DE69201233T2

DE69201233T2 - Wärmetauschvorrichtung.

Info

Publication number: DE69201233T2
Application number: DE69201233T
Authority: DE
Inventors: Akira Nemoto; Minoru Yamada
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-11-20
Filing date: 1992-11-20
Publication date: 1995-06-22
Anticipated expiration: 2012-11-21
Also published as: JPH05141891A; KR930010517A; KR950014053B1; US5318109A; EP0543400B1; DE69201233D1; JP2635869B2; EP0543400A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, der benutzt wird für einen Wärmegewinnungs-Dampfgenerator in einem kombinierten Kreislauf-Leistungserzeugungswerk oder einem Konvektionsabschnitt und besteht aus einem Überhitzer, Nacherhitzer, Vorwärmer und dergleichen eines Auslaßabschnitts, eines großen Leistungserzeugungs- Strahlungsdampfkessels. Bei solch einem Wärmegewinnungs- Dampfgenerator oder Konvektionssystem ist eine Anzahl von Röhrenbänken angeordnet in Reihen in einer Gaspassagenführung in einer Richtung normal zu einer Gasflußrichtung, und insbesondere eine bei der das Intervall eines Raumes zwischen gegenseitig nebeneinanderliegenden Röhrenbänken geringer ist als acht mal der Tiefe einer Röhrenbank, angeordnet auf einer oberstromigen Seite, und eine Resonanzverhinderungs-Prallplatte zum Verhindern mehrerer Röhrenbänke-Verbundresonanzen ist angebracht an jeder der Röhrenbänke. Die Tiefe ist ein Abstand von der Mittenachse der auf der oberstromigsten Seite angeordneten Röhre bis zur Mittenachse der auf der unterstromigsten Seite angeordneten Röhre, wie später beschrieben werden wird.
Figur 6 zeigt eine schematische Ansicht zum Zeigen einer allgemeinen Struktur eines Vieldruck-Typ- Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerators mit natürlicher Zirkulation, bei dem Abgas von einer Gasturbine oder dergleichen zunächst in einer Gaspassagenführung 1 eines Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerators des natürlichen Zirkulationstyps fließt und dann in einen SCR (selektiver katalytischer Reaktor) 4 durch einen Überhitzer 2 und einen Hochdruckverdampfer 3 fließt. In dem SCR 4 wird Stickstoffoxyd in dem Abgas entfernt. Das Abgas, das entladen wird von dem SCR 4, tritt darauffolgend durch einen Hochdruckvorwärmer 5, einen Niedrigdruckverdampfer 6 und einen Niedrigdruckvorwärmer 7 und wird dann einen Wärmeraustauschbetrieb unterworfen mit Flüssigkeit innerhalb der Röhren, die die jeweiligen Röhrenbänke bilden. Nach dem Wärmeaustauschbetrieb wird das Abgas entladen in die Atmosphäre durch beispielsweise einen Schornstein. Ein Hochdruckdampf und ein Niedrigdruckdampf, die während des obigen Prozesses erzeugt werden, werden benutzt zum Antreiben einer Quelle einer Dampfturbine oder einer Hilfswärmequelle beispielsweise. In Figur 6 bezeichnet Bezugszeichen 8 eine Hochdruck-Dampftrommel, und Bezugszeichen 9 zeichnet eine Niedrigedruck-Dampftrommel.
Die jeweiligen Röhrenbänke des Vieldrucktyp- Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerators mit natürlicher Zirkulation der oben beschriebenen Art sind aufgebaut aus einer Anzahl von Röhren 10, wie schematisch gezeigt in Figuren 7 und 8, die sich in einer Richtung normal zur Flußrichtung des Abgases erstrecken. Die Röhrenanordnung (Array) oder das in Figur 7 gezeigte Layout kann ein In- Line-Array genannt werden, und die Röhrenanordnung oder das in Figur 8 gezeigte Layout kann ein gestaffeltes Array genannt werden. Normalerweise wird der Röhrenabstand in der Abgasflußrichtung dargestellt durch PL, und ein Röhrenabstand in der Richtung normal zur Gasflußrichtung wird dargestellt durch PT.
Die Röhren 10 sind angeordnet, wie in Figur 9 gezeigt, in einer Abgasführung 1, welche besteht aus und getrennt ist von einem externen Abschnitt durch Führunsseitenwände 11, eine Führungsoberwand 11 und eine Führungsunterwand 13.
Wenn die Röhrenbänke benutzt werden für den Abgaswärmerückgewinnungs-Dampfgenerator des Typs mit natürlicher Zirkulation, kann eine gerippte Röhre 15, gebildet durch Sichern einer Rippe 14 an der Röhre 10, wie gezeigt in Figur 10, benutzt werden zum Vergrößern des Wärmetransfer-Oberflächenbereichs 10. Es ist ein wohlbekanntes Phänomen, daß, wenn eine externe Flüssigkeit in solchen Röhrenbänken fließt, ein Wirbel, genannt der von Kerman's Wirbel, periodisch erzeugt wird mit einem Rückfluß in den Röhren 10.
Eine Erzeugungsfrequenz fK (Hz) solch eines Wirbels ist durch die Gleichung gegeben:
fK = F V/D (1)
(S = Strouhalzahl (0,2 im Falle einer einzelnen Röhre, aber verschieden im Fall von Röhrenbänken in Übereinstimmung mit einem Röhrenarray); V: Spaltflußgeschwindigkeit (Flußgeschwindigkeit an einem Intervall zwischen den Röhren) (m/s); D: Außendurchmesser (m) der Röhre).
Dabei gibt es einen natürlichen Schwingungsmodus, der bestimmt wird durch die physikalischen Eigenschaften de Gases zwischen den Führungsseitenwänden, normal zur Gasflußrichtung und Röhrenachse, und seine Frequenz fn (Hz) wird folgendermaßen dargestellt (in den Fall des Gases wird diese Frequenz als die Frequenz der stehenden Wellenschwingung bezeichnet).
fn = nc/2L (2)
(n = 1, 2, 3 --; c: Schallgeschwindigkeit (m/s); L: Breite zwischen Führungsseitenwänden).
In Gleichung (2) hängt die Schallgeschwindigkeit c ab von einer Temperatur des Gases der externen Flüssigkeit der Röhre.
Figur 11 zeigt die akustische Resonanz für den Primärmode (den Primärmode) auf der Oberseite davon und die akustische Resonanz für den Sekundärmode (den Sekundärmode) auf der Unterseite davon, wobei a einen Knoten darstellt, während b eine Schleife darstellt.
Wenn sich die Belastung der Gasturbine ändert, ändert sich die Temperatur und die Flußgeschwindigkeit des Abgasflusses von der Gasturbine, und in einem Fall, in dem eine Röhrenbank angeordnet ist, in der die Erzeugungsfrequenz fK des durch den Rückfluß der Röhrenbank verursachten Wirbels im wesentlichen übereinstimmt mit der Frequenz der stehenden Wellenschwingung fn, wird eine akustische Schwingung, sogenannte akustische Resonanz, zwischen den Führungsseitenwänden in der Richtung normal zur Flüssigkeitsflußrichtung und der axialen Richtung der Röhre erzeugt, was in einer Erzeugung von Geräuschen resultieren kann, welche einen Umgebungsbereich stören kann und somit nicht erwünscht sind. Weiterhin kann in einem Fall, in dem die Frequenz zur Resonanzerzeugungszeit einen Wert nahe der natürlichen Frequenz der Struktur ist, eine Vibration in einer Richtung horizontal zu den Führungsseitenwänden oder der Röhre verursacht werden.
Zum Vermeiden solcher Mängel werden gemäß dem Stand der Technik, z.B. BE-A-655 900, wie gezeigt in Figur 12, Prallplatten 16 zum Verhindern der Erzeugung der akustischen Resonanz eingesetzt in die Röhrenbänke 15 durch Teilen der Führungsplatte mit einer Tiefe, die im wesentlichen gleich ist der Tiefe der Röhrenbank. In Figur 12 ist das gestaffelte Röhrenarray gezeigt als ein Beispiel, und zwei Prallplatten 16 sind eingesetzt, um eine Erzeugung des akustischen Resonanzphänomens bis zum Sekundärmode zu verhindern.
Bei dieser Anordnung der Prallplatten 16 kann eine akustische Resonanz verhindert werden in dem Fall der Einzelröhrenreihe. Im Fall jedoch, wie gezeigt in Figur 13, eines Wärmetauschers, der aufgebaut ist aus einer Vielzahl von Röhrenbänken, wurde die Erfahrung gemacht, daß solche akustische Resonanzen nicht vermieden werden können durch bloßes Einsetzen solcher Prallplatten 16.
Figur 14 ist eine Darstellung zum Zeigen des Einflusses der Anzahl der Reihen der Röhrenbänke 15 auf die akustische Resonanz, und in der Darstellung sind Beispiele von 6 Reihen, 4 Reihen und 3 Reihen der Röhrenbänke gezeigt. Wie aus dieser Darstellungs ersichtlich, gibt es in den Fällen von 6 Reihen und 4 Reihen Abschnitte, an denen Klangendrucke hervorkragen, und somit die akustische Resonanz verursachen, aber in dem Fall von 3 Reihen wird keine Resonanz verursacht. Jedoch wurde durch ein Experiment herausgefunden, daß die akustische Resonanz verursacht wird, wenn solche 3 Reihen der Röhrenbänke in Mehrzahlen angeordnet sind. Solche akustische Resonanz, die verursacht wird bei der Anordnung einer Vielzahl der Röhrenbänke, wird hierin als Vielbankröhren-Verbundresonanz bezeichnet werden.
Figur 15 ist eine Darstellung zum Darstellen der Beziehung zwischen dem Intervall der Spaltabschnitte der Vielzahl von Röhrenbänken und der Klangdruckpegel-Erhebungskomponenten bei der Erzeugung der akustischen Resonanz in einem Fall, in dem zwei Röhrenbänke angeordnet sind, und die Klangdruckpegel-Erhebungskomponente ist gezeigt durch die Ordinate bei der Erzeugung der akustischen Resonanz, und Werte, die erhalten werden durch Teilen des Intervalls des Spalts zwischen den Röhrenbänken durch die Tiefe der Röhrenbank, die angeordnet ist auf der oberstromigen Seite, sind durch die Abszisse gezeigt. Die Tiefe der Röhrenbank ist der Abstand von der Mittenachse der auf der unterstromigsten Seite angeordneten Röhre zur Mittenachse der auf der oberstromigsten Seite angeordneten Röhre.
Wie aus Figur 15 ersichtlich, wird in einem Fall, in dem ein Wert, der erhalten wird durch Teilen des Spaltabstandes durch die Tiefe der Röhrenbank, die auf der oberstroigsten Seite angeordnet ist, geringer ist als acht Male, das Erheben des Klangdruckpegels nicht beobachtet, aber in dem Fall von weniger als acht Malen wird das Erheben des Klangdruckpegels beobachtet. Angesichts dieses Phänomens wird es betrachtet, daß dieses Phänomen im wesentlichen als gleiches wie das im Fall der Einzelröhrenreihe erzeugt wird im Fall, daß der Spaltabstand zwischen der Röhrenbank auf der oberstromigen Reihe und der Röhrenbank auf der unterstromigen Seite weniger als achtmal der Tiefe der Röhrenbank auf der oberstromigen Seite beträgt. In dem Fall der Einzelröhrenreihe wurde experimentell gezeigt, daß die akustische Resonanz nicht verhindert werden kann in einem Fall, in dem ein Spalt existiert zwischen den resonanzverhindernden Prallplatten, die in die Röhrenbank eingesetzt sind.
Zusätzlich wurde bestimmt, daß der Rauschpegel steigen wird, wenn die Röhrenbänketiefe LA auf der oberstromigen Seite in Figur 15 gleich ist und der Spalt LB des Aushöhlungsabschnitts kurz ist, und ähnlicher Weise, daß der Rauschpegel ebenfalls ansteigen wird, wenn die Röhrenbänketiefe LA auf der oberstromigen Seite tief ist und wenn der Spalt LB des Aushöhlungsabschnitts gleich ist.
Weiterhin verhalten sich sogar im Fall der Vielzahl von Röhrenbänken diese Röhrenbänke jeweils wie eine einzelne Röhrenbank im Fall, daß der Spalt oder Abstand zwischen den oberstromigen und unterstromigen Röhrenbänke nicht mehr als achtmal der Tiefe der oberstromgien Röhrenbank beträgt.
Aus der GB-A-1 056 736 ist ein Gasdurchtritt für einen rechtwinkligen Querschnitt mit Einrichtungen zum Eliminieren von Schwingungen bekannt. Darin sind fortgeführte Prallplatten angeordnet in primären Überhitzer-Abschnitten, um somit eine Vielzahl paralleler Durchtrittswege zu bilden, durch welche die Verbrennngsgase in speparater Weise durchtreten können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, im wesentlichen die Mängel oder Nachteile zu beseitigen, die beim Stand der Technik auftreten und einen verbesserten Wärmeaustauscher zu schaffen, der eine Vielzahl von Röhrenbänken beinhaltet, und in der Lage ist, effektiv die Erzeugung des Vielbankröhren- Verbundresonanzphänomens zu verhindern, welches wahrscheinlicher Weise verursacht wird in dem Wärmetauscher, der aus einer Vielzahl von Röhrenbänken aufgebaut ist, welche sich in einer Richtung normal zu einer Abgasrichtung erstrecken.
Diese und andere Aufgaben können gelöst werden gemäß Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung.
Die Vielzahl von Röhrenbänken besteht aus zwei Röhrenbänken mit oberstromigen Röhrenbänken und unterstromigen Röhrenbänken bezüglich der Gasflußrichtung.
In einer modifizierten Ausführungsform besteht die Viehlzahl von Röhrenbänken aus drei Röhrenbänken mit den oberstromigen Röhrenbänken, den unterstromigen Röhrenbänken und mittleren Röhrenbänken, angeordnet in Reihen bezüglich der Gasflußrichtung. Jede der Prallplatten, die angeordnet ist in den mittleren Röhrenbänken, hat eine Erstreckung, die ausgeht von einem Zentrum einer oberstromigsten Röhre in den mittleren Röhrenbänken und hat eine Länge, die mehr als zweimal einen Röhrenabstand in der Gasflußrichtung ist, und eine Erstreckung, die ausgeht von einem Zentrum einer unterstromigsten Röhre in den mittleren Wärmetauscherröhrenreihen und mit einer Länge von mehr als zweimal eines Röhrenabstands der Gasflußrichtung.
Zumindest zwei Prallplatten sind angeordnet in den oberstromigen, mittleren und unterstromigen Röhrenbänken.
Bei der Ausführungsform des Wärmetauschers der oben beschriebenen Struktur kontaktiert die maximale Erstreckung am Ende von einer Prallplatte einer Röhrenbank nicht die maximale Erstreckung am Ende von einer Prallplatte von benachbarten Röhrenbänken.
Gemäß dem Wärmetauscher der oben beschriebenen Struktur kann auf den unterstromigen Röhrenbänken und oberstromigen Röhrenbänken, die neben den unterstromigen liegen, die akustische Schwingung, d.h. das akustische Resonanzphänomen, auf einen vorbestimmten Modus unterdrückt werden an Einlaß - und Auslaßabschnitten der Röhrenbank, und entsprechend den Prallplatten mit Erstreckungen auf der oberstromigen Seite und der unterstromigen Seite der oben erwähnten Röhrenbänke, wodurch die Koinzidenz der natürlichen Frequenz einer akustische Schwingung mit der Frequenz des erzeugten Wirbels an dem Rückflußabschnitt der Röhrenbank verhindert werden kann und die Erzeugung einer horizontalen Schwingung einer Führng und der Röhren sowie die Erzeugung von Geräuschen aufgrund von Resonanz ebenfalls verhindert werden können.
Die Natur und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden klarer gemacht werden durch die vorliegende Beschreibung im Zusammenhang mit der begleitenden Zeichnung.
Die Figuren zeigen im einzelnen:
Figur 1 eine horizontale Querschnittsansicht zum Zeigen einer Anordnung von Röhrenbänken eines Wärmetauschers einer Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 einen erhobenen Abschnitt zum Zeigen des Wärmetauschers von Figur 1;
Figur 3 eine Ansicht ähnlich der von Figur 1, aber bezogen auf eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 4 eine Darstellung zum Zeigen eines experimentellen Resultats auf Klangdruckpegeländerungen in dem Wärmetauscher nach der vorliegenden Erfindung und dem nach dem Stand der Technik;
Figur 5 eine Darstellung zum Zeigen der Änderungen eines Erniedrigungsbetrages des Klangdruckpegels zur Zeit der Erzeugung einer Resonanz, wobei die Erstreckung einer Prallplatte ein Parameter ist;
Figur 6 eine schematische Illustration zum Zeigen einer Gesamt struktur eines allgemeinen Vieldrucktyp-Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerators mit natürlicher Zirkulation;
Figuren 7 und 8 Anordnungen von Röhren in einem allgemeinen Wärmetauscher;
Figur 9 einen Querschnitt des Wärmerückgewinnungswert des Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerators von Figur 6;
Figur 10 eine perspektivische Ansicht einer gerippten Röhre;
Figur 11 eine Ansicht zum Zeigen einer Primär- und Sekundärmode einer Geschwindigkeitskomponente einer akustischen Schwingung in einer Gaspassagenführung;
Figur 12 eine horizontale Querschnittsansicht zum Zeigen eines Beispiels eines Wärmetauschers nach dem Stand der Technik, der versehen ist mit akustische Vibration verhindernden Prallplatten;
Figur 13 eine Ansicht, die ähnlich ist der von Figur 12, aber sich auf ein anderes Beispiel bezieht;
Figur 14 eine Darstellng zum Zeigen eines Einflusses der Anzahl von Reihen der Röhrenbänke auf die akustische Resonanz; und
Figur 15 zum Darstellen einer Beziehung zwischen einem Intervall zwischen der Vielzahl von Röhrenbänken und dem Erheben des Klangdruckpegels zur Zeit einer Erzeugung der akustischen Resonanz.
Bevorzugte Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung werden im weiteren beschrieben werden mit Bezug auf Figuren 1 bis 5.
Figur 1 zeigt eine Anordnung der zwei Röhrenbänke 21a und 21b, angeordnet in Reihen, einschließlich Röhren 15, die in einem gestaffelten Zustand angordnet sind, in einer Gaspassagenführung 11. Beide Röhrenbänke 21a und 21b sind versehen mit zwei Resonanzverhindernden Prallplatten 22 durch Teilen der Führungsbreite zum Verhindern von Vielbankröhren-Verbundresonanz in dem Sekundärmode.
Wie in Figur 2 gezeigt, sind die Prallplatten 22 angeordnet an einer Führungsoberwand 12 und einer Führungsunterwand 13 über die gesamte Länge dazwischen parallel zur Achse der Röhre 15 und weiterhin parallel zur Flußrichtung des Abgases, wie gezeigt in Figur 1. Die Prallplatten 22 auf der oberstromigen und unterstromigen Seite sind angeordnet auf der gleiche Axiallinie der Gasflußrichtung.
Bei der vorliegenden Ausführungsform, wie gezeigt in Figur 1, hat, wenn ein Röhrenabstand der oberstromigen Röhrenbank 21a bezüglich des Abgasflusses bestimmt ist zu PL1 und der der Röhrenbank 21b der unterstromigen Seite bestimmt ist zu PL2, die Prallplatte 22, die angeordnet ist in der oberstromigen Röhrenbank 21a eine Unterstromseitenerstreckung der Länge von zumindest zweimal PL1 von dem Zentrum der unterstromigsten Röhre 15 in der Röhrenbank 21a, während die Prallplatte 22, die angeordnet ist in der unterstromigen Röhrenbank 21b eine Oberstromseitenerstreckung einer Länge von zumindest zweimal PL2 hat von dem Zentrum von der oberstromigsten Röhre 15 in der Röhrenbank 21b.
Weiterhin ist bestimmt, daß die maximale Erstreckungslänge oder der Erstreckungspunkt der Prallplatte 22 nicht bis zu einem Punkt reicht, an dem die gepaarten Prallplatten 22, die in der jeweiligen Röhre angeordnet sind, miteinander interferieren, d.h. einem Punkt, an dem diese Prallplatten 22 einander kontaktieren.
Figur 3 repräsentiert eine weitere Ausführungsform zum Zeigen einer Anordnung von drei Röhrenbänke, wobei zwei Resonanzverhinderungsprallplatten 22 angeordnet sind in jeder dieser Röhrenbänke 21a, 21b und 21c, die jeweils in Reihen angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform hat, wenn ein Röhrenabstand der oberstromigsten Röhrenbank 21a bezüglich des Abgasflusses bestimmt ist zu PL1, ein Röhrenabstand der Röhrenbank 21b der unterstromigsten Seite bestimmt ist zu PL4, ein Röhrenabstand der Röhre der mittleren Röhrenbank 21c auf der oberstromigsten Seite bestimmt ist zu PL2 und ein Röhrenabstand der Röhre dieser Röhrenbank 21c auf der unterstromigsten Seite bestimmt ist zu PL3, die Prallplatte 22, die angeordnet ist auf der oberstromigsten Röhrenbank 21a, eine Unterstromseitenerstreckung der Länge von zumindest zweimal PL1 von dem Zentrum der unterstromigsten Röhre 15 in der Röhrenbank 21a. Die Prallplatte 22, die angeordnet ist in der mittleren Röhrenbank 21c, hat eine Oberstromseitenerstreckung der Länge von zumindest zweimal PL2 von dem Zentrum der oberstromigsten Röhre 15 in der Röhrenbank 21c und hat ebenfalls eine Unterstromseitenerstreckung in der Länge von zumindest zweimal PL3 von dem Zentrum der unterstromgisten Röhre 15 in dieser Röhrenbank 21c. Die Prallplatte 22 der unterstromigsten Röhrenbank 21b hat eine Oberstromseitenerstreckung vorkragend zur Oberstromseite um die Länge von zumindest zweimal PL4 von dem Zentrum der oberstromigsten Röhre 15 in der Röhrenbank 21b.
Mit Bezug auf die Wäremetauscher, die gezeigt sind in Figuren 1 und 3, kann die akustische Schwingung bis zum Sekundärmode unterdrückt werden durch die Prallplatten 22, die vorkragen in die Spalte, die gebildet sind zwischen beiden Röhrenbänke 21a und 21c auf beispielsweise der unterstromigen Seite der Röhrenbank 21a und auf der oberstromigen Seite der Röhrenbank 21c, die neben der oben erwähnten Röhrenbank 21a auf ihrer unterstromigen Seite liegt. In diesem Bereich kann verhindert werden, daß die natürliche Frequenz der akustischen Schwingung in Übereinstimmung steht mit der Frequenz aufgrund des Wirbels, der erzeugt wird beim Rückfluß der Röhrenbänke. Dementsprechend kann die Erzeugung von Rauschen, das durch akustische Resonanz verursacht wird, bemerkenswerter Weise unterdrückt werden.
Zusätzlich werden aufgrund der Tatsache, daß die Prallplatten, die angeordnet sind in der oberstromigen Röhrenbank und die Prallplatten, die angeordnet sind in der unterstromigen Röhrenbank, getrennt sind durch Spalte gebildet sind zwischen beiden Röhrenbänken, die Abgase, die separat von jeder Reihe kommen, in den Spalten vermischt. Somit sind die Temperatur und die Flußgeschwindigkeit der Abgase im wesentlichen gleichförmig am Einlaßende der unterstromigen Röhrenbank. Demzufolge wird die Abnahme des Wärmeaustauschvermögens an der unterstromigen Röhrenbank bemerkenswerter Weise verhindert.
Figur 4 ist eine Darstellung zum Zeigen experimenteller Resultate für die Änderung des Klangdruckpegels bezüglich der annähernden Geschwindigkeit des Abgasflusses zu den Röhrenbänken. In der Darstellung von Figur 4 bezeichnet der Buchstabe A einen Fall, in dem keine Prallplatte angeordnet ist, der Buchstabe B repräsentiert einen Fall, in dem herkömmliche Prallplatten angeordnet sind, und der Buchstabe C repräsentiert einen Fall gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie aus Figur 4 ersichtich, beinhaltet der Fall A einen Bereich, in dem der Klangdruckpegel schnell ansteigt, was zeigt, daß das akustische Resonanzphänomen verursacht wird. Der Fall B beinhaltet ebenfalls einen Bereich, in den das akustische Resonanzphänomen verursacht wird, obwohl der Klangdruckpegel kleiner ist um etwa 10dB im Vergleich mit dem Fall A. Im Gegensatz dazu beinhaltet der Fall C, der die vorliegende Erfindung darstellt, keinen Bereich, in dem der Klangdruckpegel schnell veränderlich ist, was zeigt, daß im wesentlichen kein akustisches Resonanzphänomen verursacht wird, und zusätzlich wird herausgefunden werden, daß der Klangdruckpegel im Fall C beträchtlich kleiner ist um etwa 25dB als der für den Fall A.
Mit weiterem Bezug auf Figur 4 wird beobachtet, daß der Klangdruckpegel, der verursacht wird in einem Abschnitt, an ddem die annähernde Geschwindigkeit etwa 10 m/s ist, kleiner ist als der der verursacht wird an einem Abschnitt, an dem die annähernde Geschwindigkeit etwa 20 m/s ist, aber dies stellt kein spezifisches Problem dar, da eine Rauschcharaktieristik an dem Abschnitt, an dem die annähernde Geschwindigkeit etwa 20 m/s ist, im allgemeinen weißes Rauschen genannt wird und der Klangdruckpegel schnell abnimmt mit einem Abstand von der Klangquelle. Andererseits ist die Charakteristik des Resonanzklangs, der erzeugt wird an dem Abschnitt, an dem die annähernde Geschwindigkeit etwa 10 m/s ist ein reiner Klang und beinhaltet niedrige Frequenzen, so daß der Klangdruckpegel nicht schnell abnimmt, sogar mit Abstand von der Klangquelle und dies ist beispielsweise die Ursache von Rauschproblemen bei dem elektrischen Leistungwerk. Jedoch gibt es gemäß der Ausnutzung der vorliegenden Erfindung, wie gezeigt in Figur 4 als Fall C, nicht solch einen Punkt, an dem der Klangdruckpegel schnell geändert ist, und solche Rauschprobleme werden nicht verursacht.
Figur 5 ist eine Darstellung zum Zeigen experimenteller Resultate, bei denen die Experimente durchgeführt werden bezüglich des Betrages einer Erniedrigung des Klangdruckpegels bei der Erzeugung einer akustischen Resonanz mit einem Parameter von BL zum Darstellen der Länge einer Erstrekcung von einer zentralen Achse der Röhre auf der unterstromigsten Gasflußseite von der Prallplatte. In Figur 5 stellt die Achse eine Abszisse einen Wert dar, der erhalten wird durch Teilen der Erstreckungslänge BL der Prallplatte durch den Röhrenabstand PL der Röhrenreihen in der Gasflußrichtung, und die Achse der Ordinate stellt die Differenz in Klangdruckpegeln dar zwischen dem Fall, in dem die akustische Resonanz erzeugt wird in dem Fall, in dem eine akustische Resonanz erzeugt wird.
Wie aus Figur 5 ersichtlich, nimmt die Differenz in den Klangdruckpegeln schrittweise ab, bis die Erstreckungslänge BL der Prallplatte, d.h. Achse der Abszisse, zweimal der Röhrenabstand BL der Röhrenbank in der Abgasflußrichtung, und in dem Fall von mehr als zwei Malen ist die Differenz in den Klangdruckpegeln im wesentlichen verschwindend. Dies zeigt die Tatsache, daß der Ort der Prallplatte mit einer Erstreckung, wie gezeigt in Figuren 1 und 3, den Klangdruckpegel unterdrücken oder regulieren kann und insbesondere daß die akustische Resonanz unterdrückt werden kann durch Erstrecken der Prallplatte durch Setzen der Erstreckungslänge BL der Prallplatte auf zweimal den Röhrenabstand PL der Röhrenbank in der Gasflußrichtung.
Wie verstanden wird aus den in Figuren 4 und 5 gezeigten experimentellen Resultaten, kann die Erzeugung von Vielbankröhren-Verbundresonanz verhindert werden durch Anordnen der Prallplatten der oben beschriebenen Struktur und gemäß der vorliegenden Erfindung.
In einem Fall, wo vier oder mehr als vier Röhrenbänke angeordnet sind, werden die Prallplatten mit der Struktur im wesentlichen gleich der des Falles von drei Röhrenbänken angeordnet. Da weiterhin die Erzeugung der Resonanz preliminär vorhersagbar ist aus der Temperatur des Abgases und dem Layout der Röhrenbänke, wird es nicht notwendig sein, die Prallplatten gemäß der vorliegenden Erfindung auf alle Röhrenbänke anzuordnen in einem Fall, in dem eine große Anzahl von Röhrenbänken, wie z.B. im Fall des Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerators mit natürlicher Zirkulation vorliegen, und solche Prallplatten können angeordnet werden an die Mehrzahl der Röhrenbänke, die angeordnet sind an den Vorder- und Hinterenden der Röhrenbänke, wo die Erzeugung der Resonanz vorhergesagt werden wird.
Bei der obigen Ausführungsform ist ein bevorzugtes Beispiel eines Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerators ein bevorzugtes Beispiel eines Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerators und des natürlichen Zirkulationstyps beschrieben, aber die vorliegende Erfindung kann angewendet werden auf eine beliebige Art von Wärmetauschersystem. Beispielsweise sind eine Vielzahl von Röhrenbänken angeordnet in der Gaspassagenführung in einer Wärmetauschervorrichtung, wie z.B. einem Überhitzer, Nacherhitzer, Vorwärmer oder dergleichen, bildend eine Konvektionswärme- Transferoberfläche an dem Auslaßabschnitt eines Strahlungsdampfkessels, benutzt für ein großes Leistungserzeugungswerk, wie im Fall des Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerators. In solch einem Fall kann die Vielreihenröhren-Verbundresonanz verhindert werden durch Anordnen der Prallplatten der Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung. Weiterhin ist in der vorliegenden Erfindung eine gerippte Röhre erwähnt, aber die vorliegende Erfindung ist selbstverständlich anwendbar auf eine Röhrenbank bestehend aus gewöhnlichen blanken Röhren ohne Rippen.
Bezugszeichen in den Patentansprüchen dienen dem besseren Verständnis und sollen den Schutzumfang nicht beschränken.

Claims

1. Wärmetauschervorrichtung mit einer Vielzahl von Röhrenbänken (21), angeordnet in Reihen, jeweils mit einer Vielzahl von Röhren (15), angeordnet in einer Richtung normal zu einem Abgasfluß in einer Gaspassagenführung (11), wobei ein Raumintervall zwischen gegenseitig benachbarten Röhrenbänken in der Gasflußrichtung geringer ist als acht mal einer Tiefe einer Röhrenbank, angeordnet auf einer Oberstromseite bezüglich des Gasflusses, und Prallplatten (22) angeordnet sind in den jeweiligen Röhrenbänken in einer Richtung parallel zum Gasfluß in jeder der jeweiligen Röhrenbänke durch Teilen der Breite der Gaspassagenführung (11), und die Prallplatten (22), die angeordnet sind in einer der Röhrenbänke und die Prallplatten (22), die angeordnet sind in der weiteren benachbarten Röhrenbank, diskontinuierlich bezüglich einander sind, unabhängig entworfen zum Verhindern von Vielbankröhren-Verbundresonanz, und wobei jede der Prallplatten (22), die angeordnet ist in einer oberstromigen Röhrenbank (21a), eine Erstreckung hat sich erstreckend von einem Zentrum der unterstromigsten Röhre (15) in der oberstromigen Röhrenbank (21a) und mit einer Länge von zweimal einem Röhrenabstand in der Gasflußrichtung, und wobei jede der Prallplatten (22), die angeordnet ist in einer unterstromigen Röhrenbank (21a) eine Erstreckung hat, die sich erstreckt von einem Zentrum der oberstromigsten Röhre (15) in der unterstromigen Röhrenbank (21b) und mit einer Länge von mehr als zweimal einem Röhrenabstand in der Gasflußrichtung, wodurch ein Spalt innerhalb des Raums definiert wird zwischen Endabschnitten der Prallplattenerstreckungen der oberstromigen Röhrenbank und Endabschnitten der Prallplattenerstreckungen der benachbarten unterstromigen Röhrenbank.

2. Wärmetauschervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Röhrenbänken besteht aus zwei Röhrenbänken mit einer oberstromigen Röhrenbank (21a) und einer unterstromigen Röhrenbank (21b) bezüglich der Gasflußrichtung.

3. Wärmetauschervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Prallplatten (22) angeordnet sind in jeder der oberstromigen und unterstromigen Röhrenbänke (21a, 21b).

4. Wärmetauschervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Röhrenbänken zusammengesetzt ist aus drei Röhrenbänken mit einer oberstromigen Röhrenbank (21a), einer unterstromigen Röhrenbank (21b) und einer mittleren Röhrenbank (21c) in Reihen bezüglich der Gasflußrichtung.

5. Wärmetauschervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Röhre (15) der Röhrenbänke (21) in einem In-Line-Array installiert ist.

6. Wärmetauschervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Röhre (15) der Röhrenbank (21) in einem gestaffelten Array installiert ist.

7. Wärmetauschervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Prallplatten (22) die installiert ist, der Anzahl des Modes der akustischen Resonanz entspricht, welche zwischen den Führungswänden verursacht wird.

8. Wäremtauschervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Röhre (15) der Röhrenbänke eine blanke Röhre ist.

9. Wärmetauschervorrichtung nach Anpsruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Röhre (15) der Röhrenbänke eine gerippte Röhre ist.

10. Wärmetauschervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Prallplatten (22), die angeordnet ist in der mittleren Röhrenbank (21c) eine Erstreckung hat, die sich erstreckt von einem Zentrum einer oberstromigsten Röhre (15) in der mittleren Röhrenbank (21c) und mit einer Länge von mehr als zweimal eines Röhrenabstandes in der Gasflußrichtung und eine Erstreckung hat, die sich erstreckt, von einem Zentrum einer unterstromigsten Röhre (15) in der mittleren Röhrenbank (21c) und mit einer Länge von mehr als zweimal einem Röhrenabstand in der Gasflußrichtung.

11. Wärmetauschervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Prallplatten (22) in den mittleren Röhrenbänke angeordnet sind.