DE1057628B

DE1057628B - Smooth tube counterflow heat exchanger

Info

Publication number: DE1057628B
Application number: DEG24032A
Authority: DE
Inventors: Kurt Ulbricht; Heinrich Holzapfel
Original assignee: Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Current assignee: Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Priority date: 1958-03-03
Filing date: 1958-03-03
Publication date: 1959-05-21

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung bezieht sich auf Glattrohr-Gegenstrom-Wärmeaustauscher mit bündelartig angeordneten Rohren. Dabei werden die gebündelten Rohre an ihren Enden in drucksteifen Rohrböden gehaltert. Das wärmeabgebende Medium niederen Druckes strömt um die Rohre und das wärmeaufnehmende Medium höheren Druckes durch die Rohre. Sehr enge und dünnwandige Rohre, wie sie etwa für Wärmeaustauscher bei Heißluftturbinenanlagen mit geschlossenem Kreislauf in sehr großer Zahl verwendet werden, lassen sich jedoch nicht in wirtschaftlicher Weise mit einer dickeren Rohrbodenplatte abdichtend und fest verbinden.The invention relates to smooth tube countercurrent heat exchangers with a bundle-like arrangement Pipes. The bundled tubes are held at their ends in pressure-resistant tube sheets. That heat-emitting medium of low pressure flows around the pipes and the heat-absorbing medium higher pressure through the pipes. Very narrow and thin-walled tubes, such as those used for heat exchangers are used in very large numbers in hot air turbine systems with closed circuit, however, cannot be economically sealed and firmly sealed with a thicker tube sheet associate.

Man hat deshalb auch schon daran gedacht, die Rohrboden durch gegenseitige Anlage der Rohrenden zu bilden, die dann nur von einem Rahmen oder Ring umgeben und zusammengehalten werden. Dabei sind die Rohrenden zum Überbrücken der Abstände mit aufgesetzten Muffen versehen oder entsprechend aufgeweitet und zugleich verformt, um ebene Seitenflächen zu bilden. Noch günstiger im Sinne eines möglichst kleinen Durchmessers solcher Rohrboden zur besseren Widerstandsfähigkeit gegen hohe Betriebsdrücke und größeren relativen Nutzleistung des Austauschers ist es jedoch, die Rohrenden ohne Verstärkungsmuffen oder Aufweitung bis zur unmittelbaren gegenseitigen Berührung in vorzugsweise versetzten Reihen zusammenzuführen.One has therefore already thought about the tube sheet by mutual contact of the tube ends to form, which are then only surrounded by a frame or ring and held together. Are there Provide the pipe ends with attached sleeves to bridge the gaps or widen them accordingly and at the same time deformed to form flat side surfaces. Even cheaper in the sense of one The smallest possible diameter of such a tube sheet for better resistance to high operating pressures and greater relative efficiency of the exchanger is, however, the pipe ends without reinforcing sleeves or expansion up to the immediate mutual contact in preferably offset Merge rows.

Von der letzten Art der Rohrbodenbildung ausgehend soll mit der Erfindung eine einwandfreie Lösung für das Problem der Überbrückung der durch die kreisrunde Rohrform bedingten kleinen zwickelartigen Zwischenräume sowie einer druckfesten Verbindung aller Rohrenden zu einem einheitlichen Gesamtkörper geschaffen werden. Dazu genügt keineswegs eine Lippenschweißung an den Stirnseiten, vielmehr müssen auf einer der Rohrbodenstärke entsprechenden Länge die Rohrzwischenräume vollkommen ausgefüllt und die Rohrenden miteinander verbunden sein. Dafür eignet sich aber kein Schweißverfahren, zumal dünnwandige Rohre bei derartig hohen Temperaturen sich leicht verziehen oder durchbrennen. Starting from the last type of tube sheet formation, the invention aims to provide a flawless solution for the problem of bridging the small gusset-like caused by the circular tube shape Interstices as well as a pressure-tight connection of all pipe ends to form a uniform overall body be created. A lip weld on the end faces is by no means sufficient for this, rather the pipe gaps must be completely at a length corresponding to the pipe sheet thickness filled out and the pipe ends connected to each other. But no welding process is suitable for this, especially since thin-walled pipes are easily warped or burned through at such high temperatures.

Ferner ist auch schon der Vorschlag gemacht worden, in den Rohrzwischenräumen drahtartige Füllstücke anzuordnen, die das Eindringen flüssigen Schweißgutes zwischen die Rohre verhindern und das Durchführen einer Lippenschweißung erleichtern sollen. Im Gegensatz dazu bedient sich die Erfindung der Maßnahme, solche FüMstücke anzuordnen, in der Weise, daß die Füllstücke einen den Rohrzwischenräumen entsprechenden Querschnitt mit dem Außenumfang der Rohre angepaßten, konkav gekrümmten Seiten haben und die verbleibenden Spalte praktisch Glattrohr - Gegenstrom.-WärmeaustauscherFurthermore, the proposal has already been made to insert wire-like filler pieces in the spaces between the pipes to be arranged that prevent the penetration of liquid weld metal between the pipes and the To make it easier to carry out a lip weld. In contrast, the invention makes use of it the measure of arranging such FüMstück in such a way that the filler pieces one of the pipe gaps Corresponding cross-section with the outer circumference of the tubes adapted, concavely curved Sides have and the remaining column practically smooth tube - countercurrent heat exchanger

Anmelder:Applicant:

Gutehoffnungshütte Sterkrade
Akti engesells chaft,
Oberhausen (Rhld.), Lipperfeld 1Gutehoffnungshütte Sterkrade
Stock corporation,
Oberhausen (Rhld.), Lipperfeld 1

Heinrich Holzapfel und Kurt Ulbricht, Oberhausen (Rhld.)-Sterkrade, sind als Erfinder genannt wordenHeinrich Holzapfel and Kurt Ulbricht, Oberhausen (Rhld.) - Sterkrade, have been named as inventors

überall gleich und so schmal sind (0,05 bis 0,2 mm), daß zum Abdichten und Verbinden vorgesehenes Hartlot bei entsprechender Arbeitstemperatur durch Kapillarwirkung in die Spalte hineingesaugt wird. Erst mit einer solchen Lötverbindung kann zum Unterschied von den bisherigen Schweißverbindungen eine wirklich einwandfrei dichte und für die vorkommenden Betriebsverhältnisse genügend drucksteife Rohrbodenbildung erreicht werden.everywhere the same and so narrow (0.05 to 0.2 mm) that what is provided for sealing and connecting Hard solder is sucked into the gap by capillary action at the appropriate working temperature. It is only with such a soldered connection that it differs from the previous welded connections a really perfectly tight one and sufficiently rigid against pressure for the operating conditions that occur Tube sheet formation can be achieved.

Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung zum Teil schematisch beispielsweise dargestellt; es zeigtThe object of the invention is shown in the drawing in part schematically, for example; it shows

Fig. 1 einen Wärmeaustauscher mit mehreren Rohrbündeln in Längsansicht,1 shows a heat exchanger with several tube bundles in a longitudinal view,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen solchen Wärmeaustauscher,2 shows a cross section through such a heat exchanger,

Fig. 3 ein Rohrbündel des Wärmeaustauschers in Längsansicht mit den zugehörigen Anschlußteilen,3 shows a tube bundle of the heat exchanger in a longitudinal view with the associated connection parts,

Fig. 4 einen Querschnitt durch das Rohrbündel,4 shows a cross section through the tube bundle,

Fig. 5 einen vergrößerten Teilquerschnitt aus dem Bereich eines Rohrbodens,5 shows an enlarged partial cross-section from the area of a tube sheet,

Fig. 6 einen noch mehr vergrößerten Teilquerschnitt gemäß Fig. 5,FIG. 6 shows an even more enlarged partial cross section according to FIG. 5,

Fig. 7 und 8 einen Teillängsschnitt des Rohrbodens im Zustand vor bzw. nach der Lötung.7 and 8 show a partial longitudinal section of the tube sheet in the state before and after the soldering.

Der ganze Wärmeaustauscher besteht aus mehreren Rohrbündeln 1, die innerhalb eines durch Füllkörper 2 ergänzten Mehreckquerschnittes angeordnet und von einem gemeinsamen Mantel 3 mit Abstand umgeben sind. Der Mantel 3 ist an seinen beiden Enden mit Flanschen 4, 5 zum Anschluß von Leitungen für die Zu- bzw. Abführung des einen Wärmetauschmittels und in der Nähe des einen Endes mit Rohrstutzen 6, 7 zum Anschluß von Leitungen für Zu- bzw. Abführung des anderen Wärmetauschmittels versehen (Fig. 1, 2).The entire heat exchanger consists of several tube bundles 1, which are arranged within a polygonal cross-section supplemented by packing 2 and surrounded by a common jacket 3 at a distance. The jacket 3 is at both ends with flanges 4, 5 for the connection of lines for the supply and discharge of a heat exchange medium and in the vicinity of one end with pipe sockets 6, 7 for connecting lines for supply and discharge of the other heat exchange medium provided (Fig. 1, 2).

90S· 527/31090S 527/310

Claims

Each bundle has a central tube 8 and a large number of narrower tubes 9 surrounding it on all sides, are arranged in the central area over most of their length in a hexagonal shape with equal distances> parallel to one another and are surrounded by a thin 31echmantle 10, while it reads on both sides Area approach each other and run parallel to each other again at the Indians with mutual contact and accordingly smaller bundle cross-section. Each end of the tube) is surrounded by a comparatively strong ring 11. A hood 12 is attached to one ring, which covers the free end of the central tube 8, which protrudes somewhat beyond the tube ends, and serves to deflect the one heat exchange medium. A pipe socket 13) is fastened to the other ring; the central pipe 8 opens at this end: just like the pipe socket 13, in each case an annular space 14, 15 common to all bundles of the heat exchanger of the heat exchange medium flowing through the central tube and then the tube bundle. The central tube 8, like the outer sheet metal jacket 10, is hexagonal to facilitate the regular arrangement of the tube bundle 1 and has a freely movable, round inner tube 8 '(FIG. 5). To form absolutely tight and sufficiently pressure-resistant tube sheets, filler pieces made of steel 16, 17 are arranged in the triangular spaces, which are delimited by three adjacent tube ends or by two tube ends and an inner side of the outer ring 11 or an outer side of the central tube 8 . These filler pieces have: a length corresponding to at least the thickness of the ring 11 and two or three outer sides which are concavely curved concentrically with respect to the tubes. In addition, the cross-section of the filler pieces is such that only the smallest gaps of about 0.05 to 0.2 mm wide remain all around. B. at 730 to 750 ° C, is sucked in due to its capillary forces at any position of the tube bundle. As a result, the loose solder fills the gap completely, so that when it solidifies, the pipe ends are firmly connected to one another and to the filler pieces over a corresponding length. Expediently, solders are used for this purpose, which are used at the highest operating temperatures occurring in heat exchangers, e.g. B. 450 ° C, still have sufficient heat resistance and their working temperatures are not so high that grain coarsening, intergranular corrosion and solder brittleness can occur. 7 shows the arrangement of the solder deposit 18 between the pipe ends after the filler pieces 16, 17 have already been inserted. After the soldering has been carried out, the outermost part Ila of the retaining ring 11 is sawed off smoothly together with the corresponding end parts of the tubes 9 according to FIG. Patent claims:

1. Smooth tube countercurrent heat exchanger, consisting of a bundle of thin-walled tubes, which run in their central area at constant distances from one another and are drawn together at their two ends to form tube sheets until they come into direct contact with one another in staggered rows and preferably in a hexagonal overall arrangement, filling pieces are arranged in the gusset-like spaces caused by the circular tube shape, characterized in that the filling pieces (16, 17) have a cross-section corresponding to the tube spaces with the outer circumference of the tubes adapted, concavely curved sides and the remaining gaps practically everywhere the same and so are narrow (0.05 to 0.2 mm) that hard solder provided for sealing and connecting is sucked into the gap by capillary action at the appropriate working temperature.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that each tube bundle (1) surrounds a central tube (8) in a manner known per se and in turn in the middle area of a correspondingly shaped jacket (10) and at the ends of the tube sheet thickness corresponding to rings (11) is surrounded, which are connected to a connecting piece (13) or a deflection hood (12) .

1 sheet of drawings