DE1451277C

DE1451277C - Heat exchanger

Info

Publication number: DE1451277C
Application number: DE19641451277
Authority: DE
Inventors: Ernst Winterthur Thurnauer (Schweiz)
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1964-09-03
Filing date: 1964-09-16
Publication date: 1973-09-06

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Rohrschlangen aus durch Bögen verbundenen, liegenden geraden Rohrpartien, wobei die Ebenen der Rohrschlangen vertikal angeordnet sind, und die Rohrschlangen in der Nähe der Bögen in vertikal verlaufenden Längsträgern gehalten sind, die zusammen Führungswände für das die Rohrschlangen umströmende Fluid bilden.The invention relates to a heat exchanger with a plurality of juxtaposed Coiled pipes made of straight pipe sections connected by bends, with the planes of the The pipe coils are arranged vertically, and the pipe coils near the arches in vertical extending longitudinal beams are held, which together guide walls for the flow around the coils Form fluid.

Ein derartiger Wärmeübertrager ist z.B. aus dem Buch von Z in ζ en, »Dampfkessel und Feuerungen«, 2. Auflage, 1957, S. 211, Abb. 131, bekannt. Bei dieser Anordnung ist die Höhe der Längsträger beschränkt, da sonst die Gefahr ihres Knickens besteht. Diese Bauweise ist daher nicht für große und insbesondere hohe Wärmeübertrager geeignet, wie sie z. B. bei Kernreaktoranlagen verwendet werden.Such a heat exchanger is e.g. from the book by Z in ζ en, »Steam boilers and furnaces«, 2nd edition, 1957, p. 211, Fig. 131, known. In this arrangement, the height of the side rails is limited, otherwise there is a risk of their kinking. This design is therefore not for large and particularly suitable for high heat exchangers, as they are, for. B. used in nuclear reactor plants.

Aus der Zeitschrift »Archiv für Wärmewirtschaft und Dampfkesselwesen, Februar 1943, S. 28, Bild 7, ist ein Wärmeübertrager bekannt, bei welchem Rohrschlangen verwendet werden, die mit direkt an den Rohren befestigten Stützelementen versehen sind. Bei dieser Ausführung besteht keine Möglichkeit eines Schutzes der empfindlichen Rohrbogen vor einer direkten Umströmung durch das die Rohrschlangen umströmende Fluid sowie einer Verhinderung einer Kurzschlußströmung des Fluids an den Rohrbogen vorbei.From the magazine »Archive for Heat Industry and Steam Boiler Science, February 1943, p. 28, Fig. 7, a heat exchanger is known in which pipe coils are used that are directly connected to the Pipes attached support elements are provided. With this implementation there is no possibility of one Protection of the sensitive pipe bends from direct flow through the pipe coils flowing around fluid as well as a prevention of a short-circuit flow of the fluid to the pipe bend past.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wärmeübertrager der eingangs bezeichneten bekannten Gattung für den Fall geeignet zu machen, daß Heizflächen mit sehr großer vertikaler Erstreckung der Rohrschlangen vorhanden sind, und dabei den hier in besonderem Ausmaß auftretenden Wärmedehnungen sowie den bei der Montage hinderlichen Ungenauigkeiten Rechnung zu tragen.The invention is based on the object of the known heat exchangers mentioned at the beginning To make genus suitable for the case that heating surfaces with a very large vertical extension the pipe coils are present, and the thermal expansions that occur here to a particular extent as well as taking into account the inaccuracies that are a hindrance during assembly.

Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager, durch welchen dieses Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Längsträger an beiden Enden der geraden Rohrpartien in mehrere Teilträger unterteilt sind, zwischen deren Enden jeweils ein Zwischenraum vorgesehen ist, wobei an verschiedenen Enden der geraden Rohrpartien angeordnete Teilträger zueinander derart versetzt sind, daß jeweils auf der Höhe des Zwischenraums zwischen zwei Teilträgern an einem Ende der geraden Rohrpartien ein Teilträger am anderen Ende der geraden Rohrpartien vorhanden ist, und daß die Teilträger seitliche, der Wand des Wärmeübertragers zugewandte Stützarme aufweisen, die an Befestigungsteilen angreifen, welche an der Wand angeordnet sind.The heat exchanger according to the invention, by means of which this goal is achieved, is characterized in that the longitudinal beams are divided into several partial beams at both ends of the straight pipe sections are, between the ends of which a space is provided, with different Ends of the straight pipe sections arranged partial carriers are offset from one another in such a way that in each case on the height of the space between two sub-beams at one end of the straight pipe sections Partial support is present at the other end of the straight pipe sections, and that the partial support is lateral, the Have support arms facing the wall of the heat exchanger, which engage fastening parts, which are arranged on the wall.

Ein derart ausgebildeter Wärmeübertrager ist für die größten Heizflächen, wie sie bei Wärmeübertragern von Atomkraftwerken vorkommen, geeignet. Die Rohrschlangen sind in Teilabschnitten gegen die Außenwand des Wärmeübertragers abgestützt und können sich frei unter den Temperatureinflüssen dehnen. Außerdem besteht dabei der Vorteil, daß die Rohrschlangen zusammen mit ihren Längsträgern in kürzeren Stücken hergestellt werden können, wobei die Längsträger die einzelnen, an der Montagestelle miteinander zu verbindenden Stücke während der Manipulation und beim Transport vor Deformationen schützen.A heat exchanger designed in this way is for the largest heating surfaces, such as those in heat exchangers occur from nuclear power plants, suitable. The coils are in sections against the The outer wall of the heat exchanger is supported and can expand freely under the influence of temperature. There is also the advantage that the pipe coils together with their longitudinal beams in Shorter pieces can be made, with the side members individual, at the assembly point Pieces to be connected to one another during manipulation and during transport before deformation protection.

Vorzugsweise können die Längsträger ein T-Profil aufweisen, wobei die beiden in einer Ebene liegenden Schenkel des Profils halbkreisförmige Ausschnitte zur Halterung der Rohre aufweisen und der dritte Schenkel mit den Stützarmen versehen ist. Auf diese Weise wird eine besonders einfache und dabei stabile Abstützung der Rohrschlangen erhalten.The longitudinal beams can preferably have a T-profile, the two lying in one plane Legs of the profile have semicircular cutouts for holding the tubes and the third Leg is provided with the support arms. This makes a particularly simple and stable one Maintain support for the pipe coils.

Weiter ist es auch möglich, die Stützarme so auszubilden, daß sie mit den Stützarmen seitlich benachbarter Längsträger zusammen eine Sperrwand bilden. Bei einer solchen Ausführung wird mit einfachen Mitteln eine Kurzschlußströmung des die Rohrschlangen umströmenden Fluids an den Rohrbogen vorbei verhindert.It is also possible to design the support arms in such a way that they are laterally adjacent with the support arms The side members together form a barrier wall. In such a design, with simple Medium a short-circuit flow of the fluid flowing around the pipe coils past the pipe bends prevented.

Schließlich ist es möglich, jeweils einen der Längsträger mit zwei Stützarmen zu versehen, von denen der eine gegenüber dem anderen biegsam ist und eine lösbare Stützanordnung aufweist. Dadurch ist bei der Montage ein Ausgleich von Herstellungsgenauigkeiten der Rohrschlangen und der Längsträger möglich.Finally, it is possible to provide one of the longitudinal beams with two support arms, one of which one is flexible with respect to the other and has a releasable support arrangement. This means that the Assembly a compensation of manufacturing accuracy of the pipe coils and the side members is possible.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigtThe invention is based on an embodiment example shown schematically in the drawing explained. It shows

F i g. 1 den Schnitt eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers parallel zu den Ebenen der Rohrschlangen, F i g. 1 shows the section of an inventive Heat exchanger parallel to the planes of the pipe coils,

F i g. 2 den Schnitt H-II in F i g. 1,F i g. 2 the section H-II in F i g. 1,

F i g. 3 einen Wärmeübertrager mit versetzten Rohrschlangen in einer der F i g. 1 entsprechenden Darstellung.F i g. 3 shows a heat exchanger with staggered pipe coils in one of the FIGS. 1 corresponding Depiction.

In F i g. 1 sind in einem durch Seitenwände 1 gebildeten, vorzugsweise rechteckigen Kanal zwei Rohrschlangen 2 und 3 angeordnet. Die Rohrschlangen 2 und 3 bestehen in bekannter Weise aus geraden Rohrpartien α, welche durch Bögen b verbunden sind. Die in F i g. 1 dargestellten Schlangen 2 und 3 liegen in einer Ebene, wobei nach einigen Schlangenwindungen jeweils bei einer Rohrschlange ein gerades Distanzstück c mit Rohrbögen d angeordnet ist. Das Distanzstück c bildet einen Zwischenraum, in welchem einige Windungen der anderen Rohrschlange angeordnet sind. Die Rohrschlangen 2 und 3 sind an den Enden der geraden Teile α in der Nähe der Rohrbögen b bzw. d in Längsträgern gelagert, die aus Teilträgern 4 bestehen. Die Teilträger 4 bestehen aus Walzmaterial mit T-Profil, in dessen Flansch halbkreisförmige Ausnehmungen eingeschnitten sind, die dem Durchmesser der Rohre entsprechen. Dabei ist die Breite der mit den Ausnehmungen versehenen Flansche und der Abstand der einzelnen Rohrschlangen so gewählt, daß sich die Flansche benachbarter Teilträger berühren und auf diese Weise eine Wand bilden. Die Teilträger 4 sind mit den Wänden 1 zügewandten Stützarmen 5,6 versehen, die der Befestigung der Längsträger an den Wänden 1 dienen. Die Stützarme 5 sind mit verschweißten Versteifungen 7 versehen und sind daher relativ steif. Die Stützarme 6, welche so wie die Arme 5 aus Blech bzw. flachem Material bestehen, sind mit zweiteiligen Versteifungen 8, 10 versehen, welche durch Bolzen 11 miteinander verbunden sind. Bei herausgezogenem Bolzen 11 sind die Stützarme 6 im Verhältnis zu den Stützarmen 5 relativ weich und können bei der Montage um ein geringes Maß verbogen werden. Mit Vorzug sind die Löcher für die Bolzen 11 in den Teilen 8, 10 derart versetzt angeordnet, daß durch das Einführen der Bolzen 11 die Stützarme 6 in der Figur etwas nach oben verbogen werden. Die Bolzen 11 können für diesen Zweck z. B. konisch sein oder ein konisches Ende aufweisen. Durch das Eintreiben der Bolzen 11 werden die Stützarme fixiert und stützen sich mit entsprechender Kraft gegen die Halteteile der Wandl. Diese Halteteile sind im dargestellten Beispiel durch Winkelprofile 12, 13 gebildet, die entlang der Wandl quer zu den Ebenen der Rohrschlangen verlaufen und diese stützen. Vorzugsweise können dabei einige der Winkelprofile, z. B. die auf der einen Seite befindlichen Profile 13 mit einer Ausnehmung 14 versehen sein, in die ein auf dem Stützarm 5 bzw. 6 ausgebildeter Vorsprung 15 eingreift. Dadurch werden auf einer Seite die Teilträger zusammen mit den Rohrschlangen fixiert. Bei dieser Anordnung ist es auch vorteilhaft, an einigen Stellen die Rohrschlangen mit den Teilträgern durch Schweißstellen 16 zu verbinden.In Fig. 1, two coils 2 and 3 are arranged in a preferably rectangular channel formed by side walls 1. The pipe coils 2 and 3 consist in a known manner of straight pipe sections α, which are connected by arcs b . The in F i g. 1 shown snakes 2 and 3 lie in one plane, with a straight spacer c with pipe bends d being arranged after a few snake turns in each case with a pipe coil. The spacer c forms a space in which some turns of the other pipe coil are arranged. The pipe coils 2 and 3 are mounted at the ends of the straight parts α in the vicinity of the pipe bends b and d in longitudinal beams, which consist of partial beams 4. The partial carriers 4 consist of rolled material with a T-profile, in the flange of which semicircular recesses are cut which correspond to the diameter of the tubes. The width of the flanges provided with the recesses and the spacing between the individual pipe coils is selected so that the flanges of adjacent partial carriers touch each other and in this way form a wall. The partial girders 4 are provided with support arms 5, 6 facing the walls 1, which are used to fasten the longitudinal girders to the walls 1. The support arms 5 are provided with welded stiffeners 7 and are therefore relatively stiff. The support arms 6, which like the arms 5 are made of sheet metal or flat material, are provided with two-part stiffeners 8, 10 which are connected to one another by bolts 11. When the bolt 11 is pulled out, the support arms 6 are relatively soft in relation to the support arms 5 and can be bent to a small extent during assembly. The holes for the bolts 11 in the parts 8, 10 are preferably offset in such a way that the insertion of the bolts 11 causes the support arms 6 to be bent somewhat upwards in the figure. The bolts 11 can be used for this purpose, for. B. be conical or have a conical end. By driving in the bolts 11, the support arms are fixed and are supported with a corresponding force against the holding parts of the wall. In the example shown, these holding parts are formed by angle profiles 12, 13 which run along the wall transversely to the planes of the coiled tubes and support them. Preferably, some of the angle profiles, for. B. the profiles 13 located on one side can be provided with a recess 14 into which a projection 15 formed on the support arm 5 or 6 engages. As a result, the partial beams are fixed together with the pipe coils on one side. In this arrangement, it is also advantageous to connect the pipe coils to the partial carriers by welds 16 at some points.

Die F i g. 2 zeigt einen Grundriß eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers entsprechend dem Schnitt II-II in Fig. 1. In dieser Figur sind oben zwei Rohrschlangen in der definitiven Stellung nach der Montage dargestellt, die untere Rohrschlange zeigt eine Stellung während der Montage bevor die Rohrschlange zu den bereits montierten geschoben wird, derart, daß sich die Flansche der Teilträger 4 berühren und eine Wand bilden. Gleichzeitig ist auch die Breite der Stützarme 5,6 derart gewählt, daß auch diese sich in der Stellung nach der Montage gegenseitig berühren und dabei ebenfalls eine zusammenhängende Wand bilden. Zusätzlich können die Teilträger noch zwischen den Rohrträgern seitlich mit Drosselplatten 17 versehen sein, welche einen Teil des der Rohrschlange zugehörigen Querschnittes zwischen dem Teilträger und der Wand 1 verdecken. Diese erwähnten Maßnahmen, nämlich die Bildung einer zusammenhängenden Wand durch die Flansche der Teilträger 4, die Stützarme 5, 6 und die Anordnung der Drosselplatten 17 haben den Zweck, die Strömung des während des Betriebes des Wärmeübertragers die Rohrschlangen umspülenden Fluids entlang der Rohrkrümmer zu drosseln. Normalerweise sind nämlich die geraden Teile α der Rohre mit Rippen versehen. Das hat außer einer Verbesserung des Wärmeüberganges auch eine Vergrößerung des Strömungswiderstandes des die Rohre umströmenden Fluids zur Folge, und es könnte sich entlang der Rohrkrümmer eine Kurzschlußströmung bilden. Durch eine Verhinderung dieser Kurzschlußströmung wird eine gute Ausnutzung der Wärmeübertragungsfläche erzielt. Das Wärme abgebende Gas erreicht den Ausgang des Wärmeübertragers mit über den Querschnitt gleichmäßig verteilter Temperatur, da keine Teilströmung vorhanden ist, die weniger an der Wärmeübertragung beteiligt wäre. Das bietet thermodynamische Vorteile. Ein voller Abschluß ist dabei nicht erforderlich und auch nicht erwünscht. Falls nämlich ein kleiner Teil des Fluids an den Rohrbögen vorbeiströmen kann, so beteiligen sich auch diese an der Wärmeübertragung, was bei einem vollständigen Abschluß nicht der Fall wäre.The F i g. 2 shows a plan of a heat exchanger according to the invention according to the section II-II in Fig. 1. In this figure, two coils are shown in the final position after assembly, the lower coil shows a position during assembly before the coil to the already assembled is pushed in such a way that the flanges of the partial beams 4 touch and form a wall. At the same time, the width of the support arms 5, 6 is also chosen such that they also touch each other in the position after assembly and thereby also form a cohesive wall. In addition, the partial supports can also be provided laterally between the pipe supports with throttle plates 17, which cover part of the cross section associated with the pipe coil between the partial support and the wall 1. These measures mentioned, namely the formation of a coherent wall through the flanges of the partial supports 4, the support arms 5, 6 and the arrangement of the throttle plates 17, have the purpose of throttling the flow of the fluid flowing around the pipe coils during operation of the heat exchanger along the pipe bends. Namely, the straight parts α of the tubes are normally provided with ribs. In addition to an improvement in the heat transfer, this also results in an increase in the flow resistance of the fluid flowing around the pipes, and a short-circuit flow could form along the pipe bends. By preventing this short-circuit flow, good utilization of the heat transfer surface is achieved. The heat-emitting gas reaches the outlet of the heat exchanger at a temperature that is evenly distributed over the cross-section, since there is no partial flow that would be less involved in the heat transfer. This offers thermodynamic advantages. A full degree is neither required nor desired. If a small part of the fluid can flow past the pipe bends, these also participate in the heat transfer, which would not be the case with a complete closure.

In F i g. 3 ist eine im übrigen der F i g. 1 entsprechende Anordnung gezeigt. Bei dieser Anordnung sind jedoch im Gegensatz zur F i g. 1 in benachbarten Ebenen befindliche Rohrschlangen gegeneinander versetzt. Zu diesem Zweck sind die halbkreisförmigen Ausnehmungen in den Teilträgern zu beiden Seiten des Flansches gegeneinander versetzt angeordnet. Die Anordnung ist im wesentlichen gleich wie in F i g. 1 dargestellt. Im unteren Teil der F i g. 3 sind ebene und schraubenförmige Rippen 20 bzw. 21 angedeutet worden, mit denen in an sich bekannter Weise die geraden Teile α der Rohrschlangen versehen werden können.In Fig. 3 is one of the rest of FIG. 1 corresponding arrangement is shown. In this arrangement, however, in contrast to FIG. 1 pipe coils located in adjacent levels offset from one another. For this purpose, the semicircular recesses in the sub-carriers are arranged offset from one another on both sides of the flange. The arrangement is essentially the same as in FIG. 1 shown. In the lower part of FIG. 3 flat and helical ribs 20 and 21 have been indicated, with which the straight parts α of the coils can be provided in a manner known per se.

Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager hat gegenüber den bisher bekannten Wärmeübertragern den Vorteil einer leichteren Montierbarkeit und einfacheren Herstellung der der Wärmeübertragung dienenden Rohre, bei teilweise sogar besseren Wärmeübertragungs-Eigenschaften. So können die zwischen den geraden Teilen c befindlichen Rohrschlangen in der Werkstätte bequem in kurzen Stücken hergestellt werden. Dann werden die einzelnen Rohrschlangen mit den Teilträgern 4 versehen und können je nach der Größe des Wärmeübertragers vor oder nach der Montage durch Schweißnähte 22 zusammengeschweißt werden. Dadurch ist eine einfache Fertigung der Rohrschlangen möglich. Die Montage erfolgt durch seitliches Einschieben der Rohrschlangen mit den Teilträgern in die Halteteile 12, bei herausgezogenen Bolzen 11. Durch Eintreiben der Bolzen 11 werden die Rohrschlangen mit den Teilträgern fi-The heat exchanger according to the invention has compared to the previously known heat exchangers the advantage of easier assembly and simpler manufacture of those used for heat transfer Pipes, with sometimes even better heat transfer properties. So the between the straight parts c located pipe coils in the workshop conveniently made in short pieces will. Then the individual coils are provided with the partial carriers 4 and can depending on the size of the heat exchanger welded together by weld seams 22 before or after assembly will. This enables the pipe coils to be manufactured in a simple manner. The assembly takes place by laterally pushing the pipe coils with the sub-carriers into the holding parts 12, when they are pulled out Bolts 11. By driving in the bolts 11, the pipe coils with the partial beams are fixed

xiert. Das Schweißen der Schweißnähte in den geraden Teilen c ist beim erfindungsgemäßen Wärmeübertrager mit keinen Schwierigkeiten verbunden, da es sich um gerade Rohre handelt, die z. B. auch im montierten Zustand unter Umständen durch in der Wand 1 vorgesehene Fenster zugänglich sind.
Durch die Unterteilung eines Längsträgers in mehrere Teilträger wird eine erhöhte Elastizität und Nachgiebigkeit der Anordnung erzielt. Diese ist vorteilhaft in bezug auf einen Ausgleich von Ungenauigkeiten bei der Montage, wie auch hinsichtlich der Ermöglichung von Wärmedilationen. Durch die versetzte Anordnung der Teilträger wird diese Nachgiebigkeit noch erhöht.xed. The welding of the welds in the straight parts c is not associated with any difficulties in the heat exchanger according to the invention, since it is straight tubes that, for. B. are accessible through provided in the wall 1 window under certain circumstances even in the assembled state.
By dividing a longitudinal beam into several partial beams, increased elasticity and flexibility of the arrangement is achieved. This is advantageous in terms of compensating for inaccuracies during assembly, as well as in terms of enabling thermal expansion. The staggered arrangement of the partial beams increases this flexibility.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Heat exchanger with a plurality of flat pipe coils arranged next to one another of straight pipe sections connected by bends, with the planes of the pipe coils are arranged vertically, and the coils near the arches in vertical extending longitudinal members are held, which together guide walls for the pipe coils Form flowing fluid, thereby characterized in that the longitudinal members at both ends of the straight pipe sections in several Partial beams (4) are subdivided, between the ends of which a space is provided, partial supports (4) arranged at different ends of the straight pipe sections in relation to one another are offset in such a way that in each case at the level of the space between two partial beams (4) at one end of the straight pipe sections a partial support (4) at the other end of the straight pipe sections is present, and that the partial carrier (4) is lateral, facing the wall (1) of the heat exchanger Have support arms (5, 6) which act on fastening parts (12, 13) which are attached to the Wall (1) are arranged.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the longitudinal support (4) is a Have a T-profile, the two legs of the profile lying in one plane being semicircular Have cutouts for holding the tubes and the third leg with the support arms (5, 6, 7, 8) is provided.

3. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the support arms (5, 6) each other Laterally adjacent longitudinal members (4) together form a barrier wall.

4. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that a longitudinal beam (4) with two Support arms (5, 6) are provided, one of which (6) is relatively flexible with respect to the other (5) and a releasable support arrangement (8,10, 11).

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