DE2832938C3

DE2832938C3 - Rohrbündel zur Wärmeübertragung durch Berührung

Info

Publication number: DE2832938C3
Application number: DE2832938A
Authority: DE
Inventors: Max Wiesendangen Weber
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1978-07-12
Filing date: 1978-07-27
Publication date: 1981-11-19
Also published as: DE2832938B2; CH632583A5; DE2832938A1; FR2431105A1; US4276930A; JPS5517097A

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 50 984 bekannt. 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 einzelnen Rohre zu einem stabilen Gebilde versteift werden, an dem keine erheblichen Rohrschwingungen auftreten können. Solche Rohrschwingungen sind bei in inerter Gasatmosphäre, beispielsweise Helium, arbeitenden Wärmeübertragern gefürchtet, weil gewisse Fretting-Erjcheinungen auftreten können, bei denen an den Rohren und/oder an den Rohraufhängungen erheblich Material abgetragen wird.

ίο 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 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 Biegebeanspruchungen 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

Fig. 1 einen Horizontalschnitt eines Helissemwärmeübertragers gemäß der Erfindung mit drei Rohrzylindem,

Fig.2 einen Ausschnitt eines Rohrzylinders des Wärmeübertragers gemäß Fig. 1,

F i g. 3 einen Ausschnitt eines abgewandelten Rohrzylinders und

f>5 F i g. 4 und 5 einen Ausschnitt bzw. einen Horizontalschnitt (Linie VII-VII in Fig.4) durch einen abgewandelten Heüssenwärmeübertrager.
Vom Heüssenwärmeübertrager sind in Fi g. 1 die drei

innersten Rohrzylinder 20,21 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 2S₁26 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 U bleibt diese Verschlechterung des Wärmeübergangs jedoch unbedeutend. Zudem tritt eine gewisse Kompensation dadurch auf, daß die Rippen 10 und i0' 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 Ausfuhrungsbeispiel 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 O^... 2fache der Höhe //der Rippe.

Im Ausführungsbeispiel nach den Fig.4 und 5 sind jeweils an den Rohren 9,25,26 auf der Rohrzylinder-Innenseite durch Raupen 31 Rippen 30' angeschweißt, die je Rohrzylinder Bestandteile eines T-Profilstabes 32 bilden, und zwar von dessen Flansch. De· Flansch jedes Stabes 32 ist im Bereich jedes Rohres ausgefräst, wobei jede Ausfräsung auch den Fuß des Steges 34 erfaßt; die

ίο zwischen den Ausfräsungen stehenbleibenden Flanschabschnitte bilden also die Rippen 30'.

Nach dem Anschweißen der T-Profilstäbe 32 an 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 51 besteht. Bei diesen T-Profilen 51 verläuft der Steg 52 jeweils 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 Richtung, 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 Rohrzylinder 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

Patentansprüche:

1. Rohrbündel zur 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 Höhe 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 Ausfräsungen durch je einen schmalen Trennschnitt unterteilt ist

5. Rohrbündel nach einem der Ansprüche 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.