DE2320083A1

DE2320083A1 - Stroemungsverteilung fuer waermeaustauscher

Info

Publication number: DE2320083A1
Application number: DE2320083A
Authority: DE
Inventors: John Anelli; Bruce Edgar Dawson; Walter Wolowodiuk
Original assignee: Foster Wheeler Inc
Current assignee: Foster Wheeler Inc
Priority date: 1972-05-01
Filing date: 1973-04-19
Publication date: 1973-11-22
Also published as: GB1424858A; CA967555A; FR2183092A1; JPS4941958A; FR2183092B1; US3830292A

Description

DR. MÜLLER-BORE DIP'..-P^UYS DR. Λ/-ΑΝΙΤΖ DIPi.-CHEM. DR. DEUFEL DIPL-ING. FINSTERWALD DIPL-ING. ÜRÄMKOW

19, A?R. 1273 ff 1090

FOSTER WHEELER CORPORATION 110 South Orange Avenue Livingston, New Jersey, USA

Strömungsverteilung für Wärmeaustauscher

Die üblichste Art der heutzutage verwendeten Wärmeaustauscher ist vielleicht jene, bei welcher ein Strömungsmittel durch Rohre zum Strömen gebracht wird, welche ein anderes Strömungsmittel leiten, um die beiden Strömungsmittel in mittelbaren Austausch zu bringen. Das Strömungsmittel, welches durch die Rohre strömt, wird in einem großen Strom zu einer Rohrwand geführt, wo sie sich in kleinere Ströme teilt, wovon jeder durch ein Loch in der Rohrwand und eines der Rohre aus der anderen Seite der Rohrwand strömt.

Das Strömungsmittel, welches durch die Rohre fließt, wird oft an einer Stelle in der Nähe der Rohrwand eingeführt. Dies kann Probleme hervorrufen, da viele Wärmeaustauschströmungsmittel, wie z. B. flüssiges Natrium, erodierend sind und es erwünscht ist, eine Erosion an der Rohrwand zu vermeiden, um Störungen an der Stelle zu verhindern, an welcher die Rohre mit der Rohrwand verbunden sind. Falls ferner dem ankommenden Strömungsmittel gestattet wird, die

309847/0757

ORIGINAL INSPECTED

— D, —

Rohre unmittelbar zu beaufschlagen, kann somit eine schädliche "Vibration in den Bohren entstehen, welche zu Störungen bzw. zum Zusammenbruch führen kann. Ein anderes. Problem, welches dadurch entsteht, daß dem Strömungsmittel gestattet wird, die Rohre unmittelbar zu beaufschlagen und dann entlang anderer Rohre zu strömen, besteht darin, daß Temperaturunterschiede zwischen den besagten Rohren entstehen. Falls die Rohre beispielsweise eine Kühlflüssigkeit leiten und eine Heizflüssigkeit die anderen Rohre in einem großen Rohrbündel beaufschlagt, so wird die Heizflüssigkeit abgekühlt werden, bevor sie mit einem der Rohre in Berührung kommt, um es zu erhitzen. Dies führt zu Unterschieden in den Wärmemengen, welche auf die Kühlflüssigkeit übertragen ,werden, was zum Verlust der Wirksamkeit, der Leistungsfähigkeit und möglicherweise zu Pannen der Rohre führen kann.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, die Nachteile bei dem Stand der Technik, wie z. B. die oben erwähnten, zu überwinden. Demgemäß ist ein Wärmeaustauscher mit einer Rohrwand versehen, wobei eine Anzahl der Rohre sich von der Rohrwand in einer Richtung erstreckt, ein Flüssigkeitseinlaß in dieser Richtung von der Rohrwand in Abstand angeordnet ist, eine kreisringförmige Strömungskammer die Rohre umgibt und mit dem Flüssigkeitseinlaß in Verbindung steht und die Kammer eine kreisringförmige Platte aufweist, welche perforiert.bzw. gelocht ist, so daß der Widerstand gegen die Strömung der Flüssigkeit durch die Platte an verschiedenen Stellen derselben um so viel größer ist, als die Entfernung von dem Einlaß langer ist.

Fig. Λ zeigt eine Ansicht, teilweise im Schnitt, eines erfindungsgemäß hergestellten Wärmeaustauschers; und

Fig. 2 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, im wesentlichen entlang der Linie 2-2 der Fig. 1.

309847/075 7

Fig. 1 zeigt einen Wärmeaustauscher, welcher im allgemeinen bei 10 angedeutet ist und eine zylindrische Hauptummantelung 12 aufweist, welche an ihrem Oberteil 14- mit einem Flansch versehen ist. Der Flansch 14 ist an einem Flansch 16 am Bodenteil eines Rohrwandabschnittes 18 durch Bolzen befestigt, der aus einem kreisringförmigen Außenring 20 und einer Rohrwand 22 besteht, welche sich innerhalb des Ringes 20 erstreckt. Am Oberteil des Ringes 20 ist ein Flansch 23 vorgesehen, welcher mit einem Flansch 24- am Bodenteil eines Deckels 26 mit Bolzen befestigt ist, der sich an der Rohrwand 22 erstreckt.

Eine Mittelleitung 30 erstreckt sich nach unten durch den Deckel 26 und die Rohrwand 22 sowie durch eine untere Rohrwand 32. Die Platte 34-, die im wesentlichen eine umgekehrte Haube ist, erstreckt sich unterhalb der Rohrwand 32 und bildet eine Kammer 36 zwischen der Platte 34- und der Rohrwand 32.

Eine sekundäre Flüssigkeit, d. h. eine zu erhitzende Flüssigkeit, strömt durch die Mittelleitung nach unten in die Kammer 36. Dann strömt sie in umgekehrter Richtung aufwärts durch die Rohrwand 32 und Rohre 38» die sich zwischen der Rohrwand 32 und der Rohrwand 22 erstrecken. Nach· ihrem Strömen durch die Rohrwand 22 tritt die sekundäre Flüssigkeit in eine Kammer 4-0 ein, welche den Raum zwischen dem oberen Hohrwandabschnitt 18 und dem Deckel 26 bildet. Die sekundäre Flüssigkeit verläßt dann Wärmeaustauscher 10 durch einen Auslaß 42 für die sekundäre Flüssigkeit im Deckel 26.

Eine primäre Flüssigkeit tritt in einen Einlaß 46 für primäre Flüssigkeit ein, der mit primärer Flüssigkeit durch ein Speiserohr 48 für primäre Flüssigkeit gespeist wird. Die Flüssigkeit beaufschlagt dann eine kreisringförmige Strömungsumhüllung 50, welche sich von der Rohr-

30984 7 /07b 7

wand 32 zu einer Stelle erstreckt, welche sich, geringfügig unterhalb der oberen Rohrwand 22 erstreckt und die Rohre 38 umgibt.

Ein sich horizontal erstreckender Ring 52 dient als Dichtung und trennt den Raum zwischen der Umhüllung 50 und der Ummantelung Λ2 In eine kreisringförmige Strömungskammer 54- und einen kreisringförmigen unteren Raum 56. Der obere Teil der kreisringförmigen Strömungskammer ist mit einer gelochten Strömungsplatte 60 bedeckt, welche sich in einem Winkel in bezug auf die Umhüllung 50 erstreckt, so daß sie in Form eines umgekehrten Kegelstumpfes vorliegt.

Somit strömt primäre Flüssigkeit, welche bei 46 eintritt, in die kreisringförmige Strömungskammer 54- und dann nach oben und nach innen durch die gelochte Platte 60, wo sie dann ihrer Richtung entgegensetzt umkehrt, um durch die Rohre 38 nach unten durch die Rohrstützplatten 61 hindurch zu strömen, bis sie eine Höhe erreicht, die etwas oberhalb der unteren Rohrwand 32 liegt, wo sie durch Öffnungen 62 in der Umhüllung 50 unterhalb des Ringes 52 nach außen strömt. Die Flüssigkeit strömt dann durch den Raum 56 zu einer Kammer, welche durch die Platte 34- und den Boden 64-der Ummantelung 12 gebildet ist. Daraufhin strömt die primäre Flüssigkeit nach unten und weg von dem Wärmeaustauscher 10 durch den Auslaß 66 für primäre Flüssigkeit in den Boden 64-.

Es wurde schon erläutert, wie Probleme hervorgerufen werden, wenn die heiße primäre Flüssigkeit mit Kühlrohren.an Stellen nahe an der Rohrwand in Berührung gebracht wird. Die vorliegende Erfindung überwindet diese Probleme, indem die primäre Flüssigkeit in die kreisringförmige Flüssigkeitsöffnung 14· gebracht und dann mit einer wesentlichen Gleichmäßigkeit durch die gelochte kreisringförmige Platte 60 ver-

309847/0757

teilt wird. Nach, dem Eintritt bei dem Flüssigkeitseinlaß beaufschlagt die primäre Flüssigkeit die Stromungsunüiullung 50, um sie in zwei Ströme zu teilen, wovon einer entgegen dem Uhrzeigersinn und der andere im Uhrzeigersinn entlang jeder Seite der kreisringförmigen Strömungskammer strömt, wobei die beiden Ströme an einer Endplatte 68 enden, welche sich, vollständig auf der kreisringförmigen Strömungskammer 54 an einer Stelle erstreckt, welche unmittelbar entgegengesetzt dem Einlaß 46 liegt. Die Flüssigkeit verliert an Geschv/indigkeit, wenn sie um die kreisringförmige Strömungskammer herumströmt, so daß die Geschwindigkeit auf der linken Seite der Strömungskammer, wie in Fig. 2 gesehen, am größten ist, wobei sie kleiner wird, wenn sich die Flüssigkeit nach rechts bewegt und die kleinste Geschwindigkeit an der Endplatte 68 vorliegt. Der statische Druck der primären Flüssigkeit ist dort am größten, wo die Geschwindigkeit kleiner ist, so daß zur Erzielung einer im wesentlichen gleichmäßigen Strömung der Flüssigkeiten durch die kreisringförmige Platte 60 diese Platte mit Perforationung versehen ist, welche den größten Widerstand gegen die Strömung an Stellen bilden, an welchen der statische Druck am höchsten ist. Somit sind an Stellen in der kreisringförmigen Strömungskammer 54- in der Nähe des Einlasses 46 Doppelreihen großer länglicher Löcher 70 vorgesehen. An Stellen weiter weg von dem Einlaß 46 bildet eine einzige Keihe großer Löcher 72 neben einer einzigen fieihe kleiner Löcher 74 einen Widerstand, der etwas höher ist. Wenn man sich von dem Einlaß 46 weg bewegt, so sieht man kleinere Löcher 76, die in ihrer Anzahl pro Flächeneinheit in Richtung auf die Endplatte 68 weniger werden.

Es iot möglich, daß für die Gleichmäßigkeit der Strömung durch die Platte 60 eine nicht symmetrische Verteilung der Löcher erforderlich isb. Induziert beispielsweise die

30984 7/075 7

Biegung in dem primären Flüssigkeitsspeiserohr eine Strömung, die sich nicht genügend gleichmäßig an der Strömungsumhüllung 5>0 geteilt hat, so muß der Widerstand durch die Platte 60 entlang einer Seite der Linie zwischen dem Einlaß 46 und der Endplatte 68 unterschiedlich von jenem auf der anderen Seite zur Gleichmäßigkeit der Strömung durch die Platte 60 sein.

Bei der "bevorzugten Ausführungsform wird eine Strömungsplatte verwendet, die in bezug auf die Achse des Wärmeaustauschers 10 in einen Winkel geneigt ist. Es ist möglich, daß sie entweder senkrecht oder parallel zu dieser Achse verläuft. In diesem Fall müßten die Perforierungen etwas geändert werden, wobei sie Jedoch so angeordnet sein wurden, daß der Widerstand gegen die Strömung durch die Platte um so viel größer sein wird, als sie weiter entfernt vom Einlaß 46 ist.

Während oben nur eine bevorzugte Aüsführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, sind auch andere Ausführungsformen innerhalb des Schutzumfanges der beigefügten Patentansprüche möglich.

3Q9847/Q7B7

Claims

Pat entansprüche

1. Wärmeaustauscher mit einer Rohrwand, einer Anzahl sich von der Rohrwand in einer Richtung erstreckender Rohre und einem Flüssigkeitseinlaß, der von der Rohrwand in der besagten Richtung in Abstand angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine kreisringförmige Strömungskammer, welche die besagten Rohre umgibt und mit dem Flüssigkeitseinlaß in Verbindung steht und eine perforierte kreisringförmige Platte aufweist, welche näher an der Rohrwand als der Einlaß liegt, wobei die besagte Platte so perforiert ist, daß der Widerstand gegen die Strömung der Flüssigkeit durch diese Platte an einer gegebenen Stelle der Platte eine Funktion der Entfernung der Stelle vom Einlaß ist, wobei dieser Widerstand bei größeren Entfernungen höher ist als bei kleineren Entfernungen.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die kreisringförmige Platte in bezug auf die Rohrwand in einem Winkel geneigt ist,^! so daß die besagte Platte einen umgekehrten Kegelstumpf beschreibt bzw. bildet.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Endplatte, die sich an der Strömungskammer an der Stelle erstreckt, welche im größten Abstand von dem besagten Einlaß liegt.

4-. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Widerstand durch das Verhältnis des Bereiches der Perforierungen pro Bereich der Strömungsplatte bestimmt ist, wobei dieses Verhältnis bei größeren Abständen von dem besagten Einlaß kleiner ist.

30984 7/07S7