DE3037386A1 - Waermeuebertrager mit rohrwendeln und mindestens einer gruppe von stuetzplatten fuer die rohrwendeln - Google Patents
Waermeuebertrager mit rohrwendeln und mindestens einer gruppe von stuetzplatten fuer die rohrwendelnInfo
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Description
Stph
Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur, Schweiz
Wärmeübertrager mit Rohrwendeln und mindestens einer Gruppe von Stützplatten für die Rohrwendeln.
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit mehreren Rohrwendeln und mindestens einer Gruppe von Stützplatten,
wobei die Rohrwendeln in Bohrungen der Stützplatten eingeschraubt sind, die etwa radial zu einem im Zentrum der
Rohrwendeln befindlichen Rohr (Zentralrohr) angeordnet und mit diesem verbunden· sind.
Ein solcher Wärmeübertrager ist aus der CH-PS- 454 931
bekannt. Bei ihm sind·die Stützplatten, direkt am.Zentralrohr
angeschweisst, so dass ein verhältnismässig starres Stützsystem für die Rahrwendeln entsteht. Bei Betrieb mit
massigen Temperaturen des Primärmediunis hat sich der bekannte Wärmeübertrager hervorragend bewährt. Wird er jedoch
für sehr hohe Temperaturen, z.B. 8000C, verwendet, so ergeben
sich in den vom Sekundärmedium durchströmten Rohren erhebliche Wärmespannungen, weil im Betrieb die nichtgekühlten
Stützplatten sich radial stärker dehnen als die vom . Sekundärmedium gekühlten Rohrwendeln- Diese Rohre werden
ORIGINAL INSPECTED
,,■:--fj_ £ ■' , ; · 3p;373·8°6 r;
dabei an den Stützstellen von den. Stützplatten nach aussen ·■ .'
gedrückt und dort somit zusätzlich gebogen, während sie:
sich zwischen den StÜtzstellen verflachen. Ausserdem treten auch in axialer Richtung Dehnungsdifferenzen zwischen den
-Stützplatten und dem Zenträlrohr auf.
Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einem Wärmeübertrager der eingangs erwähnten Art auf konstruktiv einfache Weise·
die genannten Wärmedehnungsdifferenzen und die dadurch
hervorgerufenen Wärmespannungen wesentlich herabzusetzen".
Diese Aufgabe wird er.findungsgemäss dadurch gelöst, dass zwischen den Stützplatten jeweils einer Gruppe und dem
Zentralrohr eine elastisch nachgiebige, das Zentralrohr mit. Spiel umgebende Büchse vorgesehen ist, deren eines
Ende am Zentralrohr fixiert ist, während am anderen Ende . der Büchse die Stützplatten befestigt sind.
tr
Durch die erfindungFsgemäss vorgesehene Büchse verschieben
sich die im Betrieb wärmer werdenden Stützplatten nach- ■ · ■
giebig nach innen, wobei ein radial mittlerer Teil der Rohre seine Krümmung beibehält, ein radial äusserer Teil
sich im gleichen Sinn, aber erheblich geringer deformiert als im bekannten Wärmeübertrager, während ein radial inne- l\
rcr Teil der Rohre sich sogar in' umgekehrtem- Sinne deformieren
kann, so dass hier der Krümmungsradius an den Stützstellen vergrössert und in den Rohrabschnitten zwischen
den StÜtzstellen verkleinert wird·. Diese Deformationen der Rohre sind erheblich geringer als beim bekannten Wärmeübertrager..
Beim nachgiebigen Nach-innen-verschieben der Stützplatten wird die Büchse im Bereich der Befestigungsstellen der Stützplatten radial nach innen gedrückt,
während sie sich zwischen den Befestigungsstellen ausbaucht. Da die Büchse dünnwandig ist, haben ihre Deformationen keine
unzulässigen Biegespannungen zur Folge." Da ausserdem die -Stützplatten nur am einen Ende der Büchse, d.h. über eine
MSPECTBO
nur kurze axiale Länge befestigt sind, ergeben sich in axialer Richtung keine ins Gewicht fallende Dehnungsunterschiede,
sodass diesbezüglich keine zusätzliche Spannungen auftreten. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen
Wärmeübertragers besreht in seinem einfachen Zusammenbau. : ■' ■
Um die Spannungen in den Büchsen klein zu halten, kann es
zw.eckmässig sein, die Büchsen gemäss Anspruch 2 auszubilden, d.h. ihnen eine grosse axiale Länge zu geben.
Die Ausführungsform gemäss Anspruch 3 gewährt eine Sicherung
der Stützplatten gegen Absturz, falls die Befestigung zwischen der Büchse und der Stützplatten brechen sollte.
Der Anspruch 4 gibt eine besonders einfache Ausführungsform
einer solchen Si.cherung an.
Die an den Stützplatten wirkenden Drehmomente lassen sich durch die Merkmale des Anspruchs 5 zum grossen Teil von
den Büchsen f ernhalteii, ' so dass deren Beanspruchung sowie die Beanspruchung der/ Stützplatten beträchtlich vermindert
werden.
Die Merkmale nach Anspruch 6 verhindern, dass über die radialen Abstützflächen der Stützplatten grosse Reibungskräfte
übertragen werden, was zu unzulässigen Beanspruchun gen führen könnte. ·
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der folgenden
Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: ν ;
Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Wärmeübertrager nach der Erfindung,
Fig. 2 einen Axialschnitt durch einen Teil eines abgewandelten Wärmeübertragers,in grösserem
:3.crä73ß6.;.':;'- ■
Massstab als in Pig. 1 und
Fig. 3 einen Schmitt entsprechend der Linie III *- III.
in Fig. .2.·;,; * . j .. ."
Gemäss Fig. 1 ist 'für. den Wärmeübertrager ein zylindrischer,
mit einem Stahlfutter ^,.ausgekleideter Hohlraum 1 in einem
Reaktordruckgefäss· 3'.'vorgesehen, das aus Beton besteht. Am'
"■'··*·- ■ .
oberen Ende des'Hohlraumes 1 ist ein Tragring 4 einbeto-
oberen Ende des'Hohlraumes 1 ist ein Tragring 4 einbeto-
hiert, der am Futter"2 dicht angeschweisst ist. Auf dem
Tragring 4 ruht ein ringförmiger Rohrboden 6, der an seinem inneren Umfang eine nach oben ragende Traghülse 8 aufweist.
An dieser Traghülse ist ein vertikales, nach unten in den Hohlraum 1 ragendes Zentralrohr 10 befestigt. Die Wand des
Zentralrohres 10 bildet nahe seinem unteren Ende einen verdickten Abschnitt .12, der ans.chliessend in einen halbkugelförmigen
Boden 11 übergeht. Im verdickten Abschnitt 12 des Zentralrohres 10 sind die unteren Enden 14 von Wärmeübertragerrohren
eingeschweisst, die zunächst bogenförmig nach
oben verlaufen und dann in Rohrwendeln 16 übergehen, die sich in verschiedenen .Zylindern um das Zentralrohr 10
hcrumwinden. Im Zentralrohr ist eine Wärmeisolation 27 angebracht, die vom verdickten Abschnitt 12 ausgehend sich
nach oben erstreckt.
Die Rohrwendeln 16> von denen in Fig. 1 nur zwei dargestellt
sind, nämlich-eine äusserste und eine innerste, sind in ebenfalls nicht vollzählig gezeichnete Bohrungen
18 eingeschraubt, die? sich in drei Gruppen von je vier Stützplatten 19, 20 und 21 befinden. Diese Stützplatten,
die über den Umfang des Zentralrohres 10 verteilt angeordnet sind, haben de'n-unterschiedlichen Belastungen entsprechend
von unten nach oben zunehmende Höhe. Jede Gruppe von Stützplatten wird^.von einer dünnwandigen Büchse 23, 24
bzw. 25 getragen. Die Büchsen 23 bis 25 sind jeweils im
Bereich ihres unteren Endes mit dem Zentralrohr 10 fest
■ verbunden, z.B. verschweisst.
• ■£■■ - - ■
ORIGiNALINSPECTED ·
Oberhalb der obersten Gruppe von Stützplatten 21 sind die
Ro"hrwendeln 16 nach'oben abgebogen und zu Bohrungen im
■ Rohrboden 6 geführt, mit dem sie - vorzugsweise durch Schweissung - dicht verbunden sind. Das sich zwischen dem
. Rohrboden 6 und dem Boden 11 des Zentralrohres 10 erstreckende Bündel von Rohren 16 ist von einem Blechmantel
30 umgeben, der unten konisch eingezogen ist und oben sich konisch erweitert'. Das obere Ende des Mantels 30 ist am
Rohrboden 6 befestigt. Das untere Ende der konischen Er-Weiterung des Mantels 30 weist mehrere, über den Umfang
gleichmässig verteilte Fenster 33 auf. Am unteren, konisch
eingezogenen Ende des Mantels 30 ist ein quadratischen Querschnitt aufweisender Bogen 35 angeschlossen, der sich
in ein Quadrat-Kreis-Uebergangsrohrstück '36 fortsetzt. Das
Uebergangsstück 36 ist mit einem Rohr 38 runden Querschnitts verbunden, das der Zufuhr des von einem nicht gezeichneten ':
Kernreaktor kommenden Primärmediums dient. Das Zufuhrrohr c
38 erstreckt sich durch einen Kanal 40 des Druckgefässes 3, wobei zwischen dem Rohr 38 und dem Kanal 40 ein Ringraum
freibleibt.
Auf dem Rohrboden 6 ist ein ringförmiger, nach unten offener Verteiler 42 angeordnet, der gasdicht mit dem Boden
6 verbunden ist und dem über mehrere Rohre 43 kaltes Sekundärmedium
zugeführt wird.
Der Wärmeübertrager nach 'Fig. 1 wird über das Zufuhrrohr
38 mit Primärmedium, nämlich Helium von z.B. 800°C beschickt. Dieses" hocherhitzte Gas umströmt die im Ringraum
zwischen dem Zentralrphr 10 und dem Mantel 30 befindlichen Rohrwendeln 16 und kühlt sich dabei ab.· Danach strömt es
über die Fenster 33 in den Ringraum 31 zwischen dem Mantel 30 und dem Futter 2. ^?ach Durchströmen des Ringraumes 31
gelangt das Gas über Sen zwischen dem Zufuhrrohr 38 und
dem Kanal 40 gebildeten Ringraum zum Kernreaktor zurück.
0ORIGINAL INSPECTED
Das kalte Sekundärmedium gelangt über die Rohre 43 in den
ringförmigen Verteiler 42 und durchströmt dann die Rohrwcndeln 16, wobei es'":Wärme aufnimmt.' Das so erwärmte
Sokundärmedium sammelt sich anschliessend im unteren Abschnitt des Zentralrohres 10. Mit hoher. Temperatur strömt
es sodann durch das Zentralrohr zu nicht dargestellten Verbrauchern, beispielsweise einer Hochtemperaturgasturbine
Übertragern
mit nachgeschalteten Wärme- oder zu Prozesswärmeverbrauchern.
Beim Zusammenbau des··Wärmeübertragers befindet sich das
verwendete Material im v/esentlichen auf Raumtemperatur. Im
Betrieb nehmen die Rohrwendeln 16 eine -Mitteltemperatur an,
die zwischen jener des wärmeabgebenden Primärmediums und jener des wärmeaufnehmenden Sekundärmediums liegt. Sie sind
daher deutlich' kühler als die Stützplatten, die im wesentlichen
die Temperatur■des wärmeabgebenden Primärmediums
annehmen. Dementsprechend sind bisher beim bekannten Wärmeübertrager im Betrieb die Stützplatten gegenüber den Rohren
gewachsen und diese Rohre an den Stützplatten entsprechend nach aussen deformiert worden, was zu einem kleineren
Krümmungsradius im Bereich der Stützplatten und zu einem grösseren Krümmungsradius im Bereich zwischen den Stützplatten
führte. Dank, der elastisch nachgiebigen Befestigung
der Stützplatten 19 bis 21 an den Büchsen 23 bis 25 dehnen sich die Stützplatten nicht nur nach aussen gegen den
Mantel 30, sondern'auch nach innen gegen das Zontralrohr
aus. Die Beanspruchung der Wärmeübertragerrohre 16 durch Wärmespannungen wird somit durch die'nachgiebige Befestigung
der Stützplatten erheblich vermindert.
Bei der· Ausführungsform nach Fig. 2 sind die Büchsen 23
bis 25 über Ringe 50 am Zentralrohr 10 befestigt. Diese Ringe weisen Nocken 51· auf, die mit Spiel in Ausnehmungen
52 der Stützplatten 19 bis 21 eingreifen, so dass im Falle
eines Bruches der Verbindung zwischen den Büchsen und den
■ - ■*-■■
ORIGINAL INSPECTED
Stützplatten letztere an den Nocken 51 hängen bleiben. Damit wird vermieden! dass durch zusätzliche Belastung
benachbarter Stützplatten deren Abstützung ebenfalls reisst, was schliesslich den Absturz eines Teils des Rohr-.
bündeis oder sogar des ganzen Bündöls zur Folge haben könnte. Die Ausnehmungen 52 für die Nocken 51 sind so bemessen,
dass sich innerhalb der Revisionsintervalle keine schwere Havarie entwickeln kann.
Es ist möglich, z.B. durch an den Stützplatten befestigte, nicht
gezeichnete Messstäbe, eine ,auf einen Bruch beruhende Absenkung der Stützplatten erkennbar zu machen.
Die Stützplatten 19 und 20 weisen an ihrer oberen Kante zum Zentralrohr hin eine Stütznase 60 auf, die mit ihrer
schrägen Fläche jeweils mit einer schrägen Gegenfläche an der unteren Kante (der darüber befindlichen Stützplatte 20
bzw. 21 zusammen-wirkt. Von dieser Anschrägung wird das vom Gewicht der Stützplatten und vom Gewicht der Rohre an
den Stützplatten auftretende Drehmoment aufgenommen, was zu einer Entlastung der Büchsen 23 bis 25 führt.
Der Anschrägwinkel ot . der Stütznasen 60 kann je nach den
Relativdehnungen der .<Stützplatten positiv, negativ oder
Null sein. Er wird.von Fall zu Fall so gewählt, dass an
kritischen Stellen, z.B. im Bereich der Befestigung der Stützplatten an den Büchsen, die Spannungen in zulässigen
Grenzen bleiben. Die zusammenwirkenden Schrägflächen können ausserdem mit einem reibungsmindernden Belag versehen sein.
Um die Nachgiebigkeit" der Büchsen 23 bis 25 zu erhöhen,
können sie im Höhenbereich, in dem die Stützplatten befestigt sind, zwischen den Befestigungsstellen Ausnehmungen
62 aufweisen, wie dies in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist.
. . · ■ i
In Fig. 3 ist eine Hülse 64 angedeutet. Solche Hülsen können jeweils im Bereich zwischen zwei Ringen 50 angeord-
ORlGlNAL INSPECTED
■-'■■■ ■ 'ο '·;· *'■"·''■'■
fcjj' 5.
net sein und sich duscht den Spalt erstrecken, der zwischen
den Kanten 66 und 67 '(Fig. 2) axial benachbarter Stützplatten einerseits und dem diesen Kanten gegenüberliegenden
Abschnitt der betreffenden Büchse andererseits gebildet ist. -Jeweils im Bereich der Befestigungsstelle 68 dert Stütz- -'
platte an der Büchse weisen die Hülsen 64 eine Ausnehmung ·>
auf. Die Hülsen 64 verhindern ein Ausweichen des die Rohrwendeln 16 umströmenden Primärmediums aus den Rohrgassea
in den Ringraum 65 (Fig. 2) zwischen dem innersten Rohrzyiinder und den Büchsen 23 bis 25. Sie können beidseits
der Stützplatt.en radial versetzt sein.
ORIGINAL INSPECTED
Claims (6)
1. Wärmeübertrager'mit mehreren Rohrwendeln und mindestens
einer Gruppe von Stützplatten, wobei die Rohrwendeln in Bohrungen der Stützplatten eingeschraubt sind, die etwa
radial zu einem im Zentrum der.Rohrwendeln befindlichen
Rohr (Zentralrohr) angeordnet und mit diesem verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen
den Stützplatten jeweils einer Gruppe und dem Zentralrohr eine elastisch nachgiebige, das Zentralrohr mit
Spiel umgebende Büchse vorgesehen ist, deren eines Ende am Zentralrohr fixiert ist, während am anderen Ende der
Büchse die Stützplatten befestigt sind.
2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, mit mehreren, in Richtung der Achse der Rohrwendeln aufeinanderfolgenden
· Gruppen von Stützplatten, dadurch gekennzeichnet, dass' die Fixierung der Büchsen am Zentralrohr jeweils ausserhalb
der axialen Erstreckung der zugehörigen Gruppe von Stützplatten liegt.
3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass am Zentralrohr Nocken vorgesehen sind, denen an den Stützplatten befindliche Anschlagflächen
zugeordnet sind/ die zur Aufnahme von Wärmedehnungen im
Normalbetrieb gegenüber den Nocken Spiel aufweisen.
Z1
4. Wärmeübertrager nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Nocken, die einer ersten Gruppe von Stützplatten zugeordnet sind, an einer Büchse befestigt
sind, die an einer der erstgenannten Gruppe axial benachbarten Gruppe von Stützplatten befestigt
ist. ■':■
ι-'- ■■
5. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass bei vertikaler Anordnung der Achse der Rohrwendeln sich jeweils eine obere Stützplatte im
Bereich ihrer Unterkante auf der oberen Kante der dar-. unter.befindlichen Stützplatte radial abstützt.
■v .
6. Wärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die Flächen, auf denen sich die übereinander be-.findlichen Stützplatten radial abstützen, mit Rücksicht
auf die Wärmedehnung dieser Stützplatten ausgerichtet und mit einem reibungsmindernden Belag versehen sind.
ORIGINAL INSPECTED
ν. ·
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CH695880A CH646245A5 (de) | 1980-09-17 | 1980-09-17 | Waermeuebertrager mit rohrwendeln und mindestens einer gruppe von stuetzplatten fuer die rohrwendeln. |
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ID=4317709
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (5)
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DE (1) | DE3037386C2 (de) |
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