DE1501614C - Wärmeübertrager - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager aus einem Rohrbündel ohne eingeschobene Stäbe dieser

einem Bündel quer angeströmter, jeweils mindestens Art — zu höheren Frequenzen verschoben sind,

an einem ihrer Enden befestigter, gerader, paralleler Derartige Verschiebungen zu höheren Frequenzen

Rohre, quer zu deren Längsrichtung Gassen vorhan- sind unerwünscht, weil als Folge davon die Reso-

den sind, in denen einzelne Dämpferstäbe, die min- 5 nanzschwingungen bei höheren Anströmgeschwindig-

destens einen Teil der an ihnen vorbeiführenden keiten auftreten, wodurch ein erhöhter Energieüber-

Rohre berühren, in der Weise angeordnet sind, daß gang erfolgt, der zu größeren Schwingungsamplituden

die von dem die Rohre quer anströmenden Medium führt.

erregten Schwingungen in der Hauptschwingungs- Schließlich ist ein Wärmeübertrager bekannt (USA.-

ebene zwar zugelassen, jedoch gedämpft werden. io Patentschrift 1 882 474), bei dem in einem Bündel

Werden die Rohre eines Wärmeübertragers von längs angeströmter, gerader Rohre Stäbe in Gassen einem sie umströmenden Medium quer angeströmt, zwischen den Rohren derart schräg eingeschoben so können sie bekanntlich zwischen ihren Befesti- sind, daß jedes Rohr auf allen Seiten von einem Stab gungsstellen in Transversalschwingungen geraten, umgeben und festgehalten ist. Auch bei dieser bederen Hauptschwinguhgsebene im wesentlichen senk- 15 kannten Konstruktion besitzen die Berührungspunkte recht zur Strömungsrichtung des Mediums und zur von den Befestigungspunkten der Rohre in ihrer Hai-Achse der Rohre liegt (siehe z. B. »Beton- und Stahl- terung alle den gleichen Abstand, da die Rohrplatte betonbau« 11/1961, S. 265, Bild 3 und 5). Durch für die Halterung der Rohre parallel zu den Stäben diese Transversalschwingungen können erhöhte Ma- schräg verläuft. Im Hinblick auf Rohrschwingungen terialbelastungen oder sogar Rohrbrüche auftreten. 20 und ihre Dämpfung herrschen daher die bereits

Es ist ein Wärmeübertrager der genannten Art diskutierten Verhältnisse, nämlich einerseits eine

bekannt (USA.-Patentschrift 3 163 208), bei dem Verschiebung der Resonanz zu höheren Frequenzen ^.

zwischen die Rohre eines Rohrbündels in Ebenen durch zusätzliche Knotenebenen und andererseits %$'!

senkrecht zu den Rohrachsen Schwingungsdämpfer- eine Schwingungsmöglichkeit des Rohrbündels als

stäbe eingeschoben sind. Diese Dämpferstäbe weisen 25 Ganzes einschließlich der Stäbe bei einer Anströmung

einen aus elastischem Material bestehenden Kern quer zu den Rohren.

auf, der durch eine harte Umhüllung gegen Beschä- Aufgabe der Erfindung ist es, bei Wärmeübertragern

digungen geschützt ist. Durch diese Dämpferstäbe der eingangs genannten Art eine Bewegung in der

werden die Rohre in den Ebenen, in die die Stäbe Hauptschwingungsebene mit Frequenzen, die sich

eingeschoben sind, praktisch fixiert. Daher werden 30 durch die Abstände zwischen den Befestigungsstellen

die Rohrschwingungen bei dieser Konstruktion ergeben, nicht zu verhindern, sondern nur durch Rei-

eigentlich nicht gedämpft, sondern es werden für bung abzuschwächen, so daß dabei Grundschwin-

diese zusätzliche Knotenebenen geschaffen, wodurch gungen des Rohrbündels einschließlich der Dämpfer-

die Resonanzschwingungen zu höheren Frequenzen stäbe als Ganzes nicht ungedämpft auftreten können,

verschoben werden. . 35 Ausgehend von Wärmeübertragern der eingangs

Bei der erwähnten Konstruktion sind die Schwin- beschriebenen Gattung wird diese Aufgabe erfindungs-

gungsdämpferstäbe weiterhin derart in das Rohr- gemäß dadurch gelöst, daß' jeder Dämpferstab von

bündel eingeschoben, daß sie alle in einer oder meh- den verschiedenen durch ihn berührten Rohren Punkte

reren, im Abstand voneinander angeordneten Ebenen miteinander verbindet, die von einander entsprechen-

senkrecht zur Achsrichtung der Rohre liegen. Daher 4° den Befestigungsstellen der Rohre unterschiedliche

werden die verschiedenen Rohre von den Stäben an Abstände aufweisen.

Punkten berührt, an denen sie im wesentlichen den Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung begleichen Schwingungszustand aufweisen. Das Rohr- steht bei Wärmeübertragern, bei denen die Dämpferbündel kann daher als Ganzes — d. h. einschließlich stäbe gegen Verschiebung und Verdrehung gesichert C| der Dämpferstäbe — Schwingungen ausführen, die 45 sind, darin, daß die Mittel gegen Verschiebung und nur relativ wenig durch die Stäbe gedämpft sind, Verdrehung aus einem mit dem einzelnen Dämpfersofern die Stäbe nicht im Raum, z. B. am Gehäuse stab verbundenen Flachprofil bestehen, welches nach des Wärmeübertragers fixiert sind. Derartige Fixie- der Montage zwischen zwei Rohren parallel zu deren rungen der Dämpferstäbe sind jedoch unerwünscht, Längsachse geführt ist.

da sie, besonders bei der Montage und bei Repara- 50 Die Erfindung wird im folgenden in einem Austurarbeiten, einen erheblichen Mehraufwand er- führungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erfordern, läutert.

Weiterhin ist ein Wärmeübertrager bekannt (USA.- F i g. 1 zeigt einen Querschnitt entlang der Schnitt-Patentschrift 3 007 679), bei dem in einem Rohrbün- linie I-I der F i g. 2 von einem Wärmeübertrager, der delteil aus halbkreisförmig gebogenen Rohren, die im 55 gemäß der Erfindung mit Schwingungsdämpferstäben wesentlichen längs angeströmt werden, aus anderen ausgerüstet und in einem, den einen Wärmeträger, Gründen Stäbe eingeschoben sind, die von den Be- z. B. ein Gas, führenden Strömungskanal angeordnet festigungssteilen der genannten Rohrbogen unter- ist;

schiedlichc Abstände besitzen. Bei diesen Stäben Fig. 2 stellt eine Draufsicht von Fig. 1, teilweise

handelt es sich jedoch ebenfalls nicht um Dämpfer- 60 im Schnitt, dar, während

stäbe im eigentlichen Sinn, weil die an ihnen vorbei- Fig. 3.einen Schnitt längs der Linie III-III von

führenden Rohre an den Berührungsstellen quer zur Fig. 1 wiedergibt.

Anströmungsrichtung gänzlich festgelegt werden. In- In größerem Maßstab als in den vorhergehenden folge der verschiedenen Längen zwischen den Fix- Figuren ist in den Fig. 4 und 5 ein Auf- bzw. ein punkten, die wiederum Schwingungsknoten für die 65 Grundriß eines in Fig. 1 mit 10' bezeichneten entstehenden Schwingungen bilden, entstehen dabei Dämpferstabes wiedergegeben, an dem Sicherungs-Schwingungen mit unterschiedlichen Eigenfrequen- mittel gegen Verschieben und Verdrehen vorgesehen zcn, die jedoch alle — gegenüber Schwingungen bei sind.

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Bei dem als Ausführungsbeispiel gezeigten Wärme- gemäße Anordnung der Dämpferstäbe in dem Rohrübertrager handelt es sich um einen Wärmeübertrager, bündel auch Schwingungen des Bündels als Ganzes der für den Einbau in die Reaktoranlage eines gas- verhindert werden, da die Rohre auf den Stäben 10 gekühlten Kernreaktors vorgesehen ist. Die von zu mit in Richtung und Größe unterschiedlicher Amplierhitzendem Dampf durchströmten Rohre 3 des 5 tude gleiten können.

Rohrbündels sind dabei in einen oben und unten Die Stäbe 10 sind an ihrem einen Ende zugespitzt,

offenen Strömungskanal 1 von rechteckigem Quer- um das Einschieben in die Gassen zu erleichtern,

schnitt eingebaut. Dieser Strömungskanal 1 wird von Gegen Verdrehen und Verschieben sind die Stäbe 10

dem die Wärme zuführenden Reaktorkühlmittel, z. B. durch an sie angeschweißte Flachprofile 11 (Fig. 4

CO₂, in Richtung des Pfeiles A (Fig. 1) durchsetzt, io und 5) gesichert, die entweder an einem Rohr 3

so daß die Rohre 3 von dem gasförmigen Wärme- parallel zu seiner Achse anliegen oder zwischen zwei

träger quer angeströmt werden. Mehrere solcher Rohre 3, ebenfalls parallel zu deren Längsachsen,

Strömungskanäle werden bei einer bereits in Aus- eingeklemmt sind.

führung befindlichen derartigen Reaktoranlage in Können die Flachprofile 11 nicht zwischen zwei

einem Druckgefäß nebeneinander aufgestellt. 15 Rohre 3 eingeklemmt werden, wie dies für die Stäbe

Um eine Vorstellung von den Größenabmessungen 10' (F i g. 1) der Fall ist, so wird auf den Flach-

des Wärmeübertragers zu geben, sei erwähnt, daß die profilen 11 mit einer Befestigungsschraube 12 ein

Abmessungen eines einzelnen solchen Strömungskanal Riegel 13 angeschraubt. Die Fig. 4 und 5 zeigen

z. B. 2 · 2 · 10 ni³ betragen können und dieser ein einen solchen Stab 10' in größerem Maßstab in der

Gewicht von über 100 Tonnen besitzt. 20 Seitenansicht bzw. in der Draufsicht. Der Riegel 13

Die mit 2 bezeichnete Wand des Kanalgehäuses 1 hat die Funktion, den Stab 10' gegen Längsverschie-

ist abnehmbar und wird durch Schrauben 6 an zwei, bungen zu sichern. Er selbst wird durch ein Z-förmig

einander gegenüberliegenden festen Wänden des Ge- abgebogenes Sicherungsblech 14 an einer Verdrehung

häuses 1 befestigt. gegenüber dem Flachprofil 11 gehindert. Die Be-

Die geraden, mit Zirkularrippen 7 versehenen, 25 festigungsschraube 12 ist durch ein Sicherungsblech

parallelen Stücke der Rohre 3 sind durch rippenlose 15 gegen Lösen gesichert. Wie schon erwähnt, sind

Umkehrbogen 8 miteinander zu ebenen, parallelen die zusätzlichen Elemente 12 bis 15 nur an den

Rohrtafeln zusammengefaßt, die von dem zu erwär- Stäben 10' angebracht, bei denen das Flachprofil 11

menden Medium parallel von unten nach oben durch- nicht zwischen zwei Rohre 3 eingeklemmt werden

strömt werden, wie durch die kleinen Pfeile in F i g. 1 30 kann,

angedeutet ist. Es sei noch erwähnt, daß statt eines rechteckigen

Die Rohrtafeln, die in dem Kanal 1 senkrecht- Querschnittes des Stabes der ganze Stab auch mit

stehend nebeneinander angeordnet sind, sind an einem dreikantigem Querschnitt ausgeführt sein kann.

Ende der geraden parallelen Rohrstücke 3 mittels Schließlich können statt massiver Stäbe in

Briden 5 an Tragborden 4 befestigt. Diese sind ihrer- 35 gleicher Weise auch geeignete Hohlkörper benutzt

seits an die beiden, an die Wand 2 anstoßenden werden.

Wände des Kanals 1 parallel zueinander im Abstand Das für die Stäbe verwendete Material hängt weitangeschweißt, wobei die Tragborde an den beiden gehend von dem Verwendungszweck des Wärmeüber-Wänden versetzt zueinander angeordnet sind. tragers und den dabei auftretenden Temperaturen ab.

Wie F i g. 1 zeigt, sind durch die Aufteilung des 40 Für hohe Temperaturen sind die Stäbe im allgemeinen Rohrbündels in ebene, parallele Rohrtafeln quer zur aus Metall, z. B. aus Eisen, oder Metallegierungen Längsrichtung der Rohre 3 Gassen — z. B. in hergestellt, während man bei tiefen Temperaturen die Diagonalrichtung durch das Rohrbündel — entstan- Stäbe z. B. auch aus einem Kunststoff fertigen kann, den, in welche einzelne Schwingungsdämpferstäbe 10 Eine einfache Montage für den beschriebenen zwischen die Rohrstücke 3 geschoben sind; die 45 Wärmeübertrager ergibt sich auf folgende Weise: Dämpferstäbe 10 berühren die an ihnen vorbeifüh- Bei weggenommener Seitenwand 2 wird eine Rohrrenden Rohre mindestens teilweise. Wie aus Fig. 2 tafel um die andere von rechts her (Fig. 1) in das und 3 zu entnehmen ist, sind die Stäbe 10 in den Gehäuse 1 eingeschoben und dort mittels der Briden 5 Gassen und zueinander schräg angeordnet, so daß an den Tragborden 4 befestigt. Nach Einschieben der die einzelnen Rohrstücke 3 von ihnen an Punkten 5° dritten Rohrtafel werden die Dämpferstäbe 10 a einberührt werden, die von einander entsprechenden geführt. Daraufhin montiert man die nächsten drei Befestigungsstellen unterschiedliche Abstände auf- Rohrtafeln. Es folgt das Einschieben der Stäbe 10 b weisen. Die Anzahl der Stäbe und ihre Lage sind und sodann die Montage der nächsten vier Rohrtafeln, dabei so gewählt, daß jedes Rohr 3 an mindestens Dann werden die Stäbe 10d eingeschoben, die mit zwei Stellen von einem Dämpferstab 10 berührt 55 Hilfe der letzten, nun montierten Rohrtafel gesichert wird. werden. Zuletzt werden die kurzen und die langen

Die Stäbe 10, deren Querschnitt vorzugsweise Stäbe 10' eingeschoben. Um eine Verschiebung kantig ausgeführt ist, besitzen Querabmessungen, die dieser Stäbe in Längsrichtung zu verhindern, werden geringfügig größer als die freien Gassen zwischen den hierauf die Riegel 13 angebracht. Schließlich wird die einzelnen Rohren 3 des Bündels sind. Auf diese Weise 60 Seitenwand 2 befestigt, die in dem gezeigten Beispiel werden die Stäbe 10 zwischen den Rippen 7 der mit Schrauben 6 an die anliegenden Wände des GeRohre 3 leicht eingeklemmt, so daß Stäbe und Rohre häuses 1 angeschraubt wird. Nach der Montage des sich sicher berühren, und bei Schwingungen der Wärmeübertragers kann die Wand 2 jedoch auch mit Rohre 3 diese Berührung, zumindest für einen Teil den anstoßenden Wänden verschweißt werden,
der Schwingungsbewegung, erhalten bleibt. Dadurch 65 Die Erfindung ist keineswegs auf das gezeigte Auswird ein erheblicher Teil der Schwingungsenergie führungsbeispiel beschränkt. So ist es auch möglich, durch Reibung zwischen den Stäben 10 und den die einzelnen Rohrtafeln in dem gezeigten Beispiel Rohren 3 vernichtet, wobei durch die erfindungs- fluchtend statt versetzt anzuordnen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Wärmeübertrager aus einem Bündel quer angeströmter, jeweils an mindestens einem ihrer Enden befestigter, gerader, paralleler Rohre, quer zu deren Längsrichtung Gassen vorhanden sind, in denen einzelne Dämpferstäbe, die mindestens einen Teil der an ihnen vorbeiführenden Rohre berühren, in der Weise angeordnet sind, daß die von dem die Rohre quer anströmenden Medium erregten Schwingungen in der Hauptschwingungsebene zwar zugelassen, jedoch gedämpft werden, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Dämpferstab (10,10a...) von den verschiedenen durch ihn berührten Rohren (3) Punkte miteinander verbindet, die von einander entsprechenden Befestigungsstellen der Rohre unterschiedliche Abstände aufweisen.

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, bei dem die Dämpferstäbe gegen Verschiebung und Verdrehung gesichert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel gegen Verschiebung Und Verdrehung aus einem mit dem einzelnen Dämpferstab (10) verbundenen Flachprofil (11) bestehen, welches nach der Montage zwischen zwei Rohren (3) parallel zu deren Längsachse geführt ist (Fig. 2, 3).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen