DE4217923A1 - Vorrichtung zur Distanzierung von Wärmetauscherrohren - Google Patents
Vorrichtung zur Distanzierung von WärmetauscherrohrenInfo
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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
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924217923 DE4217923C2 (de) | 1992-05-30 | 1992-05-30 | Vorrichtung zur Distanzierung von Wärmetauscherrohren |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924217923 DE4217923C2 (de) | 1992-05-30 | 1992-05-30 | Vorrichtung zur Distanzierung von Wärmetauscherrohren |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4217923A1 true DE4217923A1 (de) | 1993-12-02 |
DE4217923C2 DE4217923C2 (de) | 1997-04-24 |
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ID=6460076
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19924217923 Expired - Lifetime DE4217923C2 (de) | 1992-05-30 | 1992-05-30 | Vorrichtung zur Distanzierung von Wärmetauscherrohren |
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