DE4217923A1 - Vorrichtung zur Distanzierung von Wärmetauscherrohren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur parallelen Distanzierung von in mehreren Reihen angeordneten Wärme­ tauscherrohren aus Kunststoff gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung gelangt insbesondere dort zur Anwendung, wo längere Wärmetauscherrohre bündelartig zu­ sammengefaßt sind. Hierbei kann es sich um geradlinige Wärmetauscherrohre handeln oder auch um solche Wärmetau­ scherrohre, die U-förmig konfiguriert sind. In der Regel gelangen mehrere derartiger Vorrichtungen im Abstand zu­ einander zum Einsatz. Sie dienen dann bei gegenseitiger Fixierung der einwandfreien Lageorientierung des Rohrbün­ dels in einem Wärmetauschergehäuse. Das bevorzugte Anwen­ dungsgebiet sind Wärmeverschiebungs- bzw. -auskopplungs­ systeme in Kraftwerken sowie Wärmetauscher im Prozeßanla­ genbau.

In diesem Zusammenhang werden an jede Vorrichtung unter­ schiedliche Anforderungen gestellt. Abgesehen von der Di­ stanzierung der Wärmetauscherrohre sowie der statischen Lastabtragung im Fertigungs-, Montage- und Dauerbe­ triebszustand muß die Vorrichtung auch eine chemische und thermische Beständigkeit bei geringem Gewicht aufweisen. Außerdem müssen Schwingungsschäden trotz thermisch bedingter Ausdehnungsmöglichkeit der Wärmetauscherrohre vermieden werden. Letztlich ist zum Abreinigen der Wärmetauscherrohre eine einwandfreie Durchlässigkeit für das Waschmedium bei Waschvorgängen erforderlich.

Diesen Anforderungen wird die gattungsgemäße Vorrichtung nicht gerecht. Sie umfaßt in einem Rahmen eingespannte leistenartige Abstandshalter, auch Spacer genannt, aus einem Spritzgußmaterial (PPS-Polypropylensulfid). Bei diesen per Spritzguß erzeugten Abstandshaltern besteht sowohl eine Bruchgefahr im Neu- als auch im Betriebszu­ stand. Der wesentliche Nachteil ist jedoch, daß nach ei­ niger Betriebsdauer der Glasfaser-Matrix-Verbund aufge­ löst wird und nachfolgend das Material zerfällt. Die Standzeit der bekannten Vorrichtung ist somit begrenzt.

Eine weitere bekannte Vorrichtung zur parallelen Distan­ zierung von in mehreren Reihen angeordneten Wärmetau­ scherrohren umfaßt in zwei zueinander parallelen Ebenen verspannte und sich kreuzende Drähte, die von Schutzroh­ ren aus Polytetrafluorethylen ummantelt sind. Durch diese Konfiguration ergeben sich zwischen jeweils vier Schutz­ rohren rechteckige bzw. quadratische Bereiche, in denen die Wärmetauscherrohre geführt sind. Nachteilig an dieser Bauart ist der Sachverhalt, daß die die Wärmetauscher­ rohre umfangsseitig kontaktierenden Schutzrohre keine de­ finierbare Berührung mit den Wärmetauscherrohren haben. Dies führt insbesondere aufgrund der systembedingten Schwingungen zu einem vergleichsweise hohen Reibungsver­ schleiß, welcher sich vornehmlich an den Wärmetauscher­ rohren bemerkbar macht.

Ausgehend von der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Vorrichtung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese so zu verbessern, daß bei erleichterter Montage und Demontage eine wenig schwingungsanfällige La­ gerung der Wärmetauscherrohre bei hoher Waschwasserdurch­ lässigkeit und absoluter Korrosionsbeständigkeit gewähr­ leistet werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gesehen.

Durch die in der Rahmenebene im Raster nebeneinander an­ geordneten und miteinander verbundenen Hülsen wird ein beliebig variierbares Hülsenfeld geschaffen, welches von den Wärmetauscherrohren durchsetzt wird und beliebig kon­ figurierbar ist. Auf diese Weise kann unterschiedlichen Größen und Querschnitten eines Rahmens ohne weiteres Rechnung getragen werden. Dabei können bei der Montage die Wärmetauscherrohre entweder, und zwar in Abhängigkeit von dem Querschnitt der Hülsen, durch die Hülsen oder durch die von den Hülsen gebildeten Lücken geschoben und nach der Montage in den Hülsen und/oder in den Lücken ge­ halten werden. Auch kann die Querschnittsgröße der Hülsen bzw. die Querschnittsgröße der Lücken in Abhängigkeit von dem jeweiligen Verwendungszweck und den dabei einzuset­ zenden Wärmetauscherrohren auf diese gezielt abgestellt werden. Hierdurch wird es trotz einer leichten Montage und Demontage der Wärmetauscherrohre möglich, diese den­ noch elastisch einzuspannen. Bei Bedarf kann diese Ein­ spannung auch nachjustiert werden. Demzufolge können die betriebsbedingten Schwingungsanregungen außerordentlich stark gedämpft und somit auf Reibungsverschleiß fußende Schwingungsschäden an den Wärmetauscherrohren vermieden werden. Ein weiterer Vorteil des Hülsenfeldes ist dessen hohe Waschwasserdurchlässigkeit, welche bei Bedarf eine einwandfreie Abreinigung der Wärmetauscherrohre sicher­ stellt.

Je nachdem, aus welchem Kunststoff die Hülsen in Abhän­ gigkeit von dem Einsatzgebiet eines Wärmetauschers beste­ hen, das heißt ob sie aus VPE (vernetztes Polyethylen), FEP (fluoriertes Ethylen-Propylen), PVDF (Polyvinyliden­ fluorid), PTFE (Polytetrafluorethylen) oder PFA (Perfluoralkoxy-Copolymer) gebildet sind, ist dann auch das Herstellverfahren vorgegeben, beispielsweise durch Sintern, Extrudieren oder Wickeln.

Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Grundgedankens besteht in den Merkmalen des Pa­ tentanspruchs 2. Das Zusammenfügen der Hülsen in der Rah­ menebene ist hierbei dadurch auf einfachste Weise mög­ lich, daß die Hülsen radial aneinandergedrückt und mit der jeweils werkstoffgerechten notwendigen Temperatur be­ aufschlagt werden. Die Hülsen werden dann an den Berüh­ rungsstellen zu einem Hülsenfeld miteinander verschweißt. Die Verwindungsstabilität des Hülsenfelds ist groß.

Der Querschnitt der Hülsen kann rechteckig, quadratisch, mehreckig oder auch dreieckig sein. Entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 3 wird jedoch eine bevor­ zugte Lösung in Hülsen mit einem kreisrunden Querschnitt gesehen. Diese können leicht von entsprechenden Rohren abgeteilt und in rechtwinkliger fluchtender Ausrichtung miteinander verbunden werden. Eine Verschweißung erfolgt dann linienförmig. Bei diesem Ausführungsbeispiel bilden jeweils vier Hülsen eine sternförmige Einspannlücke mit zur Mittelachse der Lücke gerichteten konvexen Klemmflä­ chen, gebildet durch die Oberflächen der Hülsen. Hier­ durch wird sichergestellt, daß die Wärmetauscherrohre problemlos in die Lücken eingefädelt und infolge der Gleiteigenschaften der Kunststoffmaterialien auch hin­ durchgeschoben werden können. Dennoch ist eine Vierpunkt­ lagerung der Wärmetauscherrohre bei elastischer Einspan­ nung erzielbar.

Eine noch weiter verbesserte Verwindungsstabilität der miteinander in der Rahmenebene zu einem Hülsenfeld ver­ schweißten Hülsen wird mit den Merkmalen des Pa­ tentanspruchs 4 erzielt. Ein bevorzugtes Ausführungsbei­ spiel kann darin bestehen, daß die Hülsen 40 mm lang sind und einen Außendurchmesser von 26 mm aufweisen. Die Wand­ dicke beträgt zwischen etwa 1 mm und 1,5 mm.

Unter Verwendung der Merkmale des Patentanspruchs 4 er­ weisen sich insbesondere die Merkmale des Patentanspruchs 5 als vorteilhaft. Hierbei haben die Wärmetauscherrohre einen Außendurchmesser von 12 mm.

Die Verwindungssteifheit jedes Rahmens in der Rahmenebene bei einwandfreier Lastabtragung kann gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 6 auch dadurch erzielt werden, daß jede der nebeneinander liegenden Hülsenreihen von einem korrosionsfesten Stab durchsetzt sind. In diesem Fall er­ folgt keine Verschweißung der Hülsen. Denkbar ist aber auch eine Kombination von verschweißten Hülsen und einige der Hülsenreihen in Längsrichtung durchsetzenden Stäben. Wieviele Hülsenreihen dann von einem Stab durchsetzt sind, hängt von dem jeweiligen Lastfall ab.

Eine vorteilhafte Lage der Stäbe relativ zu den Hülsen besteht in den Merkmalen des Patentanspruchs 7. Hierfür sind in den Hülsen an den Querschnitt der Stäbe angepaßte Ausnehmungen vorgesehen.

Ein bevorzugtes Material für die Stäbe wird in den Merk­ malen des Patentanspruchs 8 erblickt.

Die Stäbe können entsprechend den Merkmalen des Pa­ tentanspruchs 9 aber auch aus Edelstahl oder aus kunst­ stoffummanteltem Edelstahl gebildet sein.

Kohlefaserverstärkter Kunststoff wird insbesondere bei extrem korrosiven Medien eingesetzt. Bei weniger korrosi­ ven Medien gelangt Edelstahl oder kunststoffummantelter Edelstahl zur Anwendung.

Die Stäbe können im Prinzip jeden beliebigen Querschnitt aufweisen. Bevorzugt besitzen sie einen kreisrunden Quer­ schnitt gemäß Patentanspruch 10.

Ein zweckmäßiges Größenverhältnis der Hülsen zu den Stä­ ben besteht in den Merkmalen des Patentanspruchs 11.

Entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 12 wird der die Hülsen tragende Rahmen aus korrosionsfesten Lei­ sten gebildet. Sie sind in den Eckbereichen des Rahmens vorzugsweise verschieblich miteinander verbunden. Die verschiebliche Verbindung der Leisten dient einer insbe­ sondere mechanischen Nachjustierung bzw. einem Nachpres­ sen der Hülsen im Sinne der Aufrechterhaltung und Gewähr­ leistung der Klemmfunktion.

Die Höhe der Leisten ist nach Patentanspruch 13 bevorzugt größer als die Länge der Hülsen bemessen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeich­ nungen veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 in der Perspektive ein U-förmiges Bündel von Wärmetauscherrohren;

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung einen Horizontal­ schnitt durch die Fig. 1 entlang der Linie II-II;

Fig. 3 eine Stirnansicht auf die Fig. 2 gemäß dem Pfeil III;

Fig. 4 in vergrößerter perspektivischer Darstellung eine Hülse und

Fig. 5 in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt V der Fig. 2.

In der Fig. 1 ist mit 1 ein Bündel von U-förmigen Wärme­ tauscherrohren 2 aus einem Fluorkunststoff bezeichnet. Zur Erhaltung der Zeichnungsübersichtlichkeit sind ledig­ lich zwei Rohrreihen dargestellt. Neben den dargestellten Rohrreihen sind in der Praxis weitere Rohrreihen mit Wär­ metauscherrohren 2 vorhanden.

Die Enden der Wärmetauscherrohre 2 münden in eine Ein­ trittskammer 3 bzw. in eine Austrittskammer 4, die durch eine Wand 5 voneinander mediendicht getrennt sind. Die Kammern 3 und 4 sind an einem Rohrboden 6 befestigt. Über die Eintrittskammer 3 werden die Wärmetauscherrohre 2 entsprechend dem Pfeil 7 innen mit Wasser beaufschlagt. Das Wasser wird dann durch die U-Bögen der Wärmetauscher­ rohre 2 umgelenkt und über die Austrittskammer 4 entspre­ chend dem Pfeil 8 abgeführt.

Die Wärmetauscherrohre 2 werden entsprechend dem Pfeil 9 außen durch heißes Rauchgas beaufschlagt. Zu diesem Zweck sind die Wärmetauscherrohre 2 in ein entsprechend abge­ dichtetes, nicht näher dargestelltes Gehäuse mit Zuström­ öffnung und Abströmöffnung eingegliedert.

Damit die frei von dem Rohrboden 6 herabhängenden Wär­ metauscherrohre 2 über ihre vertikalen Längenabschnitte bis zu den bogenförmigen Übergangsabschnitten einwandfrei zueinander distanziert sind, werden in bestimmten Höhen­ bereichen Rahmen 10 mit Abstandshaltern aus Hülsen 11 an­ geordnet. Die Rahmen 10 sind in nicht näher dargestellter Weise untereinander und mit dem Rohrboden 6 verbunden. Hierzu können beispielsweise vertikale Rohre verwendet werden.

Jeder Rahmen 10 besteht, wie insbesondere die Fig. 2 bis 5 zu erkennen geben, aus den in der Rahmenebene par­ allel nebeneinander angeordneten und durch werkstoffge­ rechte Temperatur sowie unter Druck miteinander ver­ schweißten dünnwandigen Hülsen 11 mit einem kreisrunden Querschnitt. Die Hülsen 11 mit einer Wanddicke S von 1,2 mm sind in parallelen Reihen hintereinander angeord­ net. Die Schweißlinien sind mit 16 bezeichnet.

Beim Ausführungsbeispiel haben die Hülsen 11 eine Länge L von 40 mm und einen Außendurchmesser D von 26 mm. Die Wärmetauscherrohre 2 haben einen Außendurchmesser D1 von 12 mm.

Es ist zu erkennen, daß durch die rechtwinklige fluchtende Ausrichtung der Hülsen 11 zwischen jeweils vier Hülsen 11 eine sternförmige Lücke 12 entsteht, wel­ che zum Durchschieben der Wärmetauscherrohre 2 und zu ih­ rer Halterung herangezogen wird.

Die Hülsen 11 sind umfangsseitig von korrosionsfesten Rahmenleisten 13 umgeben, welche mit den Hülsen 11 durch Stäbe 14 aus kohlefaserverstärktem Kunststoff mit einem kreisrunden Querschnitt verbunden sind. Die Rahmenleisten 13 sind in den Eckbereichen der Rahmen 10 in nicht näher veranschaulichter Weise verschieblich miteinander verbun­ den. Die Stäbe 14 durchsetzen Bohrungen 15 in den Hülsen 11 im etwa mittleren Höhenbereich.

Beim Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser D2 der Stäbe 14 5 mm.

Außerdem ist insbesondere aus der Fig. 3 zu erkennen, daß die Höhe H der Rahmenleisten 13 geringfügig größer als die Länge L der Hülsen 11 bemessen ist.

Bezugszeichenaufstellung

 1 Bündel
 2 Wärmetauscherrohre
 3 Eintrittskammer
 4 Austrittskammer
 5 Wand zw. 3 u. 4
 6 Rohrboden
 7 Pfeil
 8 Pfeil
 9 Pfeil
10 Rahmen
11 Hülsen
12 Lücke
13 Rahmenleisten
14 Stäbe
15 Bohrungen in 11
16 Schweißlinien
D Außendurchmesser v. 11
D1 Außendurchmesser v. 2
D2 Durchmesser v. 14
H Höhe v. 13
L Länge v. 11
S Dicke v. 11

Claims (13)

1. Vorrichtung zur parallelen Distanzierung von in mehre­ ren Reihen angeordneten Wärmetauscherrohren (2) aus Kunststoff, die innerhalb eines Rahmens (10) gelagerte Abstandshalter (11) aus Kunststoff aufweist, welche die Wärmetauscherrohre (2) auf einem begrenzten Um­ fangsbereich umfassen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abstandshalter aus in der Rahmenebene parallel nebeneinander angeordneten und miteinander verbundenen dünnwandigen Hülsen (11) ge­ bildet sind, welche die Wärmetauscherrohre (2) um­ fangsseitig klemmend kontaktieren.

2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (11) durch werkstoffgerechte Temperatur sowie unter Druck mitein­ ander verschweißt sind.

3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (11) einen kreisrunden Querschnitt aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Länge (L) der Hülsen (11) zu ihrem Au­ ßendurchmesser (D) etwa wie 1,2 : 1 bis 1,8 : 1 bemes­ sen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Außendurchmesser (D) der Hülsen (11) zu dem Außendurchmesser (D1) der Wärmetauscherrohre (2) etwa wie 2 : 1 bis 2,3 : 1 bemessen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (11) in mehreren parallelen Reihen angeordnet und mindestens einige der Hülsenreihen jeweils von ei­ nem auch im Rahmen (10) verankerten korrosionsfesten Stab (14) durchsetzt sind.

7. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (14) die Hülsen (11) in etwa mittlerer Höhe quer durchsetzt.

8. Vorrichtung nach Patentanspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (14) aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff besteht.

9. Vorrichtung nach Patentanspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (14) aus Edelstahl oder aus kunststoffummanteltem Edelstahl gebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (14) einen kreisrunden Querschnitt besitzt.

11. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Außendurchmessers (D) einer Hülse (11) zu dem Durchmesser (D2) eines Stabs (14) etwa wie 5 : 1 bis 6 : 1 bemessen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (10) aus im rechten Winkel verschieblich mit­ einander verbundenen korrosionsfesten Leisten (13) ge­ bildet ist.

13. Vorrichtung nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (H) der Lei­ sten (13) größer als die Länge (L) der Hülsen (11) be­ messen ist.