DE2240349B2

DE2240349B2 - SUPPORT CONSTRUCTION FOR HEAT EXCHANGER PIPES

Info

Publication number: DE2240349B2
Application number: DE19722240349
Authority: DE
Inventors: Frank E. York Pa. Norton (V.St.A.)
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1971-08-27
Filing date: 1972-08-17
Publication date: 1976-11-11
Also published as: LU65957A1; AU441615B2; CH571698A5; AU4549072A; FR2150826B1; IT962550B; JPS5143620B2; ES406111A1; DE2240349A1; BE788031A; NL8006188A; JPS4832235A; CH566535A5; FR2150826A1; NL166531B; NL7210084A; GB1396799A; CA962045A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Stützkonstruktion für Wärmetauscherrohre bestehend aus einer Piatte mit öffnungen zur Aufnahme der Rohre, bei der die öffnungen jeweils mindestens drei radial nach innen ragende Vorsprünge aufweisen, die seitliche Durchtrittsquerschnitte freilassen.The invention relates to a support structure for heat exchanger tubes consisting of a plate with openings for receiving the tubes, in which the openings each have at least three radially inwards have protruding projections which leave lateral passage cross-sections free.

Es ist bereits bekannt, um die Fertigungsunterschiede ausgleichen zu können, eine Stützkonstruktion für Wärmetauscherrohre vorzusehen, die aus einer Rohrplatte mit öffnungen besteht, bei der in jeder öffnung mindestens drei Vorsprünge angeordnet sind und das innerste Ende der Vorsprünge auf einem Bogen endet, der einen Kreis beschreibt (CH-PS 4 68 608). Es ist auch bekannt, die Rohre durch kreisförmige öffnungen zu führen, die seitliche Ausbuchtungen aufweisen (DT-PS 5 81 665).It is already known to compensate for the manufacturing differences, a support structure for Provide heat exchanger tubes, which consists of a tube plate with openings in each opening at least three projections are arranged and the innermost end of the projections ends on an arch, which describes a circle (CH-PS 4 68 608). It is also known to close the tubes through circular openings lead that have lateral bulges (DT-PS 5 81 665).

Mit diesen bekannten Ausführungen ist es nicht möglich, die Rohrplatten so anzuordnen, daß die Rohre mit Spiel eingesetzt werden können und Spaltkorrosionen verhindert werden.With these known designs it is not possible to arrange the tube plates so that the tubes Can be used with play and crevice corrosion be prevented.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kräftige Stützkonstruktion für Wärmetauscherrohre zu schaffen, die eine Spaltkorrosion verhindert und es ermöglicht, den Zusammenbau des Wärmetauschers zu vereinfachen und verbilligen.The invention is based on the object of providing a strong support structure for heat exchanger tubes create that prevents crevice corrosion and makes it possible to assemble the heat exchanger simplify and cheaper.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die innersten Enden der Vorsprünge jeweils einer Öffnung bogenförmig ausgebildet sind und die Bögen auf einem gemeinsamen Kreis liegen, dessen Durchmesser geringförmig größer ist als der Außendurchmesser des aufzunehmenden Rohres, daß die vom Mittelpunkt dieses Kreises am weitestentfemten Punkte der Durchschnittsquerschnitte ebenfalls auf einem gemeinsamen Kreis um diesen Mittelpunkt liegen und daß die Begrenzungsabschnitte der Durchtrittsquenxhnitte zumindest um diese am weitestentfemten Punkte kreisbogenförmig ausgebildet sind.This object is achieved according to the invention in that the innermost ends of the projections each have one Opening are arcuate and the arcs lie on a common circle, the diameter of which is slightly larger than the outer diameter of the pipe to be accommodated, that of the center of this circle at the most distant point of the average cross-sections also on a common Circle around this center point and that the delimitation sections of the passage quenx center at least around these points that are most distant are formed in the shape of a circular arc.

Zur sicheren Vermeidung der Spaltkorrosion hat es sich weiterhin als zweckmäßig erwiesen, die Kreisbögen der Begrenzungsabschnitte und die am weitestentfemten Punkte der Durchtrittsquerschnitte so auszubilden, daß sie einen größeren Durchmesser haben als der Kreis auf dem die Bögen der innersten Enden der Vorsprünge liegen.In order to reliably avoid crevice corrosion, it has also proven to be useful to use the arcs to design the boundary sections and the most distant points of the passage cross-sections in such a way that that they have a larger diameter than the circle on which the arcs of the innermost ends of the Projections lie.

Aus fertigungstechnischen Gründen ist es zweckmäßig, daß die Begrenzungsabschnitte um die am weitestentfemten Punkte der Durchtrittsquerschnitte Bögen beschreiben, die dem gemeinsamen Kreis folgen.For manufacturing reasons, it is useful that the boundary sections around the on Describe the most distant points of the passage cross-sections arcs that follow the common circle.

Beim Zusammenbau halten die Vorsprünge die Außenfläche des jeweiligen Rohres, jedoch ohne daC alle Vorsprünge diese Außenfläche erfassen oder berühren. Die zwischen den Vorsprüngen befindfichen seitlichen Durchtrittsquerschnitte werden in den einzelnen öffnungen der Stützplatten dadurch gebildet, daß das zugehörige Rohr eingesetzt wird. Dadurch werden Strömungskanäle durch die Platten hindurch gebildet.When assembling, the projections hold the outer surface of the respective pipe, but without it all projections capture or touch this outer surface. Those located between the projections Lateral passage cross-sections are formed in the individual openings of the support plates in that the associated pipe is used. This creates flow channels through the plates.

Die Vorsprünge enden, wie gesagt wurde, in Bögen, die auf einem gemeinsamen Kreis liegen, der nur geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der zugehörigen Rohre. Es ist festgestellt worden, daß ein Spiel von 0,125 bis 0,375 mm zwischen der Außenfläche des Rohres und dem inneren Ende einer benachbarten Stelle eine befriedigende Zusammenbautoleranz ergibt und Spaltkorrosionen ausschließt.The projections end, as has been said, in arcs that lie on a common circle that only is slightly larger than the outer diameter of the associated pipes. It has been found that a Clearance from 0.125 to 0.375 mm between the outer surface of the pipe and the inner end of an adjacent location gives a satisfactory assembly tolerance and excludes crevice corrosion.

Nachdem der Wärmetauscher zusammengebaut ist, wird ein Rohr im allgemeinen an zwei der nach innen ragenden Vorsprünge in einer Linienberührung anliegen, die im wesentlichen keine Spalte läßt. Der Spalt, der zwischen dem dritten nach innen ragenden Vorsprung und" dem benachbarten Abschnitt der Außenfläche des zugehörigen Rohres gebildet wird, ist zu breit, um Spaltkorrosionswirkungen zu ermöglichen. Somit wird erfindungsgemäß eine Stützplatte geschaffen, die die konstruktive Festigkeit und den Strömungsquerschnitt in einer solchen Weise maximiert, daß ein angemessenes Spiel für den Wärmetauscherzusammenbau gegeben ist, ohne daß Spaltkorrosionsstellen entstehen.After the heat exchanger is assembled, a tube is generally attached to two of the inside protruding projections abut in a line contact that leaves essentially no gaps. The gap, that between the third inwardly extending protrusion and "the adjacent portion of the The outer surface of the associated pipe is formed is too wide to allow crevice corrosion effects. Thus, a support plate is created according to the invention, which maximizes the structural strength and the flow area in such a way that a there is adequate clearance for the heat exchanger assembly without crevice corrosion develop.

Durch eine Änderung der Tiefen der einzelnen Ausbuchtungen in aufeinanderfolgenden Rohrplatten kann man die Strömung durch die Stützkonstruktion hindurch beeinflussen, einstellen oder abstufen, um den spezifischen thermischen und hydrodynamischen Anforderungen innerhalb des Wärmetauschers Rechnung zu tragen.By changing the depth of the individual bulges in successive tube sheets you can influence, adjust or graduate the flow through the support structure in order to achieve the specific thermal and hydrodynamic requirements within the heat exchanger wear.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below described. It shows

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Teil einer Stützplatten- und Rohrkonstruktion,Fig. 1 is a plan view of part of a support plate and pipe construction,

F i g. 2 eine Draufsicht auf einen Teil einer Stützplatte, wobei die Wärmetauscherrohre entfernt sind undF i g. Fig. 2 is a plan view of part of a support plate with the heat exchanger tubes removed;

F i g. 3 eine Draufsicht auf einen Teil einer Stützplatte gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.F i g. 3 is a plan view of part of a support plate according to another embodiment of the invention.

Wie es die Fig. 1 zeigt, weist die Stützplatte 1, öffnungen 2, 3, 4 und 5 auf. Jede dieser öffnungen nimmt ein entsprechendes Wärmetauscherrohr 6, 7, 8 und 9 auf. Jede der öffnungen 2 bis 5 hat mindestens drei nach innen ragende Vorsprünge, wobei nur die Vorsprünge der öffnung 2 bezeichnet sind, die dieAs FIG. 1 shows, the support plate 1 has openings 2, 3, 4 and 5. Each of these openings takes a corresponding heat exchanger tube 6, 7, 8 and 9 on. Each of the openings 2 to 5 has at least three inwardly protruding projections, only the projections of the opening 2 being designated which the

Vorsprünge 10,11 und 12 aufweisen. Die innersten Teile der Vorsprünge 10, 11 und 12 enden in Bogenformen, die einzelne Kreisbögen beschreiben. Der durch diese drei Bögen beschriebene Kreis weist einen Durchmesser auf, der etwas größer ist als der Außendurchmesser des innerhalb der Öffnung 2 angeordneten Rohres 6. Bei eingeführtem Rohr entstehen zwischen den Vorsprüngen 10,11 und 12 die seitlichen Durchtritlsquerschnitte 13,14 und 15.Have projections 10, 11 and 12. The innermost parts the projections 10, 11 and 12 end in arc shapes that describe individual arcs. The through this Circle described three arcs has a diameter which is slightly larger than the outer diameter of the tube 6 arranged within the opening 2. When the tube is inserted, the protrusions are formed between the projections 10, 11 and 12 the lateral passage cross-sections 13, 14 and 15.

In der Praxis werden Fertigungstoieranzen bei der Lage der öffnungen sowie Abweichungen der Längsachsen der einzelnen Rohre von der Geradlinigkeit in fast jedem Fall dazu führen, daß die Rohre an einem oder an mehreren der innersten Enden der Vorsprünge anliegen, wie es in Verbindung mit dem Rohr 6 in der öffnung 2 gezeigt ist Somit liegt das Rohr 6 an den bogenförmigen Enden der Vorsprünge 11 und 12 an. Dabei bleibt der Durchtrittsquerschnitt 1*5 übrig. Dieser Ausrichtungsfehler hinterläßt eine Lücke zwischen der Außenfläche des Rohres 6 und dem bogenförmigen Ende des Vorsprunges 10. Diese Lücke ist ausreichend breit, so daß im Zusammenwirken mit den benachbarten Ausbuchtungen eine Spaltkorrosion nicht auftritt.In practice, manufacturing tolerances in the position of the openings as well as deviations in the longitudinal axes of the individual tubes from straightness will in almost every case result in the tubes resting on one or more of the innermost ends of the projections, as is the case in connection with the tube 6 is shown in the opening 2. The tube 6 therefore rests against the arcuate ends of the projections 11 and 12. The passage cross-section 1 * 5 remains. This misalignment leaves a gap between the outer surface of the tube 6 and the arcuate end of the projection 10. This gap is sufficiently wide that crevice corrosion does not occur in cooperation with the adjacent bulges.

In F i g. 2 sind als Beispiel unterschiedliche Öffnungen 16, 17 und 18 in einem Teil einer anderen Stülzplatte 19 dargestellt. Diese öffnungen sind jeweils durch unterschiedliche Strömungsquerschnitte gekennzeichnet, damit die Verteilung des Sekundärkühlmittels über die Ebene der Platte 19 selektiv abgeglicher, oder eingestellt werden kann, z. B. um den besonderen strömungstechnischen und thermodynamischen Anforderungen eines Wärmetauschers zu entsprechen. Um beispielsweise ein in Fig. 2 nicht gezeigtes Rohr unterzubringen, wird ein maximaler Strömungsquerschnitt durch die öffnung 16 angeboten. Die innersten bogenförmigen Enden der Vorsprünge 20, 21 und 22 beschreiben einen Kreis. Der Bogen des Kreises, der durch jedes der Enden der Vorsprünge 20, 21 und 22 gebildet wird, weist 22° auf. Diese bogenförmige enge Fläche bewirkt einen fast spaltfreien Zustand bei Berührung mit dem Außendurchmesser eines Rohres. Diese Ausbildung ergibt einen optimalen Ausgleich zwischen dem Sekundärkühlmittel-Druckverlust bei der Durchströmung der Stützplatte und der konstruktiven Festigkeit der einzelnen Platten. Dementsprechend haben die einzelnen Öffnungen 17 und 18, die sich an die öffnung 16 anschließen und die kleinere Strömungsquerschnitte aufweisen, gleiche nach innen gerichtete Vorsprünge, um auch hier Spaltkorrosionen zu verhindern. In Fig. 2 are different openings as an example 16, 17 and 18 shown in a part of another support plate 19. These openings are each through different flow cross-sections marked so that the distribution of the secondary coolant over the plane of the plate 19 can be selectively adjusted, or adjusted, e.g. B. the special one to meet the fluidic and thermodynamic requirements of a heat exchanger. Around For example, to accommodate a tube not shown in Fig. 2, a maximum flow cross section offered through the opening 16. The innermost arcuate ends of the protrusions 20, 21 and 22 describe a circle. The arc of the circle passing through each of the ends of protrusions 20, 21 and 22 is formed, has 22 °. This arcuate, narrow surface results in an almost gap-free condition at Contact with the outside diameter of a pipe. This training results in an optimal balance between the secondary coolant pressure loss when flowing through the support plate and the structural one Strength of the individual panels. Accordingly, the individual openings 17 and 18, which are attached to the Connect opening 16 and which have smaller flow cross-sections, the same inwardly directed Projections to prevent crevice corrosion here as well.

Eine weitere Änderung der verfügbaren Strömungsquerschnitte durch die Platte 19 wird erfindungsgemäß dadurch bewirkt, daß man bei der Bildung der Öffnungen die Tiefe der Durchtrittsquerschnitte 13, 14 und 15 entsprechend den konstruktiven Anforderungen wählt Diese Durchtrittsquerschnitte werden beispielsweise durch Bögen eines Kreises begrenzt, der die maximale Tiefe der Durchtrittsquerschnitte ergibt. Dieser Durchtrittsquerschnitts-Kreis ist außerdem konzentrisch mit dem Kreis, der durch die innersten Enden der Vorsprünge 20, 21 und 22 gebildet wird. Schräg liegende lineare Übergänge 23 und 24 verbinden die Enden der bogenförmigen Teile der nach innen vorstehenden Vorsprünge 20 und 21 mit den Enden der Bogenfläche, die die tiefste Stelle des Durchtriusquerschnittes 14 bestimmt. Die öffnung 17 bildet dagegen einen Strömungsquerschnitt, der nur zwei Drittel desjenigen der Öffnung 16 aufweist, wenn ein Wärmetauscherrohr innerhalb der Vorsprünge angeordnet ist Wie bereits zuvor erwähnt, wird dieser verringerte Strömungsquerschnitt dadurch bestimmt, daß man den Radius des Kreises vermindert, der durch die Bögen beschrieben wird, welche die maximalen Tiefen der Durchtrittsquerschnitte kennzeichnen.A further change in the available flow cross-sections through the plate 19 is effected according to the invention by choosing the depth of the passage cross-sections 13, 14 and 15 in accordance with the structural requirements when forming the openings the passage cross-sections results. This passage cross-sectional circle is also concentric with the circle which is formed by the innermost ends of the projections 20, 21 and 22. Inclined linear transitions 23 and 24 connect the ends of the arcuate parts of the inwardly protruding projections 20 and 21 with the ends of the arcuate surface which defines the deepest point of the transverse cross section 14. The opening 17, on the other hand, forms a flow cross-section which has only two thirds of that of the opening 16 when a heat exchanger tube is arranged within the projections is described, which characterize the maximum depths of the passage cross-sections.

In gleicher Weise beträgt bei einem eingesetzten Rohr (in Fig. 2 nicht dargestellt) der Strömungsquerschniit der öffnung 18 in Fig. 2 nur ein Drittel des Strömungsquerschnittes der öffnung 16.In the same way, when a tube is used (not shown in FIG. 2), the flow cross section is the opening 18 in Fig. 2 is only a third of the Flow cross section of the opening 16.

Fig.3 zeigt eine öffnung 25, in einem Teil einer Platte 26. Diese öffnung 25 ist in der Herstellung aufwendiger als die in Fig. 2 dargestellten Öffnungen, da die Ausbuchtungen gebohrt werden können und nicht durch einen Räumvorgang hergestellt werden müssen.3 shows an opening 25, in part of a Plate 26. This opening 25 is more complex to manufacture than the openings shown in FIG. 2, because the bulges can be drilled and not made by a broaching process have to.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Support structure for heat exchanger pipes, consisting of a plate with openings for Receipt of the tubes in which the openings each have at least three radially inwardly projecting projections have the lateral passage cross section c leave free, characterized in that the innermost ends of the projections (10, U, 12) each having an opening (2) are arcuate and the arcs are on a common one Circle, the diameter of which is slightly larger than the outer diameter of the one to be recorded Rohres (6,7,8,9) that from the center of this circle at the most distant point of the passage cross-sections also on a common Circle around this center point and that the boundary sections of the passage cross-sections are formed at least around these most distant points in the shape of an arc of a circle.

2. Support structure according to claim 1, characterized in that the circular arcs of the boundary sections and the most distant points of the passage cross-sections have a larger one Have diameters than the circle on which the arcs of the innermost ends of the projections lie.

3. Support structure according to claim 2, characterized in that the boundary sections around describe the most distant points of the passage cross-sections arcs that correspond to the common Follow circle.