DE1814297A1 - Stuetzgitter bzw. Plattenfeder fuer ein Buendel zylindrischer Elemente,die an einem Waermeaustauschvorgang teilnehmen - Google Patents

Description

• Stützgitter bzw. Plattenfeder für ein Dündel zylindrischer Elemente, die an einem Wärmsaustausohvorgang teilnehmen.
• Die Erfindung betrifft ein Stützgitter für einon Sats sylindrischer Elemante, die an einem Wärmeaustauschvorgang teilnebmen, wolches Stützgitter aus Bandmaterial in der Weise aufgebaut ist, daß eine Ansahl von Abteilen gebildet wird, wobei n wonigstens einer Stelle an einer Seitenwand eines solchen Abteile eine Plattenfoder angeordnet ist, dt.
• sich in zwei Richtungen erstreokt und im entspannten Zustand auf ihrem Hauptmitteltoil in einer Riohtung bogenförmig gewölbt ißt, und wobei die äußersten Enden dieser Plattenfeder mit Befestigungsstellen an dieser Seitenwand starr verbunden sind, während mischen diesen Bofeatigungestellen und nahe jedem Ende dieser Plattenfeder ein kleinerer Abschnitt in ähnlicher Weise in der Por. einer Plattenfeder gewölbt ist.
• Diese @ylindrischen Klemente können beispielsweise aus Stäben aus Spalt- oder Drutmaterial bestchen, die im Core eines Kernreaktors angeordnet werden. Der gleiche Aufbau kann jedoch auch bei einem Wärmeaustauscher Verwendung finden. In diesem Falle bestchen die zylindrischen Elemente aus Rohren, die von einem Fluid umströmt werden, das gekühlt oder erhitzt werden soll. Sohließlioh ist es auch möglich, diesen Aufbau für elektrisohe Heiselemente zu verwenden, die im Innern der zylindrisohen Elemente angeordnet sind.
• Die Plattenfedern, vou denen bier die Rede ist, haben eine nicht-linears Federkernlinie. Unabhängig von den jeweiligen Abmessungsverhältnissen der gewölbten Teile bzw.
• Absohnitte der Feder steigt die Druekkraft mit dem Grad der Kompression an, bleibt über einen bestimmten Bereich konstant oder nimmt ab. Demsufolge ist es innerhalb besti@@@-ter Grensen möglich, alle zylindrischen Elemente mit gleicher Druckkraft zu beaufsclagen, unabhängig von den Toleransen der Herstellung und des Zusammenbaus und den Temperatureinflüssen. Dies ist in den Fällen von besonderer Bedeutung, in denen die Druokkraft und die Federspannungen bestimmte maximal sulässige Werte nicht überschreiten dürfen.
• Die Form des Aufbaus der oben angegebenen Art ist in der Praxis insofern nachteilig, als gelegentlich ein Stau des Kühlfluide auftritt, das längs der sylindrischen Elemente auf deren Außenseite entlangströmt. Dies beruht darauf, daß die verwendete Plattenfeder im zusammengedrückten Zustand ein Hindernis gegenüher dem Kühl@ittelstrom bildet.
• Insbesondere unter den Enden der gewölbten Plattenfeder werden, wenn die Feder spannt ist, Hohlräune ausgebildet, in denen praktisch keine Strümung vorhanden ist. Dies führt zu einer lokalen Überhitzung nicht nur der Enden der Plattenfeder selbst, sondern - im Falle sines Kernreaktors - auch der Teile der Stäbe aus Spaltmaterial, die @@mittelber neben diesen liegen. Da die letzteren bereits einer bohen thernischen Beanspruchung standbalten müssen, führt in der Regel jegliche zusätzliche Überhitzung zu schwerwiegenden @achteilen.
• Die Erfindung bezweckt, diese nachteiligen Erscheinungen zu beseitigen, was im wesentlichen dadurch erreicht wird, daß wenigstens ein Knde jeder Plattenfeder verzweigt ist.
• Diese Vorseigung kann von dem Teil der Plattenfeder ausgehen, der eine bogenf0rmige Wölbung aufweist. Sie kann Jedoch auch zwischen des Übergang des gekrümmten bsw. gewölbten Teiles und des bogenförmigen Teiles ihren Ausgang nehmen. Bside ausf2hrungsformen einer solchen Verzweigung ergeben einen hochwirksamen Zühleffekt. Dies kann auf die Tatsache zurüokgeführt werden, daß zunächst einmel die verzweigte Feder in zwoi schmale Federtelle unterteilt wird, die für das an Ihnen entlangströmende fluid leichter sugänglich sind. lalerde sind die verzweigten Teile der Peder in einem Winkel zueinander angeordnet, der gleichfalls bewirkt, daß der parellel zu den zylindrischen Elementen strömende Fluidstrom diese Teile der leder kreuzt und damit mie in wirksamerer Weise kühlt.
• Die Verzweigung ergibt anoh, daß die Enden der leder seitlich verschoben sind, was dasu führt, daß die bogenförmigen Telle nicht mchr so dicht an der Oberfläche des zylindrischen Elements liegen. Der Teil der Feder mit der stärksten Wölbung, d.h. der Teil, an dem am lsichtesten ein Stau des Kühlmittelstrommes auftreten kann, kom@@t auf diese Weise in einen brwiteren Strömungskanal zu liegen, in dem kein Stau mehr auftritt.
• Es ist auch möglich, die verzweigten Enden in Richtung auf die Mitte des gewölbten Teiles in richten. Bei diesem aufbau ist die Feder in sich selbst zurückgeschlagen. Ein zusätzlicher Vorteil ist darin zu schsn, daß es damit bei gleicher Federkraft möglich ist, die Breite des Gitters zu verringern.
• Die Kühlwirkung kinn hierbei weiter verbessert werden, indem an die Plattenfeder Bit wenigstens einer quer nur Oberfläche der Seitenwand verlaufenden Durchgangsöffnung versieht.
• Durch die Ausbildung scleber Öffnungen kann der Fluidstrom an einem Ende der Flattenfeder unter den durch die bogenförmigen Teile der Plattenfeder abgegrenzten Baum eindringen, während er am anderen Ende d der leder durch die an dieser Stelle vorgeschens Durchgangsöffnung aus diesem Raum wieder herausströmen kann. Damit wird durch diese Durchgangsöffnungen sichergestellt, daß der Kühlmittelstrom längs der Feder strömt und somit keine Gefahr einer lokalen Überhitzung mehr vorhanden ist.
• Dadurch, daß man die Durchgangsöffnung swischen den Ver-@weigungsstellen ausspart, kann diese sehr groß bemessen werden, so daß der Kühlmittelstrom, der durch sie in die bogenförmigen Räume der Feder strömt, einen sehr großen Teil des Gesamtfluidstromes bildet, der längs der zylindrischen Elemente strömt. In vielen Fällen werden die Durchgangsöffnungen in der Form einer Durchlochung eines lokal erweiterten Abschnittes des bogenförmigen Endes der Feder ausgebildet. Durch diese lokale Erweiterung wird die Spannungzverteilung in der Plattenfeder durch die Perforation nicht nachteilig beeinflußt.
• Falls die Flattenfeder in sich selbst gefaltet ist, ist em ebenfalls möglich, eine Durchgangsöffnung zwisob@@ den Versweigungsstellen auszusparen, indem man die vorbandenen Schlitse @wischen dem gewölbten Mittelteil der Foder und ihren bogenförmigen, als Plattenfoder ausgebildeten Endteilen am Ende mit einer Öffnung versicht, deren Querabmessung größer ist als die des Schlitzes, Rundet na di." Öffnung ab, so kinn weiterhin dis Spannunaskonzentration an dieser Stelle vorringert werden, Dei disser Form des Aufbaus bat die Plattenfeder an ihren beiden Enden eine T-Form. Der Querbalken dieses T ergibt eine gut ausgebildete Strömungsbahn für das einströmande Kühlfuid, da dieser Teil wie ein Messerblatt in den Kühlmittelstrum vorstcht und des Fluid längs der Teile der Feder auf den beiden Seiten abströmen läßt.
• Damit der Kühlmittelstrom auf der Außenseite des bogenförmigen Hauptmittelteiles auch entlang diesem Teil strömen kann, ist in der Mitte des gewölbten Teiles der Plattenfeder in der Richtung des an ihr anliegenden zylindrischen Elementes eine teilweise Ausbuchtung vorgeschen.
• Dieser ausgebauchte bzw. erhöhte Teil dient als Distanshalter, durch den auf der Außenseite der Plattenfeder ein Raum ausgebildet wird, längs dem der Kühlmittelstrom einströmen kann.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind an der Seitenwand an wenigstens zwei anderen Stellen dieser Wand Streifen starr befestigt, die selbst in der Mitte einen Abschnitt aufweisen, der in der Richtung des an ihnen anliegenden zylindrischen Elementes ausgebaucht ist. Durch diess Maßnahme wird lediglich eine Foder der beschriebenen Art für jedes Abteil benötigt, so daß besüglich der Ansahl der Fedorn Kosten eingespart werden Können.
• Bei der Anwendung in Wärm@@etauschern oder Kernreaktoren, die bei hohen Temperaturen, wie z.B. etwa 600°0, arbeiten, wie es bei der Kühlung mit flüssigem Natrium der Fall ist, müssen einige anders spezielle Maßnahmen getroffen werden.
• Diese Maßnahmen bestehen darin, daß die zylindrischen Elemente über den größtmöglichen Abschnitt ihrer Längsabmessung durch eine Anzahl von Plattenfedern abgestützt worden, die dicht aneinander liegen. Aufgrund dieser größeren Anzahl von Jeden pro Längeneinheit des zylindrischen 6Letee kann die pro Jeder ausgeübte kraft niedrig gebalten werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Federspannung auf den zulässigen Wert zu begrenzen, der der hohen Arbeitstemperstur entspricht.
• Eine Lösung besteht darin, die Plattenfedern mit einer einseitigen Verzweigung so zu verbinden, daß der nichtverzweigte Teil der nachfolgenden Plattenfeder zwischen den verzweigten Teilen der vorausgehenden Plattenfeder liegt.
• Eine zweite Lösung besteht darin, eine nichtverzweigte Plattenfeder abwechselnd mit einer Plattenfeder mit einer zweiseitigen Verzweigung so annuardnen, daß die Enden der nichtverzweigten Plattenfeder zwischen die verzweigten Enden der vorausgehenden und der nachfolgenden Plattenfeder na liegen *.
• Gemäß einer dritten Lösung werden die in sich selbst gefalteten Plattenfedern so angeordnet, daß sie in dichter Folge aneinander anschließen.
• Für disse Lösunigen der Anordnung der Federn kann eine Verringerung der Herstellungs- und Installationskosten dadurch ersielt werden, daß man die einselnen Plattenfedern aus einem Metallstroifen in der Weise ausstanst, daß sie im Streifen einen zusam@en@ängenden Aufbau bilden. Auf diese Weise werden alle Plattenfedern su einem aus einem Stück bestchenden Aufbau in einem einsigen Streifen verbunden. Diese Federstreifen selbst oignen sich in idealer Weise für die Massenproduktion. Die erforderliche Länge erhält man durch Abschneiden, entsprechend dem jeweiligen Bedarf.
• Bei den oben angegebenen Anwendungsgebieten mit hohen Betriebstemperaturen ergibt jeweils eine vorausgehende Feder eine verstärkte Turbulens im Kühlmittolstrom, der an ihr entlangströmt, so daß sich an der in der Strömungsrichtung dahinter angeordneten Plattenfeder eine gute Kühlwirkung ergibt.
• Aufgrund des horisontalen oder negativen Gradienten der Federkernlinie ist die Erfindung in idealer Weise dafür geeignet, die äußerst nachteiliglen Schwingungen der Rohre bzw. der zylindrischen Elemente zu unterdrücken.
• Beispielsweise Ansführungaformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der zeichnung näher erläntert, in der Fig. 1 drei Fedorkernlinien zeigt ; Fig. 2 ist eine Draufsicht auf ein Stützgitter ; Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt eines Stützgitters nach . 1.
• Fig. 4 stellt einen Längsschnitt einer Plattenfeder nach Fig. 2 dar ; Fig. 5 ist eine Ansicht einer Plattenfeder mit einer einseitigen Ver@weigung ; ig. 6 ist ein Längsschnitt der Plattenfeder nach 71£. 5; Fig. 7 zeigt eine zweiseitig vorsweigte Plattenfeder in der Draufeicht ; Fig. 8 ist ein Längsschnitt der Plattenfeder nach Fig. 7 ; Zig. 9 zeigt eine Ansicht einer Plattenfeder, deren verzweigte Enden zur Mitte hin surückgebogen sind ; Fig. 10 ist ein Längsschnitt der Plattenfeder nach Fig. 9 ; Fig. 11 zeigt eine Heihe von Plattenfedern der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Art ; Fig. 12 seigt einen Federstreifen als Abänderung der in Fig. 11 dargestellten Ausführungsform.
• In Fig. 1 sind die Federkernlinien dargestellt, die mit Plattenfedern der besohriehenen Art erreicht werden können. -Die kraft K, mit der die Plattenfeder susammengedrüokt wird (siabe auch Fig. 4), ist längs der Ordinate und der Federweg f längs dar @esisse aufgetragen. Die Federkompression bzw. der @ederweg ist in der Mitte 27 der Plattenfeder gemessen (miebe Fig. 4).
• Für den vorliegenden Zweck eind die Xennlinien b und c von größter Bedenting. Die Kennlinie b zeigt einen Verlauf, der zwischen den @rensen d anb e eine k@@@tante Federkraft K gewährleistet. Die Kennlinie o zeigt, daß eo selbst bei zunehmender Kompression möglich ist, die Federkraft K zu verringern. Fodern mit dieser Kennlinie (susaznen mit Peden der inie b) sind dafür geeignet, Schwingungen der Rohre oder der Stäbe aus Spaltmaterial entgegeninwirken. Diese Schwingungen, die durch Druckschwankungen im Fluidstrom bervorgerufen werden können, haben sich bisher als sehr nachteilig erwiesen, da sie au Ermüdungsbrüchen führen können.
• Die Fig. 2 zeigt in einer Draufsicht eines Stützgitters 1, wie eins 1MahL von Stäben 2 aus Spaltmaterial in diese Gitter abgestützt wird. der Gitter tat aus einer Anzahl von in Ziok-Zaok-Forn geboganen Bändorn 3 aufgebaut, die an den Punkten 4,5 und 6, an denen bonnachbarte Ziok-Zack-förmige Bänder aneinander liegen, fest verbanden sind.
• Auf diese Weise wird eine Anzahl von Gitterabteilen 7 ausgebildet. In einem von diesen ist im einzelnen dargeetellt, wie die Stäbe 2 aus Spaltmaterial durch eine Plattenfeder 8 zusa@@en zit zwei Streifen 9 abgestützt werden, von denen Jeder eine iusbuohtung 10 aufweist. Das dargestellte Stützgitter ist an zwei Seiten mit Distanzbaltern 11 verschen, die aus gebogenen Streifen bestchen und mit ihren Enden 12 an einem Rohr 13 anliegen, in dem die aus Stäben 2 bestchenden Elemente aus Spaltnaterial enthalten sind. An vier weiteren Stellen liegt dieses Gitter mit seinen Enden 14 an der Innenseite dieses Rohres 13 an.
• Die Fig. 3 zeigt in einem Längsschnitt des in Fig. 1 dargestellten Elementes aus Spaltmaterial, wie die Plattenfedern gestaltet sind. Gemäß Jig. 3 iet jede Plattenfeder mit einem bogenförmigen Mittelteil 15 versehon, der an seinen beiden Eoden in kleinere Plattenfsderteile 16 ausläuft, die ähnlich wie der Teil 15 gewölbt sind. In der Mitte haben diese Telle 16 einen verbreitarten Abschnitt 18, in dessen Mitte eine Bohrung 19 vorgesehen ist, durch die das Kühlfluid beispielsweise längs des Pfeiles 20 auf die untere Seite der Jeder und anrwah, wie durch den Pfeil 22 angegeben, aus den Raum 21 heraus auf deren Oberseite strö@@n kann. An den Punkten 23 sind beide Enden der Plattenfeder beispielsweise durch Punktsohweißen an einem Seitenwandabschnitt 24 eines Abtsile 7 aterr befestigt.
• Dies ist der Klarheit wegen nochnals in Fig. 4 dargestellt, die einen Längsschnitt dieser Plattenfeder meigt. Ans dieser Figur ist ernichtlioh, daß in der Mitte des Hauptmittelteiles der Feder eine Ausbuchtung 27 vorgesehen ist, die an der danebenliegenden Oberfläche des Stabes 2 anliegt. An der in dieser Figur rechts dargestellten Feder ist mit K die Kraft angedeutet, mit der die Feder zusammengedrückt wird.
• Ein soloches element aus Spaltmaterial wird in einem Abteil 7 eines Stützgittere 1 vorzugsweise durch eine Plattenfeder 8 und mwei mit Ausbuchtungen bzw. Wülsten 10 vorschene Streifen 9 abgestütst.
• In Fig. 5 ist oine andere Ansführungsform dargestellt, bei der ein Ende der Feder 30 im bogenförmigen Teil verzweigt ist. Während der Oberteil 28 den bogenförmigen Teiles nicht verzweigt ist, teilt eioh der untere Teil in zwei Federteile 29, von denen leder im wesontlichen halb so breit ist wie der Federteil 28. Dieser wiederum ist nahe seinem Ende mit einem verbreiterten Abschnitt 18 verschen, in dem eine Öffnung 19 ausgebildet ist. Mit 32 und 23 sind jene Punkte angedeutet, an denen die Federenden an der Seitenwand 33 des Stützgitters angeschwsißt sind. Der Kühlmittelztrom kann in diesem Balle läng@ der Pfeile 34 und 35 strömen, wobei er durch die Öffnung 19 in der gleichen Weise, wie bereits in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 erläutert, verläuft.
• Besüglich der Fig. 6, die einen Löng@@ch@@tt der oben beschriebenen Plattenfeder darstellt, bedarf es keiner weiteren Erläuterungen.
• Die Fig. 7 und 8 zeigen in einer Drauf@@@ @@@ in @@@@@ Längsschnitt eine Plattenf@@er, die auf@@iden Soli@@, @@@ in Verbindung mit den Fig. 5 und 6 bereits angegeben, verzweigt ist. Die Bezugaseichen sind hierbei die gleichen wie in den vorausgehenden Figuren.
• Pig. 9 stellt eine zweiseitig verzweigte Plattenfeder dar, bei der die vorsweigten Enden zur Mitte des gewölbten Teiles zurückgebogen sind. In diesem Falle endigt der Hauptmittelteil 28 des bogenförmigen Federabschnittes an don beiden Enden in einen Rand 34 bzw. 35. Die verzweigten Federteile 36, 37, 38 und 39 verlaufen längs der Seite des Hauptteiles 28 im gleichen Abstand über diesen hinaus. Auf diese Weise werden vier Sohlit@e 40, 41, 42 und 43 ausgebildet, die an ihren Enden mit erweiterten Öffnungen 44 bis 47 vershen @ind. Mit diesem Aufban erhält man einen besonders vorteilhaften Strömungsverlauf, da der Kühlmittelstrom, der - wie durch den Pfeil 52 angedeutet -am unteren Rand 35 ankommt, frei lind unbehindert in zwei separat. Kühlmittelströme 53 und 54 aufgeteilt wird (niche Fig. iO, in der ein Längssohnitt dieser Jeder dargestellt ist). Gleichzeitig geben die Öffnungen 44 bis 47 und 40 bis 43 den einzelnen Kühlmittelströmen reichlich Gelegenheit, unter die Jeder hinein und wieder heraussuströ@en.
• Plg. 11 zeigt eine Reihe von Jedem 30, vi. sie in den Fig. 5 und 6 dargestellt sind. Eine Beihe solcher Federn ist bei Verwendung von flüssigen @atrium (oder anderen flüssigen Metallen dieser Art) als Kühlmittel geeignet.
• Die Fig. 12 zeigt, wie eine Reibe von Federn durch Ausstansen in einem Streifen 55 ausgebildet werden kann. Die Teile 56,57,58 und 59 sind aus dem ursprünglichen Streifen herausgestanzt. Die Federteile 60,61 und 62 sind bogenförmig, die Teile 63 sind gekrümmt bzw. gewülbt, und die Teile 64 stellen Wülste bzw. Ausbuchtungen dar.
• Mit 65 sind die Befestigung@stellen bezei@hnet.

Claims (13)

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Stützgitter für einen Staz zylindrisoher Elemente, die an einem Wärmeaustauschvorgang teilnehmen, welches Stützgitter aus Bandmaterial in der Weise aufgebaut ist, daß eine Anzahl von Abteilen gebildet wird, wobei an wenigstens einer Stelle an einer Seitemwand cineo solchen Abteiles eine Plattenfeder°angeordnet ist, die sich in zwei Richtungen erstreckt und ii entspannten Zustand auf ihrem Hauptaittoltoil in oiner Richtung bogenförmig gekrümmt ist, und wobei die äußersten Enden dieser Plattenfeder mit Befestigungsstelen an dieser Seitenwand starr verbunden sind, während zwischen diesen Befestigungsstellen und nahe jedem Ende dieser Plattenfeder ein kleinarer Peil in ähnlicher Weise in der Pori einer Plattenfeder gewölbt ist, ddurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil verzweigt ist.

2. Stützgitter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Vezweigung von dem Teil ausgcht, der bogenförmig gewölbt ist.

3. Stützgitter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die verzweigten Enden auf die Mitte des gewölbten Teiles zu gerichtet sind.

4. Stützgitter nach Anspruch 1,2 oder 3, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die Plattenfeder mit wenigstens einer quer zur Oberfläche der Seitenwand verlaufenden Durohgangsöffnung versehenist.

5. Stützgitter nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Durchgangsöffnung in der Verzweigung ausgespart ist.

6. Stütsgitter nach anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Durobgangsöffnung als eine durohloohung eines lokal erweiterten bschnittes eines bogenförmigen Endes der Feder ausgebildet ist.

7. Stützgitter nach einem oder mcharen der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in der Mitte des gewölbten Teiles der Plattenfeder ein bestimmter Teil in der Riohtung des an ihn anliegenden zylindrischen Elementen ausgebaucht ist.

8. Stütsgitter nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k a n n z e i c h n e t, daß wenigetens an zwei weiteres Stellen an einer Seitenwand Streifen 9 an dieser starr befestigt sind, von denen jeder in der Mitte einen Abso@itt anfweist, der in der Eichtung des an ihm anliegenden sylindrischen Elementes ausgebaucht ist.

9. Stntzgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennseichnet, daß in der Längsrichtung nchrere Plattenfedern dicht ansinander anschliessend angeordnet sind.

10. Stützgitter nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß einseitig veraweigte Platteufedarn in der Weise aneinandergereiht sind, daß der nichtverzweigte Teil einer nachfolganden Plattenfoder zwischen den verzweigton Teilen einer vorausgehendet Plattenfoer liegt.

11. Stüt@gittar nach An@@@@ @, d a d u r c h g a k e n n z e i c h n e t, daß @@@@lnd nichtv@r@weigt@ Plattanfed@@@ und b@idseitig verzweigte Plattenfedern in der Weise angeordnet sind, daß die Enden der nichtverzweigten Plattenfeder zwischen den verzweigten Enden der vorausehenden und nachfolgenden Plattenfedern liegen.

12. Stutzgitter nach Anspruch 9,10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Plattenfedern in einen au einem Stück bestehenden Streifen miteinander vorbunden angeordnet sind.

13. Plattenfeder, die nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12 aungebildet ist.

L e e r s e i t e