DE1807573B1

DE1807573B1 - Beruehrungswaermeuebertrager

Info

Publication number: DE1807573B1
Application number: DE19681807573
Authority: DE
Inventors: Dr Sc Techn Alfred Brunner
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1968-10-31
Filing date: 1968-11-07
Publication date: 1970-05-14
Also published as: CH500456A; NL6816244A; FR2024102B1; FR2024102A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Berührungs- tete Eigenschaft, die üblicherweise durch Erhöhen Wärmeübertrager mit einem ein Heizmittel führenden des Druckabfalls, durch Anbringen von Drossel-Kanal, in dem mehrere, von einem verdampfenden blenden in den Rohrsträngen u. dgl. gemildert wird, oder gasförmigen Arbeitsmittel parallel und im Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird die wesentlichen im Gegenstrom zum Heizmittel durch- 5 Instabilität des Rohrsystems bewußt verstärkt und strömte Rohrstränge angeordnet sind, die in minde- dadurch auf einfache Weise die bisher nur mit verstens zwei vom Arbeitsmittel parallel durchströmte stellbaren Drosselorganen erzielbare Wirkung erreicht. Gruppen unterteilt sind, wobei die Rohrstränge jeder Die Erfindung wird an Hand zweier in der Zeich-

Gruppe im wesentlichen gleichmäßig über den Quer- nung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele schnitt des Kanals verteilt angeordnet sind und wobei io näher erläutert.

Mittel vorgesehen sind, durch die bei Übergang auf F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen BeTeillast die Durcliflußmenge einer Gruppe gegenüber rührungswärmeübertrager mit zwei Rohrsträngen; der Durchflußmenge einer anderen Gruppe verändert F i g. 2 stellt einen Teillängsschnitt durch einen

wird, so daß der Verlauf der Arbeitsmitteltempera- Wärmeübertrager mit neunzehn wendelartigen Rohrturen in den Rohrsträngen einer Gruppe im Voll- 15 strängen dar.

lastbereich nahezu gleich, bei kleiner Last dagegen In F i g. 1 enthält ein Kanal 1 mit kreisförmigem

stark ungleich ist jeweils im Vergleich zu dem Ver- Querschnitt, in dem in Pfeilrichtung ein Heizmittel lauf in den Rohrsträngen einer anderen Gruppe. strömt, einen Verteiler 2 und einen Sammler 3, zwi-Hierdurch bleiben auch bei kleiner Last die höchsten, sehen denen zwei parallelgeschaltete, wendelartige der Berechnung auf Warmfestigkeit zugrunde zu 20 Rohrstränge 4 und 5 sich erstrecken, die durch Belegenden Temperaturen des Heizmittels und des rührung beheizt sind.

Arbeitsmittels auf einem kleinen Bereich des Wärme- Beide Stränge 4 und 5 sind am Eintritt mit je einer ä

Übertragers beschränkt, so daß teure warmfeste Drosselblende 6 bzw. 7 und außerdem weiter strom- " Werkstoffe nur in entsprechend kleinem Maße erfor- abwärts der Strang 4 stromaufwärts seiner Mitte mit derlich sind. 25 einer Blende 8 versehen. Der Querschnitt der Blende 7

Solche Berührungswärmeübertrager sind durch die einerseits und die Querschnitte der Blenden 6 und 8 schweizerische Patentschrift 420 232 bekannt. Bei andererseits sind derart aufeinander abgestimmt, daß diesen bekannten Wärmeübertragern bestehen die bei Vollast die durch die beiden Stränge fließenden Mittel zum Verändern der Druchflußmenge aus Ven- Mediumströme einander etwa gleich sind, so daß sich tuen, die mittels Servomotoren in Abhängigkeit von 30 in den Strängen über deren Länge nahezu gleiche Betriebsgrößen, wie Temperatur oder Menge des Temperaturverläufe einstellen. Sinkt nun die Last, so Heizmittels oder Temperatur des Arbeitsmittels, ge- verschiebt sich der Schwerpunkt der Volumensteuert werden. Solche Steuereinrichtungen und zunähme des Mediums in beiden Strängen stromauf-Servomotoren sind teuer und überdies störanfällig. wärts, was zur Folge hat, daß die Wirkung der Dros-Letzteres ist besonders nachteilig, wenn die Wärme- 35 sei 8 gegenüber derjenigen der Drossel 7 zu dominieübertrager in Verbindung mit Kernreaktoranlagen ren beginnt. Die Durchflußmenge des Stranges 4 verwendet werden. verkleinert sich dabei zugunsten derjenigen des

Ziel der Erfindung ist nun, einen Berührungs- Stranges S₁ was die Ungleichheit der Verteilung des Wärmeübertrager der eingangs genannten Art zu Mediums auf die Rohrstränge weiter verstärkt. Lokal schaffen, bei dem keine gesteuerten Ventile nötig 40 betrachtet nähert sich dabei die Temperatur des sind. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch Mediums im Strang 4 derjenigen des umgebenden erreicht, daß die Mittel aus fest eingestellten Strö- Heizmittels. Die an den Strang 4 übertragene Wärmemungswiderständen bestehen, die auf die Länge der menge sinkt daher, was im gleichen Sinne wirkt wie ä Rohrstränge der einen Gruppe anders verteilt sind eine Verkleinerung der Heizfläche. Wegen der im I als bei den Rohrsträngen einer anderen Gruppe. 45 Strang 5 vergrößerten Durchflußmenge vermag dort Unter »Strömungswiderstand« ist hier nur der von das Medium mit verhältnismäßig tiefen Temperaturen den geometrischen Größen der Rohrstränge ab- dem Heizmittelstrom entgegen weiter vorzudringen, hängige Widerstand zu verstehen; er wird also im als dies bei gleichmäßiger Verteilung der Fall wäre, wesentlichen von der Rohrlänge, vom Strömungs- Das Heizmittel erfährt daher schon näher an seinem querschnitt und von der Rohrrauhigkeit beeinflußt. 50 Eintritt eine Abkühlung, was die gewünschte Folge Bei als Durchlaufdampferzeuger arbeitenden Wärme- hat, daß der Verlauf der Rohrwandtemperaturen bei Übertragern ist es schon bekannt (französische Patent- Teillast nicht mehr stark von demjenigen bei Vollschrift 1277 954), den Strömungswiderstand von last abweicht.

Rohren zur Beeinflussung der Durchsatzverteilung im Beim Wärmeübertrager nach F i g. 2 enthält ein

Rohrbündel zu benutzen. Jedoch wird hier nicht eine 55 zylindrisches Druckgefäß 10 einen zentralen Verungleiche Durchsatzverteilung in gewissen Last- drängungskörper 11 und im verbleibenden Ringbereichen angestrebt. querschnitt, der in Pfeilrichtung von einem Heiz-Die Erfindung macht sich eine Eigenschaft parallel- mittel, z.B. CO₂, durchströmt wird, sechs Rohrgeschalteter Rohrstränge, in denen einem strömenden zylinder 20, 30, 40, 50, 60 und 70. Während die Arbeitsmittel unter starker Volumenzunahme Wärme 60 Rohrzylinder 20 und 30 je zwei, um eine halbe zugeführt wird, zunutze, welche Eigenschaft darin Ganghöhe gegeneinander versetzte Rohrwendeln 21, besteht, daß schon bei kleinen Störungen, wie sie 22 bzw. 31, 32 enthalten, weisen die Rohrzylinder 40 durch ungleiche Wärmezufuhr auf die einzelnen und 50 je deren drei 41, 42, 43 bzw. 51, 52, 53, der Rohre oder ungleichen Strömungswiderstand der Rohrzylinder 60 deren fünf 61 bis 65 und schließlich einzelnen Rohre bedingt sein können, eine Instabili- 65 der Rohrzylinder 70 vier Wendeln 71 bis 74 auf. tat auftritt, die sich darin äußert, daß sich in den Alle Rohre der Zylinder 20, 40, 60 weisen eine Rohrsträngen unterschiedliche Durchflußmengen ein- unter sich gleiche, kleinere Lichtweite auf, wogegen stellen. Es ist dies eine bei Dampferzeugern gefürch- die Rohre der Zylinder 30, 50, 70 eine ebenfalls

unter sich gleiche, aber größere Lichtweite haben. Die Wendeln aller Zylinder sind gleich geneigt, so daß alle Rohrstränge im wesentlichen gleich lang sind.

Unterhalb des wendeiförmigen Teiles der Stränge ist jedem Zylinder ein Ringverteiler 26, 36, 46, 56, 66 bzw. 16 zugeordnet, an dem die einzelnen Wendeln des zugehörigen Zylinders angeschlossen sind. Die Ringverteiler 26 bis 76 sind über je eine Zufuhrleitung 27, 37, 47, 57, 67 bzw. 77, die je ein Drosselorgan 28, 38, 48, 58, 68 bzw. 78 enthalten, an einen Verteiler 80 angeschlossen. Austrittsseitig münden die einzelnen Wendeln, die jeweils einen Rohrstrang bilden, direkt in vier radial angeordnete Sammler 81, von denen die Zeichnung nur zwei zeigt.

Der Berührungswärmeübertrager nach F i g. 2 wird über den Verteiler 80 lastabhängig mit Speisewasser beschickt. Dieses wird in den Wendeln im Gegenstrom erwärmt, verdampft und überhitzt und gelangt als Frischdampf durch die Sammler 81 zu einer nicht gezeichneten Turbine.

Bei der ersten Inbetriebsetzung werden die Drosselorgane 28 bis 78 bei etwa 90 ⁰Zo Last derart eingestellt, daß sich in allen Strängen über deren Länge die gleichen Temperaturverläufe ergeben, d. h., daß z. B. die Verdampfungsendpunkte in allen Wendeln auf etwa gleicher Höhe liegen.

Wären alle Wendeln hinsichtlich des Strömungswiderstandes gleich ausgebildet, so würden mit sinkender Last die Verdampfungsendpunkte sich in F i g. 2 nach unten verschieben, wobei sich die Zone des noch nicht wesentlich gekühlten CO₂-Gases nach unten vergrößern würde. Da nun aber die Wendeln ungleiche Lichtweiten aufweisen, tritt bei unter 90% sinkender Last Instabilität auf, die sich darin äußert, daß die engen Rohre der Zylinder 20, 40, 60 anteilmäßig bedeutend weniger Arbeitsmittel führen als bei 90% Last. Die Verdampfungsendpunkte verschieben sich daher in diesen Rohren stark nach unten, während sie in den weiten Rohren der Zylin- 4-j der 30, 50, 70, die lastabhängige Verschiebung in den Zylindern 20, 40, 60 kompensierend, praktisch am selben Ort verbleiben wie bei 90% Last. Das CO₂ trifft also bei Teillast ungefähr auf gleicher Höhe wie bei Vollast auf gekühlte Rohrwendeln, an denen es n,i gekühlt wird.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeichneten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es können beispielsweise bei der Anordnung nach F i g. 2 nur Rohrzylinder mit Wendeln gleicher Durchmesser, jedoch unterschiedlicher Rohrlänge verwendet werden, wie sich auch schlechthin alle Gestaltungsmöglichkeiten der Rohrstränge zur Verwirklichung des Erfindungsgedankens eignen, welche bei kleiner Last zu erheblicher Instabilität führen. Dabei sind insbesondere Kombinationen mit den in der schweizerischen Patentschrift 420 232 gezeigten Anwendungsfällen und Schaltungsmöglichkeiten von Interesse.

Claims

Patentansprüche:

1. Berührungswärmeübertrager mit einem ein Heizmittel führenden Kanal, in dem mehrere, von

60 einem verdampfenden oder gasförmigen Arbeitsmittel parallel und im wesentlichen im Gegenstrom zum Heizmittel durchströmte Rohrstränge angeordnet sind, die in mindestens zwei vom Arbeitsmittel parallel durchströmte Gruppen unterteilt sind, wobei die Rohrstränge jeder Gruppe im wesentlichen gleichmäßig über den Querschnitt des Kanals verteilt angeordnet sind und wobei Mittel vorgesehen sind, durch die bei Übergang auf Teillast die Durchflußmenge einer Gruppe gegenüber der Durchflußmenge einer anderen Gruppe verändert wird, so daß der Verlauf der Arbeitsmitteltemperaturen in den Rohrsträngen einer Gruppe im Vollastbereich nahezu gleich, bei kleiner Last dagegen stark ungleich ist jeweils im Vergleich zu dem Verlauf in den Rohrsträngen einer anderen Gruppe, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus fest eingestellten Strömungswiderständen bestehen, die auf die Länge der Rohrstränge der einen Gruppe anders verteilt sind als bei den Rohrsträngen einer anderen Gruppe.

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedliche Verteilung der Strömungswiderstände dadurch erreicht ist, daß sich der Innendurchmesser einer ersten Gruppe der Rohrstränge um mehr als die übliche Toleranz vom Innendurchmesser einer zweiten Gruppe der Rohrstränge unterscheidet.

3. Wärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Innendurchmesser einer ersten Gruppe der Rohrstränge um mehr als 20% von denjenigen einer zweiten Gruppe der Rohrstränge unterscheiden.

4. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedliche Verteilung der Strömungswiderstände dadurch erreicht ist, daß sich die Rohrlängen einer ersten Gruppe der Rohrstränge um mehr als 20% von denjenigen einer zweiten Gruppe der Rohrstränge unterscheiden.

5. Wärmeübertrager nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Gruppe von Rohrsträngen in an sich bekannter Weise über ein einziges einstellbares Drosselventil an die Arbeitsmittelzufuhr angeschlossen ist.

6. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Gruppe der Rohrstränge Drosselmittel in Rohrlängenbereichen angeordnet sind, die bei den übrigen Gruppen von Rohrsträngen von Drosselmitteln frei sind.

7. Wärmeübertrager nach Anspruch 6 mit Verdampferteil der Rohrstränge, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselmittel im Bereich des Verdampferteils angeordnet sind.

8. Wärmeübertrager nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselmittel in an sich bekannter Weise feste Blenden sind.

9. Wärmeübertrager nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselmittel durch lokale Deformation des betreffenden Rohrstranges gebildet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen copy