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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rohrbündel für einen Dampfkondensator, in dem der
Grundriß der Umhüllung der verrohrten Bereiche des Bündels in einer, zur Achse der Rohre
senkrechten, Ebene strahlenförmige Kolben bildet.
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Das französische Patent Nr. 1 391 661 beschreibt ein derartiges Rohrbündel.
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In einem solchen Bündel gibt es zwischen jedem der strahlenförmigen Kolben, die einen
verrohrten Bereich aufbauen, eine dreieckige, nicht verrohrte Einbuchtung. Eine derartige
Einbuchtung ist für den Dampfdurchtritt gegen die Rohre, der beiden, beiderseits der
Einbuchtung befindlichen, Kolben notwendig. Somit "versorgt" eine Einbuchtung die Rohre
des, auf beiden Seiten der Einbuchtung befindlichen, Halbkolbens.
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Der durch ein Bündel belegte Gesamtquerschnitt ist eine Funktion:
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- des Querschnitts des verrohrten Bereiches, der von der Anzahl der Rohre und dem
Rohrabstand abhängt;
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- des erforderlichen Querschnitts für die genannten Einbuchtungen für den Dampfdurchtritt
zwischen den Kolben,
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des Querschnitts der nicht verrohrten Bereiche, die sich aus den Zwangsbedingungen des
Grundriß ergeben: zum Beispiel ist um den verrohrten Bereich herum, Luftkühlung
erforderlich.
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Nun, für eine gegebene Dampfgeschwindigkeit V(m/s), die entlang einer Durchtrittseinbuchtung
zwischen zwei Kolben konstant ist, einer Länge L(m) der Rohre und einer, für alle Rohre
einheitlichen, Ausbeute qi in m3/s kondensierten Dampfes pro Rohr wird durch Berechnung
gezeigt, daß der notwendige Querschnitt S einer dreieckigen Einbuchtung, der zu 1 · H/2
gleich ist (1 ist die Breite der Einbuchtung: Abstand, der zwei Kolben an ihren Endpunkten
trennt und H ist die Höhe der Einbuchtung, welche der Höhe der beiden, die Einbuchtung
umgebenden, Halbkolben entspricht), gleichermaßen den Wert S = NH qi/2 LV aufweist,
wobei N = die Zahl der Rohre der beiden, durch die dreieckige Einbuchtung mit der Höhe H,
versorgten Halbkolben ist.
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Es ist folglich ersichtlich, daß der erforderliche Querschnitt für eine Einbuchtung, welche eine
nicht verrohrte Oberfläche ist, die für den Dampfdurchtritt gegen die beiden, die Einbuchtung
umgebenden, Halbkolben notwendig ist, proportional zur Zahl N der Rohre der beiden
angrenzenden Halbkolben und zur Höhe H der Einbuchtung ist.
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Es ist folglich klar, daß die großen Bündel, die lange Kolben und somit lange Einbuchtungen
aufweisen, pro Rohr, eine größere nicht verrohrte Oberfläche, als die kleineren Bündel, die
kürzere Kolben aufweisen, erfordern.
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Somit wird für eine gegebene Dampfgeschwindigkeit V die Anzahl der Rohre, die pro
Einheitsfläche eingebaut werden kann, umso geringer sein, wie die Höhe H der dreieckigen
Dampfeinbuchtungen größer wird.
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Nun, ist die Austauschleistung in einem Rohrbündel proportional zur Austauschoberfläche
und folglich zur Zahl der Rohre.
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Die vorliegende Erfindung hat folglich zum Ziel einen besseren Füllkoeffizienten des
verrohrten Bereiches bezüglich des Gesamtquerschnitts des Bündels zu ermöglichen, indem
die Größen des Rohrbündels für die gleiche Anzahl von Rohren vermindert wird und die
Austauschleistung des Bündels durch einen neuen Bündelgrundriß verbessert wird.
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Der Gegenstand der Erfindung betrifft ein Rohrbündel für einen Dampfkondensator, bei dem
der Grundriß der Umhüllung der verrohrten Bereiche des Bündels, in einer zu den Rohrachsen
rechtwinkeligen Ebene, strahlenförmige Kolben formt, die einen ersten verrohrten Bereich
umgeben, der einen Luftkühler bildet, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß wenigstens
bestimmte Kolben wenigstens eine Verzweigung aufweisen, und daß die genannten
strahlenförmigen Kolben, ausgehend von einer verrohrten Oberfläche, die einen etwa
kreisförmigen Ring bildet, abstrahlen.
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Gemäß einem weiteren Merkmal weisen die sich aufzweigenden Kolben an ihrem Sockel
einen Stamm auf, der sich verbreitert und sich in zwei Zweige gleicher Dicke aufzweigt,
sobald die Dicke des Stammes des Kolbens zwischen dem eineinhalbfachen und dem
zweifachen der Dicke an seinem Sockel erreicht.
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In vorteilhafter Weise bildet ist die Dicke der genannten verrohrten Oberfläche, die einen
Ring bildet, etwa konstant.
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Nach einem weiteren Merkmal weist der genannte erste verrohrte Bereich (27), der einen
Luftkühler bildet, trapezförmige Gestalt auf, und ist von einer Verkleidung (51) umgeben, die
auf der Unterseite des genannten Luftkühlers ausgespart ist und im Inneren des genannten
verrohrten Ringes (22) befindlich angeordnet ist, wobei eine nicht verrohrte ringförmige
Oberfläche (26) die genannte trapezförmige Oberfläche (27) von dem genannten verrohrten
Ring (22) trennt, und wobei der genannte verrohrte Ring (22) eine Unterbrechung (25)
aufweist, in die das obere Ende der genannten Verkleidung (51) eindringt, und einen
Verbindungsspielraum zwischen dem nicht verrohrten Ring (26) und einer nicht verrohrten
Einbuchtung (19) für den Dampfdurchtritt, die zwei Kolben (17, 18) voneinander trennt, läßt,
wobei die genannte Verkleidung mit einigen Abzugsstutzen (52), die in der genannten
Einbuchtung (19) verlaufen, verbunden ist.
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Unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen wird nunmehr die Beschreibung für einige
erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele gegeben:
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Die Fig. 1 zeigt den Grundriß eines bekannten Rohrbündels eines Dampfkondensators aus
dem Stand der Technik.
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Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen den Grundriß von drei erfindungsgemäßen Rohrbündeln für
drei Verhältnisse von Höhe zu Breite.
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So zeigt die Fig. 1 den Grundriß eines Rohrbündels für einen Dampfkondensator. Es handelt
sich um ein im Stand der Technik bekanntes Bündel in der Art der strahlenförmigen Kolben.
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Dieser Grundriß in einer, zur Achse der zueinander parallelen Röhren 50, senkrecht
angeordneten Ebene, setzt sich aus den Umhüllenden der verrohrten Bereiche zusammen.
Diese Ebene ist parallel zu den Panzerplatten der Enden angeordnet.
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Dieses Bündel umfaßt in der Gestalt eines gleichschenkligen Trapezes, einen ersten verrohrten
Bereich 1, der Luftkühler genannt wird, und von einer, durch den einfachen Strich 51
schematisch dargestellten, Verkleidung umgeben ist, die an der Unterseite des Luftkühlers
ausgespart ist. Um diesen Luftkühler herum ist ein zweiter verrohrter Bereich angeordnet, der
eine Mehrzahl von strahlenförmigen Kolben 2 ausbildet.
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Am Ende dieser geschlossenen Grundrisse ist die Oberfläche nicht verrohrt, insbesondere gilt
dies für die Einbuchtung 3 des etwa dreieckigen Querschnitts für den Dampfdurchtritt
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kolben, sowie für den Bereich 4 um den Luftkühler 1,
zwischen diesem und den Sockeln der Kolben 2.
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Der Luftkühler 1 sichert die Konzentration der nichtkondensierbaren Stoffe (Luft) im
Hinblick auf deren Abzug durch Vakuumpumpen. Zu diesem Zweck ist die Verkleidung 51
mit einigen Abzugstutzen 52 verbunden, die in der oberen Einbuchtung 3 verlaufen. Auf dem
Grundriß der Fig. 1, sowie in den anderen Figuren sind in jedem verrohrten Bereich nur
einige Rohre 50 dargestellt, wobei der Rest dieser verrohrten Bereiche schraffiert ist.
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Jeder Halbkolben 2 wird mit Dampf durch die umgebende Einbuchtung 3 "versorgt". Die
Kolben 2 umfassen im übrigen eine schmale, nicht verrohrte Einbuchtung 5 (im allgemeinen
in der Breite einer einzigen Rohrreihe), die den Kolben in zwei Halbkolben teilt.
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Man sieht, daß bestimmte Kolben 2, insbesondere die oberen Kolben sehr lang sind, und von
tiefen Dampfdurchtrittseinbuchtungen 3 versorgt werden, was sich als ungünstig erwiesen hat,
da der notwendigerweise dreieckige, nichtverrohrte Querschnitt 3 für den Dampfdurchtritt zur
Höhe H, und folglich zur Breite der Einbuchtung, proportional ist.
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Die Fig. 2 zeigt den Grundriß eines erfindungsgemäßen Rohrbündels für den Fall, daß das
Verhältnis von Höhe zu Breite gleich eins ist.
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Dieses Bündel ist gleichermaßen von der Art der strahlenförmigen Kolben, aber umfaßt
notwendigerweise, die erfindungsgemäße Besonderheit, daß sich bestimmte Kolben, nicht
alle, aber der größte Teil davon, in Verzweigungen aufteilen.
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So sieht man, daß beispielsweise der Kolben 6 einen, ausgehend vom seinem Sockel, sich
verbreiternden Stamm 7 aufweist, und sich dann in die beiden Zweige 8 und 9 aufzweigt. Die
Aufzweigung in zwei Äste erfolgt, wenn der Stamm 7 eine Breite e&sub1; erreicht, die zwischen
dem eineinhalb- und zweifachen der Dicke e an seinem Sockel liegt. Die Dicke der beiden
Zweige 8 und 9 ist gleich und bleibt etwa konstant. Dies trifft in der gleichen Weise für die
Kolben 10, 11, 12, 13 und die zu der Achse Δ symmetrischen Kolben zu.
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Die unteren Kolben 14, 15 und 16 teilen sich nicht auf, aber diese sind sehr kurz. Ebenso
teilen sich die beiden oberen Kolben 17 und 18 nicht auf und werden durch eine nicht
verrohrte, rechtwinkelige Einbuchtung 19 voneinander getrennt.
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Die anderen, nicht verrohrten Einbuchtungen für den Dampfdurchtritt sind dreieckig. Zum
Beispiel die Einbuchtung 20 zwischen dem Kolben 18 und dem Kolben 6, sowie die
Einbuchtung 21 zwischen den beiden Zweigen 8 und 9 des Kolbens 6.
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Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal besteht darin, daß die strahlenförmigen Kolben,
ausgehend von einer gleichermaßen verrohrten, einen Ring 22 ausbildenden, Oberfläche
abstrahlen. Eine punktierte Linie 23 ermöglicht es in einfacher Weise diesen Ring zwischen
dieser Linie und der Linie 24 bildlich darzustellen, wodurch er zum Grundriß der Rohrhüllen
gehört. Dieser Ring hat eine etwa konstante Dicke, die jedoch an seinem unteren Teil ein
wenig stärker ist.
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Wie in dem in der Fig. 1 gezeigten Stand der Technik, gibt es einen verrohrten Bereich in
der Form eines Trapezes 27, der den Luftkühler bildet (1 in der Fig. 1). Dieser Luftkühler ist
von einer Verkleidung umgeben, die an der Unterseite des Luftkühlers ausgespart, und durch
die einfache Linie 51 schematisch dargestellt ist. Der verrohrte Ring 22 umfaßt eine
Unterbrechung 25, in die das obere Ende der Verkleidung 51 eindringt. Ein Spielraum
zwischen der Verkleidung 51 und dem verrohrten Ring 22 ermöglicht die Verbindung des
Dampfdurchtritts zwischen der Einbuchtung 19 und einer nicht verrohrten ringförmigen
Oberfläche 26, die sich zwischen dem Luftkühler 27 und dem verrohrten Ring 22 befindet.
Die Verkleidung 51 umfaßt einige Abzugstutzen 52, die in der Einbuchtung 19 verlaufen und
mit Vakuumpumpen, zum Abzug von nichtkondensierbaren Stoffen, verbunden sind.
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Man erkennt eine Überdicke wie e&sub1; am Abgang der Verzweigungen. Die Verzweigungen
führen zu langen Einbuchtungen 20 und zu kurzen Einbuchtungen 21, und vermindern somit,
den für den Dampfdurchtritt, erforderlichen Bereich.
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Es wird somit durch diese Teilungen der verrohrten Kolben 6, 10, 11, 12, usw. ermöglicht, die
Dicke der Kolben, ohne eine Verminderung der Anzahl der Kolben, zu verkleinern und
folglich den Wärmeaustausch zu erhöhen. Diese Dickenverminderung der Kolben ermöglicht
es, die Überdicke e&sub1; an der Stelle der Abzweigung hinzunehmen.
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Der erfindungsgemäße Grundriß erlaubt es somit, unter Beibehaltung der gleichen Kriterien
für die Auslegung, eine größere Zahl von Rohren in einem gegebenen Bereich der
Panzerplattette einzurichten: zwischen 5 und 10% zusätzliche Rohre gegenüber dem, in der
Figur gezeigten, Grundriß im Stand der Technik.
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Es ist gleichermaßen zu bemerken, daß die Wirkung der Rohre homogener ist und
insbesondere die wichtigen Verstopfungen am Sockel der Kolben vermieden werden. Eine
Verminderung des Kondensationsdruckes in der Größenordnung von 2 bis 3 mbar kann bei
einem Kondensator von 1000 MW erhalten werden.
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Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel für ein Bündel im Falle eines Verhältnisses von Höhe
zu Breite von 0,6. Man sieht darin, daß sich die Kolben 11 und 12, sowie auch die bezüglich
der Achse Δ symmetrischen Kolben, jeweils zuerst in die beiden Zweige 28, 29 und 30, 31
und dann ein weiteres Mal in die beiden Zweige 32, 33 für den Zweig 28 und 34, 35 für den
Zweig 29 teilen. Der Zweig 31 des Kolbens 12 teilt sich ein weiteres Mal in die beiden
Zweige 36 und 37. Zwischen allen diesen Zweigen hat man Einbuchtungen variabler Länge: 38
bis 45.
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Die Fig. 4 zeigt ein weiteres Beispiel, in dem das Verhältnis Höhe zu Breite 1,7 beträgt. In
diesem Beispiel verästelt sich der Kolben 6, sowie auch die hierzu symmetrische Kolben, in
zwei Zweige 46 und 47 und darauffolgend der Zweig 46 neuerlich in die beiden Zweige 48
und 49.
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In allgemeiner Weise werden die Rohre in der Panzerplatte besser verteilt, da der periphere
Teil einen größeren Füllkoeffizienten aufweist und somit die, für den Wärmeaustausch
ungünstige, Verstopfungen und Konzentrierungen in den Rohren vermeidet.
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So hat eine Berechnung ergeben, daß im Stand der Technik für die oberen Kolben, die
zwischen der halben Höhe und dem Ende der Kolben befindlichen Rohre, 49,3% der
gesamten Rohre ausmachen, währenddessen man erfindungsgemäß 54,6% erreicht. Die
Peripherie der Panzerplatten wird somit besser besetzt.