DE19639422C2 - Wasser-Luft-Wärmetauscher für Großmotoren - Google Patents
Wasser-Luft-Wärmetauscher für GroßmotorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Wasser-Luft-Wäremetauscher für
Großmotoren, insbesondere Schiffsmotoren, vorzugsweise zum
Kühlen der durch einen Turbolader verdichteten Ladeluft, mit
einem im Strömungsweg der Luft angeordneten Rohrregister,
dessen quer zur Strömungsrichtung der Luft verlaufende
Registerrohre außen mit Luft und innen mit Wasser beaufschlagbar
sind, wobei die Luft durch einander gegenüberliegende
Seitenwandanordnungen und zwischen diesen angeordneten, die
Enden der Registerrohre aufnehmenden Rohrplatten kanalisiert
wird, und wobei die Registerrohre wasserseitig mit an den von
einander abgewandten Außenseiten der Rohrplatten vorgesehenen
Kammern kommunizieren, die durch die Rohrplatten
überspannende Deckel gebildet werden, wobei vorzugsweise
einerseits wenigstens zwei von einander getrennte, an einen
Wasserzu- und -ablauf angeschlossene Kammern und andererseits
wenigstens zwei miteinander verbundene Kammern vorgesehen
sind.
Die US 3 881 455 zeigt eine gattungsgemäße Anordnung inform
eines Zwischenkühlers zum Kühlen der Ladeluft. Bei dieser
bekannten Anordnung bildet das Rohrregister eine Baueinheit. Es
ist daher nur schwer einbaubar bzw. demontierbar. Mit
zunehmender Motorgröße nehmen aber auch der Kühlbedarf und
damit zwangsläufig auch die Baugröße und das Gewicht des
Zwischenkühlers zu. Dies gilt insbesondere für
Schiffsdieselmotoren. Dabei findet in der Regel ein vergleichsweise
hoher Ladedruck von 3 bis 4 bar Verwendung. Der Wirkungsgrad
des Kompressors liegt dabei in der Regel bei etwa 80%, so daß etwa
20% der dem Kompressor zugeführten Energie in Wärme
umgewandelt werden. Die Ladeluft kann daher eine Temperatur bis
zu 200°C erreichen. Um diese Luft auf eine Temperatur von etwa
50°C abkühlen zu können, ist daher ein sehr großer
Zwischenkühler erforderlich. Bei Schiffsmotoren kann das Gewicht
eines derartigen, vergleichsweise großen Kühlers bis zu 5 t
betragen. Zum Ein- und Ausbau eines derartigen Kühlers sind daher
Hebezeuge erforderlich, die im Maschinenraum eines Schiffes zwar
zur Verfügung stehen, mit denen der normalerweise unterhalb des
Turboladers angeordnete Kühler aber nur schlecht erreichbar ist,
was die Wartung und Instandhaltung äußerst beschwerlich macht.
Hinzu kommt, daß ein Kühler vorliegender Art sowohl wasserseitig
als auch insbesondere luftseitig einer gewissen Verschmutzung
unterliegt und daher regelmäßig gereinigt werden muß, da durch
diese Verschmutzungen die Kühlwirkung sowie der Druck und der
Durchsatz der Luft in für den Betrieb des Motors ungünstiger Weise
beeinflußt werden. Insbesondere bei Schiffsmotoren ist das
Verschmutzungsproblem besonders akut, da hier die Luftaufnahme
in der Regel im Maschinenraum erfolgt, wo infolge von
Undichtheiten der Auspuffanlage Ruß sowie von Lecköl
herrührende Ölpartikel und andere, von außen kommende
Staubpartikel etc. in der Luft enthalten sind. Eine Verlegung der
Luftaufnahme ins Freie ist hierbei in der Regel aufgrund der großen
Feuchtigkeit der Außenluft nicht vorgesehen. Außerdem würde
dabei auch eine gesonderte Belüftung des Maschinenraums
erforderlich sein.
Zur Durchführung der Reinigung wird der Kühler vielfach
ausgebaut, wobei sich ein hohes Gewicht und eine voluminöse
Baugröße ungünstig auswirken. Die Reinigung erfolgt dabei in der
Regel mit Hochdruckstrahlen. Diese dringen jedoch nicht tief in den
Kühler ein. Bei Kühlern mit großer Baugröße, wie bei Kühlern für
Schiffsmotoren etc., können sich daher innerhalb des Kühlers
Schichten ergeben, die durch Hochdruckstrahlen nicht erreichbar
sind. Aus diesem Grund müssen Reinigungschemikalien eingesetzt
werden, die allerdings die Korrosion beschleunigen können. Sofern
eine Reinigung des Kühlers in situ erfolgt, ist auch bei Verwendung
von Reinigungschemikalien nur eine unvollständige Reinigung zu
befürchten.
Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Anordnung eingangs erwähnter Art mit einfachen
und kostengünstigen Mitteln so zu verbessern, daß eine hohe
Montage- und Wartungsfreundlichkeit erreicht sowie eine geringe
Korrosionsgefahr sichergestellt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mehrere,
jeweils eine Gruppe von Registerrohren und deren Enden
aufnehmende, eigene Rohrplatten enthaltende, einzeln handhabbare
Rohrregistermoduln vorgesehen sind, die mit koplanar
angeordneten Rohrplatten in einem von den Seitenwandan
ordnungen flankierten Bereich des Strömungswegs der Luft, der
zum Ein- und Ausfahren der Rohrregistermoduln an wenigstens
einer Seite geöffnet werden kann, nebeneinander plazierbar sind,
wobei die zueinander koplanaren Rohrplatten jeder Seite
unabhängig voneinander mittels jeweils wenigstens einer im
Bereich ihres Rands umlaufenden Dichtung gegenüber dem dieser
Seite zugeordneten, gemeinsamen Deckel abdichtbar sind.
Mit diesen Maßnahmen werden die eingangs geschilderten Nachteile
und Schwierigkeiten vollständig behoben. Die einzelnen
Rohrregistermoduln besitzen eine vergleichsweise kompakte
Baugröße und wiegen nur einen Teil des gesamten Rohrregisters. Es
ist daher eine einfache Manövrierung von Hand oder mit
vergleichsweise kleinen Hebezeugen möglich. Zudem erfordern die
erfindungsgemäßen Rohrregistermoduln im ausgebauten Zustand
nur vergleichsweise wenig Platz, was sich günstig auf den
Platzbedarf bei Reinigungs- und Wartungsarbeiten auswirkt. In
diesem Zusammenhang ist zu berücksichtigen, daß im
Maschinenraum eines Schiffes in der Regel beengte Verhältnisse
herrschen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Maßnahmen
ist darin zu sehen, daß die Rohrregistermoduln, die einzeln von
zwei Seiten mit Reinigungsmittel beaufschlagt werden können,
infolge ihrer vergleichsweise kleinen Dicke mit Hilfe von
Hochdruckstrahlen, beispielsweise Dampfstrahlen, auf ihrer ganzen
Dicke zuverlässig gereinigt werden können. Auf
Reinigungschemikalien kann dabei ganz oder weitestgehend
verzichtet werden, was sich günstig auf die Vermeidung von Kosten
und Korossionsverhinderung auswirkt. Da die einzelnen
Rohrregistermoduln einheitlich gestaltet sind, ist es ohne weiteres
möglich, ein verschmutztes Rohrregistermodul einfach gegen ein
Ersatzmodul auszutauschen, wodurch nur sehr kurze
Betriebsunterbrechungen entstehen. Die Reinigung des
verschmutzten Rohrregistermoduls kann während des Betriebs, also
während der Motor läuft und das Schiff fährt, erfolgen, was sich
vorteilhaft auf die erzeilbare Gesamtwirtschaftlichkeit auswirkt.
Dennoch ergibt sich insgesamt eine vergleichsweise kompakte
Bauweise des gesamten Kühlers sowie eine gute Kühlwirkung.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der
übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen
angegeben. So können die Rohrregistermoduln und der diesen
zugeordnete Aufnahmebereich einander zugeordnete, in Ein- und
Ausfahrrichtung ebene Lagerflächen aufweisen. Dies macht die
Montage und Demontage der einzelnen Rohrregistermoduln
besonders einfach.
Zweckmäßig kann zumindest eine Seitenwand mit quer zur
Strömungsrichtung der Luft verlaufenden, ebenen Gleitschienen zur
verschiebbaren Lagerung zumindest der in Einschubrichtung
vorderen Rohrplatte der Rohrregistermoduln, vorzugsweise der
gesamten Rohrregistermoduln, versehen sein. Die Gleitlagerung
ermöglicht einen besonders einfachen Ein- und Ausbau. Gleichzeitig
wird hierdurch verhindert, daß die einzelnen Rohrregistermoduln
beim Ein- bzw. Ausbau in gegenseitige Kollision kommen können.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme kann darin bestehen, daß die
Rohrregistermoduln als schlanke Quader mit einer dem Querschnitt
des Aufnahmebereichs entsprechenden, breiten Seitenfläche und
einer schlanken, den Seitenwänden zugewandten Flanke
ausgebildet sind. Dies ergibt eine besonders kompakte Bauweise, die
eine einfache Handhabung sowie eine leichte zuverlässige
Reinigung ermöglicht.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der übergeordneten Maßnahmen
kann darin bestehen, daß die Rohrregistermoduln ohne gegenseitige
Verbindung zwischen den gemeinsamen Deckeln einspannbar sind,
die mit den Seitenwänden verschraubbar sind. Dies ergibt eine
einfache, selbsttragende Konstruktion. Zum Austausch eines
Rohrregistermoduls braucht lediglich einer der beiden Deckel,
zweckmäßiger Weise ist das der nicht an den Wasserzu- und -ablauf
angeschlossene Deckel abgenommen werden. Über die so gebildete
Öffnung des Aufnahmebereichs können die praktisch schwimmend
angeordneten Moduln ein- und ausgefahren werden. Das Lösen
weiterer Verschraubungen ist hierbei nicht erforderlich, was die
Durchführung von Wartungsarbeiten erleichtert.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der übergeordneten
Maßnahmen können die Rohrregistermoduln einzeln mit den
Deckeln verschraubbar sein. Die Seitenwände können in diesem Fall
eingespannt sein. Diese Ausführung ist besonders unanfällig gegen
thermische Ausdehnungen bzw. Kontraktionen der Registerrohre.
Die im Bereich der Rohrplatten vorgesehenen Dichtungen müssen
in diesem Fall in vorteilhafter Weise keine Dehnungsdifferenzen
ausgleichen. Die den Deckeln zugeordnete Verschraubung muß
daher hier in vorteilhafter Weise nur den Wasserdruck aufnehmen.
Zum Ausbau eines Rohrregistermoduls müssen hier allerdings
dessen Verschraubungen im Bereich beider Deckel gelöst werden.
Zweckmäßig können die Deckel bei der vorgenannten Variante
flanschlos an den zugeordneten Rohrplatten anliegen. Die
erforderlichen Schraubenelemente können über die Fläche der
Deckel verteilt sein. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine
gleichmäßige Kraftverteilung auf die randseitigen und die inneren
Stützflächen der Deckel.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme kann darin bestehen, daß jeder
Rohrplatte mehrere, vorzugsweise zwei hintereinander gestaffelte,
umlaufende Dichtungen zugeordnet sind. Dies ergibt nicht nur eine
besonders zuverlässige Abdichtung, sondern ermöglicht in
vorteilhafter Weise auch die Überprüfung der Dichtwirkung. Hierzu
können die Deckel einfach mit den Rohrplatten zugeordneten
Inspektionsbohrungen versehen sein, die vom Bereich zwischen
zwei Dichtungen abgehen. Hierdurch lassen sich Undichtheiten der
ersten Dichtung sofort feststellen, so daß der Eintritt von Wasser in
die Ladeluft, was dem Motor schaden würde, zuverlässig verhindert
wird.
Zur Erleichterung der Manipulation der Rohrregistermoduln können
diese mit an ihre Rohrplatten angesetzten Augenbolzen und
eventuell noch mit im Bereich einer schmalen Seitenflanke mittig
angeordneten Tragelementen versehen sein.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige
Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den
restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der nachstehenden
Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung entnehmbar.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Ladeluftkanals eines
Schiffsmotors mit zugeordnetem Zwischenkühler mit
demontierten Rohrregistermoduln,
Fig. 2 eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen
Zwischenkühlers mit zwischen den Deckeln
einspannbaren Rohrregistermoduln,
Fig. 3 einen Schnitt durch einen gemäß Fig. 2 aufgebauten
Zwischenkühler im zusammengebauten Zustand,
Fig. 4 einen Schnitt durch eine andere Ausführung eines
erfindungsgemäßen Zwischenkühlers im
zusammengebauten Zustand,
Fig. 5 eine perspektivische Teilansicht des der Fig. 4
zugrundeliegenden Zwischenkühlers,
Fig. 6 ein Einbaubeispiel eines erfindungsgemäßen
Zwischenkühlers,
Fig. 7 ein Beispiel für eine im Bereich der Rohrplatten
vorgesehene Dichtungsanordnung mit jeweils zwei
umlaufenden Dichtungen und
Fig. 8 eine Alternative zu der Ausführung gemäß Fig. 7.
Der Aufbau und die Wirkungsweise von Großmotoren, wie
Großdieselmotoren zum Antrieb von Schiffen etc., sind an sich
bekannt. Motoren dieser Art sind in der Regel mit einem
Abgasturbolader versehen, durch den die Ladeluft komprimiert
wird. Der Wirkungsgrad derartiger Abgasturbolader ist so, daß etwa
20% der zugeführten Energie in Wärme umgewandelt wird. Dies
kann zu einer Erwärmung der Ladeluft bis etwa 200°C führen, was
im Hinblick auf die dadurch verminderte Füllung der
Verbrennungskammern unerwünscht ist. Zur Erzielung einer guten
Füllung der Verbrennungskammern wird die Ladeluft durch einen
dem Abgasturbolader nachgeordneten, in Fig. 1 und 6
angedeuteten Zwischenkühler 1 gleitet, der eine Abkühlung der
Ladeluft auf etwa 50°C bewirkt.
Der Zwischenkühler 1 ist, wie die Fig. 1 und 6 weiter zeigen, in
den vom nicht dargestellten Abgasturbolader zu den Einlaßstutzen
des nicht dargestellten Motors führenden Luftkanal 2 eingebaut. Die
Strömungsrichtung der Luft ist durch Richtungspfeile L angedeutet.
Stromabwärts vom Zwischenkühler 1 kann ein hier nicht
dargestellter Wasserabscheider vorgesehen sein, durch den das
infolge der Kühlung entstandene Kondenswasser abgeschieden
wird, bevor die Luft den Verbrennungskammern des Motors
zugeführt wird. Zur Bildung eines dem Zwischenkühler 1
zugeordneten Aufnahmebereichs ist der Luftkanal 2 unterbrochen.
An den einander zugewandten Enden der dem Aufnahmebereich
vor- und nachgeordneten Kanalabschnitte können umlaufende
Endrahmen 3 vorgesehen sein, gegen die der in den zugeordneten
Aufnahmebereich eingesetzte Zwischenkühler 1 abgedichtet wird.
Der Zwischenkühler 1 enthält, wie aus Fig. 3 und 4 erkennbar
ist, ein im Strömungsweg der Luft angeordnetes Rohrregister mit
quer zur Strömungsrichtung der Luft verlaufenden, mit äußeren
Rippen 4 versehenen Registerrohren 5, an denen die Luft außen
vorbeiströmt. Innen werden die Registerrohre 5 mit Kühlwasser
beaufschlagt. Die Enden der Registerrohre 5 sind in Rohrplatten 6
aufgenommen.
Wasserseitig kommunizieren die Registerrohre 5 mit in
Strömungsrichtung vor- und nachgeordneten Verteil- und
Sammelkammern 8, 9, die nach innen durch die Rohrplatten 6 und
nach außen durch die Rohrplatten 6 überspannende Deckel 10, 11
begrenzt sind. Der Deckel 10 fungiert als sogenannter Enddeckel,
dessen Kammern 8, 9 in Fig. 3 und 4 durch eine Trennwand 12
von einander getrennt und mit Anschlußstutzen 13, 14 für eine
Wasserzuleitung bzw. eine Wasserableitung versehen sind. Der
gegenüberliegende Deckel 11 fungiert als Wendedeckel, dessen
Kammern 8, 9 in Fig. 3 und 4 durch ein oder mehrere Fenster
15 in der vorhandenen Zwischenwand miteinander verbunden sind.
Die Strömungsrichtung des Wassers ist durch Richtungspfeile W
angedeutet. Das Wasser wird über den Enddeckel 10 zu- bzw.
abgeführt. Im Wendedeckel 11 erfolgt eine Richtungsumkehr.
Das Rohrregister besteht in jedem Fall aus mehreren
Rohrregistermoduln 16, die jeweils eine Gruppe von Registerrohren
5 und deren Enden aufnehmenende, eigene Rohrplatten 6 enthalten.
Die Rohrregistermoduln 16 besitzen, wie die Fig. 1 und 2
anschaulich zeigen, die Konfiguration eines schlanken Quaders mit
zwei breiten, dem Querschnitt des dem Zwischenkühler
zugeordneten Aufnahmebereichs innerhalb des Luftkanals 2
entsprechenden Seitenflächen und zwei schlanken, quer hierzu
verlaufenden Seitenflächen.
Die Rohrregistermoduln 16 jedes Zwischenkühlers 1 bilden, wie
Fig. 2 und 6 anschaulich zeigen, ein Paket, wobei die
Rohrplatten 6 der einzelnen Moduln koplanar aneinander
anschließen. In den dargestellten Beispielen sind die zu einem
Paket zusammengestellten Rohrregistermoduln 16 jeweils gleich. Es
wäre aber auch denkbar, unterschiedlich dicke Muduln, d. h. Moduln
mit unterschiedlicher Breite der schmalen Seitenflächen
vorzusehen, um unterschiedlich breite Kühler zusammenstellen zu
können.
Die koplanar aneinander anschließenden Rohrplatten 6 der beiden
Enden des oben genannten Modulpakets sind einzeln gegenüber
dem jeweils zugeordneten Deckel 10 bzw. 11 abgedichtet. Hierzu
sind die beiden Rohrplatten 6 jedes Rohrregistermoduls 16 mit im
Bereich ihres Umfangs umlaufenden Dichtungen 19 versehen. Zur
Bildung der Dichtungen 19 können einfach sogenannte O-Ringe
vorgesehen sein, die in eine zugeordnete Ausfräsung der
betreffenden Rohrplatte 6 eingelegt sind. Die Deckel 10, 11 sind mit
den Dichtungen 19 aller zugewandten Rohrplatten 6 zugeordneten
Anlageflächen versehen. Diese werden durch den umlaufenden,
verbreiterten Deckelrand und durch den Deckel durchsetzende,
auflageseitig ebenfalls verbreiterte, mit oder ohne Fenster 15
versehene Zwischenwände 12 gebildet.
Bei einem Modulpaket mit lediglich zwei Rohrregistermoduln 16
sind die Deckel 10, 11 mit lediglich einer Zwischenwand 12
versehen, so daß sich pro Deckel jeweils zwei Kammern 8, 9
ergeben. Bei einem Modulpaket mit vier Rohrregistermoduln 16
sind die Deckel 10, 11, wie aus Fig. 2 erkennbar ist, mit drei
Zwischenwänden 12 versehen, so daß sich pro Deckel vier
Kammern 8, 9 ergeben, wobei beim Enddeckel 10 die mittlere
Zwischenwand mit Fenstern und beim Wendedeckel 11 die mittlere
Zwischenwand ohne Fenster sind, so daß die einander benachbarten
Rohrregistermoduln in unterschiedlichen Richtungen durchströmt
werden. Dieses Prinzip ist auch bei noch größeren Modulpaketen
anwendbar.
Der Strömungsweg der Luft ist an zwei einander gegenüberliegen
den Seiten durch die jeweils koplanar zueinander angeordneten,
gegenüber den Deckeln 10 bzw. 11 und damit gegeneinander ab
gedichteten Rohrplatten 6 flankiert. An den beiden anderen Seiten
sind Seitenwände vorgesehen, die zusammen mit den Rohrplatten 6
einen umfangsseitig geschlossenen Kanal für die das Rohrregister
durchsetzende Luft ergeben. Die Seitenwände werden gegen die
ihnen zugewandten Enden der Abschnitte des Luftkanals 2 abge
dichtet. Zur Bildung der Seitenwände können, wie Fig. 2 zeigt, die
einander gegenüberliegenden Rohrplattenanordnungen über
brückende Seitenplatten 7 vorgesehen sein. Derartige Seitenplatten
7 können mit ihren zwischen den beiden Rohrplattenanordnungen
verlaufenden Flanken an den Endrahmen 3 der Luftkanalabschnitte
befestigt werden, wie in Fig. 2 durch Löcher für Schrauben etc.
angedeutet ist.
In Fig. 2 sind die Seitenplatten 7 nicht unterteilt. Es wäre aber
auch eine Unterteilung etwa derart denkbar, daß jedem Rohr
registermodul 16 eine leistenförmige Seitenplatte mit der Breite der
Rohrplatten 6 entsprechender Breite zugeordnet ist. Sofern die
leistenförmigen Seitenplatten so aneinander anschließen, daß sich
eine geschlossene Wand ergibt, ist, wie oben für Fig. 2 gesagt,
ebenfalls ein Anschluß an die Enden der Abschnitte des Luftkanals
möglich.
Bei der in Fig. 1 angedeuteten Ausführung besitzen die einzelnen
Rohrregistermoduln 16 zwischen den Rohrplatten 6 angedeutete
und mit diesen verschraubte, schmale Plattenelemente 7a, die
schmäler als die Rohrplatten 6 sind. In diesem Fall werden
zusätzliche, durchgehende Seitenwände 7b, die luftdicht an die
zugewandten Enden der Abschnitte des Luftkanals 2 angeschlossen
werden können, benötigt. Diese können, wie Fig. 1 zeigt, jeweils
einen randseitig umlaufenden Rahmen aufweisen, und/oder, wie in
Fig. 6 angedeutet ist, durch zu den Rohrplatten 6 parallele
Rahmen miteinander verbunden sein. In jedem Fall ergeben sich
umlaufende, flanschartige Anschlußflächen für die Deckel 10, 11.
Um einen Bypass der Luft zwischen den Plattenelementen 7a und
den Seitenwänden 7b zu verhindern, können die Plattenelemente
7a, wie in Fig. 6 oben gezeigt ist, mit Dichtlippen 17 versehen, die
den Spalt zwischen den Plattenelementen 7a und der benachbarten
oberen Seitenwand 7b überbrücken und damit absperren. Die
Dichtlippen 17 können als Federbleche ausgebildet sein. Im Bereich
der den Dichtlippen 17 gegenüberliegenden Unterseite der Rohr
registermoduln 16 sitzen deren Plattenelemente 7a auf der be
nachbarten unteren Seitenwand 7b auf, bzw. wirken mit auf der
unteren Seitenwand 7b angebrachten Leisten 23 zusammen,
wodurch sich eine Art Labyrinthdichtung ergibt.
Bei der Ausführung gemäß Fig. 2 und 3 sind bzw. werden die
Deckel 10, 11 mit den Seitenplatten 7 verschraubt. Dasselbe gilt für
die Ausführung gemäß Fig. 1 und 6, bezüglich der Seitenwände
7b, wobei hier zusätzlich noch eine Verschraubung mit den
luftkanalseitigen Endrahmen 3 angedeutet ist. Ein derartiger
Deckelanschluß ist auch in Fig. 2 durch hierfür geeignete,
deckelseitige Schraubenlöcher angedeutet. Bei den Ausführungen,
bei denen die Deckel 10, 11 mit den Seitenplatten 7 bzw. den
Seitenwänden 7b verschraubt sind, ist das durch die
Rohrregistermoduln 16 gebildete Modulpaket schwimmend
zwischen den beiden Deckeln 10, 11 angeordnet und zwischen
diesen einspannbar. Die Deckel 10, 11 sind hierzu mit den
Seitenplatten 7 bzw. Seitenwänden 7b zugeordneten Flanschen 20
versehen, die durch Schrauben 21 mit den Seitenplatten 7 bzw.
Seitenwänden 7b verschraubbar sind. Da die Registerrohre 5
gekühlt und die Seitenplatten 7 bzw. Seitenwände 7b ungekühlt
sind, können sich unterschiedliche Wäremedehnungen ergeben. Die
hieraus resultierenden Abstandsdifferenzen müssen durch die
Dichtungen 19 ausgeglichen werden. Die Elastizität der
verwendeten O-Ringe ist daher entsprechend zu bemessen.
Zwischen den Flanschen 20 und den zugeordneten Anlageflächen
der Seitenplatten 7 bzw. Seitenwände 7b können, wie in Fig. 3
angedeutet ist, luftdichte Dichtungen 22 eingelegt sein. Dasselbe gilt
für beim Einbau des Kühlers in den Luftkanal 2 im Bereich der
Endrahmen 3 sich ergebende Fugen.
In Fig. 3 sind die Seitenplatten 7 zur Vereinfachung der
Darstellung um 90° versetzt dargestellt. In Wirklichkeit verlaufen
sie hier parallel zur Zeichenebene.
Die untereinander nicht verbundenen Rohrregistermoduln 16 eines
Modulpakets können, wie aus Fig. 1 entnehmbar ist, unabhängig
voneinander einzeln in den zugeordneten Aufnahmebereich, d. h. in
den von den Seitenwänden 7b flankierten Kanalbereich,
eingeschoben werden. Hierzu wird der in Fig. 1 durch die
Seitenwände 7b und die Deckel 10, 11 begrenzte Aufnahmebereich
an einer Seite geöffnet. Hierzu wird in der Regel einer der Deckel
10, 11, zweckmäßig der nicht mit dem Wasserzu- und- ablauf
verbundene Wendedeckel 11, abgenommen. Über die so gebildete
Zugangsöffnung können die Rohrregistermoduln 16 ein- und
ausgefahren werden. Um dies besonders leicht zu ermöglichen,
haben die Rohrregistermoduln 16 und der zugeordnete
Aufnahmebereich einander zugeordnete, in Ein- und
Ausfahrrichtung ebene Lagerflächen. Hierzu ist wenistens eine, hier
die untere Seitenwand 7b mit den oben bereits erwähnten Leisten
23 versehen, die als Gleitschienen ausgebildet sind, auf denen die
Rohrregistermoduln 16 mit an ihre Rohrplatten 6 angeformten
Lagerflächen 24 laufen. Bei der Ausführung gemäß Fig. 1 sind
beide Rohrplatten 6 jedes Rohrregistermoduls 16 mit
entsprechenden Gleitschienen 23 zugeordneten Lagerflächen 24
versehen. Es genügt aber, wenn jedenfalls die in Einschubrichtung
vordere, also die in Fig. 1 rechts gezeichnete Rohrplatte 6 mit
entsprechenden Lagerflächen versehen ist. Die jeweils hintere
Rohrplatte 6 kann in eine Stufe eingreifen, wie beispielsweise aus
Fig. 3 entnehmbar ist.
Bei der Ausführung gemäß Fig. 1 sind die Rohrregistermoduln 16
an den Schmalseiten mit den oben bereits erwähnten zwischen
Rohrplatten 6 angeordneten Plattenelementen 7a versehen, die an
die Lagerflächen 24 der Rohrplatten 6 sich anschließende, diesen
entsprechende Lagerflächen aufweisen können. Hierdurch ergeben
sich modulseitig über die ganze Modullänge sich erstreckende, mit
den Gleitschienen 23 zusammenwirkende Lagerflächen, was zu
kleinen Pressungen führt. Gleichzeitig ergibt sich so eine
labyrinthartige Dichtung, die einen Bypass der Luft außerhalb des
Rohrregisters verhindert.
Zur Erleichterung der Handhabung der einzelnen
Rohrregistermoduln 16 können diese mit geeigneten
Angriffselementen für Hebezeuge etc. versehen sein. Hierzu können,
wie die Fig. 1 und 2 zeigen, an die Rohrplatten 6 angesetzte
Augenbolzen 25 vorgesehen sein, an denen ein Zug- oder
Schubaggregat zum Eingriff gebracht werden kann. Zweckmäßig
sind die Rohrregistermoduln 16 zusätzlich noch mit jeweils einer
mittleren Tragöse 26 ausgestattet. Hierzu sind bei der Ausführung
gemäß Fig. 1 die Seitenplatten 7a mit wenigstens einer Rippe 28
versehen, welche die Öse 26 enthält. Im dargestellten Beispiel sind
die Seitenplatten 7a durch Längs- und Querripen verstärkt, wobei
die Öse 26 in der Mitte der mittig angeordneten Querrippe, also über
dem Schwerpunkt des zugeordneten Rohrregistermoduls 16
angeordnet ist. Zur Erzielung einer besonders hohen Steifigkeit
können die beiden Seitenplatten 7a jedes Rohrregistermoduls 16
durch Streben 27 miteinander verbunden sein. In Fig. 2 sind die
über das ganze Modulpaket durchgehenden Seitenplatten 7
ebenfalls durch Streben 27 miteinander verbindbar, die hierzu mit
an ihren Enden angeordneten Flanschen 29 versehen sind. An
diesen können bei Bedarf ebenfalls Hebezeuge etc. zum Eingriff
gebracht werden. Bei der Anordnung gemäß Fig. 2 muß die
Verschraubung der Streben 27 mit den Seitenplatten 7 zur
Demontage der Rohrregistermoduln 16 gelöst werden.
Der den Fig. 4 und 5 zugrundeliegende Zwischenkühler
besteht, wie oben schon angedeutet wurde, ebenfalls aus einem
Modulpaket mit mehreren Rohrregistermoduln 16, diesen
gemeinsamen Deckeln 10 und 11 sowie einen zwischen den
Rohrplatten 6 der nebeneinander angeordneten Rohrregistermoduln
16 verlaufenden Strömungsweg der Luft flankierenden
Seitenplatten 7. Die Rohrregistermoduln 16 sind ebenfalls mit
zueinander koplanaren Rohrplatten 6 nebeneinander im
zugeordneten Aufnahmebereich plaziert. Bei der Ausführung gemäß
Fig. 4 und 5 sind die Rohrregistermoduln 16 im Unterschied zur
Ausführung gemäß Fig. 2 und 3 mit den Deckeln 10, 11 durch
Schraubelemente 30 verschraubt. Die Seitenplatten 7 sind dabei mit
den Deckeln 10, 11 nicht verschraubt, sondern zwischen
entsprechend vorspringenden, flanschartigen Randbereichen der der
koplanar nebeneinander angeordneten Rohrplatten 6
angeordnet, wie der Fig. 5 anschaulich entnehmbar ist. Die
Seitenplatten 7 erstrecken sich hier ebenfalls über die ganze Dicke
des zugeordneten Modulpakets. Eine Unterteilung in aneinander
anschließende, eine der Breite der Rohrplatten 6 entsprechende
Breite aufweisende, schmale Plattenelemente oder eine der Fig. 1
ähnliche Anordnung wäre denkbar. Der Kühleraufbau gemäß
Fig. 4 und 5 hat den Vorteil, daß die unterschiedlichen
Wärmedehnungen der Rohrregistermoduln 16 und der Seitenplatten
7 nicht zu Verschiebungen und Maßtoleranzen zwischen den
Rohrplatten 6 und den Deckeln 10, 11 führen kann. Die im Bereich
jeder Rohrplatte 6 vorgesehenen, zweckmäßig ebenfalls als O-Ringe
ausgebildeten, an den Deckeln 10 bzw. 11 anliegenden Dichtungen
19 müssen dabei keine Ausdehnungsdifferenzen aufnehmen. Die
durch die Schraubelemente 30 bewirkte Verschraubung muß daher
nur den Wasserdruck aufnehmen.
Die Schraubelemente 30 sind im Bereich einer Mittellängsebene der
zugeordneten Rohrregistermoduln 16 angeordnet und greifen
dementsprechend entlang einer mittleren Symmetrielinie an der
jeweils zugeordneten Rohrplatte 6 an. Hierdurch ergibt sich eine
gleichmäßige Kraftverteilung auf alle Bereiche der umlaufenden
Dichtungen 19. Die Deckel 10, 11 benötigen hier dementsprechend
keine Randflansche, sondern nur einen zur Bildung einer
Dichtungsanlage verbreiterten Rand. Die Zwischenwände 12 sind,
wie bei der obigen Ausführung anlageseitig so verbreitert, daß sich
eine die Stoßfuge zwischen zwei benachbarten Rohrplatten 6
überbrückende, doppelt breite Anlagefläche für die Dichtungen
beider Rohrplatten ergibt. Die im Bereich der genannten
Mittellängsebenen angeordneten Schraubelemente 30 durchgreifen
dementsprechend die Kammern 8, 9 der Deckel 10, 11. Diese sind
mit den Schraubelementen 30 zugeordneten Büchsen 31 versehen.
Im dargestellten Beispiel greifen die Schraubelemente 30 mit an
ihren Enden vorgesehenen Gewindezapfen in entsprechende
Gewindebohrungen der Rohrplatten 6 ein. Es wäre aber auch
denkbar, über beide Deckel 10, 11 durchgehende Zuganker
vorzusehen. Zur Demontage eines Rohrregistermoduls 16 wird ein
Deckel, zweckmäßig der Umlenkdeckel 11 abgenommen. Zusätzlich
muß die Verschraubung des auszutauschenden Rohrregistermoduls
16 am anderen Deckel, also am Enddeckel 10, gelöst werden.
Sofern einteilige Seitenplatten 7 vorgesehen sind, die mit den
Rohrplatten 6 verschraubt sind, müssen auch diese
Verschraubungen des auszubauenden Rohrregistermoduls 16 gelöst
werden. Dies entfällt bei Verwendung von Seitenplatten mit den
Rohrplatten 6 entsprechender Breite. Zur Erleichterung des Ein-
und Ausfahrens können dabei ebenfalls, wie beim obigen
Ausführungsbeispiel geeignete Lagerflächen vorgesehen sein. Bei
einteiligen Seitenwänden könnte auch so vorgegangen werden, daß
zur Demontage eines Rohrregistermoduls 16 lediglich eine
Seitenwand 7 abgenommen wird. Die andere Seitenwand und die
beiden Deckel 10, 11 könnten dabei in Stellung bleiben. Es müßte
lediglich beidseitig die deckelseitige und seitenwandseitige
Verschraubung des auszubauenden Rohrregistermoduls 16 entfernt
werden. Die Verschraubung des nicht auszubauenden Rohrregister
moduls könnte zur Erzielung von ausreichend Montagespiel einfach
leicht gelockert werden.
Bei allen erfindungsgemäßen Kühlerausführungen kann jeweils
jedes Rohrregistermodul 16 einzeln ausgebaut werden, während die
anderen Rohrregistermoduln 16 automatisch in Stellung gehalten
werden, ohne zusätzlich gestützt werden zu müssen.
In einfachen Fällen genügt pro Rohrplatte 6 eine umlaufende
Dichtung. In diesem den Fig. 3 und 4 zugrundeliegenden Fall
liegen die Rohrplatten 6 an hierzu parallelen Andrückflächen der
Deckel 10, 11 an. Zur Erhöhung der Sicherheit können auch zwei
oder mehr hintereinander gestaffelte Dichtungen 19a, b vorgesehen
sein. Derartige Beispiele liegen den Fig. 7 und 8 zugrunde. Die
Verwendung von zwei hintereinander gestaffelten Dichtungen 19a,
b ermöglicht eine einfache Dichtheitskontrolle. Hierzu können die
Deckel 9, 10 einfach mit vom Bereich zwischen den hintereinander
gestaffelten Dichtungen 19a, b abgehenden Inspektionsbohrungen
32 versehen sein. Sofern die wasserseitige Dichtung leckt, tritt über
die zugeordnete Inspektionsbohrung 32 Wasser aus, so daß sofort
eine entsprechende Erneuerung dieser Dichtung in die Wege geleitet
werden kann. Die zweite Dichtung verhindert, daß Wasser in den
Luftbereich durchschlägt.
Die Dichtungen 19 bzw. 19a, b können, wie in den Fig. 3 und 4,
im Bereich der den Deckeln 10, 11 zugewandten Flächen der
Rohrplatten 6 angeordnet sein. Es wäre aber auch denkbar, wie die
Fig. 7 und 8 zeigen, die Dichtungen im Bereich des
Plattenumfangs (Fig. 7) oder im Bereich des Plattenumfangs und
der deckelseitigen Plattenfläche (Fig. 8) anzuordnen. In jedem
Falle muß sichergestellt sein, daß sich keine Hinterschneidungen
zumindest der in Einschubrichtung vorderen Rohrplatte 6 ergeben,
wie Fig. 3 zeigt, wo die dem Enddeckel 10 zugewandte
Rohrplatten 6 im Gegensatz zu den gegenüberliegenden Rohrplatten
6 in keine Stufe der Seitenplatten 7 eingreifen.
Claims (18)
1. Wasser-Luft-Wärmetauscher für Großmotoren, insbesondere
Schiffsmotoren, vorzugsweise zum Kühlen der durch einen
Turbolader verdichteten Ladeluft, mit einem im
Strömungsweg der Luft angeordneten Rohrregister, dessen
quer zur Strömungsrichtung der Luft verlaufende
Registerrohre (5) außen mit Luft und innen mit Wasser
beaufschlagbar sind, wobei die Luft durch einander
gegenüberliegende Seitenwandanordnungen (7; 7b) und
zwischen diesen angeordneten, die Enden der Registerrohre
(5) aufnehmenden Rohrplatten (6) kanalisiert wird, und wobei
die Registerrohre (5) wasserseitig mit an den voneinander
abgewandten Außenseiten der Rohrplatten (6) vorgesehenen
Kammern (8, 9) kommunizieren, die durch die Rohrplatten (6)
überspannende Deckel (10, 11) gebildet werden, wobei
vorzugsweise einerseits wenigstens zwei von einander
getrennte, an einen Wasserzu- und -ablauf (13, 14)
angeschlossene Kammern (8, 9) und andererseits wenigstens
zwei miteinander verbundene Kammern (9, 8) vorgesehen
sind, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere jeweils eine
Gruppe von Registerrohren (5) und deren Enden
aufnehmende, eigene Rohrplatten (6) enthaltende, einzeln
handhabbare Rohrregistermoduln (16) vorgesehen sind, die
mit koplanar angeordneten Rohrplatten (6) in einem von den
Seitenwandanordnungen (7; 7b) flankierten Bereich des
Strömungswegs der Luft, der zum Ein- und Ausfahren der
Rohrregistermoduln (16) an wenigstens einer Seite geöffnet
werden kann, nebeneinander plazierbar sind, wobei die
zueinander koplanaren Rohrplatten (6) jeder Seite unabhängig
voneinander mittels jeweils wenigstens einer im Bereich ihres
Rands umlaufenden Dichtung (19) gegenüber dem dieser Seite
zugeordneten, gemeinsamen Deckel (10 bzw. 11) abdichtbar
sind.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rohrregistermoduln (16) und der
diesen zugeordnete Aufnahmebereich einander zugeordnete,
in Ein- und Ausfahrrichtung ebene Lagerflächen (23, 24)
aufweisen.
3. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrregistermoduln (16)
als schlanke Quader mit zwei dem Querschnitt des
Aufnahmebereichs entsprechenden, breiten Seitenflächen und
zwei schlanken, den Seitenwandanordnungen (7; 7b)
zugewandten Seitenflächen ausgebildet sind.
4. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (19) als O-
Ringe ausgebildet sind.
5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zum Öffnen des den
Rohrregistermoduln (16) zugeordneten Aufnahmebereichs der
dem an den Wasserzu- und -ablauf (13, 14) angeschlossenen
Deckel (10) gegenüberliegende Deckel (11) abnehmbar ist.
6. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrregistermoduln (16)
ohne gegenseitige Verbindung zwischen den gemeinsamen
Deckeln (10, 11) einspannbar sind, die mit den
Seitenwandanordnungen (7; 7b) verschraubbar sind.
7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die elastische Verformbarkeit der als
O-Ringe ausgebildeten Dichtungen (19) größer als die im
Betrieb auftretenden Unterschiede der Dehnung der
Seitenwandanordnungen (7; 7b) und der Rohrregistermoduln
(16) ist.
8. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Rohrregistermoduln (16) einzeln mit den Deckeln (10, 11)
verschraubbar sind und daß die Seitenwandanordnungen
(7; 7b) einspannbar sind.
9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Deckel (10, 11) flanschlos an den
zugeordneten Rohrplatten (6) der Rohrregistermoduln (16)
anliegen und daß die Kammern (8, 9) der Deckel (10, 11) etwa
mittig durchgreifende Schraubelemente (30) vorgesehen sind.
10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die inneren Enden der
Schraubelemente (30) in im mittleren Bereich der Kopfplatten
(6) vorgesehene Gewinde eingreifen.
11. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß an den einander gegenüberliegenden
Deckeln (10, 11) angreifende, durchgehende Zuganker
vorgesehen sind.
12. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Seitenwand
(7b), vorzugsweise die der Kühlerunterseite zugeordnete
Seitenwand (7b), mit quer zur Strömungsrichtung der Luft
verlaufenden, ebenen Gleitschienen (23) zur verschiebbaren
Lagerung der zumindest in Einschubrichtung vorderen
Rohrplatte (6) der Rohrregistermoduln (16) versehen ist.
13. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Rohrplatte (6) der Rohrregistermoduln (16)
mehrere, vorzugsweise zwei, hintereinander gestaffelte, umlaufende
Dichtungen (19a, b) zugeordnet sind.
14. Wärmetauscher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die
Deckel (10, 11) mit den Rohrplatten (6) zugeordneten
Inspektionsbohrungen (32) versehen sind, die vom Bereich zwischen
zwei Dichtungen (19a, b) abgehen.
15. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rohrregistermoduln (16) mit an ihre
Rohrplatten (6) angesetzten Angriffselementen (25), vorzugsweise
inform von Augenbolzen, versehen sind.
16. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rohrregistermoduln (16) im Bereich einer
Seitenfläche, vorzugsweise einer schmalen Seitenfläche, mit einem
mittig angeordneten Tragelement (26) versehen ist.
17. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rohrregistermoduln (16) mit ihren
Schmalseiten zugeordneten Seitenplatten (7a) versehen sind, die
durch vorzugsweise als Dichtlippen ausgebildete Dichtelemente (17)
gegenüber einer durchgehenden Seitenwand (7b) abdichtbar sind.
18. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß alle Rohrregistermoduln (16) gleich sind.
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