsende Längen der Glieder 2 fordern daher im allgemeinen zunehmende Spaltweiten zwischen dem Glied- und dem Rohrkörperinnendurchmesser. Vorzugsweise sollten die Längen der einzelnen Glieder 2 den fünften bis fünfzehnten ,Wert und deren größte, radiale Ausdehnung Cd^₁· ^).den 0.85ten bis 0,95teri Teil des Rohrkörperinnendurchmessers aufweisen.'-

Die Werkstoffpaarung zwischen Rohrkörper 1 und Element. richtet sich nach den Prozeßparametern und den chemischen und physikalischen Eigenschaften des eingesetzten. Fluids. -So lassen sich beispielsv/eise in plästbeschichteten Rohren und für besonders korrosive' Medien im unteren Temperaturbereich Elemente aus Kunststoff oder Glas und für höhere Temperaturen auch keramische Werkstoffe einsetzen. Für nicht rostverursachende Medien' ist'Stahl geeignet. Elemente aus Nichteisenmetallen ^:

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.erweisen sich für „einen großen Teil·der auftretenden Einsatzfälle als vorteilhaft.

Die Halteeinrichtung 4 (Fig. 1; Fi^g. 2) des. Elementes ist als leicht konische Buchse ausgeführt, um eine kraftschlüssige, wieder lösbare Verbindung mit dem Rohrkörper 1 zu schaffen. Dies ermöglicht erforderlichenfalls ein leichtes Auswechseln der Elemente, zum Beispiel .zur Anpassung an geänderte Betriebsbedingungen.

Die erfindungsgemäße Lösung arbeitet wie folgt:

Wird das selbstreinigende Wärmeübertragerrohr von einem Fluid mit hinreichend hohem Strömungsimpuls durchflossen,. wobei der Mediumeintritt auf der Seite der Halteeinrichtung 4 liegt, so erfahren die Glie-,. der 2 des' Elementes einen Drehimpuls und werden in 'Rotationsbewegung versetzt. Der "S"-förmige Wendelquerschhitt bewirkt,'daß die Glieder 2 bei der Rotation immer auf einem dünnen Fluidpolster'gleiten, was zu einer hohen Grenzschichtturbulenz und somit zur. Verbesserung des Wärmeüberganges führt. Die Schmutzanlagerung und -abtragung erfolgt in diesem selbst-j reinigenden'Wärmeübertragerrohr quasi gleichzeitig und die.maximale, Schmutzschichtdicke erreicht ihren asymptotischen Wert auf sehr niedrigem Niveau. Dies wird gewährleistet durch das Überstreichen der Rohrinnenwand mit Hilfe der Wendelränder der rotierenden Glieder 2. Mit jeder Umdrehung der Glieder 2 erfolgt·" eine Pseudoberühru-ng jedes die Rohri'nnenwand bilden-; den Flächenelementes.¹ ,

/In jedem Fall ist es prozeßtechnisch günstig; hohe Rotätionsgeschv/inaigkeäten der Glieder 2 anzustreben.

Die Vorteile der Erfindung, sind:·. . . •1 . 'Materialednsparung durch die Möglichkeit eine-r ,gleichmäßig hohen '.Warmeubertraguiigsleistung, so daß die Apparate kleiner dimensioniert werden können. , '

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2. Betriebskosteneinsparung durch Wegfall von Betriebs-. Unterbrechungen .beziehungsweise Prozeßparameterän-

derungen für Rohrreinigung. ·

3. Hohe Betriebssicherheit, selbst bei Ausfall einiger oder sogar aller Elemente auf Grund des günstigeren Versehmutzungsverhaltens und besserer Wärmeübergangsbedingungen, verglichen.zum herkömmlichen leeren Rohr. . ' .

4. Günstige Möglichkeit des Elementewechsels (zum Beispiel zur Anpassung an veränderte Betriebsbedingungen) . ' _

Claims

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, Selbstreinigendes Wärmeübertragerrohr mit zylindri— schem Querschnitt, welches ein wendel- oder schneckenförmig ausgebildetes , sich über-die ganze Rohrlänge ' durchgängig erstreckendes Element enthält, das am

I,

Medieneintritt des Rohrkörpers mittels einer ,Halteeinrichtung und einem Lagerorgan einseitig drehbar -' ' ^ befestigt ist, gekennzeichnet dadurch, daß das Element' aus einzelnen, miteinander verbundenen Gliedern (2), deren.Randzonen zur Drehrichtung abgekehrt sind, besteht und'homogen aus Gliedern (2) gleicher Gangrichtung oder alternierend aus links- und rechtsgängigen Gliedern (2) aufgebaut ist.
2. Selbstreinigendes Wärmeübertragerrohr nach Punkt 1-, gekennzeichnet dadurch, daß die einzelnen Glieder (2) des Elements eine Länge von 2 bis 50 mal dem Rohrkörperinnendurchmesser¹ aufweisen. -.'
3.- Selbstreinigendes Wärmeübertragerrohr nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die größte radiale Ausdehnung des Elementes den 0,7ten bis O,98ten Teil des Rohrkörperinnendurchmessers d. beträgt. \
4. Selbstreinigendes Wärmeübertragerrohr nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Enden der alter-,. nierend links- und rechtgängigen Glieder (2) des Elements punktförmig an-deren Rotationsachsen ver-.-bunden beziehungsweise gelagert und radial zueinander unbeschränkt verdrehbar angeordnet und die Glieder (.2) bezüglich der Rotationsachse mindestens um den

:.,--., ·." Winkel cL = 2(d. - d ^.)/1_αι

(d.. - Rohrinnendurchmesser; d._p, ^:. __ , - größte radiale . ; Ausdehnung des Gliedes (2);. I_-^-, .^ - Länge 'den einzelnen. Glieder (2) des, Elements.) in allen' die. Rohrachse

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beinhaltenden Ebenen schwenkbar, axial aber in Abhängigkeit der auftretenden Kräfte nicht.verschiebbar vorgesehen sind.¹

Selbstreinigendes Wärmeübertragerrohr nach Punkt 1. gekennzeichnet dadurch, daß die Ganghöhe (h) der Glieder (2) des Elements in Abhängigkeit des Massendurchsatzes und der Strömungsgeschwindigkeit, . ausgeführt ist und. mit steigendem Impuls des Strö- . mungsmediums zunimmt. _s . '

Selbstreinigendes Wärmeübertragerrohr nach Punkt 1,. gekennzeichnet dadurch, daß der Rohrkörper (1) wie auch das Element aus Stahl, Nichteisenmetallen, Kunststoff, Glas oder keramischen Werkstoffen oder Kombinationen dieser bestehen können.

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