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Wärmetauscher zur Dampferzeugung, insbesondere für nukleare Anlagen
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zur Dampferzeugung, insbesondere für
nukleare Anlagen, bei dem in einer zylindrischen Trommel vorzugsweise aus U-förmig
gebogenen Rohren bestehende Heizrohrbundel vorgesehen sind, wobei die U-förmig gebogenen
Rohre in einem Rohrboden eingebunden sind, der auf seiner den Rohren abgewandten
Seite für den Ein- und Austritt des Heizmediums durch Kammern, die durch eine Zwischenwand
voneinander getrennt sind, begrenzt ist.
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Zur Dampferzeugung von nuklearen Anlagen werden grundsätzlich zwei
Wärmetauschertypen bevorzugt. So gibt es neben der liegenden Bauart für derartige
Wärmetauscher ach'die stehende Bauart. Bei der liegenden Bauart werden die U-förmig
gebogenen Rohre der Heizrohrbündel waagerecht in zwei stehende Sammler eingebunden,
die in einer liegenden Trommel eingebaut sind. Die Sammler sind dabei so ausgebildet,
daß über sie der Ein- und Austritt des Heizmediums gewährleistet wird.
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Es hat sich jedoch gezeigt, daß die liegende Bauart mit Nachteilen
behaftet ist. So ist für die Bauweise dieser Wärmetauscher neben einem großen Bertigungs-
und XontaOeaufwand für die Heizrohrbündel, unter Berücksichtigung der gewölbten
äußeren Oberfläche der Sammler, auch die Voraussetzung zur Durchführung von Reparaturen
an den Verbindungen zwischen den Sammlern und den Rohren der iieizrohrbündel besbnders
ungunsti.
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Diese, aber auch noch andere Nachteile, die der liegenden Bauart anhaften,
werden zwar durch die stehende Bauart, bei der in einer senkrecht angeordneten Trommel
die U-förmig gebogenen Rohre der Heizrohrbündel stehend in einem kreisplattnförmigen
Rohrboden eingebunden sind, beseitigt, wobei die entstehende Sohrbodenbelastung
hauptsächlich durch die Trommel wandungen übernommen werden; aber auch diese Wärmetauscher
in stehender Bauart weisen Nachteile auf. So sind nicht nur besondere Bohrwerke
zur Bearbeitung des Rohrbodens eriorderlich, sondern bei der erheblichen Dicke des
Rohrbodena ist eine genaue Durchführung der Bohrungen trotz des Einsatzes von besonderen
flohrwerken sehr erschwert. Darüber hinaus tritt unter Berücksichtigung der erheblichen
Dicke des Rohrbodens bei der außerordentlich großen Anzahl in den Rohrboden einzubindender
Rohre ein spürbarer Verlust an Heizfläche ein.
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Zweck der Erfindung ist es, unter Beibehaltung der Vorteile, den die
stehende Bauart eines Wärmetauschers gegenüber der liegenden Bauart aufweist, die
wirksame Heizfläche zu vergrößern, wobei gleichzetitig die erhebliche Dicke des
Rohrbodens zu reduzieren ist, so daß eine wesentliche Einsparung an Material für
den rohrboden erfolgt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher zur
Dampferzeugung, insbesondere für nukleare Anlagen, bei dem in einer zylindrischen
Trommel vorzugsweise aus U-förmig gebogenen Rohren bestehende Heizrohrbündel vorgesehen
sind, zu schaffen, bei dem unter verwendung eines Sohrbodens, in dem die U-förmig
gebogenen Rohre eingebunden sind und der auf seiner den Rohren abgewandten Seite
durch Rammern für den Ein- und Austritt des Heizmediums begrenzt ist, die den bekannten
Wärmetauschern anhaftenden Nachteile beseitigt werden.
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Erfindungsgemäß wird dieses dadurch erreicht, daß der E.ohrboden auf
seiner den Rohren abgewandten Seite kreisringförmig ausgebildet und zumindest an
seinem inneren Umfang, vorzugsweise
aber auch an seinem äußeren
Umfang unter Bildung eines durch die Zwischenwand in zwei Rammern aufgeteilten im
wesenthohen kreisringförmigen Raumes in axialer Richtung zylinderftlrmig verlängert
ist, so daß der eine Schenkel der U-förmig gebogenen Rohre in die eine Kammer und
der andere Schenkel in die andere Kammer mündet. Dabei ist der kreisringförmige
Raum auf seiner dei kreisringförmigen Rohrboden abgewandten seite vorteilhafterweise
torusförmig ausgebildet. In Abweiohung vom im wesentlichen kreisringförmig ausgebildeten
Raum kann aber auch von der toruaförmigen Ausbildung abgegangen werden, indem das
Ende der am inneren Umfang des kreisringförmagen Rohrbodens vorgesehenen zylinderfor
migen Verlängerung über eine kugelförmig ausgebildete Wand mit dem äußeren Umfang
des kreisringförmigen Rohrboden verbunden ist.
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Dadurch, daß der Rohrboden durch seine kreisringförmige Ausbildung
in Verbindung mit der an seinem inneren Umfang in axialer Richtung verlaufenden
zylinderförmigen Verlängerung eine zusätzliche Auflagerung erhält, kann der Rohrboden
in der Dicke wesentlich reduziert werden, so daß ca. 30 bis 40» gegenüber einer
Dicke herkömmlicher Ausbildung an Gewichtseinsparung für den Rohrboden erzielt wird.
Während durch die ertindungagemEße Ausbildung des ohrbodens eine wesentliche Gewichtseinsparung
für den Rohrboden erzielt wird, wird neben anderen Vortei len die wirksame Heizfläche
der aus U-förmig gebogenen Rohren bestehenden Heizrohrbündel erheblich vergrößer.
Wird ein Wärmetauscher großer Leistung zugrunde gelegt, bei dem z. B. 18000 Rohreinbindungen
erfolgen, so erhöht sich die wirksame Rohrlänge um etwa 5000 m.
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Bei waagerechter Anordnung der U-förmig gebogenen Rohre ist der kreisringförmige
Raum zu beiden Seiten durch einen auf seiner den Rohren abgewandten Seite kreisringförmig
ausgebildeten Rohrboden begrenzt. Hierdurch wird nicht nur die Montage, insbesondere
der Heizrohrbündel vereinfacht, sondern
es werden auch günstige
Voraussetzungen für die Durchführung von Reparaturen an den Heizrohrverbindungen
ersielt, indem durch die Schaffung und die erfindungsgemäße Anordnung kreisringförmiger
Rohrböden eine wesentlich bessere Zugänglichkeit erreicht wird. Darüber hinaus ist
es durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Rohrböden bei Wärmetauschern mit waagerechter
Anordnung der U-förmig gebogenen Rohre möglich, wesentlich die Leistungseinheit
von Wärmetauschern zur Dampferzeugung zu vergrößern.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei waagerechter Anordnung der.
U-förmig gebogenen Rohre beide den kreisringförmigen Raum begrenzenden Rohrböden
durchgehend kreisringförmig ausgebildet werden,so daß beide zu beiden Seiten des
kreisringförmigen Raumes die Unförmig gebogenen Rohre aufnehmenden Trommeln über
die zylinderförmige Verlängerung in Verbindung stehen und darüberhinaus am inneren
Umfang dieser zylinderförmigen Verlängerung weitere Heizrohrbündel bildende Rohre
eingebunden sind, die den Raum zwischen den Schenkeln des inneren Rohres der Unförmig
gebogenen Rohre in den Trommeln ausfüllen.
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dadurch, daß die Rohrböden durchgehend kreisringförmig ausgebildet
sind, ist gewährleistet, daß über die Verlängerung, die dadurch gebildet ist, daß
die kreisringförmigen Rohrböden am inneren Umfang in axialer Richtung zylinderförmig
verlängert sind, ein Ausgleich des Wasserstandes beider Trommeln erfolgt.
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Glei chzeitig kann nunmehr die Verlängerung zum Einbinden weiterer
Heizrohrbündel bildender Rbhre verwendet werden, so daß durch Ausfdllung des Raumes
zwischen den Schenkeln des inneren Rohres der U-förmig gebogenen Rohre die Leistungseinheit
der Wärmetauscher zur Dampferzeugung vergrößert wird.
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Zur weiteren Reduzierung der Dicke des Rohrbodens können ein oder
mehrere im Innern der zylinderförmigen Verlängerung angeordnete Anker dienen, wobei
bei waagerechter Anordnung der U-förmig gebogenen Rohre beide kreisringförmig ausgebildeten
Rohrböden,
die den kreisringförmigen Raum begrenzen, durch den oder die Anker verbunden sind.
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Die Erfindung soll nachstehend an drei Ausführungsbeispielen näher
erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1: einen Schnitt durch
einen Wärmetauscher stehender Bauart, Fig. 2: einen Schnitt A - A nach Fig, 1, Fig.
3: einen Schnitt durch einen kreisringförmigen Rohrboden mit kugelförmiger Wand
für die Kammern, Fig, 4: den Schnitt B - B nach Fig. 3, Fig. 5: einen Schnitt durch
einen Wärmetauscher liegender Bauart, Fig. 6: den Schnitt C - C nach Fig. 5, Fig.
7: den Schnitt D - D nach Fig. 5.
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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Wärmetauscher sind in einer senkrecht
stehenden Trommel 1 die aus U-förmig gebogenen Rohren 2 bestehenden Heizrohrbündel
angeordnet. Eingebunden sind die Rohre 2 in dem kreisringförmigen Rohrboden 3, der
an seinem inneren und äußeren Umfang so verlängert ist, daß ein kreisringförmiger
Raum 4 gebildet ist. Dabei ist der kreisringförmige Haum 4 auf seiner dem kreisringförmigen
Rohrboden 3 abgewandten Seite torusförmig ausgebildet und wie Fig. 2 zei gt, durch
die Zwischenwand 5 geteilt, so daß die Kammern 6 und 7 für den Ein- und Austritt
des Heizmediums über die Öffnungen 8 und 9 entstehen. Die U-förmig gebogenen Rohre
2 sind innerhalb der senkrecht stehenden Trommel 1 sa angeordnet, daß stets der
eine Schenkel 10 in die Kammer 6 und der andere Schenkel 11 in die Kammer 7 mündet.
Die durch den Deckel 12 abgeschlossenen Öffnungen 13 dienen zum Einstieg insbesondere
zur Durchführung von Montage- und Reparaturarbeiten. Der nicht weiter dargestellte
Anker, der mit debi kreisringförmigen Rohrboden 3 verbunden ist, kann innerhalb
der
am inneren'Umfang des kreisringförmigen Rohrbodens 3 vorgesehenen zylinderförmigen
Verlängerung 14 angeordnet werden.
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Gemäß Fig. 3 ist der sich an den kreisringförmigen Rohrboden 3 anschließende
Raum 15 nicht kreisringfdrmig ausgebildet, sondern wird in seiner Form durch die
kugelförmig ausgebildete Wand 16 bestimmt, die das Ende 17 der am inneren Umfang
des kreisringförmigen Rohrbodens 3 vorgesehenen zylinderförmigen Verlängerung 14
mit dem äußeren Umfang des kreisringförmigen Rohrbodens 3 verbindet. Auch hier ist
der Raum 15, wie Fig. 4 zeigt, durch die Zwischenwand 5 geteilt, so daß ebenfalls
zwei Kammern 6 und 7 für den Ein- und Austritt des Heizmediums mit den zugehörigen
Öffnungen 8 und 9 sowie mit den ofinungen 13 für den Einstieg vorgesehen sind.Bei
dem in den Fig. 5, 6 und 7 gezeigten Wärmetauscher sind in einer liegenden Trommel
18, die aus U-förmig gebogenen Rohren 2 bestehenden Heizrohrbündel waagerecht angeordnet.
Im Gegensatz zum im Fig. 1 dargestellten Wärmetauscher ist bei diesem Wärmetauscher
zu beiden Seiten des Kreisringförmigen Kaumes 4 je ein durchgehend kreisringförmig
ausgebildeter Rohrboden 3 vorgesehen, in dem die U-förmig gebogenen Rohre 2 eingebunden
sind. Der kreisringförmige Kaum 4 ist ebenfalls durch eine Zwischenwand 5, wie Fig.
6 und 7 zeigt, in zwei Kammern 6 und 7 geteilt, wobei das über die Öffnung 8 in
die Kammer 6 eintretende Heizmedium in die zu beiden Seiten des kreisringförmigen
Raumes 4 angeordneten U-förmig gebogenen Rohre 2 einströmt und a:ie8e über die Öffnung
9 der Kammer 7 wieder verläßt. Der Einstieg in die Kammer 6 und 7 erfolgt auch hier
über die Öffnungen 13 und die Anordnung des die kreisringförmigen Rohrböden 3 verbindenden
auch hier nicht weiter dargestellten Ankers erfolgt ebenfalls innerhalb der am inneren
Umfang der kreisringförmi 1 gen Rohrböden 3 vorgesehenen zylinderförmigen Verlängerung
14, -an deren inneren Umfang weitere Heizrohrbündel bildende Rohre 19 eingebunden
sind, die den Raum 20 zwischen den Schenkeln 21 des inneren Rohres 22 der U-förmig
gebogenen Rohre 2 in den Trommeln 18 ausfüllen.