DE2304841A1

DE2304841A1 - Verfahren und einrichtung zur vergleichmaessigung der ablauftemperatur

Info

Publication number: DE2304841A1
Application number: DE2304841A
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl Ing Beckmann; Paul Viktor Prof Dipl In Gilli; Josef Dipl Ing Lippitsch
Original assignee: Waagner Biro AG
Current assignee: Waagner Biro AG
Priority date: 1972-02-09
Filing date: 1973-02-01
Publication date: 1973-08-23
Also published as: AT317258B; FR2171765A5; CH555526A; US3863711A; DE2304841B2; GB1410425A

Description

eingegeben

Waagner-Bir6 Aktiengesellschaft Wien (Österreich) Margaretenstraße 70

Verfahren und Einrichtung zur Vergleichmäßigung der Ablauftemparatur

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ver· gleichmäßigung der Ablaufteinperaturen eines um die Wärmetauscherrohre eines Rohrpaketes strömenden Mediums, bei dem das Rohrpaket in mindestens zwei Teilpakete mit Zwischenräumen unterteilt ist, insbesondere für Zwangsdurchlaufdampferzeuger im Gegenstromprinzip für Kernkraftwerke.

Es ist bekannt, zur Vergleichmäßigung der Ablauftemperatur die Wärmetauscherrohre zwischen zwei Rohrpaketen zur überkreuzen. Diese Konstruktion ist sehr platzaufwenclig, kostenintensiv in der Montage und bedingt einen größeren Druckverlust, so daß sie bei Wärmetauschern in einem Druckgefäß unwirtschaftlich ist. Es ist ferner bekannt, zwischen zwei Rohrpaketen eine Drosselblende bzw. ein Lochblech anzuordnen. Diese Konstruktion bewirkt zwar einen Druckverlust des um die Rohre^trömenden Mediums, vermeidet jedoch nicht die Strähnenbildung und bewirkt iceiiie Durchmischung der Kam!ströme mit den Kernströmen.

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Die Erfindung vermeidet die angeführten Nachteile im« statisbhe (aperiodische) Instabilitäten, das ist das Phänomen, daß es bei parallel geschalteten Rohren, insbesondere durch die Gassträhnenbildüng zu großen Durchfluß- bzw. Temperaturabweichungen in einzelnen Rohrgruppen kommt, was den sicheren Betrieb in Frage stellt« Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß im Zwischenraum zwischen zwei Teilpaketen, der in Teilströmen austretende Gasstrom durch E.inbauten umgelenkt wird und jeder einzelne Teilstrom in die verlängerte Strömungsrichtung eines anderen übergeführt wird.

Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal erfolgt die Überkreuzung des Gasstromes zwischen zwei, in axialer Richtung aufeinander folgenden Teilpaketen, wobei der innere Teil des Gasstromes gegen den Rand, und die Randzone gegen das Zentrum umgelenkt wird.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß im Zwischenraum zwischen zwei Teilpaketen eines Rohrbündels in Strömungsrichtung Leitbleche angeordnet sind, die vorzugsweise als Prallbleche ausgebildet sind, an welchen die Strömung um etwa 18O umgelenkt wird. Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal bilden die Leit- bzw. Trennbleche Umlenkkanalwandungen, indem Teile von ihnen als Wendelflächen ausgebildet sind, so daß die einzel-nen Kanäle eine Ablenkung der Teilgasströme bewirken.

Von besonderer Bedeutung ist die erfindungsgemäße Konstruktion bei Wärmetauschern, deren Rohrpakete nicht zugänglich sind, wie dies z.B. bei nuklearen Dampferzeugern oder Wärmetauschern der Fall ist. Wenn keine Zwischensammler angeordnet werden können, wie z.B. bei Zwangsdurchlaufdampferzeugern, entfällt der ausgleichende Mischeffekt solcher Zwischensämmler, Einspritzkühler oder dgl. Da jedoch Schäden an einzelnen Rohren nicht ausgeschlossen werden können, muß die Konstruktion das Abblinden einzelner beschädigter Rohre vorsehen, ohne daß Strömungsinstabilitäten' auftreten. Dadurch kommt der gasseitigen Durchmischung bzw. dem Gasaustausch besondere Bedeutung zu.

Die Erfindung ist in den Fig. 1 bis 14 beispielsweise und scheniatisch dargestellt.

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ORIGINAL INSPECTED

Flg. 1 zeigt sctiematisch einen Wärmetauscher, bei dem die Strömung des um die Rohre strömenden Mediums durch Pfeile angedeutet ist. Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen Schnitte durch den Wärmetauscher nach Fig. 1 gemäß den Schnittlinien II, III und IV. Die Fig. 5 und 6 zeigen die Anordnung von Drallkörpern in den Zwischenraum zwischen den beiden Rohrpaketen eines Wärmetauschers. In Fig. 7 ist im Aufriß ein Strömungsumienker dargestellt. Fig. 8 zeigt hiezu einen Grundriß. Die Fig. 9 und 10 zeigen Schnitte längs der Schnittlinien IX und X. In Fig. 11 ist ein Strömungsumlenker für Kreisringquerschnitte dargestellt. Fig. 12 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einem Radialstromwärmetauscher. Fig. 13 zeigt etvßts mehr im Detail als Fig. 1 einen Schraubenrohrwärmetauscher. Fig. lh zeigt zu den Fig. 5 und 6 einen Drallapparat im Aufriß.

Die,Fig. 1 zeigt in einem Aufriß schematisch einen Wärmetauseher, dessen. Rohrpaket in zwei Teilpakete 2 und 3 unterteilt ist. Die Fig. 2 bis 4 zeigen hiezu Schnitte gemäß den Schnittlinien II, III und IV in Fig. 1. Zwischen den Teilpaketen ist ein Zwischenraum 1 angeordnet, in dem die Strömung der Teilströme umgelenkt wird. Jedes Teilpaket 2 und 3 ist in weitere, zueinander konzentrisch angeordnete Rohrpakete 11, 12, bzw, 13» 1^· unterteilt. Diese Rohrbündelpakete bewirken eine Aufteilung der Strömung des um die Rohre strömenden Mediums in zwei Teilstaröme, die durch zwei Pfeile symbolisiert sind, wobei ein Pfeil 15 fest ausgezogen, und der andere Pfeil 16 strichliert ausgezogen ist. Die Änderung des Dralles wird durch den Wicklungssinn des zylindrischen Rohrpaketes 11 bzw. 12 bewirkt, wobei der Übersichtlichkeit wegen die Wärmetauscherrohre und Verbindungsrohre nicht dargestellt sind. Der Eintritt des xun die Rohre strömenden Mediums ist mit 31» und der Austritt mit 32 bezeichnet. Im Zwischenraum zwischen den beiden Teilpaketen 2 und 3 sind radiale Leitbleche k angeordnet, gegen welche die Drallströmung gelenkt wird. An diesen Blechen h erfolgt, wie in Fig. 3 dargestellt, eine Strömungsumlenkung, die wieder durch die Pfeile 16 und 15 symbolisiert ist. Die Höhe dieses Zwischenraumes ist dabei so bemessen, daß die Strömungsumlenkung etwa I80 erreicht. Die Bleche '(· können dabei ähnlich wie in Fig. 5 dargestellt «zugeordnet sein, so daß sich Sektoren bilden, in welchen die Verbindungsrohre der beiden Teilpakete 2 und h geführt sind. Im darauf-•enden Teilpaket 3 wird sich dann eine Strömung einstellen, wie

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. Man erkennt

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sie etwa in der Fig. 2 symbolisch dargestellt wird nun aus der Fig. 1 bzw. aus der Gegenüberstellung der Fig. 2 und 4, daß ein Austausch der Teilströme 15 und 16 stattgefunden hat.

In der Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsfoanm dargestellt, bei der die einzelnen Teilpakete 2 und 3 durch Verbindungsleitungen miteinander verbunden sind. Bei dieser Konstruktion sind die Verbindung sleitungen 5 ι welche auch als Trageinrichtungen ausgebildet sein können, in sektrorartigen Abschnitten oder radialen Rohrbändern angeordnet, welche durch Leitbleche 4 abgegrenzt sind. Zwischen den Leitblechen zweier unterschiedlicher Sektoren sind Drallkörper 10 angeordnet, die jedoch nur in einem Sektor eingezeichnet sind, deren Schaufeln praktisch den ganzen Zwischenraum zwischen zwei Sektoren ausfüllen und die eine Strömungsumlenkung um etwa 180 bewirken, so daß die Teilströme des Gasstromes, die im Inneren naher der Wärmetauscherachse verlaufen, gegen die Wärmetauscherwandung 17 gelenkt werden und die Randströmung gegen das Zentrum in der Nähe der Wärmetauscherachse geführt werden.

In Fig. 6 ist eine weitere Ausfuhrungsform mit Drallkörpern 10 dargestellt, wobei die Leitbleche 4 nach einem Zylindermantel gekrümmt sind, so daß sich zwischen jeweils zwei derartigen Leitblechen bikonkave Verdrängungskörper bilden, in welchen dann die Verbindungsrohre und/oder Tragrohre 5 geführt sind.

In den Fig. 7 bis 10 sind im Auf- und Grundriß sowie in zwei Schnitten Strömungsuralenker' für Rechteckkanäle dargestellt, die wendelförmig^ gegenläufige Leitflächen 6, 7 aufweisen. Die Wendelflächen können dabei auch durch abwickelbare Gebilde ersetzt werden. Der Grundriß in Fig. 8 zeigt stark . ausgezogen fünfeckige Strömungskanäle, durch welche die Strömung geführt ist. Bei diesen Kanälen sind die Umlenkwandungen 6 und 7 als Wendelflächen 6, 7 ausgebildet, so daß sich die stark ausgezogenen fünfeckigen Eintrittskanäle beim Durchtritt durch den Strömungsumlenker in die fünfeckigen, schwach ausgezogenen Austrittskanäle umwandeln. Eine Eintrittsfläche weist dabei die Eckpunkte 20 bis 24 auf, die Eckpunkte der Austrittefläche sind mit 25 bis 29 bezeichnet. Die Kanalwandungen 8 und 9 bilden dabei ebene Bleche, die durch die Verschneidungslinie mit der Wendelfläche begrenzt sind. Die»Kanalwandung· 8 und

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kann auch entfallen, ohne daß die Funktion des Strömungsumlenkers beeinträchtigt wird, der dann lauter gegenläufige Wendelfläche'n umfaßt. Fig. 8 zeigt einen Grundriß zu Fig. 7» wobei dort der Ansichtspfeil mit VIII bezeichnet ist. Hier sieht man im Aufriß die Begrenzungslinien der einzelnen Flächen, wobei die Linien an der Vorderseite stark, und an der Rückseite schwach ausgezogen sind. Die nach rückwärts spitz zulaufenden, geneigten Flächen sind gegen ihre Verschneldungslinie schraffiert (horizontal).

In Fig. 9 ist ein Schnitt gemäß der Schnittlinie IX dargestellt, wobei die darunter liegenden Flächen bzw. Umrisse durch dünn ausgezogene Linien dargestellt sind, Fig. 10 zeigt einen weiteren Schnitt nach der Schnittlinie X, die etwas unterhalb der Schnittlinie IX angeordnet ist. Hier sind die Schnittflächen der geschnittenen Bleche stark ausgezogen. Aus Fig. 8 und den Schnitten gemäß Fig. 9 und 10 sowie aus der Geometrie der Wendelfläche ist ersichtlich, daß sich in Gasdurchströmrichtung wohl die Form des Gasquerschnittes, nicht jedoch die Fläche desselben ändert. Dadurch kann die Strömungslenkung ohne nennenswerten Druckverlust erfolgen.

In Fig. 11 ist ein Strömungsumlenker nach Fig. 8 für einen Kreisringquerschnitt dargestellt. Hier sieht man stark ausgezogen die Ein- bzw. Austrittskanäle, und schwach ausgezogen die darunter liegenden Aus- bzw. Eintrittskanäle. Die Andeutung der Wendelfläche, wie sie in Fig. 8 dargestellt ist, wurde in dieser Figur aus Übersichtlichkeitsgründen nur in zwei benachbarten Kanälen dargestellt. Auch hier sind die Umlenkkanalwandungen 6 und 7 als Wendelflächen ausgebildet. Die Strömungsumlenker sind in Gruppen 18, 19 angeordnet, zwischen welchen Bänder 30 angeordnet sind, durch welche die Verbindungs- bzw. Tragrohre 15 geführt sind.

Fig. 13 zeigt im Aufriß einen Wärmetauscher, bei dem die Wärmetauscherrohre nach Schrauben gekrümmt sind. Die Wärmetauscherrohre sind in zwei Teilpakete 2 und 3 unterteilt, die wieder in konzentrische Teilpakete 11 und 12, bzw. 13 und lh unterteilt sind. Die Teilpakete 11 und 13 t bzw. 12 und Ik sind dabei in gegenläufigem Sims gekrümmt, so daß äs links- bzw. rechtsgängige Schraubenlinien bilden. Durch diese Unterteilung erhält das um die Rohre strömende

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Medium eine un.tersch.ie dl ic lie Drall strömung, die im Zwischenraum gegen eine nicht dargestellte Wand gelenkt wird, so daß sich die einzeien Strömungen umlenken und in der Fortsetzung des anderen Rohrpaketes weitergeführt werden. Bei diesem Wärmetauscher tritt das durch die Rohre strömende Medium beim Eintrittssammler 3j> ein und verläßt den Wärmetauscher durch den Austrittssammler 3^-· Das um die Rohre strömende Medium strömt dabei gemäß den Pfeilen 31 und 32.

In Fig. 14 ist ein Drallapparat im Aufriß dargestellt, der zwischen zwei Teilpalceten 2 und 3 des Wärmetauscherrohrpaketes angeordnet ist. Dieser Drallkörper bewirkt eine Umlenkung der Teilströme des um die Rohre strömenden Mediums, welche durch die Pfeile 15 und Λ 6 angedeutet sind. Dieser Drällkörper 10 ist am Umfang des Wärmetauschers im Zwischenraum 1 zwischen den beiden Rohrpaketen 2 und 3> wie es in den Fig. 5 und 6 angedeutet ist, mehrfach angeordnet.

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Claims

Patentansprüche :

(1 .y Verfahren zur Vergieichmäßigung der Ablauf temperatur eines um die Wärmetauscherrohre eines Rohrpaketes strömenden Mediums, bei dem das Rohrpaket in mindestens zwei Teilpakete mit Zwischenräumen, insbesondere für Zwangsdurchlaufdampferzeuger im Gegenstromprinzip für Kernkraftwerke, unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Zwischenraum zwischen zvei Teilpaketen der in Teilströmen austretende Gasstrom durch Einbauten umgelenkt wird und jeder einzelne Teilstrom in die verlängerte Strömungsrichtung eines anderen übergeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Durchströmen eines zylindrischen Teilpaketes eines Rohrbündeis die Teilströme des um die Rohre strömenden Mediums durch den Wicklungs— sinn der Rohre einen Links- bzw, Rechtsdrali erhalten, und im Zwischenraum zwischen den Teilpaketen gegen eine radiale Wand geführt werden, so daß die inneren, in der Nähe der Zylinderachse strömenden Teilströme an den .äußeren Umfang, und jene des äußeren Umfanges gegen das Zentrum in der Nähe der Zylinderachse geführt werden.
3v Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überkreuzung des Gasstromes zwischen dem inneren und äußeren Teil des Heizflächenpaketes eines Radial Stromwärmetauschers erfolgt ^Fig.12;
h. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überkreuzung des Gasstromes zwischen zwei, in axialer Richtung aufeinanderfolgenden Teilpaketen erfolgt, wobei der innere Teil des Gasstromes gegen den Rand und die Randzone gegen das Zentrum umgelenkt wird. ^Pig. 1 bis k)
5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Zwischenraum (1) zwischen zwei Teilpaketen (2, 3) eines Rohrbündels in Strömungsrichtung Leitbleche {k) angeordnet sind ^ Fig. 3 bis 11) .
6. Einrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die

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Leitbleche (4) als Ρ—rallbleche ausgebildet sind, an welchen die Strömung um etwa 18O umgelenkt wird (Fig. 3 bis 6).
7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche {h) zylinderförmig gekrümmt and, wobei deren Zylinderachse parallel zur Wärmetauscherachse verläuft (Fig. 6)»
8. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß ge zwei Leitbleche {k) zu einem bikonkaven oder sektorförmigen Körper vereinigt sind, in dem die Verbindungsleitungen (5) und die Trageinrichtungen für die einzelnen Wärmetauscherpakete hindurchgeäTiilart sind (Fig. 6) ·
9. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ZTvischen den Leitbiechen Trennbleche angeordnet sind (Fig. 5 ^u· 6)
10. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 9> dadurch gekennzeichnet, daß die Leit- bzw. Trennbleche (4) UmIenkkanalwandungen (6-9) bilden, indem zumindest Teile von ihnen als Wendelflächen (6, 7) ausgebildet sind, so daß die einzelnen Kanäle eine Ablenkung der Teil gasströme (15» 16) bewirken (Fig. 7 bis 11).
11. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherrohre im Teilpaket (2;, welches strömungsmäßig vor der Überkreuzung liegt, in zwei zylindrische, koaxiale Rohrpakete (11, 12) geteilt ist, wobei in einem Teilrohrpaket die Wärmetauscherrohre nach einer linksgängigen Schraubenlinie, und im anderen Teilrohrpaket nach einer rechtsgängigen Schraubenlinie gekrümmt sind (Fig. 13)·
12. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche k bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Leitblechen (4) Drallkörper (10) angeordnet sind ( Fig. 5» 6, 14).

13· Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln des Drallkörpers (ΐθ) den Raum zwischen den Leitblechen (A) und den Wärmetauscherdruckgefäß-Wandungen ausfüllen (Fig. 5» 1*