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Vorrichtung zur Halterung von Rohren eines Wärmeaustauschers Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zur Halterung quer angeströmter Rohrschlangen für Wärmeaustauscher,
wobei die Halterungspunkte der Rohrsohlangen durch Ausschnitte in Stege gebildet
sind, an welche die Rohre durch die an beiden Seiten der Ausschnitte verbleibenden
Zungen festgeklemmt werden.
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Eine derartige Vorrichtung ist bekannt (DB 605 213). Sie gewährleistet
einen sicheren Halt der Rohre und es ist möglich, mit ihr Rohre mit geringem Abstand
zu verlegen. Die Vorrichtung hat den Nachteil, daß nur geringe Längen der Rohre
zwischen zwei Halterungepunkten des Rohres angewendet werden dürfen, wenn bei hohen
Anströmgeschwindigkeiten an Schlangenrohren geringer Abmessungen gefährliche Schwingungen
der Rohre vermieden werden sollen. Das ergibt aber eine Verengung des Strömungsquerschnittes
und erhöht den Strömungswiderstand.
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Gefährliche Schwingungen der Rohre treten dann auf, wenn Resonanzbedingungen
erfüllt werden, d. h. wenn die Eigen-
Schwingungszahl der Rohre
mit einer Erregerfrequenz übereinstimmt. Insbesondere werden die Rohre durch Ablösewirbel
der Querströmung erregt, deren Frequenz direkt proportional mit der Strömungsgeschwindigkeit
ist. Darum wird die Eigenschwingungszahl der Rohre so ausgelegt, daß sie größer
als die Erregerfrequenz ist, damit Resonanzbedingungen auch bei Teillasten vermieden
werden, Die Aufgabe besteht darin, die eingangs beschriebene Vorrichtung so zu verbessern,
daß die Eigenschwingungszahl der gehalterten Schlangenrohre, trotz gleichbleibender
Abstände zwischen den Halterungspunkten, vergrößert wird Die Erfindung besteht darin,,
daß die Halterungapunkte aus mindestens zwei Stegen mit Ausschnitten und Zungen
gebildet, und die Stege mit einem seitlichen Abstand angeordnet sind. Derartig ausgebildete
Halterungspunkte er-
geben beim Befestigen der Rohre eine statisch starre
Einspannung. Dadurch wird, unter Beibehaltung der Abstände zwischen den Halterungspunkten,
bzw. zwischen den einzelnen Haltevorrichtungen, die Eigenschwingungszahl der Rohre
rechnungsmäßig auf etwa das 2,3-fache erhöht, was durch Versuche mit der Vorrichtung
bestätigt wurde.
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Die statische Starrheit der Rohreinapannung in den erfindungsgemäß
ausgebildeten Halterungepunkten:,-s;t im Wesent-
lichen sowohl von
den Abmessungen und dem;Werkatoff der
Rohre, als auch von dem äußeren
Abstand der die Halterungpunkte bildenden äußeren Stege, abhäüg#ig. Durch
Vera
suche bestätigte Untersuchungen haben ergeben, daß die
statische Starrheit der Rohreinspannung erreicht wird, wenn für Rohre mit gängigen
Abmessungen das Verhältnis des äußeren Abstandes der äußeren Stege zu dem äußeren
Hohrdurchmesser, innerhalb des Bereiches von 2 : 1 bis 3 : 1 liegt. Für ein Rohr,
z. B. aus austenitischem Stahl mit einem äußeren Durchmesser von 20 mm und einer
Wandstärke von 2 mm ist die statische Starrheit gewährleistet, wenn das Verhältnis
von 2,5 : 1 ist.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung der Halterungspunkte erbringt weitere
Vorteile. Die Amplitude erzwungener Rohrschwingungen, die ohne Resonanzbedingungen
auftreten, wird vorteilhaft verkleinert. Schwingungen eines Rohrteiles von der einen
Seite des Halterungspunktes werden nicht auf das Rohrteil von der anderen Seite
des halterungspunktes Übertragen. Ebenso wird die Steifheit der Vorrichtung durch
mehrere Stege vorteilhaft erhöht, ohne den Strömungswiderstand nachteilig zu beeinflussen.
Diese äteifheit der Vorrichtung ist darum nötig, weil sowohl die Vorrichtung, als
auch die xohre Schwingungssysteme bilden, die miteinander in den Halterungspunkten
gekoppelt sind. Eine Weichheit der Vorrichtung würde die Eigenschwingungszahl der
Rohre verkleinern.
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielhaft er-K.utert. Es
zeigt: r'ig. 1 einen halterungspunkt einer Vorrichtung in julsieht,
Fig.
2 eine Seitenansicht nach Fig. 1 R Fig. 3 eine sinnbildliche Darstellung der starren
Einspannung eines Schlangenrohrteiles.
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In Fig. 1 und 2 ist mit 1 ein Stück eines Rohres bezeichnet, das als
Wärmeaustauscherrohr eines Dampferzeugers schraubenförmig mit gleichbleibendem Krümmungsradius
gewickelt ist.
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2 stellt einen Teil der Vorrichtung zur Halterung dar, wo
in
einem Halterungepunkt ein Schlangenrohrstück eingespannt ist. Die Vorrichtung ist
hier aus einem U--Profileisen angefertigt. Die beiden Flanschen 3, 4 des U-Profileisens
2, bilden zwei Stege der Halterungspunkte. In den Stegen 3 und 4 sind dem Rohr 1
angepaßte Ausschnitte 5, b so vorgesehen, daß an beiden Seiten der Ausschnitte Zungen
7 und 8 verbleiben. Zwischen den Stegen 3, 4 ist ein seit-
licher Abstand
9 derart vorgesehen, daß das Verhältnis des
äußeren Abstandes 10 der äußeren
Stege 3, 4 zu dem äußeren Durchmesser 11 des Rohres 1 im Bereiche zwischen 2 t ?
bin-3 t 1 ist. Das Rohr 1 wird an dem Halterungspunkt so befestigt, indem die Zunge
7 des Stegen 3 und die Zunge 8 des Stegen 4 an das Rohr 1 angestemmt werden. Damit
ist das Rohr 1 mit dem Haltevorrichtungsteil 2 statisch starr verbunden.
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In 11g. 3 ist ein Stück den Rohres 1' sinnbildlich durch
den Halterungnpunkt 12 mit einer Halterungevorriehtung 2' und durch den
Halterungspunkt 13 mit einer anderen Halterungevorrichtung 2" statisch starr
verbunden. Durch die Starr-
heit der Verbindungen 12 und
13 wird die Eigenschwingungszahl des Rohrteiles 1' zwischen dem Halterungspunkt
12 und 13 beträchtlich erhöht. Das Verhältnis der Einspannungsbreite 10' bzw. 10"
zu dem Rohrdurchmesser 11' liegt im .Bereiche zwischen 20 und 3 : 1.