DE3309600A1 - Waermeaustauscher mit in laengsrichtung umstroemten rohrbuendel - Google Patents

Description

Wärmeaustauscher mit in Längsrichtung umströmten Rohrbündel

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher mit in Längsrichtung umströmtem Rohrbündel nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Wärmeaustauscher finden Anwendung bei Speisewasser-Hochdruckvorwärmern in Sammlerbauweise. In den zu einem Bündel zusammengefassten Rohren strömt in der Regel das aufzuheizende Speisewasser, während der Heizdampf längs der Rohre strömt, seine Wärme abgibt und dabei auskondensiert. Insbesondere in der Enthitzungszone sowie in der Unterkühlungszone - wobei hier kein Dampf, sondern Kondensat strömt - solcher Vorwärmer sind die Rohre von einem Führungsmantel umgeben, der die Längsströmung des Heizdampfes resp. des Kondensates gewährleistet. Um zu vermeiden, dass die Rohre von der Strömung zum Schwingen angeregt werden, 1st es bei Wärmetauschern der eingangs genannten Art bekannt, die Stützbänder fest mit dem Führungsmantel zu verschweissen. Dies führt zum einen zu einem aufwendigen Zusammenbau des Rohrbündels und beinhaltet zum andern eine erhebliche Klemmgefahr für die Rohre. Tritt letzteres ein, so können je nach Betriebsweise des Vorwärmers grössere, unzulässige Reaktionskräfte im System auftreten.

Der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definierten

O * β _ O φ

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Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einem Wärmeaustauscher der eingangs genannten Art die Stützstruktur des Rohrbündels so zu konzipieren, dass thermische Deformationen auch bei extremer Fahrweise des Apparates keinen schädlichen Einfluss auf das Festigkeitsgefüge und das Strömungsverhalten ausüben.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kammern, in die die Stützbänder eingreifen, ausserhalb des durch die Form des Führungsmantels vorgegebenen Durchströmquerschnittes angeordnet sind. Sie leisten dann einen wesentlichen Beitrag zur Versteifung des Führungsmantels gegen Innen- und Aussendruck. Zweckmässig ist es, wenn hierzu die Mantelflächen des Führungsmantels abgekantet und mit einem Blechstreifen verbunden werden. Eine weitere Möglichkeit wird darin gesehen, dass der Führungsmantel an der für die Kammer vorgesehenen Stelle quer zur Rohrlängsrichtung unterbrochen wird und dieser Unterbruch mit einer U-Schiene dampfdicht verschlossen wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.

Es zeigt :

Fig.l teilweise einen Wärmeaustauscher im Längsschnitt Fig.2 einen Querschnitt nach Linie A-A in Fig.l Fig.3 einen Querschnitt nach Linie B-B in Fig.l Fig.4 einen Schnitt durch das Detail Z in Fig.l Fig.5 eine Abwandlung des Details gemäss Fig.4

In den Figuren sind die gleichen Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Strömungsrichtung des Arbeitsmediums, im vorliegenden Fall Speisewasser in den Rohren und Heizdampf resp. Kondensat um die Rohre, ist mit

β *

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Pfeilen bezeichnet. Alle zum unmittelbaren Verständnis der Erfindung nicht notwendigen Konstruktionsmerkmale wie bspw. die örtliche Anordnung und die Art der Befestigung des Wärmeaustauschers im System sind fortgelassen.

Der in den Pig 1 bis 3 durch Bruchlinien verkürzt dargestellte Wärmeaustauscher ist Teil eines horizontalliegen:-, den Speisewasser-Hochdruckvorwärmers der Sammelbauweise. Er könnte sowohl in dessen Enthitzungszone als auch in dessen Unterkühlungszone angeordnet sein. Dementsprechend stammt das in den Rohren 1 strömende und aufzuheizende Speisewasser entweder aus dem nicht gezeigten Sammler oder aber gelangt dorthin. Im Gegenstrom wird das Heizmittel, d.h. entweder Dampf oder heisses Kondensat, aussen um die Rohre geführt. Diese sind zu einem rechteckigen Rohrbündel zusammengefasst.

Zur Führung des die Rohre umströmenden Mediums ist ein Pührungsmantel 2 von entsprechend rechteckiger Form vorgesehen, welcher ein einfacher Blechkanal sein kann uns aus einer Grundplatte 2a, einer Kopfplatte 2b und zwei Seitenwänden 2c besteht.

Da ein solches Rohrbündel bis zu 12 Rohre übereinander und bis zu 50 Rohre nebeneinander aufweisen kann, ist die Abstützung der Rohre untereinander und des Rohrbündels im Führungsmantel im Hinblick auf einfachen Zusammenbau und auf die im Betrieb vorkommenden unterschiedlichen Ausdehnungen aller beteiligten Elemente konzipiert.

Hierzu werden in zwei verschiedenen Ebenen senkrecht zum Rohrverlauf elastische Stützbänder 3 angeordnet, die in einer ersten Ebene A-A vertikal stehen und in einer zweiten Ebene B-B horizontal liegen. Es ergibt sich somit eine Anordnung, bei der die benachbarten Rohre horizontal und

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vertikal nicht zueinander versetzt sind, sondern Reihen und Kolonnen bilden (Fig.2 und 3). Die Stützbänder 3 sind an den Rohren 1 nicht befestigt, sondern befinden sich lagenweise jeweils zwischen zwei benachbarten Rohren und stützen diese lediglich ab.

Es versteht sich, dass zwischen den Ebenen A-A und B-B ein gewisser Abstand zu wahren ist, um ein Anschwingen der Rohre durch das parallel zu den Rohren strömende Medium zu verhindern. Je nach Länge des Wärmeaustauschers können selbstverständlich auch mehrere Lagen vertikaler und horizontaler Bänder abwechselnd vorgesehen werden.

Auf eine Angabe von Absolutwerten wird im vorliegenden Fall verzichtet, da diese von allzu zahlreichen, dem Fachmann bekannten Parametern abhängig sind und ohne deren Angabe ohnehin nicht aussagekräftig sind. Als Beispiel kann indes angeführt werden, dass bei einem Rohrdurchmesser von 27 mm zweckmässigerweise Stützbänder mit einem Querschnitt 4 χ 25 mm verwendet werden, die mit ihrer Schmalseite in die Strömung ragen. Der gewählte Querschnitt und das Bandmaterial, bspw. weicher Stahl mit der Bezeichnung St 37, gewährleisten die gewünschte Elastizität, die nötig ist, um Deformationen der Stützbänder zu vermeiden. Solche könnten andernfalls bei starker Einklemmung der Stützbänder zwischen den Rohren und gleichzeitiger Differenzverschiebung zwischen Rohrbündel und Führungsmantel auftreten.

Um ein starkes Einklemmen der Stützbänder 3 überhaupt zu verhindern, sind diese im Führungsmantel 2 nicht befestigt, sondern frei beweglich gelagert. Dadurch können sich die Bänder selbst bei einer Veränderung der Rohrlage, bspw bei Schräglage, ohne weiteres anpassen ; Reaktionskräfte auf die Bänder selbst sowie auf allfällige Befestigungen im Führungsmantel entfallest.

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"Ζ"

Das freibewegliche Unterbringen der Bänder 3 am Führungsmantel 2 wird so vorgenommen, dass die über die Rohre 1 hinausragenden Enden der Bänder mit einem gewissen Spiel C in Kammern 4 eingreifen, die sich ausserhalb des durchströmten Querschnitts befinden.

Nach Fig.4 bestehen die Aussenwände dieser Kammern 4 aus den abgekanteten Blechwänden 5 des Führungsmantels 2. Sie sind mit Blechstreifen 6 verschweisst. Es ist darauf zu achten, dass der Führungsmantel 2 mitsamt den Kammern 4 dicht ausgeführt ist. Durch die Integration der Kammern 4 am Mantel 2 wird dieser festigkeitsmässig versteift, so dass er sowohl gegen Ueberdruck im Fall des Enthitzers als auch gegen Unterdruck in Fall des Uhterkühlers druckbeständig ist. Eine separate Innen- oder Aussenverrippung erübrigt sich.

Das Spiel C zwischen Stützbändern 3 und Kammerwänden ist für extreme Betriebsverhältnisse zu wählen. Beträgt es beispielsweise 5 mm, so ist überdies eine problemlose und deformationsfreie Montage der Stützbänder möglich.

Der Blechstreifen 6 der an der Grundplatte 2a angeordneten Kammer 4 ist an der jeweils tiefsten Lage mit einer Bohrung 10 versehen, die über eine nicht dargestellte Leitung zur Entlüftung und zur Systementwässerung dient.

Fig.2 zeigt, dass die Abstützung der äussersten Rohrkolonnen gegen die Seitenwände 2c über eine Gleitschiene 7 erfolgt. Gemäss Fig.3 wird eine derartige Gleitschiene 7' ebenfalls für die Abstützung der untersten Rohrreihe auf der Grundplatte 2a vorgesehen. Diese Schienen I₃ 7' sind überdies zur Aufnahme der Verschiebungen zwischen Führungsmantel

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und Rohren in Rohrlängsrichtung bestimmt und sind an den jeweiligen Innenwandungen des Mantels angeschweisst. Sie werden in ihrer Erstreckung in Rohrlängsrichtung etwas schmäler ausgebildet als die Stützbänder 3. Sie bestehen vorzugsweise aus einem korrosionsfreien Material, wobei es zu beachten gilt, dass wegen des Abriebes dieses Material weicher zu wählen ist als jenes für die Rohre 1.

Für den Pail, dass sich bei extremer Betriebsfahrweise die Rohre 1 von der horizontalen Gleitschiene 7' oder den horizontalen Stützbändern 3 abheben, ist zwischen der oberen Rohrreihe und der Kopfplatte 2b ein freier Raum mit der Höhe D zu wahren. Auch bei Schräglage der Rohre wird hierdurch eine Beschädigung der Rohre und des Mantels vermieden.

Um Bewegungen des Führungsmantels, dessen Fixpunkt nicht gezeigt ist, in Rohrlängsrichtung zu gestatten, ist in der Ebene B-B der horizontalen Stützbänder 3 und der Gleitschiene 7¹ ein eigentlicher Bündelträger 8 angeordnet, auf dem der Führungsmantel mit seiner Grundplatte 2a frei aufliegt.

Fig.5 zeigt eine Variante für die Ausbildung der Kammer Der Blechkanal ist an der Stelle, an der die Enden der Stützbänder 3 aus den Rohren herausragen, mit einer sich über die ganze Breite der Kopfplatte 2a, der Grundplatte 2b oder der Seitenplatten 2c erstreckenden Oeffnung versehen, welche mit einer ein- oder aufgeschweissten U-Schiene 9 verschlossen ist.

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Leerseite

Claims (4)

1. -sr-

   Patentansprüche

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   Wärmeaustauscher mit ins Längsrichtung umströmtem Rohrbündel, welches von einem Führungsmantel allseitig umschlossen ist und wobei zwischen benachbarten Rohren des Rohrbündels in einer ersten Ebene vertikale und in einer zweiten Ebene horizontale Stützbänder lagenweise angeordnet sind,
   dadurch gekennzeichnet,

   dass die Enden der elastisch ausgebildeten Stützbänder in Kammern am Führungsmantel allseitig freibeweglich eingreifen.
2. 2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern ausserhalb des durchströmten Querschnitts angebracht sind und durch am Führungsmantel abgekantete Mantelflächen gebildet sind, welche über ihre ganze abgekantete Länge mit einem Blechstreifen dampfdicht verschlossen sind.
3. 3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern ausserhalb des durchströmten Querschnitts angebracht sind, wozu der Führungsmantel mit einer sich quer zu den Rohrachsen erstreckenden Oeffnung versehen ist, auf die ein U-Profil dampfdicht aufgeschweisst ist.
4. 4. Verwendung des Wärmeaustauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in Ueberhitzern und/oder Unterkühlern von Speisewasser-Hochdruckvorwärmern der Sammlerbauweise und von horizontaler Aufstellungsart.