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Schlangenrohrspeisewasservorwärmer Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Schlangenrohrspeisewasservorwärmer und ähnlichen Wämeaustauscher, bei welchem
die quer im Heizgaszug verlaufenden Rohrstränge in zwei oder mehr parallelen Reihen
angeordnet und außerhalb des Heizschachtes durch Rohrkrümmer von erheblich engerem
Querschnitt als der Gesamtquerschnitt der zugehörigen Rohrstränge verbunden sind.
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Speisewässerv orwärmer dieser Art erfordern .aus wirtschaftlichen
Gründen ein großes Wärmeaufnahmev ermögen für die Raumeinheit und dementsprechend
auch eine große Heizfläche für diese Raumeinheit. Andererseits erfordern die Schlangenrohre
solcher Vorwärmer eine Beobachtung und Reinigung von Zeit zu Zeit und müssen daher
weitgehend mit lösbaren Verbindungen ausgestattet sein. Trotz gewisser Vorteile
eines Vorwärmers mit glatten Schlangenrohren im Vergleich zu Vorwärmern .mit vergrößerter
Heizfläche (Rippen) hat es sich als schwierig ergeben, mit Rücksicht auf den von
den lösbaren Verbindungen beanspruchten Raum solchen Vorwärmern mit glatten Schlangenrohren
eine genügende Heizfläche zu geben. Das in den Vorwärmer gelangende Speisewasser
und ebenso die Heizgase schwanken ferner in der Temperatur, so daß die lösbaren
Verbindungen wegen der verschiedenen Ausdehnung und Zusammenziehung der Teile leicht
leck werden. Erfahrungsgemäß haben die meisten -Vorwärmer ihre lösbaren Verbindungen
in Form von durch Bolzen verbundenen Flanschen. Diese Flanschen beanspruchen indessen
einen verhältnismäßig großen Raum und bedingen dadurch eine Grenze hinsichtlich
des engen Abstandes der Rohre der Schlangenglieder und damit auch hinsichtlich der
Heizfläche für die Raumeinheit zuungunsten eines solchen Vörwäriners mit glatten
Rohren.
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Um bei einem Vorwärmer dieser Art diesen Schwierigkeiten Rechnung
zu tragen, sind solche bekannt, bei denen die Rohrschlangen entweder aus geraden
Rohrsträngen gebildet werden, die an den Seiten des Heizschachtes in Reihen nebeneinander
durch querliegende Sammelkammern vereinigt sind, die wechselweise an gegenüberliegenden
Enden einen Rohrstutzen mit Rundflansch haben, von denen je zwei übereinanderliegende
durch senkrechte Krümmer verbunden sind, oder es sind Gruppen von U-förmigen Rohren
durch runde Rohrköpfe verbunden, die paarweise durch mittels Bügelverschlüsse befestigte
Krümmer bzw. Hauben miteinander verbunden sind.
In beiden Fällen
benötigt man demnach zwischen den Verbindungskrümmern und den glatten, geraden oder
U-förmigen Strängen der Rohrschlangen besondere geformte Zwischenstücke (prismatische
Sainnielkammern oder zylindrische Rohrköpfe) und in letze rein Falle eine schwierige
Biegearbeit der U-Rohre in zwei Ebenen, ohne trotzdem die erwünschte volle Ausnutzung
des Schachtquerschnittes für den Wärmeaustausch zu erreichen.
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\achteile sind «-eiter bei dein Vorwä riner finit angeschweißten Querkammern
die schwierige Reinigungsmöglichkeit des Rohrinnern und der erhöhte Gesamtdurchflußwiderstand
wegen der häufigen scharfen, doppelten Umlenkung iin rechten Winkel, für die der
Eintrittsöffnung nicht gegenüberliegenden Rohrstränge.
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Gemäß der Erfindung wird der größtmöglichste Wärmeaustausch unter
Vermeidung von Forniz«-isrhenstücken dadurch erreicht, daß die Rohrschlangen aus
U-förmigen, an der der Umkehrstelle der U-Schleifen gegenüberliegenden Seite durch
Gabelenden unmittelbar an die Rohrkriinimer angeschlossenen Rohrgliedern bestehen,
deren lösbare Verbinching finit den Rolirkriinimern mittels im wesentlichen dreieckigen
Flanschen erfolgt, «-obei die Roltrkriüniner mit verschiedener Schenkellänge paarweise
benachbart seitlich versetzt zueinander angeordnet sind. Zwar sind im wesentlichen
dreieckige Flanschen zum reihenweisen engen Anschluß von Überliitzerschlangen an
ihre Sammelkästen bekannt und ebenso Gabelrohre aus einem Stück für Dainpfüberhitzer
und für Kühlwände des Feuerraumes von Dampfkesseln und Feuerbuchsen. Im ersteren
Anwendungsfalle fehlt aber das Zusammentreffen der Dreiecksflanschen der Rohre mit
ebensolchen von Rolirkriiininern «-echselweise verschiedener Schenkellänge, und
in letzterem Falle ist das Gabelende, wie es für dampfführende Gabelrohre auch erwünscht
ist, in seinem Innenquerschnitt mindestens so groß wie der Gesamtquerschnitt der
vereinigten zwei oder mehr Gabelstränge. Insofern stellen die Schlangenrohrglieder
für den vorliegenden Schlangenrohrvorwäriner eine neue, durch die Erfindungsaufgabe
bedingte Baueinheit dar, cla bei ihnen die zwei oder mehr Gabelstränge aus einem
Stück mit einem Gabelende bestehen, dessen lichter Ouerschnitt nur die hälfte oder
weniger des erwähnten Gesamtquerschnittes beträgt. Damit wird gleichzeitig die erwünschte
Drosselung der vereinigten Wasserströme an jeder zweiten Umkehrstelle und die engstmöglichste
Aneinanderstellung der glatten Rohrstränge im @@'-iirmeaustauscliscliacht ermöglicht.
Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbeispiele eines als Speisewasservorwärmer dienenden
Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung.
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. Abb. i ist ein senkrechter Längsschnitt, :.` Abb.2 eine teilweise
geschnittene Endansicht nach der Linie 2-2 der Abb. i.
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Abb. 3 ist eine Ansicht nach Linie 3-3 der Abb. i.
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Abb.4 ist ein senkrechter Längsschnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform,
Abb. 5 eine teilweise geschnittene Endansicht nach Linie 5-5 der Abb. 4.
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Abb. 6 ist eine teilweise Endansicht nach Linie 6-6 der Abb. 4.
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Abb.7 zeigt in größerem Maßstabe eine Form der lösbaren Verbindung
nach den Abb. i und 2.
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Abb. 8 ist eine im rechten Winkel zu Abb. 7 gesehene, teilweise im
Schnitt dargestellte Ansicht., Abb.9 zeigt in größerem Maßstabe eine lösbare Verbindung
nach den Abb.4 und 5 und Abb. io eine Ansicht dazu im rechten Winkel.
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Der Vorwärmer nach den Abb. i, 2 und 3 zeigt senkrechte Platten io
und ioa, welche einen Heizgaskanal 12 begrenzen, innerhalb dessen eine große Anzahl
von Schlangenrohrgliedern 14 untergebracht sind. Das zu erhitzende Mittel, nach
dem Beispiel Speisewasser für einen Dampfkessel, wird den Einlaßenden der Schlangenrohrglieder
durch einen Sammler 16 zugeführt. Das vorgewärmte Speisewasser wird dann in einen
Auslaßsammler i8 abgeführt. Bei der dargestellten Ausführung besteht jedes Schlangenrohrglied
14 aus einer Anzahl gerader Rohrstränge 20. . Die Rohrstränge 2o sind beiderseits
durch die Platten io und ioa hindurchgeführt. Auf dem größten Teil dieser Länge
besteht jedes Glied 14 aus einem Bündel von Rohren 21, die zueinander gleichlaufen.
Mindestens an dem einen Ende sind indessen die einzelnen Rohre 21 jedes Gliedes
innerhalb des Heizgaszuges 12 zu einem gemeinsamen Gabelende Zia vereinigt, welches
durch die eine Stützplatte io hindurchtritt. Bei dem Beispiel der Abb. i bis 3 besteht
jedes Rohrschlangenglied aus drei gleichlaufenden Rohren 21, doch ist die Erfindung
auf diese Zahl nicht beschränkt. Vorteilhaft werden Gruppen von drei Rohren oder
Paare von zwei Rohren verwendet.
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An den Umkehrstellen außerhalb der Stützplatte ioa sind die geraden
Rohrstränge paarweise durch Umkehrbogen 24 verbunden, so daß die Hauptteile der
ganzen Schlangen zwischen den Vereinigungsstellen U-förmige Schleifen bilden. An
der Außenseite der
Stützplatte io sind die gemeinsamen Gabelenden
Zia durch lösbare Umkehrbogen 26 und 27 verbunden. Die Bogen 26 haben eine andere
Länge und Spannweite als die Bogen 27, weil die Schleifen wechselweise verschieden
angeordnet sind. Wie aus Abb.2 ersichtlich ist, sind die drei Rohre 21 jedes Bündels
2o so angeordnet, daß ihre Mittelachsen im Querschnitt ein Dreieck bilden, wobei
wechselweise die Spitzen und die Grundlinien der Dreiecke einander zugekehrt sind
(Abb. 2). Durch diese gegenseitige Anordnung wird erreicht, daß der Abstand der
einzelnen Rohre 21 zwischen ihren Mitten in der Richtung senkrecht zum Zuge der
Heizgase bei allen Rohren der gleiche ist. Die gemeinsamen Gabelenden Zia sind abwechselnd
durch die Umkehrbogen 26 und 27 verbunden. Um die lösbare Verbindung zwischen den
Umkehrbogen und den Gabelenden Zia zu sichern, .,werden durch Bolzen verbundene
Flanschen verwendet, und zwar vorteilhaft wird eine Verbindung mit drei Bolzen angeordnet.
Die Flanschen für diese Verbindungen sind bei 28 und 29 der Abb. i gezeigt. Die
Flanschen 118 sitzen an den Enden der lösbaren Umkehrbogen 26 und 27, während die
Flanschen 29 an den Gabelenden Zia sitzen. Die Flanschen 29 müssen lösbar sein und
sind daher nach dem Beispiel auf die Gabelenden Zia aufgeschraubt. Die Flanschen
28 können dagegen an dem Umkehrbogen 26 und 27 angeschweißt sein, wie aus Abb.8
ersichtlich. Die Dreibolzenflanschv erbindung ist deshalb besonders vorteilhaft,
weil sie das Kippen um die Verbindungslinie der Bolzen verhütet, wie dies eher bei
Flanschen mit zwei Bolzen vorkommen kann. Doch ist die Erfindung nicht auf die Anwendung
von Dreibolzenverbindungen beschränkt. Vorteilhaft wird ein Dichtungsring 30, wie
aus Abb.8 ersichtlich, eingefügt, doch ist dies ebensowenig wie die Dreibolzenverbindung
ein wesentliches Kennzeichen der Erfindung. An sich beansprucht eine solche Dreibolzenverbindung
mehr toten Raum seitlich der von den Heizgasen bestrichenen Vorwärmerflasche als
eine Zweiflanschenverbindung. Dadurch aber, daß gemäß der Erfindung die drei Rohre
jedes Bündels zu einem gemeinsamen Anschlußstück vereinigt sind, läßt sich die günstige
Dreibolzenverbindung anwenden und doch eine verhältnismäßig große wirksame Heizfläche
für die Raumeinheit des Vorwärmers auch bei einem Glattrohrvorwärmer gewinnen. Die
Anwendung eines Flansches mit drei Bolzen führt naturgemäß zu der Dreiecksform der
Flanschen selbst.
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Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß trotz der Dreibolzenflanschen
die Rohre 21 außer da, wo zum Einführen von Rohrreinigern oder Rußbläsern absichtlich
Gassen belassen sind, untereinander einen Abstand kleiner als zwei Rohrdurchmesser
zwischen ihren Mittellinien senkrecht zum Zuge der Heizgase haben und etwa zwei
Durchmesser oder wenig darüber zwischen ihren Mittellinien in Richtung des Zuges
der Heizgase. Es ist ersichtlich, wenn das zu erhitzende Mittel, im vorliegenden
Falle Wasser, durch die Schlangenglieder 14. vom Sammler 16 nach dem Sammler 18
strömt, die Gabelenden Zia jedesmal einen größeren Widerstand dem Durchfluß je Längeneinheit
bieten als die geraden Stränge 2o mit ihren Umkehrenden 2q.. Diese Gabelenden 2111
tragen mit dazu bei, eine ungleichmäßige Verteilung der zu erhitzenden Flüssigkeit
zwischen den verschiedenen Rohrbündeln 1d. zu verhüten. Vorteilhaft läßt sich diese
Wirkung der Gabelenden Zia noch dadurch steigern, daß bei gleichem Außendurchmesser
der Gabelenden mit den glatten Rohren die Wandstärke bei ersteren vergrößert wird,
wodurch der freie Durchgangsquerschnitt noch weiter verkleinert wird.
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Die hierdurch bedingte Verkleinerung des freien Querschnittes der
Gabelenden Zia verhindert indessen nicht die Benutzung von Rohrreinigern in den
Strängen 2o, ebensowenig wie dies der Fall ist durch die Verzweigung des Bündels
hinter den Gabelenden Zia mittels Rohrreinigern, die sowohl biegsam wie auch ausdehnungsfähig
sind, so daß sie sich beiden Bedingungen anpassen. Die Umkehrbogen 26 und 27 werden
vorzugsweise aus den gleichen Rohren wie die Gabelenden 21a genommen.
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Eine Schwierigkeit der Lösung der Flanschen 29 von irgendeinem Glied
14, wenn es sich darum handelt, das ganze Glied aus dem Heizgaszug herauszuziehen,
besteht nicht. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß die Flanschen 29 erforderlichenfalls
abgeschraubt werden können, da ein genügender Abstand zwischen den Gabelenden Zia
vorhanden ist, um an dem benachbarten Flansch 29 in einer gegebenen Querebene vorbeizukommen.
Da die Gabelenden 2111 der verschiedenen Glieder abwechselnd lang und kurz sind,
kommen die Flanschen 29 benachbarter Glieder 1q. in verschiedenen Ebenen quer zu
den Gliedern zu liegen, so daß die Flanschen benachbarter Glieder einer hinter dem
anderen gedreht werden können, obgleich sich ihre Projektionen, in der Ebene der
Platte io gesehen, überdecken.
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Der Heizgaszug 12 ist an beiden gegenüberliegenden Seiten durch die
Wandplatten io und ioa abgestützt, die vorteilhaft dazu dienen, einen großen Teil
des Gewichtes der
Schlangenglieder i4 aufzunehmen. Zu diesem Zwecke
bestehen die Wände io und ioa vorteilhaft aus Gußeisen von genügender Stärke, um
den auf sie fallenden Gewichtsanteil der Rohrschlangen aufzunehmen. In den meisten
Fällen ist der Abstand der Stützwände io und ioa allerdings so groß, daß es erforderlich
ist, die Zwischenstützwand iob einzufügen, die im übrigen die gleiche Ausbildung
hat wie die Wand ioa.
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Die Gabelenden 21a gehen durch Öffnungen in der Wand io, immer eines
durch eine Öffnung. Bei den Wänden ioa und iob ist indessen eine andere Ausbildung
erforderlich. Mit Rücksicht auf die Dreiecksform der Rohrbündel 2o erhalten die
Durchgangsöffnungen in den Platten ioa und iob für jedes Bündel eine dreieckige
Gestalt, wie aus Abb. 2 und 3 ersichtlich ist. Um die Einzelrohre des Bündels im
richtigen Abstand in den Wänden ioa und iob zu halten und das Gewicht besser auf
diese zu übertragen, sind sechskantige Abstandsscheiben 32 eingefügt. An der Dreiecksform
der Öffnung entstehen abgeschrägte Stege 34 zwischen den benachbarten Öffnungen
der Wände ioa und iob, so daß diese durch diese Öffnungen nicht zu sehr geschwächt
werden.
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Zu Abb. i ist zu bemerken, daß die Rohrstränge 2o jedes Bündels in
Reihengruppen zu sechs angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen den Reihengruppen
größer als zwischen den einzelnen Reihen ist, um hier eine Gasse zu bilden, durch
welche ein Rußbläser eingeführt werden kann. Äußere mit Wärmeschutz bekleidete Wände
35 schließen den Heizgaszug nach außen ab und verhüten eine ungünstige Abstrahlung,
wie aus den Abb. i bis 3 ersichtlich ist.
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Die Ausführungsform nach den Abb. 4, 5, <, 9 und io ist ähnlich
wie die vorbeschriebene, mit dem Unterschiede, daß die Rohrschlangen 2oa nicht aus
Bündeln zu drei, sondern nur aus Paaren von zwei Rohren 21 bestehen, die paarweise
zu einem gemeinsamen Gabelende 21a, ebenso wie bei Abb. i, vereinigt sind. Die Rohrstränge
verlaufen im wesentlichen waagerecht, doch ist wechselweise immer der eine Strang
zu dem darüber und darunter befindlichen versetzt, wie aus Abb. 5 und 6 ersichtlich
ist, so daß die Heizgase im Heizgaszug 12 gezwungen sind, geschlängelte Bahnen zu
verfolgen. Jedes Gabelende 21a tritt durch eine Öffnung in der Wand io. Außerhalb
dieser Wand sind die Gabelenden paarweise durch mit Flanschen versehene Umkehrbogen
2611, ähnlich wie bei Abb. i, miteinander verbunden. Infolge der versetzten Anordnung
der Rohrstränge 20a jedes Rohrpaares 14a liegen die Umkehrbogen 26a in Ebenen in
einem Winkel zur Senkrechten. An den den Gabelenden Zia gegenüberliegenden Enden
sind die einzelnen Rohrstränge 21 vorteilhaft durch angeschraubte Umkehrstücke 24a
miteinander verbunden, so daß [)-Schleifen entstehen und
immer zwei benachbarte
U-Schleifeo paarweise durch die lösbaren Umkehrbogen 266
verbunden sind. Die
Abstandsbildung der
Rohre 21 ist bei den Abb.4, 5 und 6, auf die Rohrdurchmesser
bezogen, im wesentlichen die gleiche wie bei den entsprechenden Rohren der Abb.
i, 2 und 3.
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Wo die Stränge 2oa durch die Zwischenwand iob hindurchtreten, sind
rautenförmige Öffnungen 36 durch Stege 34a getrennt vorgesehen (Abb. 5). In diesen
Öffnungen 36 sind die Rohre 21 jeder [)-Schleife durch eine Abstandsscheibe 37 abgespreizt.
An jeder Stelle, wo die Umkehrenden 24a durch die
Wand ioa hindurchtreten,
sind die Umkehrstücke einer [)-Schleife in eine Platte 38 eingesetzt, die auf der
Unterkante einer entsprechenden Öffnung 40 in der Wand ioa gleitend aufliegt, wodurch
das Einsetzen und Herausziehen der Stränge 20a erleichtert wird. Die Öffnungen 40
sind durch Stege 42 der Wand ioa getrennt, so daß diese nicht unnötig geschwächt
wird.
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Die Umkehrbogen 26a und die zugehörigen, lösbaren Verbindungen sind
in größerem Maßstab in den Abb.9 und io dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die
gegenseitige Versetzung der benachbarten Stränge 2o°, um die Heizgase in dem Heizgaszug
12 der Abb. 4 in eine geschlängelte Bahn zu zwingen, zur
Folge hat, daß die
Umkehrbogen 26a schräg zur Senkrechten liegen, statt senkrecht wie die Umkehrbogen
26 und 27 der Abb. i und 2. Bei der dargestellten Anordnung können die dreieckigen
Flanschen 28 und 29 der zu-
gehörigen Umkehrbogen 26a und Gabelenden Zia hinter
den Flanschen des benachbarten Gliedes gedreht werden, da die Glieder
im
genügenden Abstand voneinander liegen, um' dies zu erlauben. Die Gabelenden
Zia der paarweise verbundenen Stränge 209, die durch die Umkehrenden 24a zu .U-Schleifen
verbunden sind, haben eine verschiedene Länge, so daß die Flanschen der Gabelenden
Zia der einen U-Schleife ungehindert gedreht
werden können, da sie in verschiedenen
Ebenen liegen. Dagegen liegt eine solche Behinderung bei der Ausführungsform nach
den Abb. 4, 5 und 6 zwischen den Flanschen der Gabelenden 21a und den benachbarten
U-Schleifen vor. Ist es erwünscht, eine solche U-Schleife herauszuziehen, so ist
es hier nach
dem Abschrauben des lösbaren Umkehrbogens 26a notwendig, eine
solche U-Schleife in der Längsrichtung so weit zu verschieben, daß
ihre Flanschen
von der benachbarten
U-Schleife freikommen, worauf sie abgeschraubt
und entfernt werden können.
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Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß ein Wärmeaustauscher gemäß
der Erfindung trotz der Verwendung glatter Rohre ohne Rippenheizflächen eine große
Heizfläche fürdie Raumeinheit im Heizgaszug unterzu-.-bringen gestattet und gleichzeitig
die Anwendung von Dreibolzenflanschen für die lösbare Verbindung der entfernbaren
Umkehrbogen erlaubt. Hierzu kommt noch der bereits erwähnte Vorteil der Sicherung
einer gleichmäßigen Verteilung der zu erhitzenden Flüssigkeit. Obgleich es vorteilhaft
ist, für die vereinigten Bündel oder Paare der Schlangenrohre an der einen Seite
Umkehrbogen oder Umkehrenden 24 bzw. 114a zu verwenden, die aus einem Stück mit
ihnen bestehen, ist dies kein notwendiges Merkmal der Erfindung. Die, Rohre können
auch an dieser Seite gegabelt und, wie an der anderen Seite, durch Krümmer 26, 27
bzw. 26d verbunden sein.