-
Wärmetauscher oder ähnliche Apparate, die einen mit einem Dehnungskörper
ausgerüsteten zylindrischen Mantel aufweisen, dessen beide Stimseiten unter Zwischenlage
nicht dehnbarer endloser Dichtungen durch kreisförmige Böden verschlossen sind Kühler,
Erhitzer, Verdampfer, Kondensatoren und ähnliche Apparate, nachstehend allgemein
Wärmetauscher genannt, bestehen in den meisten Fällen aus mehreren parallelen geraden
Rohren, in denen sich der eine der beiden Stoffe, die zum Wärmeaustausch kommen
sollen, bewegt, während der andere Stoff im Raum um die Rohre fließt.
-
Die Rohre sind normalerweise stirnseitig in den Rohrböden eingewalzt
oder mit diesen verschweißt. ,Der Raum um die Rohre wird durch die beiden stirnseitigen
Rohrböden sowie einen zylindrischen Mantel begrenzt, der stirnseitig flüssigkeits-
und gasdicht mit den Rohrböden verbunden werden muß.
-
Die Verbindung zwischen Rohrboden und zylindrischem Mantel bildet
konstruktiv, fertigungstechnisch und auch im Hinblick auf die Betriebssicherheit
keine Schwierigkeiten, wenn sich diese beiden Teile durch Schweißung oder Lötung
verbinden lassen. In vielen Fällen bestehen die Rohrböden und der zylindrische Mantel
jedoch aus verschiedenen Werkstoffen. Dadurch werden die Möglichkeiten, die Teile
durch Schweißung oder Lötung zu verbinden, stark eingeschränkt. Darüber hinaus gibt
es eine ganze Reihe bei der Herstellung von Wärmetauschern verwendeter Werkstoffpaare,
die sich weder durch Schweißung noch durch Lötung verbinden lassen. Das sind beispielsweise
eiserne Mäntel mit Rohrböden aus Aluminium, Keramik oder Kunststoffen. Unterliegt
die Verbindung besonderen Sicherheitsvorschriften, dann darf eine Lötung selbst
bei den Werkstoffpaaren Eisen mit Kupfer, Nickel, Monel oder ähnlichen Werktstoffen
nicht durchgeführt werden.
-
In den Fällen, wo eine Verbindung des Rohrbodens mit dem zylindrischen
Mantel durch Schweißung oder Lötung nicht möglich ist, rüstet man die Stirnseiten
des Mantels mit Flanschen aus und drückt deren Stirnseiten unter Zwischenlegen von
Dichtungen mittels Schrauben gegen die Rohrböden, wie Ab b. A zeigt.
-
In A b b. A sind die Rohre 2 in die Rohrböden 1
fest
eingewalzt oder mit diesen verschweißt. Der Raum um die Rohre wird dann durch die
Teile 1
und 2 sowie den zylindrischen Mantel 3 mit einem Dehnungskörper4
und mit den stirnseitig angesetzten Flanschen 5 begrenzt. Unter Zwischenlegen
der Dichtungen 6 und unter Verwendung der Gegenflanschen 7
werden mittels
der Schrauben 8 die Stirnseiten der Flansche des zylindrischen Mantels gegen
die Dichtflächen der Rohrböden gepreßt und somit der Raum um die Rohre sicher abgedichtet.
Der Dehnungskörper 4 dient dabei zur Aufnahme der .Wärmespannungen während des Betriebes.
Diese Konstruktion hat den Nachteil, daß bei der Herstellung des Wännetauschers
die Dichtungen eingelegt werden müssen, bevor die Rohre eingesetzt und eingewalzt
bzw. eingeschweißt werden können. Deshalb ist auch das Auswechseln einer endlosen
Dichtung ohne die vorhergehende Demontage der Rohre nicht möglich. Da nun eingeschweißte
oder eingewalzte Rohre nicht ohne Zerstörung der Einwalz- bzw. Schweißstellen aus
den Rohrböden herausgezogen werden können und weil dadurch die Wiederverwendung
der Rohre nur in den seltensten Fällen möglich ist, bedeutet das den zusätzlichen
Aufwand einer neuen Berohrung, wenn lediglich eine endlose Dichtung unbrauchbar
geworden ist.
-
In den Bemühungen, diesen Nachteil zu beheben, sind folgende Konstruktionen
bekannt: 1. Die Rohrböden auf beiden Seiten des Wärmetauschers werden mit
den stirnseitigen Flanschen des zylindrischen Mantels vernietet und verstemmt, wobei
Dichtungen nicht notwendig sind. Diese Konstruktion ist nur auf wenige verstemmbare
Werkstoffe beschränkt.
-
2. Der eine der beiden Rohrböden wird, wie in A b b. A gezeigt,
unter Zwischenlegen. einer Dichtung gegen die Stirnseite des Flansches des zylindrischen
Körpers gedrückt und um ein Herausziehen des Rohrsystems ohne Demontage der Rohre
aus den Rohrböden zu ermöglichen, wird der Durchmesser des anderen Rohrbodens kleiner
A der lichte Durchmesser des zylindrischen Mantels gewählt. Zur Abdichtung
dieses Rohrbodens sind. aber besondere Konstruktionen,
wie nachstehend
beschrieben, notwendig: a) Der Rohrboden wird durch eine Stopfbüchse abgedichtet;
b) der Rohrboden erhält einen schwimmenden Kopf; e) der Rohrboden
erhält einen aufgeschraubten Ring, dessen äußerer Durchmesser größer ist als der
lichte Durchmesser des Mantels. Die Nachteile dieser unter 2a) bis 2e) angedeuteten
Konstruktionen sind unter anderem: Großer Materialaufwand, notwendige Verwendung
schlecht auswechselbarer Stiftschrauben, die bei verschiedenen Werkstoffen überhaupt
nicht anwendbar sind, sowie keine Kontrollmöglichkeit der Abdichtung zwischen den
beiden Seiten des Wärmetauschers während des Betriebes. Außerdem ist es, abgesehen
von der sehr aufwendigen Konstruktion 2b, nicht möglich, die Wärmetauscher
irn Raum durch die Rohre mehr als zweiflutig zu bauen.
-
Die Erfindung geht aus von bekannten Wärmetauschem oder ähnlichen
Apparaten, die einen mit einem Dehnungskörper ausgerüsteten zylindrischen Mantel
aufweisen, dessen beide Stimseiten unter Zwischenlegen nicht dehnbarer endloser
Dichtungen durch kreisförmige Böden verschlossen sind, deren Durchmesser größer
ist als der lichte Durchmesser des Mantels und deren Abstand unveränderlich durch
Anker oder in die Böden eingewalzte oder eingeschweißte Rohre festgelegt ist.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, durch Anwendung bestimmter Konstruktionsverhältnisse
den Ein- und Ausbau der Dichtungen ohne Demontage der Rohre ,zu ermöglichen. Hierzu
wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß in der Ebene mindestens eines Bodens die
Anker oder Rohre auf einer Bodenhälfte innerhalb einer gedachten Halbellipse angeordnet
werden, deren große Achse eine Länge gleich dem iäußeren Durchmesser D" des Bodens
aufweist und #sich mit der kleinen Achse im Mittelpunkt des Bodens schneidet, deren
Länge 2b = (4D1 - 3D,) ± 0,1 (4D1
- 3D,)
beträgt, wobei Di den lichten Durchmesser der Dichtung in
der Betriebslage bedeutet.
-
Dabei wird der Dehnungskörper irn zylindrischen Mantel dazu benutzt,
das Spiel der Dichtungen zwischen Rohrböden und Flanschen des zylindrischen Mantels
zu vergrößern, damit die Dichtung in ihrer Dichtungsebene bewegt werden
kann. Dies kann ge--schehen, indem der Dehnungskörper durch äußere Kräfte,
beispielsweise mittels Spannschrauben, leicht zusammengedrückt wird oder daß als
Dehnungskörper z. B. eine Stopfbüchse benutzt wird.
-
Als Dichtungen sind dabei solche zu verstehen, die aus wenig dehnbaren,
aber verformbaren Werkstoffen bestehen, wie z. B. Pappe, Asbest, Kunststoff oder
auch aus Blech verschiedener Werkstoffe.
-
Der Ein- und Ausbau der Dichtung erfolgt durch Überstreifen über den
Rohrboden, nachdem sie in eine elliptische Form ohne Vergrößerung ihres inneren
Umfanges gebracht worden ist.
-
Die Form der Ellipse ist abhängig von dem lichten Durchmesser der
runden Dichtung, dem äußeren Durchmesser des Rohrbodens und der Dicke des Rohrbodens.
Die -Möglichkeit des Ein- und Ausbaues der Dichtung ist gegeben, wenn die
äußeren Begrenzungslinien der Rohre in einer beliebigen Hälfte des Rohrbodens innerhalb
des Bogens einer gedachten Ellipsenhälfte, deren Abmessungen durch Anspruch festgelegt
sind, angeordnet werden.
-
A b b. B zeigt die Anordnung der Rohre im Rohrboden an einem
Ausführungsbeispiel für den Erfindungsgegenstand und die Lage der Dichtung irn Betriebszustand
und während der Montage im extrem verformten Zustand. Darin ist 1 der Rohrboden,
2 die im Rohrboden fest eingesetzten Rohre, 3 der Mantel des Raumes um die
Rohre, 5 der am Mantel stirnseitig fest angesetzte Flansch und 6B die Dichtung
in ihrer normalen Lage während des Betriebes sowie 6m dieselbe Dichtung, jedoch
in der extrem verformten Lage während des überstreifens über den Rohrboden.
-
Wie aus A b b. B ersichtlich, wird die Dichtung 6B aus ihrer
normalen Lage in der Dichtungsebene so weit seitlich verschoben, daß ihre Innenkante
in Richtung dieser Bewegung über den halben äußeren Umfang des Rohrbodens gestreift
werden kann. Durch Verschiebung der Dichtung in entgegengesetzter Richtung kann
sie vollständig herausgenommen werden. Der Einbau der Dichtung erfolgt in gleicher
Weise, jedoch in umgekehrter Bewegungsrichtung und umgekehrter Folge der Bewegungen.
-
In Ab b. B sind alle Rohre eingezeichnet, die überhaupt ohne
Berücksichtigung des Ein- und Ausbaues der Dichtungen bei gegebenem Rohrabstand
untergebracht werden können. Zum Ein- und Ausbau der Dichtungen müssen die gestrichelt
angedeuteten Rohre weggelassen werden, und es verbleiben die voll ausgezogenen Rohre,
die innerhalb einer Fläche liegen, die auf der Seite, wo beirn Überstreifen der
Dichtung über den Rohrboden die Innenkante der Dichtung den äußeren Umfang der Rohre
zu berühren beginnt, durch den halben Bogen einer Ellipse begrenzt wird, die die
Länge 2 b als kleine Achse und den Außendurchinesser des Rohrbodens D" als
große Achse aufweist und deren große und kleine Achse sich irn Mittelpunkt des Rohrbodens
schneiden. Ist die Dicke des Rohrbodens h und der lichte Durchmesser der runden
Dichtung Di, dann ist
Da unter Ausschluß stark dehnbarer Dichtungswerkstoffe, wie beispielsweise Gummi,
jeder Dichtungswerkstoff innerhalb eines elastischen Bereichs. sich unter vergrößertem
Kraftaufwand etwas dehnen läßt, wodurch die Achse 2 b etwas größer gewählt
werden könnte, andererseits aber auch Dichtungen verwendet werden sollen, die wegen
ihrer Form und wegen der Festigkeit ihres Werkstoffese unzumutbare Kräfte zur Verformung
notwendig machen, wobei eine Verkleinerung der Achse 2 b wesentliche Erleichterung
bringt, wird zur Abgrenzung festgelegt, daß die Länge der kleinen Achse der Ellipse
2b # (4D1 - 3D.) ± 0,1 (4Di - 3D") betragen soll.