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Rohrbündel-Wärmetauscher Die Erfindung betrifft einen Rohrbündel-Wärmetauscher
mit geradzahliger Durchflutungszahl des inneren Wärmeträgers, bei dem sich das aus
U-förmig gebogenen Rohren und an einem Rohrboden befestigte Rohrbündel in einem
Gehäuse befindet, welches aus einem topfförmigen Mantelteil und aus einer an diesem
Mantelteil lösbar befestigten, in zwei oder mehrere Teilkammern aufgeteilten Endkammer
zur Zuführung, Umlenkung und Abführung des inneren Wärmeträgers besteht.
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Es ist bekannt, Rohrbündel-Wärmetauscher, bei denen der innere, durch
die Rohre strömende Wärmeträger an derselben Seite zu- und abgeführt wird, mit nur
einer in zwei oder mehrere Teilkammern unterteilten Endkammer auszuführen. Hierzu
werden -die Rohre zugleich zur Umlenkung des inneren Wärmeträgers verwendet und
zu diesem Zweck U-förmig ausgebildet. Dabei müssen die freien Enden dieser U-förmig
verlaufenden Rohre jeweils an verschiedene Teilkammern der einen Endkammer angeschlossen
sein. Der Vorteil dieser Bauweise ist, daß durch sie eine zweite Endkammer und ein
zweiter Rohrboden eingespart wird und daß die gegenseitige Abdichtung der von den
beiden Wärmeträgern durchflossenen Räume und die Abdichtung dieser Räume gegen den
Außenraum durch den Fortfall einer zweiten Teilfuge an dem Mantelteil wesentlich
vereinfacht wird.
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Bei den bekannten Rohrbündel-Wärmetauschern werden die Rohrböden in
die zwischen dem Mantelteil und der Endkammer gelegenen Teilfuge eingespannt. Ist
entsprechend der beschriebenen Bauweise nur ein Rohrboden vorgesehen, so wird das
Rohrbündel in nur einer Ebene gegenüber dem Gehäuse fixiert. Es besteht dann eine
frei wärmebewegliche Befestigung dieses Rohrbündels gegenüber dem Gehäuse.
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Die gesamte Dichtkraft, die zu einer möglichst vollkommenen Abdichtung
der zwischen dem Rohrboden und den beiden Gehäuseteilen gelegenen Teilfugen erforderlich
ist, wird bei dieser Anordnung durch Spannen geeigneter Spannteile aufgebracht.
Im allgemeinen werden hierzu Dehnschrauben verwendet, die über den Umfang eines
an dieser Teilfuge angeordneten Flansches verteilt sind. Wegen der Größe der erforderlichen
Dichtkraft müssen sowohl diese Spannteile als auch die beiden Flanschhälften sehr
stark ausgebildet sein, zumal durch diese Verspannung zwei Teilfugen zugleich abzudichten
sind.
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Da bei dieser Befestigungsart die Endkammern nicht von dem Mantelteil
gelöst werden können, ohne daß die Fixierung des Rohrbündels verlorengeht, ist es
erforderlich, an der Stirnseite der Endkammern eine Öffnung anzubringen, durch welche
die zur Kontrolle und zum Reinigen der -Wärmeaustauschrohre erforderliche Zugänglichkeit
zum Rohrboden hergestellt wird. Der Abschluß und die Abdichtung dieser Zugangsöffnung
bereiten eine zusätzliche Erhöhung des Aufwandes zum Anfertigen solcher Rohrbündel-Wärmetauscher.
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Um diese Nachteile zu umgehen, wird in der vorliegenden Erfindung
eine Konstruktion vorgeschlagen, durch die eine Selbstabdichtung der an den Rohrboden
angrenzenden Innenräume und dieser Innenräume gegen den Außenraum erreicht und die
Anordnung einer zusätzlichen Zugangsöffnung überflüssig wird.
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Die Erfindung besteht darin, daß ein ungeteilter Ring von keilförmigem
Querschnitt zwischen entsprechend abgeschrägten Auflageflächen am äußeren Umfang
des Rohrbodens einerseits und am Umfang des zu diesem Rohrboden gerichteten Durchbruches
der Endkammer oder am inneren Umfang des Mantelteils andererseits eingelegt ist
und daß dieser Keilring durch die aus dem Druckunterschied zwischen den beiden Wärmeträgern
herrührenden und auf den Rohrboden wirkenden Längskraft so gegen eine radiale Ringfläche
an dem Mantelteil oder an der Endkammer gepreßt wird, daß dieser Keilring den Innenraum
der Endkammer gegen den Innenraum des Mantelteils und zugleich die Teilfuge zwischen
diesen Teilen abdichtet und darüber hinaus das Rohrbündel gegenüber dem Gehäuse
fixiert.
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Bei Ausführung eines Rohrbündel-Wärmetauschers nach der Erfindung
braucht von den an der Gehäuseteilfuge angeordneten Spannteilen nur noch die aus
dem Druckunterschied zwischen dem Innenraum der Endkammer und des Mantelteils herrührende
Längskraft übertragen, jedoch nicht mehr die zum Abschluß der Teilfuge notwendige
Dichtkraft aufgebracht
zu werden. Die Spannteile und die beiden
Flanschhälften können also wesentlich schwächer bemessen werden, als dies bei den
bekannten Ausführungen möglich ist.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, den ungeteilten
Keilring durch einen am äußeren Umfang des Rohrbodens angeordneten Gewindering auf
die an diesem Umfang liegende abgeschrägte Auflagefläche aufzupressen. Auf diese
Weise wird erreicht, daß der Rohrboden auch beim Fehlen eines Druckunterschiedes
gegenüber dem Mantelteil fixiert bleibt. Dadurch wird es im Gegensatz zu den bekannten
Ausführungen möglich, die Endkammer zur Kontrolle oder zur Reinigung der Rohre von
dem Mantelteil zu lösen, ohne daß die Befestigung der Einbauteile an dem Mantelteil
verlorengeht. Eine gesonderte Zugangsöffnung an der Endkammer wird also nicht mehr
benötigt.
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Die Konstruktion gemäß der Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
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Fig. 1 zeigt die Ausführung für den Fall, daß der durch die Endkammer
und die Rohre strömende Wärmeträger unter einem höheren Druck steht als der äußere
Wärmeträger.
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Die in Fig. 2 abgebildete Ausführung ist für den umgekehrten Fall
vorgesehen.
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Die zur Aufnahme des ungeteilten Keilringes 1 dienenden abgeschrägten
Auflageflächen 21 und 41
bzw. 51 sind einerseits an dem äußeren
Umfang des die Rohre 3 tragenden Rohrbodens 2 und andererseits an dem inneren Umfang
entweder der Endkammer 4 (Fig. 1) oder des Mantelteils 5 (Fig. 2) des Wärmetauschers
angebracht. Im ersten Fall, also bei nach innen gerichtetem Druckgefälle, preßt
die auf den Rohrboden 2 nach innen wirkende Längskraft den Keilring 1 so gegen die
an dem Mantelteil 5 angeordnete radiale Ringfläche 6, daß durch die Flächenpressung
zwischen dem Keilring 1 und dem Mantelteil s eine sichere Abdichtung zwischen dem
Innenraum 53 des Mantelteils und dem Außenraum A zustande kommt. Die Abdichtung
dieses Innenraumes 53 gegen den Innenraum 43 der Endkammer 4 erfolgt an der abgeschrägten
Auflagefläche 21, die ebenfalls durch die aus dem Druckunterschied herrührende Längskraft
fest auf die kegelige Gegenfläche am Keilring gepreßt wird. Der Innenraum 43 der
Endkammer 4 wird durch die feste Auflage des Keilringes an der Auflagefläche 41
gegen den Außenraum A abgedichtet.
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In beiden Fällen muß der Keilring so eingebaut sein, daß sich sein
Querschnitt in Richtung des Druckgefälles erweitert. Dementsprechend muß bei nach
außen gerichtetem Druckgefälle die radiale Ringfläche 6 zur Abdichtung gegen den
Außenraum A an der Stirnseite der Endkammer 4 angeordnet werden. Ähnlich wie im
ersten Fall kommt die gegenseitige Abdichtung der beiden Innenräume 43 und 53 und
die Abdichtung dieser Innenräume gegen den Außenraum A durch Anpressen des Keilringes
an den Auflageflächen 21, 51 und 6 zustande.
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Durch den am äußeren Umfang des Rohrbodens angeordneten Gewindering
7 wird eine zusätzliche, von der Höhe des Druckunterschiedes unabhängige Fixierung
des Rohrbodens 2 an dem Mantelteil 5 erzielt.
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Die Spannteile sind bei den beiden Ausführungsbeispielen in Form von
Dehnschrauben 8 ausgeführt. Sowohl die Dehnschrauben als auch die beiden Flanschhälften
44 und 54 können im Vergleich zu den bekannten Konstruktionen derartiger Wärmetauscher
wesentlich schwächer bemessen werden, da sie nur noch die aus dem Druckunterschied
zwischen den Innenräumen 43 und 53 der Endkammer 4 und des Mantelteils 5 herrührende
Kraft zu übertragen haben.
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Zur Aufteilung der Endkammer 4 in zwei oder mehrere Teilkammern 46
sind die Zwischenwände 45 vorgesehen.
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Diese Konstruktion eignet sich besonders für Hochdruck-Wärmetauscher,
wie beispielsweise Hochdruck-Speisewasservorwärmer für Dampfkraftanlagen.