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Umlenkdeckel für Rohrbündel-Wärmetauscher Die Erfindung betrifft
einen Umlenkdeckel für Rohrbündel-Wärmetauscher mit einer Mehrzahl von jeweils in
Kopfplatten mündenden in Reihe durchströmten Rohren.
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Bei Rohrbündel-Wärmetauschern, beispielsweise Röhrenkessel-Verdampfern
wurden bisher gegossene -oder mit aufgeschweissten Stegen versehene Umlenkdeckel
benutzt, deren Herstellung jedoch sehr arbeitsintensiv und aufwendig ist. Die Herstellung
von gegossenen. Umlenkdeckeln erfordert nicht nur d.ie Anfertigung besonderer, kompliziert
gestalteter-Giessformen, sondern auch eine zeitraubende mechanische Nachbearbeitung,
da insbesondere das Schleifen und Polieren aufgrund der unregelmässigen Formen von
Hand durchgeführt werden muss. Da noch ein relativ hoher Materialverbrauch hinzukommt,
ist die Herstellung von gegossenen Umlenkdeckeln für die meisten Anwendungszwecke
zu teuer. Zur Herstellung der bekannten, geschweissten Umlenkdeckel werden auf-
- den: Deckel zahlreiche Streifen aus rostfreiem Stahl so aufgeschweisst, dass sich
die gewünschte Zahl und Anordnung von.jeweils durch Blechstege voneinander getrennten
Umlenkkammern ergibt. Da diese ganz verschiedene Form besitzen, müssen die einzelnen
Blechstege jeweils massgerecht vorgefertigt und einzeln auf den Deckel aufgeschweisst
werden, wobei sämtliche Schweissnähte sehr dick aufgetragen und anschliessend von
Hand geschliffen und poliert werden
müssen. Die auf diese Weise
hergestellten, sehr unregelmässig geformten Umlenkkammern sind zudem ströungstechnisch
ungünstig.
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Aufgabe der Erfindung ist es nun, einen verbesserten Umlenkdeckel
zu schaffen, welcher die bisherigen Nachteile vermeidet, strömungstechnisch günstig
geformte Umlenkkammern besitzt und wesentlich einfacher und unaufwendiger hergestellt
werden kann.
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Dementsprechend ist Gegenstand der Erfindung ein Umlenkdeckel für
Rohrbündel-Wärmetauscher mit in Kopfplatten mündenden, in Reihe durchströmten Rohren,
gekennzeichnet durch an der Innenfläche des Deckels befestigte, jeweils die Mündungen
benachbarter Rohre übergreifende Umlenkschalen, deren Ränder dicht gegen die Kopfplatte
anliegen.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden langovale, wannenförmige
Umlenkschalen benutzt, die Jeweils die Mündungen zweier benachbarter Rohre übergreifen,
in ihrer Breite und ihrem Querschnitt etwa den Rohren und in ihrer Länge etwa dem
Abstand der voneinander entferntesten Randpunkte der Mündungen der überdeckten Rohre
entsprechen, Die Umlenkschalen werden zweckmässig aus Metallblech, insbesondere
rostfreiem Stahlblech gepresst.
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Statt dessen können aber auch auf andere Weise einheitlich sorgeformte
Umlenkschalen, beispielsweise aus Metallguss oder aus Kunststoff, insbesondere spritzgussgefertigte
Kunststoffschalen verwendet werden.
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Die Befestigung der Umlenkschalen auf dem Deckel erfolgt zweckmässig
durch Verschweissen, Verlöten oder Verkleben. Nach dem Befestigen aller Umlenkschalen
auf dem Deckel werden deren Ränder gemeinsam geschliffen, so dass sie sich dichtend
gegen die Kopfplatte des Wärmetauschers anlegen. Zur Erleichterung des Schleifens
können
die Zwischenräume zwischen den Umlenkschalen mit einem geeigneten Material, insbesondere
Kunststoff oder Metall ausgegossen sein. Der Umlenkdeckel kann ferner einen bis
auf die Höhe der Ränder der Umlenkschalen vorstehenden Aussenrand besitzen, der
zusammen mit den Rändern der Umlenkschalen geschliffen afird.
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Die Umlenkschalen werden auf der Innenfläche des Dekkels so befestigt1
dass sie jeweils die Mündungen zweier benachbarter Rohre überdecken. Je nach der
Anordnung der Rohre im Wärmetauscher können dabei die Abstände benachbarter Rohre
gleich oder auch verschieden sein. Besonders zweckmässig ist es, wenn die Rohre
in jeweils gleichen Abständen zueinander mit hexagonaler Symmetrie angeordnet sind,
wobei jedes im Inneren des Rohrbündels befindliche Rohr von jeweils sechs sowohl
zu diesem, als auch untereinander in gleichen Abständen angeordneten Rohren umgeben
ist. In diesem Falle ist der Abstand zweier benachbarter Rohrmündungen in allen
Fällen gleich, so dass sämtliche Umlenkschalen ein und dieselbe Form besitzen können.
Statt dessen kann das Querschnittsbild der parallelen Rohre auch eine andere Symmetrie,
beispielsweise mit tetragonaler Anordnung aufweisen, wobei im Inneren des Rohrbündels
jedes tRohr nach zueinander senkrechten Richtungen von vier in gleichen Abständen
angeordneten Rohre ren umgeben ist, während der Abstand zu den vier in diagonaler
Richtung benachbarten Rohren grösser ist, so dass man je nach der Anzahl der Rohre
mit ein oder zwei Typen von Umlenkschalen auskommt. Allgeme-in sind umsomehr verschiedene
Typen an Umlenkschalen erforderlich, je unterschiedlicher und unsymmetrischer die
Anordnung der Rohre im Wärmetauscher ist.
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Bei Wärmetauschern mit im Querschnitt symmetrischer Anordnung der
Rohre kann man durch geeignete Anordnung der Umlenkschalen erreichen, dass ein und
derselbe
Umlenkdeckel an beiden Enden des Rohrbündels verwendbar
ist, so dass die für jeden Wärmetauscher benötigten beiden Umlenkdeckel in ihrer
Form identisch sind.
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Hierzu ist es erforderlich, dass sämtliche Umlenkschalen relativ zu
einer durch die Mittelachse des Rohrbündels verlaufenden Spiegelebene, in der nur
die Achse eines Rohres liegt, so angeordnet sind, dass sie in der Aufsicht zusammen
mit dem durch die Spiegelebene erzeugten Spiegelbild eine vom Einlasskanal bis zu
dessen Spiegelbild durchlaufende, alle Umlenkschalen erfassende Reihung ergeben.
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Bei Wärmetauschern mit mehreren parallel geschalteten Rohrbündeln,
deren jedes mehrere in Reihe durchströmte Rohre umfasst, kann der Umlenkdeckel selbstverständlich
mit mehreren Anschlussöffnungen versehen sein, wobei Jedem Rohrbündel jeweils eine
Anschlussöffnung und eine zugehörige Gruppe von Umlenkschalen so zugeordnet ist,
dass das Durchflussmedium durch die parallelgeschalteten Anschlussöffnungen eintritt,
parallel durch die mittels der Umlenkschalen hintereinandergeschalteten Rohre der
einzelnen Rohrbündel hindurchströmt und durch die Anschlussöffnungen des gegenüberliegenden
Umlenkdeckels aus tritt. Sofern das Durchflussmedium auf der gleichen Seite des
Wärmetauschers zu- und abgeführt werden soll, ist es lediglich erforderlich, den
einen Umlenkdeckel mit zwei Anschlussöffnungen auszustatten, während der gegenüberliegende
Umlenkdeckel keine Anschlussöffnung besitzt.
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Im Folgenden werden beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung
anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert. Einzeigen: Fig. 1 eine schematische
Aufsicht auf die Innenseite eines Umlenkdeckels,
Fig. 2 einen schematischen
Längsschnitt durch den auf einem Rohrbündel-Wärmetauscher befestigten Umlenkdeckel
längs der Linie A-A-der Fig. 1, Fig. 3 einen Teilquerschnitt des Umlenkdeckels längs
der Linie B-B der Fig. 1, Fig. 4 eine schematische Aufsicht auf die Innenseite eines
abgewandelten Umlenkdeckels, Fig. 5 eine schematische Aufsicht auf die Innenseite
eines weiteren abgewandelten Umlenkdeckels, Fig. 6 eine schematische Aufsicht auf
die Innenseite eines in anderer Weise abgewandelten Umlenkdeckels, Fig. 7 eine schematische
Aufsicht auf die Innenseite eines Umlenkdeckels mit anderer Anordnung der Rohre
und Fig. 8 eine schematische Darstellung der aus den Umlenkschalen und deren Spiegelbildern
gebildeten Reihung.
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Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Umlenkdeckel trägt auf seiner
Innenseite eine Mehrzahl von durch Schweissnähte 6 -daran befestigten, langovalen,
wannenförmigen Umlenkschalen 5 sowie einen diese umschliessenden Randsteg 7. Durch
den Umlenkdeckel 1 ist ein Anschlussrohr 9 nach aussen geführt, durch welches das
Durchflussmedium zu- bzw. abgeführt wird. Die Zwischenräume zwischen den Umlenkschalen
5 sind mit einem Fülimaterial 12, vorzugsweise aus Kunststoff ausgegossen. Die vorstehenden
Ränder der Umlenkschalen 5 und des Randsteges- 7- sind zusammen mit dem Füllmaterial
12 plangeschliffen. Der Umlenkdeckel 1 ist mittels durchBohrungen 10 geführter Spannschrauben
13 und
14 dicht gegen die Kopfplatte 3 eines Rohrbündel-Wärmetauschers angezogen.
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Zwischen die Kopfplatte 3 und die Ränder der Umlenkschalen 5 kann
zweckmässig noch eine Dichtung 15 eingelegt sein.
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Die Umlenkschalen 5 sind so angeordnet, dass sie jeweils die Mündungen
von zwei benachbarten Rohren 2 des Wärmetauschers übergreifen. Das Rohrbündel ist
seinerseits in einem die Stirnplatten 3 verbindenden Zylinder 4 eingeschlossen.
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Wie Fig. 3 zeigt, besitzen die Umlenkschalen 5 einen gerundeten Querschnitt,
dessen freie Querschnittsfläche etwa dem Querschnitt der Rohre 2 entspricht.
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Der in Fig. 1 dargestellte Umlenkdeckel für einen Wärmetauscher mit
insgesamt 19 hexagonal symmetrisch angeordneten Rohren kann infolge der gewählten
Anordnung der Umlenkschalen 5 jeweils nur für die eine Seite des Wärmetauschers
benutzt werden, während auf der gegenüberliegenden Seite ein Umlenkdeckel mit genau
spiegelbildlicher Anordnung der Umlenkschalen erforderlich ist.
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Bei bestimmten Anordnungen der Rohre 2 des Wärmetauschers kann man
jedoch durch eine geeignete Anordnung der Umlenkschalen 5 erreichen, dass an beiden
Enden des Wärmetauschers identische Umlenkdeckel benutzt werden können.
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Beispiele für derartige Umlenkdeckel sind in den Fig.4 bis 7 dargestellt,
wobei deren Einzelteile jeweils in der gleichen Weise bezeichnet sind, wie in Fig.
1.
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Die Verwendung identischer Umlenkdeckel an beiden Enden des Wärmetauschers
ist jedoch nur möglich, wenn einerseits die Rohre des Wärmetauschers relativ zu
einer parallel durch die Mittelachse des RohrbUndels verlaufenden, durch die Achse
nur eines Rohres 2 gehenden Spiegelebene 16 symmetrisch angeordnet sind und andererseits
die Umlenkschalen 5 so angeordnet sind, dass sie in der Aufsicht zusammen mit ihrem
durch die Spiegelebene 16 erzeugten Spiegelbild eine von der Anschlussöffnung 9
bis zu dessen Spiegelbild durchlaufende Reihung bilden, in der sich jeweils das
Aufsichtbild und das Spiegelbild alternierend überlappen, wie dies in
Fig.
8 schematisch angedeutet ist.
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Der in Fig. 4 dargestellte Umlenkdeckel ist für einen Wärmetauscher
mit 17 in hexagonaler Packung zur Spiegelebene 16 symmetrisch angeordneten Rohren
bestimmt, wobei die Spiegelebene 16 parallel durch die Mittelachse des Rohrbündels
und die in diesem Fall damit zusammenfaXlende Achse des mittleren Rohres verläuft.
Anstelle der Bohrungen 10 trägt der Umlenkdeckel in diesem Falle an seinem Aussenrand
radial eingetiefte Schlitze 10a zur Aufnahme der Spannschrauben.
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Der in Fig. 5 dargestellte Umlenkdeckel 1 ist für einen Wärmetauscher
mit ovalen Querschnitt und 13 hexagonal gepackten Rohren 2 bestimmt, die relativ
zu der durch die Mittelachse des Rohrbündels gehende Spiegelebene 16 symmetrisch
angeordnet sind. In diesem Falle weist der Umlenkdeckel jedoch weder einen Randsteg
auf, noch ist der Zwischenraum zwischen den Umlenkschalen 5 mit einem Füllmaterial
ausgegossen.
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Der in Fig. 6 dargestellte Umlenkdeckel 1 ist für einen Wärmetauscher
mit flachrechteckigem Querschnitt und 9 in zwei versetzten Reihen angeordneten Rohren
bestimmt, die relativ zu der durch die Mittelachse des Rohrbündels und wiederum
nur die Achse eines Rohres gehende Spiegelebene 16 symmetrisch angeordnet sind.
Der Umlenkdeckel 1 weist in diesem Fall einen umlaufenden Randsteg 7 auf, die Zwischenräume
zwischen den Umlenkschalen 5 jedoch nicht mit Füllmaterial ausgegossen.
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Der in Fig. 7 dargestellte Umlenkdeckel ist für einen Wärmetauscher
mit rechteckigem Querschnitt und 13 Rohren bestimmt, die jedoch hier in senkrechten
und waagerechten Reihen ausgerichtet, jedoch wiederum zu der durch die BlittelScXlse
und die mit dieser zusammenfallende
Achse eines Rohres gehende Spiegelebene
16 symmetrisch angeordnet sind. Die auf dem Umlenkdeckel 1angeordneten Umlenkschalen
5 sind von einem Randsteg 7 umschlossen und der Zwischenraum zwischen den Umlenkschalen
5 ist mit einem Kunststoffmaterial ausgegossen.
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Die vorstehend beschriebenen Umlenkdeckel waren durchweg mit Umlenkschalen
einheitlicher Form versehen. Je nach der Form des Wärmetauschers und der Anzahl
und Anordnung der Rohre kann es jedoch erforderlich sein, Umlenkschalen mit verschiedener
Länge nebeneinander zu verwenden. Soweit die Umlenkschalen aus Metall bestehen,
werden sie vorteilhaft aus geeigneten Blechstücken gepresst und durch Verschweissen
oder Verlöten auf dem Deckel befestigt. Je nach den Anforderungen können aber auch
Umlenkschalen aus Kunststoff, beispielsweise durch Spritzguss hergestellte Formteile
verwendet werden.
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Auch können die aus Metall oder Kunststoff bestehenden Umlenkschalen
durch Verkleben mit dem Deckel verbunden werden. Zwischen den plangeschliffenen
Rändern der Umlenkschalen 5 und der Kopfplatte 3 des Wärmetauschers kann je nach
den Anforderungen eine entsprechend geformte Dichtung 15 angeordnet sein. In Sonderfällen
kann der Umlenkdeckel auch durch entsprechendes Schleifen der Ränder der Umlenkschalen
einer gewölbten Kopfplatte angepasst werden. Zur Befestigung des Umlenkdeckels an
der Kopfplatte des Wärmetauschers können anstelle von Spannschrauben selbstverständlich
auch andere bekannte Mittel benutzt werden.
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Je nach den Anforderungen können die einzelnen Umlenkschalen jeweils
auch mehr als zwei Rohrmündungen verbinden. Das Befestigen der Umlenkschalen am
Deckel kann durch lleftschweissen erfolgen, so dass keine durciigehenden Schweissnähte
erforderlich sind. Die Zwischenräume zwischen den Umlenkschalen werden vorteililllt
nur bis dicht unter die Ränder der Umlenkschalen mit Fiil Im.lterial ausgegossen