DE2000886A1 - Roehrenwaermetauscher - Google Patents

Description

• "Röhrenwärmetauscher" Bei Röhrenwärmetauschern wird zwischen dem Rohrbündel und dem Gehäuse ein Spalt freigelassen, in den sich die Rohre im Betrieb ausdehnen ki'nnen. Bei im wesentlichen gleichbleibenden oder sich nur langsam ändernden Betriebstemperaturen reicht ein verhältnismäßig kleiner Spalt aus. Dic Spaltverluste, die dadurch entstehen, daß ein Teil des Mediums durch den Spalt strömt, ohne am Wärmetausch teilzunehmen, können in diesem Fall klein gehalten werden. Dagegen erfordern Wärmetauscher, die hohen und stark wechselnden Temperaturen au 6 gesetzt sind, einen größeren Spalt. Dies gilt besonders für Wärmetauscher für Fahrzeug-Gasturbine, die aus Gewichtsgründen dünnwandige Rohre aufweisen, die allen Temperaturänderungen der Gase rascher folgen als das Gehäuse.
• Man hat vcrsucht, die sich dabei ergebenden Spaltverluste durch Abdichten des Spaltes durch l,abyrinthe oder federnde Bleche zu verhindern. Labyrinthdichtungen haben jedoch den Nachteil, daß sie aufwendig in der Ilerstellung sind und wegen der Anderungen des Spaltquerschnittes im Betrieb verhältnismäßig groß ausgeführt werden müssen. Außerdem lassen sich mit Labyrinthdichtungen Spaltverluste nicht völlig vermeiden. Zur Abdichtung benutzte federnde Bleche verlieren infolge der bei Gasturbinen auftretenden hohen Temperaturspitzen rasch ihre S)annung, so daß sie nicht mehr ständig an den Rohren anliegen. Eine zuverlässige Abdichtung des Spaltes ist damit nicht möglich.
• Die Erfindung vermeidet diese Nachteile dadurch, daß im Bereich des Spaltes zwischen den Rohren des Rohrbündels und dem Gehäuse an den Rohren ein Abdeckblech befestigt ist, das mit dem Gehäuse durch ein elastisches, den Spaltque rs chnitt abdichtendes Zwischenstück verbunden ist. Durch diese Anordnung kann die Abdichtung sämtlichen Relativbewegungen des Rohrbündels gegenüber dem Gehäuse ohne abzuheben folgen. Damit ergibt sich eine unter allen Betriebsbedingungen sichere Abdichtung, die Spaltverluste aus s chließt.
• Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist bei einem Röhrenwärmetauscher mit U-förmig gebogenem Rohrbündel das elastische Zwischenstück aus einem gewellten Randstreifen des an den äußeren Rohrbogen befestigten Abdeckbleches gebildet, der im Bereich der Austrittsöffnung für das wärme abgebende Madium am Gehäuse befestigt ist. Dies ergibt eine besonders einfache, platzsparende und billig herzustellende Abdichtung.
• Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung für Röhrenwarmetauscher mit einem U-förmig gebogenen Rohrbündel besteht das elastische Zwischenstück aus einer Profilleiste, die das an den äußeren Rohrbogen befestigte Abdeckblech im Bereich der @ Längsmittelebene des Wärmetauschers mit dem Gehäuse verbindet.
• r,,, @findungsgemäß kann das Abdeckblech ganz oder teilweise in Streifen eingeteilt sein, die eine unterschiedliche Wärmedehnung zulassen, Dadurch können sich Spannungen im Abdeckblech auf einfache Weise ausglüichen.
• Die Erfindung wird anliand der in der Zeichnung dargestellten Beispiele iäiie r crläutert. 1 s zeigen Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Kreuzstrom-Röhrenwärmetauscher nach der Linie I-I der Fig. 2, Fig. 2 eine Vorderansicht dieses Wärmetauschers und Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Teil eines ähnlich aufgebauten Wärmetauschers.
• Der iii den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellte Kreuzstrom-Röhrenwärmetauscher für eine Fahrzeuggasturbine besteht im wesentlichen aus einem Cehäuse 11, durch das die Abgase der Turbine geführt werden, und aus einem U-förmig gebogenen Rohrbündel 12, durch das Luft strömt und dabei Wärme von den Abgasen aufnimmt. Die heißen Abgase gelangen durch eine Eintrittsöffnung 13 in den Wärmetauscher und verlassen diesen durch die Austrittsöffnung 14 in gekühltem Zustand. Die Luft strömt durch einen Einlaßstutzen 15 eines Sammelbehälters 16 in einen Linlaßsammelraum 17, der von einem Auslaßsammelraum 18 durch eine Wand 19 getrennt ist. Vom Einlaßsammelraum 17 wird die Luft durch mehrere Reihen von U-förmig gebogenen Rohren 20 kleinen Durchmessers in den Auslaßsammelraum 18 geführt und verläßt diesen in aufgeheiztem Zustand durch einen nicht dargestellten Auslaßstutzen.
• 21 ist ein Zwischenblech, das die Abstände der Rohre 20 voneinander festlegt. I)ie Strömungsrichtungen der Abgase und der Luft werden durch Pfeile angezeigt.
• Das Gehäuse 11 des Wärmetauschers umgibt die äußeren Rohrbogen 22 das Rohrbündels 12 unter Bildung eines Spaltes 23, in den sich das Rohrbündel 12 bei starker Erhitzung ausdehnen kann. Um Spaltverluste zu vermeiden, ist an die äußeren Rohrbogen 22 ein entsprechend gebog('rLes Abdeckblech 24 gelötet und durch einen Jtandstreifen 25 mit dem G@häuse 11 verbunden. Dazu ist der Randstreifen 25 zwischen einem Wandteil 26 der Austrittsöffnung 14 und einer I,eiste 27 eingespannt und durch Schrauben 28 befestigt. Durch diese Anordnung ist der Spalt 23 zwischen dcll Rohrbogen 22 und dem Gehäuse 11 durch das Abdeckblecii 24 abgedichtet, so daß sich keine durchgehende Strömung im Spalt 23 ausbildexi kann.
• Damit das Abdeckblech 24 den sich im Betrieb ausdehnenden Rohren 20 folgen karu, weist der Randstreifen 25 eine nachgiebige Krümmung 29 auf. Da der Randstreifen 25 des Abdeckbleches 24 im Bereich der Austrittsöffnung 14 befestigt ist, in dem die durch das Gehäuse 11 strömenden Gase schon abgekühlt sind, ist seine Temperatur verhältnismäßig niedrig. Die Elastizität der Krümmung 29 bleibt dadurch erhalten, so daß diese den Bewegungen des Abdeckbleches 24 stets nachgeben kann.
• Das an den Rohrbogen 22 befestigte Abdeckblech 24 wird durch die in den Rohren 20 strömende Luft gekühlt und nimmt etwa die gleiche Temperatur wie die Rohrbogen 22 an. Wärmespannungen zwischen den Rohrbogen 22 und dem Abdeckblech 24 werden dadurch praktisch vermieden.
• Außerdem ist die Wandstärke des Abdeckbleches 24 gering, daß bei gegebenenfalls auftretenden Verformungen nur ganz geringe Kräfte auf die ebenfalls dünnwandigen Rohre 20 ausgeübt werden. Zusätzlich kann das Abdeckblech 24, ebenso wie das Zwischenblech 21 zum Ausgleich von örtlichen Wärmespannungen mit Einschnitten versehen sein. Es ist auch möglich zum gleichen Zweck das Abdeckblech 24 in einzelne Streifen zu unterteilen.
• In Fig. 3 ist eine andere Möglichkeit gezeigt, den Spalt 30 zwischen den äußeren Rohrbogen 31 eines Kreuzstrom-Röhrenwärmetauschers und dessen Gehäuse 32 abzudichten. Ein an die Rohrbogen 31 gelötetes Abdeckblech 33 ist im Bereich der Längsmittelebene 34 des Wärmetauschers mit einer nachgiebigen, U-förmig gebogenen Profilleiste 35 verbunden, die über eine am Boden 36 des Gehäuses 32 angeordnete Leiste 37 mit diesem verbunden ist. Auch bei dieser Anordnung können sich die Rohre 38 des Rohrbündels 39 ungehindert ausdehnen, wobei gleichzeitig infolge der nachgiebigen Abdichtung des Spaltes 30 durch das Abdeckblech 33 und die Profilleiste 35 Spaltverluste vermieden werden.

Claims (4)

Ansprüche

1.) iöhrenwärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Spaltes (23, 3()) zwischen den Rohren (20, 38) des Rohrbündels (12,39) und dem Gehäuse (11,31) an den Rohren (20, 38) ein Abdeckblech (24, 33) befestigt ist, das mit dem Gehäuse (11, 32) durch ein elastisches, den Spaltquerschnitt (23, 30) abdichtendes Zwischenstück (25, 35) verbunden ist.

2. Röhrenwärmetauscher nach Anspruch 1, mit einem U-förmig gebogenen Rohrbündel, dadurch gekermzeichnet, daf' das elastische Zwischenstück aus einem gewellten Randstreifen (29) des an den äußeren Rohrbogen (22) befestigten Abdeckbleches (24) gebildet ist, der im Bereich der aus trittsöffnung (14) für das wärmeabgebende Medium am Gehäuse (11) befestigt ist.

Röhrenwärmetauscher nach Anspruch 1, mit einem U-förmig gebogenen Rohrbündel, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Zwischenstück aus eiiier Profilleiste (35) besteht, die das an den äußeren Rohrbogen (31) befestigte Abdeckblech (33) im Bereich der Längsmittelebene (34) des Wärmetauschers mit dem Gehäuse (32) verbindet.

4. Röhrenwärmetauscher nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdeckblech ganz oder teilweise in Streifen unterteilt ist, die eine unterschiedliche Wärmedehnung zulassen.