DE1501614A1

DE1501614A1 - Waermeuebertrager

Info

Publication number: DE1501614A1
Application number: DE19651501614
Authority: DE
Inventors: Frei Dipl-Ing Hans
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1965-01-21
Filing date: 1965-02-19
Publication date: 1969-05-29
Also published as: CH428813A; GB1135433A; FR1463675A; DE1501614B2; BE725267A

Description

4 DÜSSELDORF,

DIPL.-ING. H. MARSCH hm»«™»*.« »x PATENTANWALT

15016U

P 15 01 614.5 2441

Gebr. Sulzer A.G. Neue Beschreibung

'Wärmeübertrager"

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit einem Bündel aus quer angeströmten, jeweils an mindestens einem ihrer Enden eingespannten, geraden, parallelen Rohren, quer zu deren Längsrichtung Gassen vorhanden sind, in denen Schuringuhgsdämpferstäbe angeordnet sind, die mindestens einen Teil der an ihnen anliegenden Rohre zwischen den Einspannstellen berühren.

U/erden die Rohre eines Wärmeübertragers von einem sie umströmenden medium quer angeströmt, so können sie bekanntlich zwischen ihren Einspannstellen in Transversalschwingungen geraten, durch welche eine erhöhte fflaterialbelastung oder sogar Rohrbrüche auftreten können. Es ist

_₂808822/0701

Neue Unterlagen ^ii^a^

15016H

daher bekannt, zwischen die Rohre eines Rohrbündele Schwingungen dämpferstäbe einzuschieben, auf denen die Rohre bei ihren Transversalschwingungen reibend gleiten, wodurch ein Teil der Schwingungsenergie in Reibungswärme umgesetzt und vernichtet wird.

Bisher sind diese Schwingungsdämpferstäbe derart in ein Rohrbündel aus geraden, parallelen, an ihren Enden eingespannten Rohren eingeschoben worden, daß die Dämpferstäbe alle in einer oder mehreren Ebenen senkrecht zur Achsrichtung der Rohre angeordnet sind. Auf diese Weise werden die verschiedenen Rohre von den Dämpferstäben an Punkten berührt, an denen sie im wesentlichen den gleichen Schwingungszustand aufweisen. Daher besteht bei den bisherigen Ausführungen die Möglichkeit, daß das Rohrbündel als Ganzes einschließlich der Dämpferstäbe Schwingungen ausführen kann, die nur relativ wenig durch die Stäbe gedämpft sind, sofern die Stäbe nicht im Raum, z.B. am Gehäuse des Wärmeübertragers, fixiert sind. Derartige Fixierungen der Dämpferstäbe sind jedoch unerwünscht, da sie, besonders bei der Montage und bei Reparaturarbeiten, einen erheblichen Mehraufwand erfordern.

Es sind weiterhin Dämpferstäbe, die einen Kern aus elastischem Material besitzen, das durch eine harte Umhüllung gegen Beschädigungen geschützt ist, zum nachträglichen Einbau in die Gassen eines Rohrbündels bekannt· Um eine Schwingung des Rohrbündels als Ganzes zu verhindern, können die Enden des elastischen materials, die über ihre feste Umhüllung hinausragen, an den Wänden des Wärmeübertragers bzw. auf

909822/0701

-3-

besonderen schienenartigen Bändern, gleiten. Dadurch wird Jedoch ein Teil der Schwingungsenergie auf die Wände des Gehäuses übertragen_y die dadurch ebenfalls in - zwar durch die Elastizität des Kernes der Dämpferstäbe gedämpfte Schwingungen geraten, was ebenfalls unvorteilhaft ist.

Neben dem hohen Aufwand für die Herstellung dieser bekannten Dämpferstäbe ergibt sich als weiterer Nachteil, daß die Anwendung dieser bekannten Dämpferstäbe auf einen mittleren Temperaturbereich beschränkt ist; denn das elastische material darf weder zu hohen noch zu tiefen Temperaturen ausgesetzt werden, damit es nicht zerstört uird bzw. seine Elastizität nicht verliert.

mit der vorliegenden Erfindung wird eine Dämpfung der Schwingungen des Rohrbündels als Ganzes erreicht, ohne daß die Dämpferstäbe im Raum fixiert werden müssen, wobei die Nachteile der genannten bekannten Anordnung vermieden werden. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß jeder Dämpferstab von den verschiedenen Rohren Punkte miteinander verbindet, die von einander entsprechenden Einspannstellen der Rohre unterschiedliche Abstände besitzen.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Dämpferstäbe werden an den einzelnen Rohren Punkte miteinander verbunden, die einen unterschiedlichen Schwingungszustand aufweisen. Dadurch wird erreicht, daß die Dämpferstäbe und das Rohrbündel nicht mehr als ein Ganzes schwingen können. Da auf die Dämpferstäbe von den verschiedenen Rohren Kräfte unterschiedlicher Richtung und Stärke ausgeübt werden, verändern die erfindungsgemäß angeordneten Stäbe ihre Lage im

909822/0701

-4-

BAD ORIGINAL

15016U

Raum praktisch nicht, auch wenn sie nicht am Gehäuse befestigt oder gleitend abgestüzt sind·

-Bekanntlich ist die Wirkung von Dämpferstäben um so besser, je langer der Weg, d.h. die Amplitude der Schwingung, ist, den die Rohre auf den Dämpferstäben reibend zurücklegen.

Die obere Grenzamplitude der zulässigen Schwingung ist dabei durch die zulässige Spannung bedingt, die in einem Rohr an den Einspannstellen bei einer Schwingung auftreten darf, wobei das Verhältnis der Amplitude zu der zulässigen Spannung um so größer ist, je weicher und elastischer die Einspannung der Rohre an ihren Einspannstellen ist. Daher ist es vorteilhaft, wenn die geraden Rohre des Rohrbündels nur an einem Ende eingespannt sind, während das andere .Ende über einen Umkehrbogen befestigt ist, dessen Ebene in der Strömungsrichtung eines die Rohre umströmenden Rlediums liegen.

Weiterhin können die Dämpfungsstäbe durch zusätzliche Mittel gegen Verschiebung und Verdrehung gesichert sein, wobei diese mittel aus einem mit dem einzelnen Dämpferstab verbundenen Flachprofil bestehen, welches nach der montage durch zwei Rohre parallel zu ihrer Längsachse geführt ist. Darüber hinaus kann mit dem Flachprofil ein Riegel durch eine Befestigungsschraube verbunden sein, der durch ein Sicherungsblech gegen Verdrehen gesichert ist.

Ein· andere Möglichkeit für die Sicherung der Dämpfungsstäbe besteht bei Rohrbündeln, die mit Rippen

■5- 909822/0701

15016U

v/ersehen sind, darin, daß die Dämpfungsstäbe mindestens in der Nähe ihres einen Endes mit einem nasenartigen Ansatz und mit einem quer zu ihrer Längsrichtung verlaufenden Haltestück versehen sind.

Weitere merkmale der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt entlang der Schnittlinie I-I der Fig. 2 von einem UJärmeübertragar, der gemäß der Erfindung mit Schwingungsdämpferstäben ausgerüstet ist, und dessen Rohrbündel in einzelne, parallel liegende, ebene Rohrschlangen aufgeteilt und in einem, den einen Wärmeträger, z.B. ein Gas, führenden Strömungskanal angeordnet ist.

Fig.2 stellt eine Draufsicht von Fig. 1, teilweise im Schnitt, dar, mährend

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III von Fig. 1 wiedergibt.

In größerem Maßstab als in den Borhergehenden Figuren ist in den Figuren 4 und 5 ein Auf- bzw. ein Grundriß des in Fig. 1 mit 10* bezeichneten Dämperstabea wiedergegeben.

Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungeform eines

-6- 909822/0701

15016U

Dämpferstabes, wobei der Schnitt entlang der Linie UII-UII der Fig. 6 in Fig. 7 dargestellt ist.

Bei dem als Ausführungsbeispiel gezeigten Wärmeübertrager handelt es sich um einen Wärmeübertrager, der für den Einbau in die Reaktoranlage eines gasgekühlten Kernreaktors vorgesehen ist. Die von zu erhitzendem Dampf durchströmten Rohre 3 des Rohrbündels sind dabei in einen, oben und unten offenen Strömungskanal 1 von rechteckigem Querschnitt eingebaut. Dieser Strömungskanal 1 wird von dem die Ulärme zuführenden Reaktorkühlmittel, z.B. CG₂, in Richtung des Pfeiles A (Fig. 1) durchsetzt, so daß die Rohre 3 von dem gasförmigen Qärmeträger quer angeströmt werden, mehrere solcher Strömungskanäle werden bei einer bereits in Ausführung befindlichen derartigen Reaktoranlage in einem Druckgefäß nebeneinander aufgestellt.

Um eine Vorstellung von den Größenabmessungen des Wärmeübertragers zu geben, sei ermähnt, daß die Abmessungen

3 eines einzelnen solchen Strömungskanal z.B. 2 χ 2 χ 10 m betragen können und dieser ein Gewicht von über 100 Tonnen besitzt.

Die mit 2 bezeichnete Wand des Kanalgehäuses 1 ist abnehmbar und wird durch Schrauben 6 an zwei, einander gegenüberliegenden festen Wänden des Gehäuses 1 befestigt.

Die geraden, mit Zirkularrippen 7 versehenen, parallelen Abschnitte der Rohre 3 sind durch rippenlose Umkehrbogen 8 miteinander zu ebenen, parallelen Rohrtafeln zuaammenge-

-7- 909822/0701

15016U

faßt, die von dem zu erwärmenden Medium parallel von unten nach oben durchströmt werden, wie durch die kleinen Pfeile in Fig. 1 angedeutet ist.

Die Rohrtafeln, die in dem Kanal 1 senkrechtstehend nebeneinander angeordnet sind, sind mittels Briden 5 an Tragborden 4 befestigt. Diese sind ihrerseits an die beiden, an die Wand 2 anstoßenden Wände des Kanals 1 parallel zueinander im Abstand angeschweißt, wobei die Tragborde an den beiden (!landen versetzt zueinander angeordnet sind.

IJJie Fig. 1 zeigt, sind die einzelnen Rohrtafeln ebenfalls versetzt zueiander angeordnet und durch die Briden 5 abuiechslungsweise von oben und von yntan gehalten (Fig. 3). Durch die Aufteilung des Rohrbündels in ebene, parallele Rohrtafeln ergeben sich, z.B. in Diagonalrichtung durch das Rohrbündel, einzelne Gassen, durch welche srfindungsgemäß die Schwingungsdämpferstäbe 10 zwischen die Rohre 3 geschoben sind.

Wie aus Fig. 2 und 3 zu entnehmen ist, sind die Stäbe 10 in den Gassen und zueinander schräg angeordnet, so daß die einzelnen Rohre 3 durch sie zwischen ihren Abstützstellen in freie Abschnitte unterschiedlicher Länge aufgeteilt sind. Die Anzahl der Stäbe und ihre Lage sind dabei so gewählt, daß jedes Rohr 3 an mindestens zwei Stellen von einem Dämpferstab 10 berührt wird.

Die Stäbe 10, deren Querschnitt vorzugsweise kantig ausgeführt ist, besitzen Querabmessungen, die geringfügig größer als die freien Gassen zwischen den einzelnen Rohren

_-8_ 909822/0701

15016U

dee Bündais sind. Auf diese lileise u/erden die Stäbe 10 zwischen den Rippen 7 der Rohre 3 leicht eingeklemmt, eo daß Stäbe und Rohre sich sicher berühren, und bei Schwingungen der Rohre 3 diese Berührung, zumindest für einen Teil der Schwingungsbewegung, erhalten bleibt. Dadurch wird ein erheblicher Teil der Schwingungeenergie durch Reibung zwischen den Stäben 10 und den Rohren 3 vernichtet. Weiterhin ist eine, bei punktförmiger Berührung zwischen Rohr und Stab mögliche Schaukelbewegung des Rohres 3 um den Berührungspunkt vermieden.

Die Stäbe 10 sind an ihrem einen Ende zugespitzt, um das Einschieben in die Gassen zu erleichtern. Gegen Verdrehen und Verschieben sind die Stäbe 10 durch an sie angeschweißte Flachprofile 11 (Fig. 4 und 5) gesichert, die entweder an einem Rohr 3 parallel zu seiner Achse anliegen oder zwischen zwei Rohre 3, ebenfalls parallel zu deren Achsen, eingeklemmt sind.

Können die Flachprofile 11 nicht zwischen zwei Rohre 3 eingeklemmt werden, wie dies für die Stäbe 10' (Fig. 1) der Fall ist, so wird auf den Flachprofilen 11 mit einer Befestigungsschraube 12 ein Riegel 13 angeschraubt. Die Fig. 4 und 5 zeigen einen solchen Stab 10' in größerem Maßstab in der Seitenansicht bzw. in der Draufsicht. Der Riegel 13 hat die Funktion, den Stab 10' gegen Längsverschiebungen zu sichern. Er selbst uuird durch ein z-förmig abgebogenes Sicherungsblech 14 an einer Verdrehung gegenüber dem Flachprofil 11 gehindert. Die Befestigungsschraube 12 ist durch ein Sicherungsblech 15 gegen Lösen gesichert. Wie schon ermähnt, sind die zusätzlichen Elemente 12 bis 15 nur an den Stäben 10' angebracht, bei denen das Flachprofil 11 nicht zwischen zwei Rohre 3 eingeklemmt werden kann.

909822/0701

15016U

Die Figuren 6 und 7 zeigen eine andere Form eines Dämpfungsstabes 10. Hier besitzt der Stab rechteckigen Querschnitt und als Sicherungselemente zwei u/ulstartige Ansätze 16, die sich zwischen die Rippen 7 der einzelnen Rohre 3 schieben. Gegen Längsverschiebungen ist dieser Stab 10 durch ein angeschweißtes Haltestück 17 gesichert. Stattdessen kann jedoch auch vorgesehen sein, daß eines der Stabenden über den Ansatz 16 hinaus verlängert und winklig abgebogen ist.

Es sei noch ermähnt, daß statt eines rechteckigen Querschnittes des Stabes und eines wulstartigen Ansatzes der ganze Stab auch mit dreikantigem Querschnitt ausgeführt sein kann. Schließlich können statt massiver Stab· in gleicher Weise auch geeignete Hohlkörper benutzt werden.

Das für die Stäbe verwendete material hängt weitgehend von dem Verwendungszweck des Wärmeübertragers und den dabei auftretenden Temperaturen ab. Für hohe Temperaturen sind die Stäbe im allgemeinen aus ITIetall, z.B. aus Eisen, oder Metallegierungen hergestellt, uiährend man bei tiefen Temperaturen die Stäbe z.B. auch aus einem Kunststoff fertigen kann.

Eine einfache Montage für den beschriebenen Wärmeübertrager ergibt sich auf folgende Ueise; bei weggenommener Seitenwand 2 wird eine Rohrtafel um die andere von rechts her (Fig. 1) in das Gehäuse 1 eingeschoben und dort mittels der Briden 5 an den Tragborden 4 befestigt. Nach Einschieben der dritten Rohrtafel uierden die Dämpfer-

909822/0701

-10-

- ίο -

stäbe 10a eingeführt. Daraufhin montiert man dia nächsten drei Rohrtafeln. Es folgt das Einschieben der Stäbe 10b und sodann die (montage der nächsten 4 Rohrtafeln· Dann werden die Stäbe 10d eingeschoben, die mit Hilfe der letzten, nun montierten Rohrtafel gesichert werden. Zuletzt werden die kurzen und die langen Stäbe 10* eingeschoben. Um eine Verschiebung dieser Stäbe in Längsrichtung zu verhindern, werden hierauf die Riegel 13 angebracht* Schließlich wird die Seitenwand 2 befestigt, die in dem gezeigten Beispiel mit Schrauben 6 an die anliegenden Wände des Gehäuses 1 angeschraubt wird. Mach der Montage des Wärmeübertragers kann die Wand 2 jedoch auch mit den anstoßenden Wänden verschmeißt werden.

Die Erfindung ist keineswegs auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist es auch möglich, die einzelnen Rohrtafeln in dem gezeigten Beispiel fluchtend statt versetzt anzuordnen* Weiterhin ist die Erfindung nicht auf Rohranordnungen mit ebenen Rohrtafeln beschränkt. Sie kann ebenso bei nach zylindrischen Schraubenlinien verlaufenden Rohrbündeln angewendet werden, bei denen die Schwingungsdämpferstäbe z.B. in Radialebenen oder längs Iflantellinien eingeschoben werden. Ebenso ist die Anwendung der Dämpferstäbe bei evolventenartig gebogenen Rohre sowie bei schrägverlaufenden Rohren, wie sie zur Vermeidung von Dampfblasen im Vecdampferteil von Dampferzeugern verwendet werden, möglich.

Prinzipiell kann die Erfindung also bei allen Rohrbündeln verwendet werden, bei denen quer zu den Rohren Gassen vorhanden sind, in welche dia Dämpferstäbe eingeschoben werden können. 909822/0701

-11-

Weiterhin ist die Erfindung nicht an Wärmeübertrager in Kernreaktor- und Dampferzeugeranlagen sowie an die Anbringung des Rohrbündels in Strömungskanälen oder an die Verwendung von mit Rippen versehenen Rohren gebunden.

909822/0701

-12-

Claims

Patentansprüche

1J Wärmeübertrager mit einem Bündel aus quer angeströmten, jeweils an mindestens einem ihrer Enden eingespannten, geraden, parallelen Rohren, quer zu deren Längsrichtung Gassen vorhanden sind, in denen Schwingungsdämpferstäbe angeordnet sind, die mindestens einen Teil der an ihnen anliegenden Rohre zwischen den Einspannstellen berühren, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Dämpferstab (10,10a...) von den verschiedenen Rohren (3) Punkte miteinander verbindet, die von einander entsprechenden Einspannstellen der Rohre unterschiedliche Abstände besitzen.
2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, wobei ein Ende des geraden Rohres eingespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende über einen Umkehrbogen (8) befestigt ist, dessen Ebene in der Strömungsrichtung eines die Rohre (3) umströmenden mediums liegt.
3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, wobei die Dämpferstäbe gegen Verschiebung und Verdrehung gesichert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die IiIittel gegen Verschiebung und Verdrehung aus einem mit dem einzelnen Dämpferstab (10) verbundenen Flachprofil (11) bestehen, welches nach der Montage durch zwei Rohre (3) parallel zu ihrer Längsachse geführt ist.

909822/0701

-13-
4. Wärmeübertrager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Flachprofil (11) ein Riegel (13) durch eine Befestigungsschraube (12) verbunden ist, der durch ein Sicherungsblech (14) gegen Verdrehen gesichert ist.
5. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, uiobei die geraden Rohre mit Rippen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpferstäbe (10) mindestens in der Nähe ihres einen Endes mit einem nasenartigen Ansatz (16) und mit einem, quer zu ihrer Längsrichtung verlaufenden Haltestück (17) versehen sind.

909822/0701