DE2122179A1

DE2122179A1 - Wärmetauscher, insbesondere Speisewasservorwärmer für Dampfkraftanlagen

Info

Publication number: DE2122179A1
Application number: DE19712122179
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl.-Ing. 8520 Erlangen. P KeIp
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1971-05-05
Filing date: 1971-05-05
Publication date: 1972-11-16

Description

Wärmetauscher. insbesondere peisewasservorwarmer fiir Dampfkraftanlagen Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher insbesondere einen Speisewasservorwärmer für Dampfkraftanlagen, oder dergleichen, bei dem es um die Befestigung von Rohren, in denen ein Fluid mit hohem Druck strömt, in starkwandigen Rohrplatten, Sammlern, Verteilern, Kammern oder ähnlichen Bauteilen, geht.
Bei derartigen Wärmetauschern ist es üblich, die wärmetauschenden Rohre durch Bohrungen der Rohrplatte zu stecken und diese Rohre durch Aufweiten in der Rohrplatte dicht zu befestigen. Dies geschieht im allgemeinen durch Einwalzen, Aufdornen oder Explosivumformung, wobei in der Rohrwand innen eine bleibende Verformung erzielt wird. Die außenliegenden Bereiche der Rohrwand und die inneren Zonen der Bohrung in der Rohrplatte werden dabei elastisch verdichtet, wodurch die zur Halterung und Abdichtung erforderlichen Spannungen hervorgerufen werden. Im stationären Betrieb des Wärmetauschers bleiben diese Dichtkräfte wirksam. Tritt jedoch- eine plötzliche Temperaturabsenkung des durch die Rohre strömenden Fluids ein, so schrumpfen diese dabei, so daß in manchen Fällen die Dichtheit der Verbindung zwischen Rohr und Rohrplatte nicht mehr gewährleistet ist. Dies geschieht bei den bekannten Rohrbefestigungen vor allem deshalb, weil das strömende Fluid nach dem Temperaturabfall lediglich das Rohr abkühlt, während die starkwandige Rohrplatte wegen ihrer großen Masse und infolge der geringen unmittelbar vom Fluid berührten Oberfläche nur langsam der Temperaturänderung folgt.
Wegen der unvermeidlichen Herstellungstoleranzen ist es erforderlich, den-Durchmesser der Bohrungen in der Rohrplatte um ein geringes Maß größer als den Außendurchmesser der Rohre auszuführen. Nach diesem Bohrungsdurchmesser wird jedoch die Verschwächung der Rohrplatte errechnet, so daß sich dadurch große Wandstärken ergeben.
Es sind Verfahren bekannt, bei welchen die Rohre durch spezielle Schweißverfahren m der Anschlußseite der Rohrplatte befestigt werden.
Dabei ist es möglich, die Bohrungen in der Rohrplatte entsprechend dem Innendurchmesser der Rohre auszuführen. Diese Schweißverbindungen sind jedoch wegen der unterschiedlichen Massenanhäufungen schwierig herzustellen und können im Schadensfall kaum nachgebessert werden.
Bei herkömmlichen Wärmetauschern, bei denen die Rohre die gesamte Rohrplatte durchdringen, hat es sich gezeigt, daß die Lange für eine dichte Verbindung nur etwa dem Rohrdurchmesser zu entsprechen braucht. Ist jedoch mit Korrosion im Spalt zwischen Rohr und Rohrplattenbohrung zu rechnen, so muß entweder das Rohr entsprechend der Dicke der Rohrplatte aufgeweitet werden oder es ist zumindest eine besondere Maßnahme, zum Beispiel eine nnlegewalzung am Ende des Spaltes, erforderlich.
Weiterhin hat sich bei-den bekannten Bauweisen gezeigt, daß die Rohrenden, besonders an der Eintrittsseite des Fluids, durch erosion oder Erosionskorrosion besonders gefährdet sind, weil dort gefährliche Einlaufwirbel auftreten können. Es wäre nun möglich, durch konische Verschwächung der Rohrwand am Rohreintritt die Strömungsverhältnisse zu verbessern. Leider hat sich jedoch gezeigt, daß die spitzen Rohrenden keine ausreichende Haftkraft besitzen, da dort nicht genügend T:laterisl für eine plastische und elastische Verformung zur Herstellung der erforderlichen Dichtkraft vorhanden ist. o werden diese spitzen Rohrenden rasch angegriffen, was bald zu weitergehenden chden führt.
Die geschilderten Nachteile vermeidet die Erfindung dadurch, daß die Rohre an der Anschlußseite der Rohrplatte nur auf diejenige Länge in entsprechend große Bohrungen eingeschoben und darin befestigt sind, wie es zur Erzielung einer dichten Verbindung erforderlich ist, zzodurch es trotz der Herstellungstoleranzen möglich wird, eine dichte, stufenlose Verbindung bei ausreichender Rohrwandstärke ohne Spalt zwischen Rohr und Rohrplatte herzustellen. Die übrige Länge der lSohrungen in der Rohrplatte kann entsprechend dem Rohrinnendurchmesser nach dem Aufweiten bemessen werden. Wegen der dadurch geringeren Rohrbodenverschwächung kann die Wandstärke dieses Bauteils entsprecheni kleiner gewählt werden, wodurch erhebliche Material- und Herstellkosten gespart werden, Im Falle eines Thermoschocks folgt die Rohrplatte wegen der größeren benetzten Oberfläche der Temperaturänderung so rasch, daß ein unzulässig hohes, momentanes Nachlassen der Dichtkräfte an den Rohrverbindungnll nicht eintritt.
Zum Ausgleich der llerstellungstoleranzen, die sich sowohl auf die Durchmesser der Bohrungen in der Rohrplatte, die äußeren Rohrdurchmesser, die Rohrwandstärken und die Ovalitäten, wie auch auf die möglichen Abweichungen beim Vorgang des Rohraufweitens beziehen, ist es nach der Erfindung wesentlich, daß am äußeren Umfang der Rohrenden ein Ringraum zur Aufnahme überschüssigen Materials vorhanden ist. dieser Ringraum ist so bemessen, daß seine Füllung nach der Rohrbefestigung in weiten Grenzen schwanken kann, ist jedoch auf eine Größe begrenzt, so daß eine spaltfreie Verbindung zwischen Rohrende und Rohrplatte sichergestellt ist.
Schließlich ermöglicht es die Erfindung, die Bohrungen am Strömungseintritt so auszubilden, daß optimale Verhältnisse entstehen und dort mit Sicherheit keine Schäden durch Erosion oder Erosionskorrosion zu erwarten sind.
Die Erfindung ist an zwei Beispielen näher erläutert. In Fig. 1 und 2 sind Schnitte durch Teile von Rohrplatten 1 gezeigt, wobei jeweils ein Rohr 5 vor und nach der Tefestigung in der Rohrplatte 1 ebenfalls im Schnitt dargestellt ist, Gleiche Teile in beiden Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Das Rohr 5 mit dem Außendurchmesser 6 und dem Innendurchmesser 7 ist beim Beispiel nach Fig.1 in üblicher Weise gerade abgeschnitten. In der Rohrplatte 1 sind Bohrungen 2 mit dem Durchmesser 8 vorhanden, welcher etwas gröfer als der Rohrinnendurchmesser 7 ist und dem Innendurchmesser nach der Befestigung des Rohres entspricht. Auf der Befestigungslänge 10 besitzt die Rohrplatte 1 eine Bohrung vom Durchmesser 9, der etwas größer als der Rohraußendurchmesser 6 ist. Zwischen den Bohrungen 8 und 10 in der Rohrplatte 1 ist eine ringförmige Ausnehmung 4 vorhanden, deren kreisförmige Ausdehnung über den Durchmesser 9 iinausgeht. Wird nun das Rohr 5 in die Bohrung 9 und die Ausnehmung 4 des Rohrboden 1 eingeschoben und wird sein Innendurchmesser 7 auf den Durchmesser 8 aufgeweitet, so kann überschüssiges Material in der Ausnehmung 4 Platz finden, 80 daß ein dichter, stufenloser Übergang zwischen der Bohrung 8 in der Rohrplatte 1 und dem Rohr 5 mit seinen Innendurchmessern 7 und 8 entsteht und ein restlicher Ringraum 11 innerhalb der Ausnehmung 4 verbleibt.
In Fig. 2 ist ein Weiteres Beispiel der Erfindung dargestellt, welches für größere Rohrwandstärken geeignet ist. Hier ist in der Rohrplatte 1 im Bereich der Befestigungszone 10 eine normale Aufbohrung mit dem Durchmesser 9 vorhanden, welche die übliche Anschrägung 1? besitzt, an die sich die Bohrung 8 anschließt. Das Rohr 5 mit dem Außendurchmesser 6 und dem Innendurchmesser 7 besitzt am Ende eine kegelstumpfförmige Spitze 13.
Nach dem Einschieben des Rohres 5 und der Aufweitung des Rohrinnendurchmessers 7 im Bereich der Befestigungszone 10 auf den Durchmesser 8 verbleibt ein Ringraum 14, damit Plat;kür überschüssiges Material vorhanden ist. Zur Verbesserung der Einströmverhältnisse sind an der Rohrplatte 1 die Bohrungen 2 am strömungseintritt mit Ausrundungen 19 versehen.

Claims

Patentansprüche

9 ärmetauscher, insbesondere Speisewasservorwärmer für Dampfkraftanlagen, mit in starkwandigen Rohrplatten, Sammlern, Verteilern, Kammern oder ähnlichen Bauteilen befestigten Rohren, in denen ein Fluid mit hohem Druck strömt, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre(5) nur in der. Länge der Befestigungszone (10) in die Rohrplatte (1) eingeschoben und dort durch Aufweiten des Rohrinnendurchmessers (7) auf den Bohrungsdurchmesser (s) befestigt sind.
2. Wärmetauscher nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich -der Außenseite des Rohrendes ein Ringraum (11, 14) gebildet ist, wobei dieser Ringraum ( 11, 14) in seiner Größe so bemessen ist, daß er nach dem Aufweiten des Rohres (5) bei Berücksichtigung der Herstellungstoleranzen zwischen 20 und 80 Prozent mit überschüssigem Material gefüllt ist.
3 Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß. zwischen der engeren Bohrung (8)-und der weiteren Bohrung (10) in der Rohrplatte (i) eine ringförmige Ausnehmung (4) vorhanden ist, die auch nach dem Aufweiten des Rohres (5j als Ringraum (ii) bestehen bleibt.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Rohre (5) mit einer Abschrägung (13) versehen sind, wodurch nach dem Aufweiten des Rohrinnendurchmessers (7) auf den Bohrungsdurchmesser (8) in der Rohrplatte (i) ein Ringraum (14) bestehen bleabt.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnungen (15) der Bohrungen (2) in der Rohrplatte (1) in an sich bekannter Weise abgerundet sind.

L e e r s e i t e