DE2936148C3

DE2936148C3 - Stützgitter für Wärmeübertrager und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2936148C3
Application number: DE19792936148
Authority: DE
Inventors: Andre Winterthur Corthay
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1979-08-15
Filing date: 1979-09-07
Publication date: 1981-12-24
Also published as: CH638304A5; JPS5630592A; GB2057669A; DE2936148A1; FR2463378B1; DE2936148B2; JPS6022276B2; FR2463378A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Stützgitter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Es sind solche Stützgitter bekannt, die aus gebohrten, ebenen Platten oder aus kreuzweise zwischen Rohrreihen hindurch verlaufenden Stäben bestehen. Diese Gitter haben den Nachteil, daß eine Längsumströmung der zylindrischen Körper nicht oder nur mit verhältnismäßig großem Druckabfall möglich ist.

Weiter sind, z. B. aus der DE-PS 26 42 521, Stützgitter bekannt, die aus miteinander verbundenen Blechstreifen bestehen, von denen ausgebogene Federzungen die Rohre stützen. Diese haben den Vorteil, daß die gestützten Körper weitestgehend der kühlenden Wirkung des Umströmungsmediums ausgesetzt sind und daß Schwingungen der Körper durch Reibunp an den Federzungen gedämpft werden. Ein Nachteil besteht aber darin, daß bei hohen Erdbebenbelastungen quer zu den gestützten Körpern diese erhebliche Ausschläge ausführen können.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Stülzgitter zu schaffen, das die Längsumströmung der kreiszylindrischen Korper bei möglichst geringem Druckabfall ι a zuläßt und bei Erdstößen diese Körper möglichst starr hält

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst

Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß die Fertigung der Stützgitter sehr einfach und kostengünstig ist und daß der Zusammenbau trotz der erreichbaren hohen Präzision keinerlei Schwierigkeiten bereitet

Bei der Weiterbildung des Stützgitters nach Patentanspruch 2 bleibt ein großer Teil der ringförmigen Elemente in der Strömungs-Grenzschicht der kreiszylindrischen Körper, was einen besonders kleinen Druckabfall zur Folge hat. Zudem gewährt diese Konstruktion bei hoher Erdbebenbelastung ein nur kurzhubiges Durchfedern der Gitterstruktur.

Die Maßnahme nach Patentanspruch 3 hilft mit, die als Zentrale zwischen benachbarten kreiszylindrischen Körpern verlaufenden Partien der ringförmigen Elemente zu versteifen.

Durch die Maßnahme gemäß Patentanspruch 4 können kleine Ungenauigkeiten in der Herstellung der ringförmigen Elemente ausgeglichen werden, so daß sich das Stützgitter mit einer engen Toleranz fertigen läßt.

Die Maßnahme nach Patentanspruch 5 gestattet auch die am Trennschnitt anliegenden kurzen Schenkel der ringförmigen Elemente zur Stützung heranzuziehen.

Gemäß Patentanspruch 6 wird das Stützgitter ohne vermehrten Materialaufwand zusätzlich versteift und gleichzeitig läßt sich das Bewegungsspiel der Körper im Gitter ohne nennenswerten zusätzlichen Fertigungsaufwand verringern.

Durch Anordnung von Durchbrüchen nach Patentanspruch 7 läßt sich dir Wärmeübergang am zylindrischen so Körper erhöhen.

Die Verfahren nach den Patentansprüchen 8 und 9 sind arbeitssparend und ergeben Stützgitter, die hohen Forderungen an Genauigkeit und Steifheit bei geringem Druckabfall genügen.

Die Erfindung wird nun an einem in mehreren Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Wärmeübertrager, bei welchem die kreiszylindrischen Körper durch in Dreiecksteilung angeordnete Rohre dargestellt sind,

Fig.2 ein ringförmiges Element nach Fig. I in vergrößertem Maßstab in Draufsicht,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den an einem Rohr anliegenden Teil eines ringförmigen Elements,
Fig. 4a bis 4d Stufen der Fertigung eines ringförmigen Elements in nicht maßstäblicher Darstellung,

Fig. 5 im Grundriß eine Montageplatte mit zwei Gitterrändern zum Zusammenbau eines Stiitzgitters,

Fig.6 den Anschluß eines Stützgitters an einem äußeren Gitterrand in Draufsicht,

Fig.7 einen Schnitt VII-VII durch die Randpartie von F i g. 6,

F i g. 8 eine Ansicht eines ringförmigen Elements mit Durchbrüchen,

Fig.9 einen Querschniu durch ein ringförmiges Element mit Durchbrüchen nach F i g. 8,

Fig. 10 einen Querschnitt durch einen Wärmeübertrager, bei dei.i die kreiszylindrischen Körper durch in quadratischer Teilung angeordnete Rohre dargestellt sind und

F i g. 11 einen Querschnitt durch einen Wärmeübertrager mit Rohren, in Dreiecksteilung, wobei Stützsikken jeweils im Bereich einer Kante der ringförmigen Elemente angeordnet sind.

In Fig. 1 sind fünf als Rohre ausgebildete und in Dreiecksteilung angeordnete kreiszylindrische Körper 1 im Schnitt gezeichnet Jeweils im Zwickel zwischen drei Rohren ist ein ringförmiges Element 2 angeordnet Jedes ringförmige Element 2 besteh», wie F i g. 2 zeigt, aus drei konkaven Abschnitten 4, drei ebpnen Außenflächen 5 und sechs dazwischen befindlichen, abgerundeten Kanten 6. In den konkaven Abschnitten 4 sind, wie aus F i g. 3 ersichtlich, je zwei flache Sicken 8 vorgesehen, die dem benachbarten Rohr ebene Flächen 10 zuwenden.

Jedes ringförmige Element 2 weist in der Mitte einer der ebenen Außenflächen 5 einen Trennschnitt 12 auf. Die ringförmigen Elemente 2 sind so bemessen, daß sich jeweils die Nachbarelemente in den ebenen Abschnitten 5 berühren, während die ebenen Flächen 10 der Sicken 8 an den Rohren anliegen oder von ihnen einen tolerierten Abstand aufweisen. Benachbarte, ringförmige Elemente 2 sind jeweils im Bereich der ebenen Außenflächen 5 miteinander verbunden, vorzugsweise verschweißt Die Verschweitung kann ausschließlich an den oberen und unteren Kanten stattfinden oder durch Punkt- oder Rollenschweißung, sei es in einem oder mehreren Punkten. Anstelle der beiden Sickenreihen kann auch nur eine einzige solche Sickenreihe vorgesehen sein, beispielsweise in halber Höhe des ringförmigen Elements. Es kann auch ganz auf solche Sicken 8 verzichtet werden, so daß die ringförmigen Elemente 2 mit mehr oder weniger großen Bereichen ihrer konkaven Abschnitte 4 an den Rohren anliegen.

Die Sicken 8 versteifen die ringförmigen Elemente 2. Zudem bringen sie den Vorteil, daß die Stützstellen für die Rohre sich bei der Fertigung exakt einstellen lassen.

Fig.4 zeigi an einem Beispiel mit zwei Sickenreihen in vier Verfahrensschritten a bis ddie Herstellung eines ringförmigen Elements 2 gemäß F i g. 2.

An einem ebenen Blechstreifen 13 (F i g. 4a) werden in einem Preßvorgang drei konkave Abschnitte 14 mit je zwei Sicken 8 ausgepreßt und im Bereich der Enden zwei schmale Flächen abgekantet (F i g. 4b). Im nächsten Schritt wird das vorgepreßte Werkstück längs zweier Kanten 15 abgekantet (Fig.4c), und im letzten Schritt schließlich wird das Werkstück zum ringförmigen Element 2 abgebogen, indem es längs den Parallelen 16 abgekantet wird (F i g. 4d).

Fig. 5 zeigt einen Teil einer Montageplatte 20, aus der fünfunddreißig Dorne 22 nach oben ragen, die in Dreiecksteilung auf einem Sektor mit 60° Zentriwinkel verteilt sind. Beiderseits dieses Sektors sind je zwei weitere Dorne 22' vorgesehen. Überdies sind auf der Montageplatte 20 drei Anschläge 23 derart angeordnet, daß zwischen diesen Anschlägen 23 und benachbarten Dornen 22 ein kreisförmiger, äußerer üitterrand 25 gesteckt werden kann. In gleicher Weise sind auf der anderen Seite der Dornanordnung zwei Anschläge 24 vorhanden, die zusammen mit benachbarten Dornen 22 einen ebenfalls einsteckbaren, kreisförmigen, inneren Gitterrand 26 halten. Zwischen jeweils drei Dorne 22 werden ringförmige Elemente 2 bis auf die Montageplatte 20 eingesteckt, und zwar so, daß von benachbarten Elementen 2 sich nie zwei ebene, geschlitzte

ίο Außenflächen 5 berühren. Sind alle Zwickelräume zwischen den Dornen 22 gefüllt, so werden die benachbarten Elemente 2 am Rande oder mindestens in ihrer oberen Hälfte zusammengeschweißt. Ist auf diese Art ein 60°-Sektor mindestens einseitig zusammengeschweißt, so wird er von der Montageplatte 20 abgehoben, um 60° verschwenkt und wieder auf die Montageplatte 20 abgesetzt, wobei die beiden entsprechenden Dorne 22' als Paßstifte dienen. Draufhin werden die Zwischenräume zwischen den Dornen 22 des 60°-Sektors wiederum mit ringförmigen Elementen 2 aufgefüllt und diese gegense'jg sowie mit den Elementen 2 des ersten Sektors ve^r schweißt. Nach fünfmaligem Umstecken ist ein vollständiges Stützgitter in Form eines Kreisrings entstanden. Falls zuerst nur die oberen Seiten der Elemente 2 verschweißt worden sind, wird das Stützgitter gewendet und nacheinander sechsmal auf die Montageplatte 20 gesteckt und die zweite Seite sektorweise geschweißt.

Beim sektorweisen Aufbauen oder auch erst nach dem Schließen des Kreisringes läßt sich das Stützgitter, wie in den F i g. 6 und 7 dargestellt, durch Füllstücke 30 mit dem äußeren Gitterrand 25 verbinden; gleiches gilt für den inneren Gitterrand 26. Zu diesem Zwecke werden die Gitterränder 25 und 26 innen, vorzugsweise beidseitig, mit Ausdrehungen 32 versehen, so daß die Füllstücke 30 einerseits an die Schulter 33 dieser Ausdrehungen 32 und andererseits an die Schmalseiten der Sicken 8 angelegt werden können. Die Verbindung der Füllstücke 30 erfolgt beispielsweise duivh zwei Schweißnähte 34.

Um den Wärmeübergang an den kreiszylindrischen Körpern 1 zu erhöhen, können die ringförmigen Elemente 2, vorzugsweise in den konkaven Partien zwischen den Sicken 8, mit Durchbrüchen 40 versehen sein, wie dies in F i g. 8 ubnd 9 dargestellt ist. Es stellt sich dabei eine Kühlmittelströmung im Bereich dieser Druchbrijche 40 und gegebenenfalls 'm dazwischen befindlichen Stegbereich 41 ein.

Um die Strömung zwischen den konkaven Abschnitten 4 der ringförmigen Elemente 2 und der zylindrischen Körper 1 zu verstärken, kann es günstig sein, die Sicken 8 nur über einen Teil der Breite der konkaven Abschnitte 4 verlaufen zu lassen, wie dies mit der Sicke TV ir. F i g. 8 dargestellt ist. Ein gewisser Nachteil dieser Maßnahme ist darin zu sehen, daß das ringförmige Element 2 dabei an Steifigkeit verliert.

Fig. 10 zeigt ein Stützgitter für in quadratischer Teilung angeordnete kreiszylindrische Körper 1. Die Trennschnitte J2 in den ringförmigen Elementen 2 werden abwechslungsweise in verschiedenen Richtungen orientiert. Damit gewinnt das Stutzgitter in beiden Hauptrichtungen dasselbe Kraft-Dehnurgsverhalten und zudem können Fertigungsungenauigkeiten an den Elementen 2 bei der Montage kompensiert werden.

Um die Steifig'-.eit des Stützgitters bei gleicher Materialstärke der ringförmigen Elemente 2 zu erhöher, können die stützender. Stellen der Sicken 8 in den Beieich nahe den ebenen Außenflächen 5 gelegt

werden, wie dies im Ausführungsbeispiel nach I'i g. 11 gezeigt ist. Bei den ringförmigen Elementen, die hier mil 2' bezeichnet sind, ist jeweils beidseits der ebenen Außenflächen 5 mit Trennschnitt 12 eine schmale Sicke 8" vorgesehen, deren Berührungslinien 50 nahe an der Berührungsebene E zwischen den beiden benachbarten Elementen 2' liegen. Die dritte Sicke 8" der selben Sickenreihe liegt im Ausfiihrungsbeispiel an einer der beiden Kanten 16 des dem Trennschnitt 12 gegenüberliegenden konkaven Abschnitts 4.

Weisen die ringförmigen Elemente 2. entsprechend (' i g. 3. zwei Sickenreihen auf. so kann es zweckmäßig sein, die Sicken 8'" in beiden Reihen an der selben Kante 16 anzuordnen. Dies bedingt jedoch, daß jeweils beim Verbinden zweier ebener Außenflächen 5, denen je eine Sicke 8'" benachbart ist. die einander entgegengesetzt gerichtet sind, diese Sicken 8'" mit leichtem Druck an den zugehörigen Dornen 22 zur Anlage gebracht werden. Diesem Zweck kann eine Schweißzange dienen, deren beide die eben genannten Abschnitte 5 erfassende Backen mit Federelementen versehen sind, die einander entgegengesetzt wirken und sich innen an die beireffende Sicke 8'" anpressen.

Diese Komplikation kann vermieden werden, wenn die obere Sicke 8'" gegenüber der unteren Sicke 8'" jedes ringförmigen Elementes 2 symmetrisch versetzt angeordnet wird. d. h. an jeder Kante 16 eine Sicke 8'".

Dadurch bringen die Sicken 8'" bei passender Dimensionierung durch leichte elastische Torsion die ringförmigen Elemente 2 selbsttätig! an den zugehörigen Dornen 22 zur Anlage, so daß mit einer j gewöhnlichen Schweißzange gearbeitet werden kann. Im Gegensatz zum zuvor erwähnten Beispiel, bedingt diese Ausführung, daß vor, Jen ringförmigen Elementen 2 nicht nur eine, sondern zwei spiegelbildliche Formen hergestellt werden müssen.

ίο Wird auf das Anbringen von Sicken 8, 8', 8" und 8'" ganz verzichtet, so ist es empfehlenswert, die den kreiszylindrischen Körpern 1 zugewendeten, nach einem Kreisbogen verlaufenden Ränder der konkaven Abschnitte 4 materialabhebend oder plastisch zu brechen, einerseits um die kreiszylindrischen Körper 1 vor scharfen Kantenpressungen zu schützen und andererseits um ein Einhaken dieser Kanten im Material der kreiszylindrischen Körper 1 zu vermeiden, so daß bei Wärmedehnungen Relativverschiebungen der kreiszylindrischen Körper I in den Stützgittern ohne das Auftreten hoher Reibungskräfte möglich ist. Hohe Reibungskräfte hätten nämlich ein Durchbiegen der Stützgitter zur Folge: ein solches Durchbiegen würde an benachbarten Stellen wiederum die Reibungskräfte vergrößern und könnte damit schließlich zu einer Zerstörung führen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnung -.η

Claims

Patentansprüche:

1. Stützgitter für mit gegenseitigem Abstand parallel verlaufende an einer Wärmeübertragung beteiligte kxeiszylindrische Körper, wie Stäbe oder Rohre, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Vielzahl von ringförmigen Elementen (2) besteht, die jeweils in einer Vertikalebene zu den Achsen der kreiszylindrischen Körper (1) zwischen jeweils drei oder vier dieser Körper (1), sich gegenseitig berührend und miteinander starr verbunden, angeordnet sind.

2. Stützgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Elemente (2) im Bereich der benachbarten zylindrischen Körper (1) konkave Abschnitte (4) aufweisen.

3. Stützgitter nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Elemente {2) im Bereich, wo sie sich gegenseitig berühren,c;ae ebene Außenfläche (5) aufweisen.

4. Stützgitter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Elemente (2) im Mittelbereich einer der ebenen Außenflächen (5) einen Trennschnitt (12) aufweisen.

5. Stützgitter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige« Elemente (2) jeweils beidseits des Trennschnitts (12) mit dem anliegenden, dort nicht getrennten Nachbarelement starr verbunden sind.

6. Stützgitter nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch geivennzeichnet, daß die ringförmigen Elemente (2) im Bereich der k- nkaven Abschnitte (4) mindestens eine nach lußen gerichtete Sicke (8) aufweisen.

7. Stützgitter nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Elemente (2) im Bereich der benachbarten zylindrischen Körper (1) Durchbrüche (40) aufweisen.

8. Verfahren zum Herstellen eines Stützgitters nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ringförmige Elemente (2) zwischen Dornen (22), die auf einer Montageplatte (20) in geeignetem Muster angeordnet sind, eingeschoben und durch Schweißen miteinander verbunden werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Elemente (2) durch Pressen aus Blechstreifen (13) erzeugt und zwischen die Dorne (22) der Montageplatte (20) gesteckt werden, daß sodann jeweils benachbarte ringförmige Elemente (2) auf deren einer Seite zusammengeschweißt werden, daß nach diesem Schweißen das so entstandene Gitter von der Montageplatte (20) abgehoben, gewendet und wiederum auf Dorne (22) aufgesteckt wird, wonach schließlich die andere Seite des Gitters verschweißt wird.