DE1501681C - Rohrbündel Wärmetauscher mit einem äußeren Druckgefäß und Verfahren zu sei ner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rohrbündel-Wärmetauscher mit einem äußeren Druckgefäß und mindestens einem inneren, die Rohrbündel ummantelnden Gefäß, bei dem die Rohrbündel-Sammelkammern in Ebenen quer zur Wärmetauscherachse angeordnet sind und den Mantel des Druckgefäßes auf einer Seite durchdringen, und zumindest ein Teil der Sammelkammern die Innengefäße an jeweils einander gegenüberliegenden Stellen durchdringt, wobei die Sammelkammern auf der Durchtrittsseite des Druckgefäßmantels fest und auf der gegenüberliegenden Seite im Inneren des Druckgefäßes am Mantel durch Führungen verschiebbar gelagert sind und bei ihrem Durchtritt durch das Innengefäß gegenüber Kurzschlußströmungen des um die Rohre strömenden Fluids abgedichtet sind.

Ein derartiger Wärmetauscher ist im -wesentlichen durch den Stand der Technik, der durch die britische Patentschrift 653 540 gegeben ist, bekannt. "T3e7~emem solchen Wärmetauscher ergibt sich das Problem, wie er zusammengebaut werden soll. Der Zusammenbau erfolgt im allgemeinen so, daß an der Baustelle zuerst die tiefste Sammelkammer eingebaut wird, dieser das zugehörige Rohrpaket angesetzt und dieses anschließend mit der nächsten Sammelkammer verbunden wird. Dieser Montagevorgang wiederholt sich so lange, bis das letzte Rohrbündel eingebaut ist. Eine Vorfertigung läßt sich hierbei nur mit der Einschränkung erzielen, daß jedenfalls die einzelnen Rohrschlangen erst nach Einbau im Druckgefäß mit den Sammelkammern verbunden werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rohrbündel-Wärmetauscher der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, dessen gesamter Innenteil in der Werkstatt vorgefertigt und komplett in das äußere Druckgefäß eingefügt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die feste Lagerung der Sammelkammern mittels eines sowohl am Mantel als auch an der Verbindungsstelle eines Sammelkammer-Anschlußteiles angeschweißten Uberschubrohres und die verschiebbare Lagerung an der gegenüberliegenden Seite des Mantels mittels von außen eingeschobener Führungsbüchsen oder Führungsstücke erfolgt, wobei der Abstand zwischen der freien Endkante der Sammelkammer und der Verbindungsstelle kleiner ist als die lichte Weite des Mantels, gemessen in der Einbauachse der Sammelkammer.

Um übermäßige Wärmespannungen an der Übergangsstelle zwischen dem Mantel des Druckgefäßes und den Sammelkammern zu verhindern, sind in weiterer Ausbildung der Erfindung die Überschubrohre unlcr Zwischenschaltung eines Anschlußstut- ' zens am Mantel des Druckgefäßes befestigt.

Zur Aufnahme der Wärmedehnungen der Sammelkammer läuft das der Anschlußseite gegenüberliegende Ende der Sammclkammer in einen achsparallelen zylindrischen oder prismatischen Führungsansalz oder eine entsprechende Führungsöfi'nung aus.

In weilerer Ausgestaltung der lL.'.ndungist die über das Uinliüllimgspinfil der Inneneinbauten des Wärmetauschers hinausragende I.äuge des Anschlußteils der Sammelkammer mindestens gleich oder größer als die Länge des an der Außenseite des Mantels angeordneten Anschlußslutzens.

Das Verfahren zur Herstellung des Wärmetauschers ist cilindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die liinliaulcn des Wärmetauschers mit den zugehörigen Sammelkammern außerhalb des Druckgefäßes zusammengebaut werden, dann in den Mantel eingeführt werden, anschließend die Einbauten so weit gegenüber dem Mantel verschoben werden, bis die Anschlußteile der Sammelkammern aus den zugehörigen Anschlußstutzen des Mantels herausragen, nun die Überschubrohre an die Anschlußteile der Sammelkammern angeschweißt werden, dann die gesamten Einbauten gegenüber dem Mantel wieder so weit verschoben werden, bis die Überschubrohre an den Anschlußstutzen des Mantels anliegen und schließlich die Führungsbüchsen oder Führungsstücke von außen in den Mantel eingebracht und die hierfür vorgesehenen Öffnungen abgedichtet werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher,

F i g. 2 eine Seitenansicht der F i g. 1 auf die Anschlußseite,

F i g. 3 einen Teilquerschnitt durch einen Wärmetauscher mit prismatischem Innenteil,

F i g. 4 einen Teilquerschnitt durch einen Wärmetauscher mit kreiszylindrischem Innenteil.

In F i g. 1 ist mit 1 die Eintrittsstelle des einen wärmetauschenden Fluids in den Wärmetauscher dargestellt und mit 2 die Austrittsstelle. Dieses wärmetauschende Fluid durchströmt zunächst einen Innenraum 3 des Druckgefäßes 3 α des Wärmetauschers, in welchem die Pakete bzw. Bündel der Wärmetauschrohre 4 mit den Sammelkammern 5 untergebracht sind. Nach Durchströmen dieser Pakete wird das wärmetauschende Fluid bei 6 umgelenkt und strömt durch einen Ringraum 7 zurück, welcher von dem Druckmantel 8 des Wärmetauschers und einem die Pakete der Wärmetauscherrohre 4, bzw. sämtliche Einbauten umhüllenden Innengefäß 9 gebildet wird.

Das zweite wärmetauschende Fluid strömt bei 10 in die betreffenden Sammelkammern 5 ein, bzw. aus diesen nach Durchfließen der Wärmetauscherrohre aus. Die in Fig. 1 gezeigten Pfeile geben die Strömungsrichtung an. Die in Klammern gezeigten Pfeile würden für die umgekehrte Strömungsrichtung gelten. Die Sammelkammern 5 durchdringen bei Il den Druckmantel 8 des Wärmetauschers und sind mit diesem durch die Überschubrohre 12 druckdicht verbunden. Die Sammelkammern 5 sind jeweils an einer Stirnseite gegenüber dem im Sammler strömenden Fluid, ζ. Β. Wasser oder Dampf, dicht abgeschlossen, und die Zufuhr des Fluids zum Sammler erfolgt durch das gegenüberliegende stirnseitige Ende 10 des Sammlers. Mit dem dicht verschlossenen Ende5rt stützen sich die Sammelkammern 5 auf Führungen 13 ab, welche im Druckmantel 8 befestigt sind. Die Abdichtung der Sammelkammern 5 gegenüber dem Innengefäß 9 erfolgt auf beiden Seiten mittels Federbälgcn 15 und 14.

Wie man sieht, braucht man bei dieser Anordnung die Wärmetauscherrohre 4 nicht einzeln durch den Mantel des Druckgefäßes 3« zu führen, wodurch eine einfache Konstruktion gegeben ist. Die Anschlußenden der Sammclkammern S, welche den Druckmantel 8 durchdringen, weisen alle nach derselben Seite.

Fig. 2 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung von

Sammelkammern 5 mit ihren Durchtritten 16,17 und

18 durch den Druckmantel 8 des Wärmetauschers. In F i g. 3 bezeichnet wieder 8 den Druckmantel

des Wärmetauschers, 9 das Innengefäß, welches die Einbauten umhüllt, während 6 den inneren Strömungsraum des einen wärmetauschenden Fluids und 7 den ringförmigen äußeren Strömungsraum desselben bezeichnet. Die Sammelkammer 5 liegt mit den zu ihr gehörenden Wärmetauscherrohren 43, welche schematisch dargestellt sind, im inneren Strömungsraum 6. Da das Paket der Wärmetauscherrohre 43 einen rechteckigen Querschnitt hat, ist innerhalb des Innengehäuses 9, zur Vermeidung von toten Strömungsräumen, noch ein die Wärmetauscherrohre 43 umhüllender Leitmantel 41 mit ebenfalls rechteckigem Querschnitt vorgesehen. Der Leitmantel 41 trägt außerdem eine Wärmedämmung 42. Die Sammelkammer 5 geht über einen diffusorartigen Konus

19 in ihren Anschlußteil 20 über, welcher eine kleinere lichte Weite aufweist als die Sammelkammer 5 innerhalb des Einmündungsbereiches der Wärmetauscherrohre 43. Mittels einer Schweißnaht (Verbindungsstelle 21) ist dieser Anschlußteil 20 mit dem inneren Stutzen 22 des Überschubrohres 12 verbunden. Der äußere Stutzen 23 des Überschubrohres 12 ist mittels Schweißnaht 24 mit einem Anschlußstutzen 25 druckdicht verbunden, welcher aus dem Druckmantel 8 nach außen vorragt. Das Überschubrohr 12 und der Anschlußstutzen 25 haben die Aufgabe, übermäßige Wärmespannungen an der Verbindungsstelle zwischen Druckmantel 8 und Sammelkammer 5 zu verhindern.

Die Länge des über das Umhüllungsprofil der Inneneinbauten des Wärmetauschers — im dargestellten Fall des Innengehäuses 9 — hinausragenden Anschlußteiles 20 der Sammelkammer 5 ist größer als die Länge des Anschlußstutzens 25, gemessen von 31 bis 24.

An ihrem anderen Ende trägt die Sammelkammer 5 einen zylindrischen oder prismatischen Führungsansatz 26, welcher sich in einer entsprechenden Führungsbüchse 27 axial verschieblich abstützt. Auf diese Weise können Wärmedehnungen der Sammelkammer 5 gegenüber dem Druckmantel 8 aufgenommen werden. Die Führungsbüchse 27 ist durch eine Öffnung 28 von außen in den Druckmantel 8 eingeschoben und vorzugsweise mit diesem verbunden. Die Öffnung 28 wird durch eine aufgeschweißte Kappe 29 druckdicht abgeschlossen. Die Durchdringungsstellen der Sammelkammer 5 durch den inneren Mantel 9 sind mit den Federbälgen 14 und 15 gegenüber dem äußeren Ringraum 7 abgedichtet. "Diese Federbälge gestatten ferner eine Wärmedehnung der Sammelkammer 5 gegenüber dem Innengehäuse 9. Die Distanz zwischen der Verbindungsstelle 21 der Sammelkammer 5 und der Endkante 30 ihres Führungsansatzes 26 ist kleiner als die Distanz der beiden gegenüberliegenden Wandungsstellen 31 und 32 des Druckmantels 8. Hierdurch und durch entsprechende Bemessung der Sammelkammerlänge gegenüber dem Lichtraum des Druckgefäßes sowie durch die Anordnung von Führungsmitteln, für die frei auskragenden Sainmelkammercnden, ist folgendes Montageverfahren möglich: Die kompletten Einbaueinheiten des Wärmetauschers einschließlich der zugehörigen Sammelkammern, werden außerhalb des Wärmetauscherdruckgefäßes zusammengebaut und gemeinsam in das Druckgefäß in Richtung von dessen Längsachse eingeschoben. Die Verbindung der aus dem Druckmantel 8 herausführenden Anschlußteile 20 mit den Überschubrohren 12 erfolgt dadurch, daß die kompletten Einbauten gegenüber dem Druckmantel 8 in Richtung der Sammelkammerlängsachse so weit verschoben werden, daß die Anschlußteile 20 der Sammelkammern aus den zugehörigen Anschlußstutzen 25 im Druckmantel 8 herausragen. Sodann werden Überschubrohre 12 mit

ίο ihren inneren Stutzen 22 an die Sammelkammern angeschweißt (Verbindungsstelle 21). Dann werden die gesamten Einbauten wieder in Richtung der Sammelkammerlängsachsen in ihre Betriebslage zurückverschoben und schließlich die Überschubrohre 12 mit dem Druckmantel bzw. den daran vorgesehenen Anschlußstutzen 25 druckdicht verbunden. Zur Abstützung der Sammelkammern und der daran hängenden Einbauteile auf der gegenüberliegenden Seite werden nun die Führungsmittel von der Außenseite in den Druckgefäßmantel eingebracht und die hierfür vorgesehenen Öffnungen ebenfalls druckdicht verschlossen. Dies erfolgt so, daß zuerst die Führungsbüchsen 27 von außen eingebracht werden und vorzugsweise mit dem Druckmantel 8 fest verbunden werden und dann die Öffnungen 28 mit den Kappen 29 durch Schweißung verschlossen werden. Der im Innenraum 6 liegende Teil der Sammlerkammer 5 ist durch eine Wärmeisolierung 33 geschützt, welche beispielsweise aus einem oder mehreren Blechmänteln mit dazwischenliegender stagnierender Gasschicht gebildet wird.

F i g. 4 zeigt einen Schnitt durch einen Druckmantel 8 eines Wärmetauschers, welcher einen zylindrischen Einbau mit einem Innengehäuse 9 und einer inneren Wärmedämmung 45 aufweist. Der Druckmantel 8 ist mit einer äußeren Isolierschicht 44 überzogen. Im inneren Strömungsraum 6 befinden sich die Wärmetauscherrohre 43 und ein runder zentraler Verdrängungskörper 46. Verdrängungskörper 46 und Wärmetauscherrohre 43 sind an der Sammelkammer 5 befestigt. Durch die runde Ausführung des inneren Strömungsraumes 6 ist es möglich, die Wärmetauscherrohre 43 nach einer Schraubenlinie zu biegen und z. B. mehrgängige Schraubenrohre anzuordnen.

Damit kann der vorhandene Raum besser ausgenutzt werden. Eine andere Ausbildungsform der Rohrwicklung wäre die Wicklung nach einer Spirale, insbesondere nach einer Evolvente. Die Wärmetauscherrohre 43 werden über ein Verbindungsstück 50, das aus einem oder mehreren Rohrbogen und geraden Rohrstücken besteht, in die Sammelkammer 5 eingeleitet. Die Sammelkammer 5 ist, wie auch in F i g. 3 dargestellt, auf der Anschlußseite mit dem äußeren Druckmantel verschweißt. Die gleitende Verbindung an der Endkante 30 der Sammelkammer 5 ist durch ein prismatisches Führungsstück 47, welches in eine entsprechende Führungsöffnung 48 der Sammelkammcr 5 eingreift, bewirkt. Es gelten dieselben Einbaubedingungen wie für Fig. 3 beschrieben. Die Sammelkammer 5 ist mit einer wärmeelastischcn Isolierung 49 versehen, die sich somit unabhängig von der Längsdehnung der Sammelkammer 5 und der Dehnung des Innengehäuses 9 in sich dehnen kann.

Die Erfindung ist auf die beschriebenen und in den Figuren dargestellten Ausführungen in keiner Weise beschränkt. So ist es z. B. möglich, in ein und dasselbe Wärmetauscherdruckgefäß mehrere vonein-

ander unabhängige Wärmetauscheinheiten anzuordnen. Es könnten dann selbstverständlich die Anschlußstellen aller Sammelkammern der einen Wärmetauschereinheit nach der einen Richtung aus dem Druckmantel des Wärmetauschers geführt und die Anschlußstellen der Sammelkammern einer zweiten Wärmetauschereinheit nach einer anderen Seite aus dem Druckmantel geführt werden. Wesentlich ist hierbei stets, daß sämtliche Sammelkammern einer Wärmetauschereinheit in der gleichen Richtung aus dem Wärmetauschermantel herausgeführt werden, da nur auf diese Weise der erfindungsgemäße Montagevorgang durchgeführt werden kann. Die Lage der Anschlußstellen der Sammelkammern einer geschlossenen Wärmetauschereinheit auf einer Seite des Druckmantels bietet außerdem noch einen großen Vorteil bei Reparaturen an den Anschlußstellen, bzw. falls bei Undichtwerden einzelner Wärmetauscherrohre diese mittels einer geeigneten Einrichtung außer Betrieb gesetzt werden sollen, welche nur durch den Sammelkammeranschluß in das Innere der Sammelkammer eingeführt werden kann.

Ferner ist eine Ausführungsform möglich, bei der Durchtritte der Sammelkammern bzw. der Anschlußenden durch das Druckgefäß sowohl im zylindrisehen Druckmantel als auch an den daran anschließenden gewölbten, insbesondere halbkugelförmigen Böden angeordnet sind.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Rohrbündel-Wärmetauscher mit einem äußeren Druckgefäß und mindestens einem inneren, die Rohrbündel ummantelnden Gefäß, bei dem die Rohrbündel-Sammelkammern in Ebenen quer zur Wärmetauscherachse angeordnet sind und den Mantel des Druckgefäßes auf einer Seite durchdringen, und zumindest ein Teil der Sammelkammern die Innengefäße an jeweils einander gegenüberliegenden Stellen durchdringt, wobei die Sammelkammern auf der Durchtrittsseite des Druckgefäßmantels fest und auf der gegenüberliegenden Seite im Inneren des Druckgefäßes am Mantel durch Führungen verschiebbar gelagert sind und bei ihrem Durchtritt durch das Innengefäß gegenüber Kurzschlußströmungen des um die Rohre strömenden Fluids abgedichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Lagerung der Sammelkammern (5) mittels eines sowohl am Mantel (8) als auch an der Verbindungsstelle (21) eines Sammelkammer-Anschlußteiles (20) angeschweißten Überschubrohres (12) und die verschiebbare Lagerung an der gegenüberliegenden Seite des Mantels (8) mittels von außen eingeschobener Führungsbüchsen (27) oder Führungsstücke (47) erfolgt, wobei der Abstand zwischen der freien Endkante (30) der Sammelkammer (5), und der Verbindungsstelle (21) kleiner ist als die lichte Weite des Mantels gemessen in der Einbauachse der Sammelkammer (5).

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überschubrohre (12) unter Zwischenschaltung eines Anschlußstutzens (25) am Mantel (8) des Druckgefäßes (3 d) befestigt sind.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das der Anschlußseite (10) gegenüberliegende Ende (5 a) der Sammelkammer (5) in einen achsparallelen zylindrischen oder prismatischen Führungsansatz (26) oder eine entsprechende Führungsöffnung (48) ausläuft.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die über das Umhüllungsprofil der Inneneinbauten des Wärmetauschers hinausragende Länge des Anschlußteils (20) der Sammelkammer (5) mindestens gleich oder größer ist als die Länge des an der Außenseite des Mantels (8) angeordneten Anschlußstutzens (25).

5. Verfahren zur Herstellung des Wärmetauschers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten des Wärmetauschers mit den zugehörigen Sammelkammern außerhalb des Druckgefäßes zusammengebaut werden, dann in den Mantel eingeführt werden, anschließend die Einbauten so weit gegenüber dem Mantel verschoben werden, bis die Anschlußteile der Sammelkammern aus den zugehörigen Anschlußstutzen des Mantels herausragen, nun die Überschubrohre an die Anschlußteile der Sammelkammern angeschweißt werden, dann die gesamten Einbauten gegenüber dem Mantel wieder so weit verschoben werden, bis die Überschubrohre an den Anschlußstutzen des Mantels anliegen und schließlich die Führungsbüchsen oder Führungsstücke von außen in den Mantel eingebracht und die hierfür vorgesehenen öffnungen abgedichtet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen