DE1243706B - Expansion element on a tube bundle heat exchanger - Google Patents

Expansion element on a tube bundle heat exchanger

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Publication number
DE1243706B
DE1243706B DEA30992A DEA0030992A DE1243706B DE 1243706 B DE1243706 B DE 1243706B DE A30992 A DEA30992 A DE A30992A DE A0030992 A DEA0030992 A DE A0030992A DE 1243706 B DE1243706 B DE 1243706B
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DE
Germany
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tube sheet
force
edge
intermediate piece
membrane
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Pending
Application number
DEA30992A
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German (de)
Inventor
Sverre Knut Jenssen
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Rosenblads Patenter AB
Original Assignee
Rosenblads Patenter AB
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0236—Header boxes; End plates floating elements
    • F28F9/0241—Header boxes; End plates floating elements floating end plates

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

F28dF28d

Deutsche KL: 17 f-5/04German KL: 17 F-5/04

Nummer: 1243 706Number: 1243 706

Aktenzeichen: A 309921 a/17 fFile number: A 309921 a / 17 f

Anmeldetag: 19. Dezember 1958Filing date: December 19, 1958

Auslegetag: 6. Juli 1967Opened on: July 6, 1967

Die Erfindung betrifft ein Expansionselement an einem Rohrbündelwärmetauscher, das eine elastische dichte Verbindung zwischen dem Mantel und einem Rohrboden herstellt, der nicht wesentlich dicker als die Wandstärke der Rohre bemessen ist und bis nahe zu seinem Rand Rohre enthält. Das Expansionselement enthält hierbei als Hauptteil eine im wesentlichen als Ring um die Längsachse des Bündels verlaufende elastische Trennwand; der eine Rand dieses Ringes ist über ein starres Zwischenstück mit dem Rand des Rohrbodens verbunden.The invention relates to an expansion element on a tube bundle heat exchanger which has an elastic creates a tight connection between the jacket and a tube sheet that is not significantly thicker than the wall thickness of the tubes is dimensioned and contains tubes up to close to its edge. The main part of the expansion element is essentially one an elastic partition wall running as a ring around the longitudinal axis of the bundle; the one edge of this The ring is connected to the edge of the tube sheet via a rigid intermediate piece.

Während des Betriebs des Rohrbündelwärmetauschers enthalten die Räume innerhalb und außerhalb der elastischen Verbindung je eines der wärmetauschenden Medien, wobei oft zwischen beiden Räumen ein hoher Druckunterschied besteht. Infolge des Druckunterschieds ergibt sich eine Kraft quer zum Rohrboden, die die Befestigung der elastischen Trennwand beansprucht. Dementsprechend ist bei diesen bekannten Expansionselementen ein im Vergleich zu den zwischen den Rohrbefestigungsstellen vorhandenen freien Stützweiten verhältnismäßig dicker Rohrboden vorgesehen worden. Bei sehr hohen Druckunterschieden und/oder bei Expansionselementen, die eine große Wandfläche aufweisen, so daß die Kräfte sehr groß werden, ergeben sich bei der Befestigung noch größere Schwierigkeiten.During the operation of the shell and tube heat exchanger, the spaces inside and outside contain the elastic connection of one of the heat-exchanging media, often between the two spaces there is a high pressure difference. As a result of the pressure difference, there is a force across the Tube sheet, which claims the attachment of the elastic partition. Accordingly, at these known expansion elements compared to those between the pipe fastening points existing free spans relatively thick tube sheet has been provided. With very high pressure differences and / or in the case of expansion elements that have a large wall surface, see above that the forces are very great, there are even greater difficulties in the attachment.

Demgegenüber ist es jedoch aus konstruktiven Gründen erwünscht, die Dicke des Rohrbodens nicht wesentlich größer zu machen als die Wandstärke der Rohre.On the other hand, for structural reasons, it is desirable not to reduce the thickness of the tube sheet to make it much larger than the wall thickness of the pipes.

Wirken in diesem Fall große Axialkräfte auf den verhältnismäßig dünnen Rohrboden, so wird vornehmlich die Randzone des Rohrbodens beansprucht. Er ergeben sich hohe Scherbeanspruchungen zwisehen dem Rohrboden und den hier im Rohrboden sitzenden Rohren.If, in this case, large axial forces act on the relatively thin tube sheet, then primarily stresses the edge zone of the tube sheet. It results in high shear stresses the tube sheet and the tubes sitting here in the tube sheet.

Eine Konstruktion dieser Art ist in der USA.-Patentschrift 2 653 799 beschrieben.A construction of this type is described in U.S. Patent 2,653,799.

Um diese Beanspruchungen zu vermindern bzw. weitgehend zu vermeiden, liegt die Aufgabe der Erfindung darin, die vom Expansionselement ausgeübten, auf den Rohrboden wirkenden Axialkräfte möglichst aufzuheben.The object of the invention is to reduce or largely avoid these stresses therein, the axial forces exerted by the expansion element and acting on the tube sheet if possible to pick up.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung das erwähnte Zwischenstück, das den Ring mit dem Rand des Rohrbodens verbindet, derart gestaltet, daß seine Projektion in der Bündellängsachse einen zweiten Ring darstellt, und liegt die Verbindung des Zwischenstücks mit dem Rand des Rohrbodens ungefähr in der Mitte zwischen dem einen Rand und dem anderen Rand des ersten Rings und Expansionselement an einem
RohrbündelwärmetauscherTo solve this problem, the aforementioned intermediate piece, which connects the ring to the edge of the tube sheet, is designed in such a way that its projection in the longitudinal axis of the bundle represents a second ring, and the connection of the intermediate piece to the edge of the tube sheet is approximately in the Middle between one edge and the other edge of the first ring and expansion element on one
Shell and tube heat exchanger

Anmelder:Applicant:

Aktiebolaget Rosenblads Patenter, StockholmAktiebolaget Rosenblads Patenter, Stockholm

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. W. Meissner und Dipl.-Ing. H. Tischer, Patentanwälte, München 2, Tal 71Dipl.-Ing. W. Meissner and Dipl.-Ing. H. Tischer, Patent Attorneys, Munich 2, Tal 71

Als Erfinder benannt:
Sverre Knut Jenssen,
Saltsjöbaden (Schweden)Named as inventor:
Sverre Knut Jenssen,
Saltsjöbaden (Sweden)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Schweden vom 4. Januar 1958 (37)Sweden of January 4, 1958 (37)

sind auch in der Rohrboden-Ringzone, deren Projektion in der Bündellängsachse zwischen dem Rand des Rohrbodens und einem Rand des ersten Rings liegt, mit dem Rohrboden fest verbundene Rohre vorgesehen. Hierdurch wird die zusätzliche Beanspruchung des Rohrbodens als Folge der Nachgiebigkeit des Expansionselements vermieden.are also in the tube sheet ring zone, the projection of which is in the longitudinal axis of the bundle between the edge of the Tube sheet and an edge of the first ring is provided with the tube sheet firmly connected tubes. This reduces the additional stress on the tube sheet as a result of the flexibility of the Expansion element avoided.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung nachstehend näher erläutert. In der Zeichnung zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to the drawing. In the drawing shows

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Teil eines Rohrbündelwärmetauschers mit Expansionselement,1 shows a schematic longitudinal section through part of a tube bundle heat exchanger Expansion element,

F i g. 2 schematisch den strichpunktiert eingerahmten Teil Π nach Fig. 1 in größerem Maßstab,F i g. 2 schematically the part Π framed by dash-dotted lines according to FIG. 1 on a larger scale,

Fig. 3 und 4 in ähnlicher Weise je eine Abwandlung dieses Teils II.FIGS. 3 and 4 each show a modification in a similar manner of this part II.

Gemäß F i g. 1 sitzen die Rohre 1 eines Rohrbündelwärmetauschers in einem Rohrboden 2, der über ein starres Zwischenstück 4, eine im wesentlichen als Ring um die Längsachse des Bündels verlaufende elastische Trennwand 5 und einen Ringflansch 6 am Mantel 7 des Wärmetauschers befestigt ist. Durch die Teile 4, S, 6, die konzentrisch um die Längsachse 10 des Rohrbündels liegen, wird der mit dem Inneren der Rohre 1 verbundene Raum 8 gegenüber dem außerhalb der Rohre liegenden Raum 9 abgetrennt. According to FIG. 1, the tubes 1 of a tube bundle heat exchanger sit in a tube sheet 2, which is attached to the shell 7 of the heat exchanger via a rigid intermediate piece 4, an elastic partition wall 5 running essentially as a ring around the longitudinal axis of the bundle and an annular flange 6. By the parts 4, S, 6, which are concentric about the longitudinal axis 10 of the tube bundle, the space 8 connected to the interior of the tubes 1 is separated from the space 9 lying outside the tubes.

709 609/302709 609/302

Claims (1)

Der Rohrboden 2 und die Teile 4, 5, 6 sind vorzugsweise kreisförmig ausgebildet, sie können aber auch eine viereckige oder andere polygonale Form haben. Ebenso werden bevorzugt im Querschnitt kreisförmige Rohre vorgesehen. Auch hier kann aber ein rechteckiger usw. Querschnitt benutzt werden. Der Mantel 7 kann ebenfalls einen beliebigen Querschnitt aufweisen.The tube sheet 2 and the parts 4, 5, 6 are preferably circular, but they can also have a square or other polygonal shape. Also preferred are in cross section circular tubes provided. Here, too, a rectangular etc. cross-section can be used. The jacket 7 can also have any cross-section. Während des Betriebs des Wärmetauschers wird das eine Medium dem Raum 8 und das andere dem Raum 9 zugeführt. Die Drücke in beiden Räumen sollen mit P1 und P2 bezeichnet werden. Infolge des Druckunterschieds werden auf die Teile 4,5, 6 Axialkräfte ausgeübt (vgl. Fig. 2), wo die Trennwand 5 gestrichelt, das Zwischenstück 4 voll ausgezogen und der Rohrboden 2 und damit auch die Ringzone e-dt gestrichelt wiedergegeben sind. P1 soll größer als P2 sein.During operation of the heat exchanger, one medium is fed to space 8 and the other to space 9. The pressures in both spaces are to be referred to as P 1 and P 2 . As a result of the pressure difference, axial forces are exerted on the parts 4, 5, 6 (see FIG. 2), where the partition 5 is shown in dashed lines, the intermediate piece 4 is fully extended and the tube sheet 2 and thus also the ring zone ed t are shown in dashed lines. P 1 should be greater than P 2 . Auf die gleich großen Kreisflächen U1 bis bx sowie α bis b, die hier gleich 1 gesetzt sind, wirken gleich große AxialkräfteAxial forces of the same size act on the circular areas U 1 to b x and α to b of the same size, which are set equal to 1 here abwärst bzw. aufwärts ein, wodurch das Expansionselement so beansprucht wird, daß es in seinen beiden as Befestigungsstellen dt und d die Kraftdownwards or upwards, whereby the expansion element is so stressed that it has the force in its two as fastening points d t and d P1-P2
~. 2 P 1 -P 2
~. 2 nach abwärts bzw. aufwärts ausübt. Wenn der Rohrboden 2 unmittelbar bei d befestigt wäre, würde er also dieser Kraft nach aufwärts ausgesetzt werden. Gemäß der Erfindung ist er jedoch bei e am starren Zwischenstück befestigt, das seinerseits an der elastischen Trennwand bei d befestigt ist. Das Zwischenstück 4 weist eine projizierte Kreisringfläche c bis d auf, die halb so groß wie die Kreisringfläche α bis b gewählt wird und daher der Kraftexercises downwards or upwards. If the tube sheet 2 were attached directly at d , it would be exposed to this force upwards. According to the invention, however, it is attached at e to the rigid intermediate piece, which in turn is attached to the elastic partition at d . The intermediate piece 4 has a projected circular ring area c to d , which is chosen to be half as large as the circular ring area α to b and therefore the force P1 - P,P 1 - P, nach abwärts ausgesetzt ist, welche die gleiche von der elastischen Trennwand herrührende Kraft nach aufwärts völlig ausgleicht. Von dieser wird also keine Kraft auf den Rohrboden übergeführt. Wenn P2 größer als P1 ist, kehren sich alle Kraftrichtungen nur um, wobei das Endergebnis das gleiche ist. Wenn die elastische Trennwand z. B. infolge einer anderen Form den Druckunterschied in anderer Weise weitergibt, kann ein Kräfteausgleich dadurch herbeigeführt werden, daß man die Größe der Ausgleichsfläche c bis d entsprechend anpaßt.is exposed downwards, which completely compensates for the same force originating from the elastic partition wall upwards. So no force is transferred from this to the tube sheet. When P 2 is greater than P 1 , all directions of force just reverse, the end result being the same. When the elastic partition z. B. because of a different shape passes the pressure difference in a different way, a balance of forces can be brought about by adjusting the size of the compensation area c to d accordingly. Das starre Zwischenstück 4 kann zwischen den Kanten e und d eine beliebige Profilform haben. Wesentlich ist, daß es in Richtung der Bündellängsachse 10 gesehen eine Fläche zwischen diesen Kanten aufweist, die den gewünschten Ausgleich der von der elastischen Trennwand herrührenden Kraft ergibt.The rigid intermediate piece 4 can have any profile shape between the edges e and d. It is essential that, viewed in the direction of the longitudinal axis 10 of the bundle, it has a surface between these edges which results in the desired compensation of the force originating from the elastic partition. F i g. 3 zeigt schematisch eine Abwandlung, bei der die elastische Trennwand 5 im Gegensatz zu F i g. 2 radial nach innen von seinen Befestigungskanten aus gefaltet ist. In diesem Fall wirkt bei einem Überdruck im Raum 9 die Reaktionskraft bei d abwärts, und die Ausgleichsfläche c bis d muß radial nach auswärts von der Kante c gerichtet sein, um einen Überdruck von unten zu erhalten.F i g. 3 schematically shows a modification in which the elastic partition wall 5, in contrast to FIG. 2 is folded radially inward from its fastening edges. In this case, if there is an overpressure in the space 9, the reaction force acts downwards at d , and the compensation surface c to d must be directed radially outward from the edge c in order to obtain an overpressure from below. Fig. 4 zeigt schematisch eine weitere Abwandlung, bei der die elastische Trennwand aus einer einfachen Membran besteht, die, ohne an sich nennenswerten Widerstand zu leisten, sich so biegen läßt, daß der Punkt b nach oben oder nach unten bewegt wird. Auf dieser Membran, deren Fläche a-b auch gleich 1 angenommen wird, wirkt also für P1^P2 eine KraftFig. 4 shows schematically a further modification in which the elastic partition consists of a simple membrane, which can be bent so that the point b is moved upwards or downwards without offering any significant resistance. On this membrane, the area of which is also assumed to be equal to 1, a force acts for P 1 ^ P 2 P1-I-P2-I = P1-P2 P 1 -IP 2 -I = P 1 -P 2 nach oben, wodurch die Membran so beeinflußt wird, daß sie an ihrer Befestigungsstelle b eine Kraftupwards, whereby the membrane is influenced so that it has a force at its attachment point b ρ ρρ ρ 1 21 2 nach oben ausübt. Wenn der Rohrboden unmittelbar bei b befestigt wäre, würde er also dieser Kraft ausgesetzt werden. Gemäß der Erfindung ist er jedoch bei e am starren Zwischenstück 4 befestigt, das seinerseits an der Membran bei b befestigt ist, und das Zwischenstück weist eine projizierte Kreisfläche e bis b auf, die halb so groß wie die Membranfläche a bis b sein soll und daher der nach unten wirkenden Kraftexercises upwards. If the tube sheet were attached directly at b , it would be exposed to this force. According to the invention, however, it is attached at e to the rigid intermediate piece 4, which in turn is attached to the membrane at b , and the intermediate piece has a projected circular area e to b , which should be half the size of the membrane area a to b and therefore the downward force P1-P2 P 1 -P 2 ausgesetzt wird, welche die gleiche, von der Membran herrührende, nach oben wirkende Kraft völlig ausgleicht. Von der Membran wird also keine Kraft auf den Rohrboden übergeführt. Für P2 > P1 werden nur sämtliche Kraftrichtungen umgekehrt, das Endergebnis ist das gleiche.is exposed, which completely compensates for the same, originating from the membrane, upward force. So no force is transferred from the membrane to the tube sheet. For P 2 > P 1 only all force directions are reversed, the end result is the same. Die Erfindung ist nicht an eine bestimmte Form der elastischen Trennwand gebunden.The invention is not restricted to a specific shape of the elastic partition. Patentanspruch:Claim: Expansionselement an einem Rohrbündelwärmetauscher, das eine elastische dichte Verbindung zwischen dem Mantel und einem nicht wesentlich dicker als die Wandstärke der Rohre bemessenen Rohrboden herstellt, wobei im Rohrboden bis nahe zu seinem Rand Rohre vorgesehen sind, und als Hauptteil eine im wesentlichen als ein erster Ring um die Längsachse des Bündels verlaufende elastische Trennwand enthält, wobei der eine Rand des ersten Ringes über ein starres Zwischenstück mit dem Rand des Rohrbodens verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (4) derart gestaltet ist, daß seine Projektion in der Bündellängsachse (10) einen zweiten Ring darstellt und die Verbindung des Zwischenstücks (4) mit dem Rand (t?) des Rohrbodens (2) ungefähr in der Mitte zwischen dem einen Rand (b, d) und dem anderen Rand (α) des ersten Ringes liegt und daß auch in der Rohrboden-Ringzone, deren Projektion in der Bündellängsachse (10) zwischen dem Rand (e) des Rohrbodens (2) und einem Rand des ersten Rings liegt, mit dem Rohrboden (2) fest verbundene Rohre (1) vorgesehen sind.Expansion element on a tube bundle heat exchanger, which creates an elastic, tight connection between the jacket and a tube sheet that is not significantly thicker than the wall thickness of the tubes, tubes being provided in the tube sheet up to its edge and the main part being essentially a first ring around the longitudinal axis of the bundle contains elastic dividing wall, the one edge of the first ring being connected to the edge of the tube sheet via a rigid intermediate piece, characterized in that the intermediate piece (4) is designed in such a way that its projection in the longitudinal axis (10) of the bundle represents a second ring and the connection of the intermediate piece (4) with the edge (t?) of the tube sheet (2) is approximately in the middle between one edge (b, d) and the other edge (α) of the first ring and that also in the tube sheet ring zone, whose projection in the bundle longitudinal axis (10) between the edge (s) of the tube sheet (2) and an edge of the first R ings, with the tube sheet (2) firmly connected tubes (1) are provided. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Sch 13601 I a/17 f (bekanntgemacht am 8.3.1956);
britische Patentschrift Nr. 366 849;
USA.-Patentschriften Nr. 2 653 799, 2 232 936.Considered publications:
German Auslegeschrift Sch 13601 I a / 17 f (published on March 8, 1956);
British Patent No. 366,849;
U.S. Patent Nos. 2,653,799, 2,232,936. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 709 609/302 6.67 © Bundesdnickerei Berlin709 609/302 6.67 © Bundesdnickerei Berlin
DEA30992A 1958-01-04 1958-12-19 Expansion element on a tube bundle heat exchanger Pending DE1243706B (en)

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