DE2832938B2 - Rohrbündel zur Wärmeübertragung durch Berührung - Google Patents
Rohrbündel zur Wärmeübertragung durch BerührungInfo
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- F28F9/007—Auxiliary supports for elements
- F28F9/013—Auxiliary supports for elements for tubes or tube-assemblies
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Description
Die Erfindung betrifft ein Rohrbündel zur Wärmeübertragung durch Berührung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
Es ist ein Rohrbündel dieser Art, z. B. in Helissenform,
aus der CH 5 50984 bekannl. Bei diesem Rohrbündel
verlaufen die Mittellinien der Rippen oder Flossen durch die Rohrachse, wie dies auch bei gasdicht
verschweißten, hauptsächlich strahlungsbeheizten Rohrtafeln von Brennkammern für Dampferzeuger
üblich ist. Die Verbindung von Bündelrohren durch mit den Rohren verschweißte, der Rohraufhängung dienende Rippen hat den Vorteil, daß die einseinen Rohre zu
einem stabilen Gebilde versteift werden, an dem keine erheblichen Rohrschwingungen auftreten können, Solche
Robrsehwingungen sind bei in inerter Gasatmosphäre,
beispielsweise Helium, arbeitenden Wärmeübertragern gefürchtet, weil gewisse Fretting-Erscheinungen
auftreten können, bei denen an den Rohren und/oder an den Rohraufhängungen erheblich Material
abgetragen wird.
Neben diesem Vorteil hat die bekannte Anordnung von Rippen den Nachteil, daß die Rohrwandungen
durch den zentralen Anschluß der Rippen auf Biegung beansprucht werden. Bei Rohrbündeln, die in einem
hohen Temperaturbereich arbeiten, können diese
is zusätzlichen Biegespannungen zur Verwendung dickwandigerer Rohre zwingen. Eine solche Lösung hat
aber nicht nur den Nachteil, daß dadurch der Wärmeübertrager schwerer wird, sondern auch, daß die
höchsten Temperaturen an der Rohrwand höher liegen,
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Rohrbündel der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß unter Beibehaltung des Vorteils des
bekannten Rohrbündels, nämlich Vermeidung des Entstehens von Schwingungen, die Biegebeanspruchun
gen der Rohre beträchtlich kleiner werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Durch die exzentrische Anordnung der Rippen zu
beiden Seiten der Rohre werden auf einfache Weise die
Biegebeanspruchungen der Rohre im Vergleich zum bekannten Rohrbündel so klein, daß sie vernachlässigbar sind. Damit ist dessen Gewicht wegen der
Verwendung dünnwandiger Rohre geringer. Dies
erlaubt auch die Anwendung des Rohrbündels in
Wärmeübertragern, die mit relativ hohen Medientemperaturen betrieben werden, z. B. in Verbindung mit
Hochtemperaturreaktoren.
Aus der US 33 05 011 ist ein Wärmeübertrager
bekannt, der als plattenförmige Strahlungsheizfläche
ausgebildet ist, indem alle Rohre in einer Ebene liegen. Um die so gebildete Rohrplatte selbsttragend zu
machen, werden gemäß Fig. 14 bis 17 der Patentschrift
anstelle flacher Stege zwischen den benachbarten
Rohren T-förmige Profile eingeschweißt, wobei die
neutrale Faser des T-Profils in der Ebene liegen soll, die durch die Längsachsen der Rohre bestimmt ist. Dabei
kann zufällig der Flansch des T-Profils im Bereich der äußersten Mantellinien der Rohre zu liegen kommen,
was jedoch für die Verwendung der plattenförmigen Strahlungsheizfläche nicht notwendig ist. Da diesem
bekannten Wärmeübertrager auch ein anderes Problem zugrunde liegt, kann er für die Erfindung keine
Anregung vermitteln.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der
folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 einen Horizontalschnitt eines Helissenwärmeübertragers gemäß der Erfindung mit drei Rohrzylin-
dem,
Fig.2 einen Ausschnitt eines Rohrzylinders des
Wärmeübertragers gemäß F i g. 1.
F i g. 3 einen Ausschnitt eines abgewandelten Rohrzylinders und
F i g. 4 und 5 einen Ausschnitt bzw. einen Horizontalschnitt (Linie VII-VII in Fig.4) durch einen abgewandelten Helisscnwärmeübertrager.
Vom Helissenwärmeübertrager sind in F i g. I die drei
innersten Rohrzylinder 20,2t und 22 zu sehen, Während
in den beiden inneren Rohrzylindern 20 und 21 je ein
einziges Rohr 8 bzw, 9 vorgesehen ist, verlaufen im Rohrzylinder 22 zwei Rohre 25,26 ineinandergewickelt,
deren Steigung zwischen derjenigen der beiden Rohre 8 und 9 der inneren Zylinder 20 und 21 liegt. Durch die so
geschaffene Erhöhung der Rohrzahl mit dem Rohrzylinderdurchmesser kann erreicht werden, daß, Rohre
gleicher Länge auf verschiedene Durchmesser gewikkelt,
in Richtung der Achse des Rohrzylinders gemessen, etwa dieselbe Länge beanspruchen, was in der Praxis
häufig gefordert wird
Die einzelnen Rohrwindungen in den Rohrzylindern 20, 21 und 22 sind untereinander durch Rippen 10 und
10* verbunden, die etwa gleich dick sind wie die Wände
der Rohre 8 und 9 sowie 25 und 26. Die Rippen 10 und 10' liegen so an Tangentialebenen der Rohre an, daß sie
außen mit den Rohren bündig sind. Am selben Rohr 25
und 26 sowie 8 und 9 sind aufeinanderfolgende Rippen
10 und 10' abwechslungsweise auf verschiedenen Seiten des Rohres angeschweißt Die Rippen 10 und 10' sind
dabei, in Umfangsrichtung der Rohrzylinder 20, 21 und 22 gemessen, relativ kurz, d. h. in der Größenordnung
des Rohraußendurchmessers, so daß die Zwickelräume
11 zwischen den Außenflächen der Rohre und der ihnen
zugekehrten Seite der Rippen verhältnismäßig kurz werden (Fig.2). In diesen Zwickelräumen ist die
Wärmeübertragung, wegen der dort reduzierten Strömungsgeschwindigkeit, verschlechtert. Durch die beschränkte
Ausdehnung der Zwischenräume 11 bleibt diese Verschlechterung des Wärmeübergangs jedoch
unbedeutend. Zudem tritt eine gewisse Kompensation dadurch auf, daß die Rippen 10 und 10' am
Wärmeübergang beteiligt sind und gerade im Bereich der Zwickelräume zusätzliche Wärme an die benachbarten
Rohre abgeben.
Durch die beschriebene Anordnung der Rippen 10 und 10' werden die Biegespannungen sowohl in den
Rohren als auch in den Rippen vernachlässigbar gering.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.3 sind die Rippen 50 und 50' tailliert, so daß, in halber Höhe der
Rippen gemessen, deren Länge L erheblich kleiner ist als die Länge K der Rippenkanten 13, an denen die
Rippen 50 und 50' mit den benachbarten Rohren 25 und 26 verschweißt sind. Diese besondere Gestalt der
Rippen 50 und 50' bringt den Vorteil, daß die Spannungen in den Rohrwänden im Bereich der
Rippenecken herabgesetzt werden. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung ist darin zu sehen, daß die höchsten
Rippentemperaturen, die in halber Rippenhöhe an den Kanten auftreten, geringer sind als bei rechteckigen
Rippen. Die Einschnürung K-L beträgt zweckmäßig
das 0,2 r., 2fache der Höhe //der Rippe,
Im Ausführungsbeispiel nach den Fig,4 und 5 sind
jeweils an den Rohren 9,25,26 auf der Rohrzylmder-ln·
nenseite durch Raupen 31 Rippen 30' angeschweißt, die
je Rohrzyiinder Bestandteile eines T-Profilstabes 32 bilden, und zwar von dessen Flansch. Der Flansch jedes
Stabes 32 ist im Bereich jedes Rohres ausgefräst, wobei jede Ausfräsung auch den Fuß des Steges 34 erfaßt; die
zwischen den Ausfräsungen stehenbleibenden Flanschabschnitte bilden also die Rippen 30'.
Nach dem Anschweißen der T-Profilstäbe 32 art den
Rohren 9, 25, 26 entlang den gefrästen Flanschkanten können die im Bereich der Ausfräsungen verbleibenden
Stege 34 durch dünne Trennschnitte 40 aufgetrennt werden, so daß die Stegpartien, die im Betrieb eine
etwas höhere Temperatur annehmen als die Rohrwandungen, keine zusätzliche Wärmespannungen im Rohr
zur Folge haben.
Auf dem inneren Rohrzylinder 21 sind auf dessen Außenseite an den Rohren 9 Rippen 30 angeschweißt,
von denen jede aus einem T-Profil 5Ί gesteht Bei diesen
T-Profilen 51 verläuft der Steg 52 jewe:!s in Richtung
der Rohrachse. Jeder Steg 52 ist mit einem Querschlitz 53 versehen, der den Steg 34 eines benachbarten
T-Profilstabes 32, vorzugsweise mit Spiel in radialer Richtun j, aufnimmt Durch diese Anordnung werden die
einzelnen Rohrzylinder 21, 22 aneinander und an nicht gezeichneten äußeren und inneren zylindrischen Begrenzungswänden
des Wärmeübertragers gegen seitliche Verschiebungen abgestützt Durch das erwähnte
Radialspiel in den Querschlitzen 53 wird dabei vermieden, daß Wärmedehnungsunterschiede einander
benachbarter P^hrzylinder bzw. Begrenzungswände zu zusätzlichen Spannungen in den Rohren führen.
Die Erfindung ist nicht auf Helissenwärmeübertrager beschränkt Es ist z. B. auch möglich, die Rippen bei
Rohrbündeln anzuordnen, die aus Rohrgruppen aufgebaut sind, deren Rohre jeweils in einer vertikalen Ebene
schlangenförmig gebogen sind.
Zusammenfassung
Bei einem Rohrbündel mit mehreren Gruppen von etwa horizontalen, vertikal übereinander angeordneten
Rohren sind die Rohre jeder Gruppe über Rippen miteinander verschweißt, die in bezug auf die Rohre
exzentrisch so angeordnet sind, daß die Außenfläche jeder Rippe etwa mit der äußersten Mantellinie der
Rohre fluchten. Hierdurch wird die Biegebeanspruchung der Rohre beträchtlich herabgesetzt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Rohrbündel stur Wärmeübertragung durch
Berührung, bestehend aus mehreren Gruppen von Rohren, wobei in jeder Gruppe die Rohre mit etwa
horizontaler Achse vertikal übereinander angeordnet sind und durch mehrere über die Länge der
Rohre verteilte Reihen von Rippen miteinander verbunden sind, die je Reihe vertikal übereinander
angeordnet an jeweils zwei einander benachbarte Rohre angeschweißt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen bezüglich der Rohre
exzentrisch derart angeordnet sind, daß die äußeren Flächen der Rippen etwa mit den entsprechenden
äußersten Mantellinien der Rohre fluchten und daß am selben Rohr in dessen Längsrichtung aufeinander
folgende Rippen abwechselnd an entgegengesetzten Seiten des Rohres angeordnet sind.
2. Rohrbündel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen derart tailliert sind, daß sie
auf halber ί-iöhe erheblich schmäler sind als an den
Kanten, längs denen sie mit den benachbarten Rohren verschweißt sind.
3. Rohrbündel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen jeweils
einer Reihe aus einem T-Profilstab gebildet sind,
indem mindestens der Flansch des Stabes zwischen zwei Rippen ausgefräst ist, um Platz für den
zwischen diesen Rippen befindlichen Rohrabschnitt zu schaffen.
4. Rohrbündel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg des T-Profilstabes jeweils im
Höhenbereich der Ausfräsuii^en durch je einen
schmalen Trennschnitt unterteilt ist
5. Rohrbündel nach einem der .nsprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen einer Reihe aus je einem T-Profil gebildet sind, indem die
Flansch-Längskanten jedes Profils mit den benachbarten Rohren verschweißt sind.
6. Rohrbündel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der etwa horizontal angeordnete Steg
jedes T-Profils einen Querschlitz aufweist.
7. Rohrbündel nach den Ansprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß in zusammengebautem
Zustand jeweils eine Reihe von aus T-Profilen bestehenden Rippen einer Rohrgruppe gegenüber
einer Reihe von aus einem T-Profilstab bestehenden Rippen einer benachbarten Rohrgruppe angeordnet
ist und daß zur Zentrierung jeweils ein vertikaler Steg eines T-Profilstabes in die Querschlitze der
T-Profile einer benachbarten Reihe von Rippen eingreift.
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