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Aus Flachtaschen aufgebauter Wärmeaustauscher Die Erfindung bezieht
sich auf einen aus Flachtaschen aufgebauten Wärmeaustauscher mit einer aus Profilstäben
gebildeten Innenverankerung für die Breitwände von Flachtaschen mit insbesondere
hohen Innendrücken.
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Bei den bekannten Wärmeaustauschern dieser Art wird eine Anzahl solcher
Flachtaschen in paralleler Anordnung ihrer Breitwände in einen Kanal gestellt derart,
daß <las kältere Mittel den Innenraum der Flachtaschen, ,das wärmere Mittel dagegen
die zwischen den Flachtaschen gebildeten spaltartigen freien Räume durchströmt oder
umgekehrt. Von besonderer Bedeutung ist vorliegende Erfindung dann, wenn die Führung
der Mittel, zwischen denen der Wärmeaustausch sich vollziehen soll, eitle solche
ist, daß das Mittel mit h5hereni Druck sich innerhalb der Flachtaschen befindet.
Bei derartigen Wärmeaustauschern kommt der Innenverankerungder Flachtasch.enbreitwände
eine besondere Bedeutung zu; denn eine Betriebssicherheit .und ein einwandfreies
Arbeiten des Wärmeaustauschers ist nur dann und so lange möglich, wie eine Verformung
der Flachtaschen durch Aufblähen ihrer Wände vermieden wird, weil sonst bei grö-Seren
Strömungsgeschwindigkeiten der Mittel Wirbelablösungen und unerwünscht hohe Druckverluste
eintreten.
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Es gibt verschiedene Lösungen dieser Aufgabe, die jedoch weder hinsichtlich
,der Betriebssicherheit, vorzugsweise bei höheren Drücken, den gestellten Anforderungen
genügen noch fertigungsmäßig als günstig angesprochen werden können. Vielmehr sind
die Herstellungsverfahren der .bekannten Flachtascheninnenverankerungen umständlich
und teuer.
So hat man beispielsweise vorgeschlagen, zwischen die
beiden Breitwände einer Flachtasche untereinander parallel verlaufende, einfache
leistenartige und Durchgangswege für das Arbeitsmittel frei lassende Stege einzufügen
und diese Verbindungsleisten sowohl mit der einen als auch mit der anderen Flachtaschenbreitwand,
vorzugsweise durch Schweißung, zu verbinden.
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Verwendet man gemäß bekannten Vorschlägen stegartige, einteilige Verbindungsleisten,
so lassen sich zwar die Schweißraupen auf der einen Flachtaschenbreitwand bei abgenommener
Gegenwand einwandfrei herstellen und mit Hilfe .der bekannten makroskopisch arbeitenden
Prüfverfahren oder sonstiger Hilfsmittel auf Zuverlässigkeit untersuchen. Dagegen
stößt man auf Schwierigkeiten, wenn die Schweißraupen zur Verbindung der leistenartigen
Stege mit der heraufgelegten zweiten Breitwand der Flachtasche hergestellt werden
sollen. Da die flächenmäßige Ausdehnung der Flachtaschen sowie der geringe Abstand
zwischen den beiden Breitwänden von beispielsweise 15 bis 25 mm die Zugänglichkeit
für den Schweißer stark behindern, so hat man niemals volle Gewähr für die Qualität
der in zweiter Arbeitsfolge herzustellenden Schweißnähte. Dieser Mangel macht sich
um so fühlbarer bemerkbar, jegrößer der zu erwartende Innendruck in der Flachtasche
ist. Es ist auch ohne weiteres verständlich, daß die Herstellung der Flachtaschen
mit Innenverankerung auf diese Weise umständlich, zeitraubend und hinsichtlich der
Gestehungskosten unwirtschaftlich ist.
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'Man hat bei anderen bekannten Ausführungsformen der Flachtascheninnenverankerung
die leistenartigen Verbindungsglieder geteilt und entweder ein unmittelbares Ineinandergreifen
der beiden Teile der Verbindungsglieder oder aber ein weiteres Verbindungsglied,
z. B. in Gestalt einer Eisenstange oder eines Eisenstabes, vorgesehen, das durch
entsprechende Bohrungen oder andere profilierte Ausnehmungen der beiden Teile der
Verbindungsleisten hindurchnagt und damit die gewünschte Hubbegrenzung für die bei
auftretendem Innendruck zum Aufblähen neigenden Flachtaschenbreitwände herbeiführt.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform dieser Art hat man Rohrstücke hintereinanderliegend
abwechselnd mit der einen und der anderen Breitwand verschweißt und dann nach Art
eines Scharniers durch die Bohrungen sämtlicher Glieder eine die Flachtascheninnenverankerung
bewirkende Stange hindurchgeschoben. Derartige Konstruktionen vermeiden zwar die
Schweißarbeit an schwer zugänglichen Stellen, da sämtliche Schweißnähte auf .beiden
Flachtaschenbreitwänden vor ,dem Zusammenbau der Wände hergestellt werden können.
Es wenden jedoch an .die Genauigkeit der Fertigung kaum erfüllbare Anforderungom
gestellt: denn es müssen die zahlreichen einzeln aufgeschweißten Verbindungsteile
beider Breitwände genau untereinander fluchten.
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Noch schwieriger werden die Verhältnisse, wenn gemäß Heiteren bekannten
derartigen Ausfiihrungen Innenverankerungen mit jeweils zwei keilartig ineinander
eingreifenden und ineinanderzusehiebenden Verbindungsgliedern Anwendung finden,
von denen die eine Gruppe von Keilflächen tragenden Leisten mit der einen und die
andere Gruppe der Gegenkeilflächen tragenden Leisten mit der anderen Flachtaschenbreitwand
zu verschweißen ist. Hierbei müssen sämtliche Gruppen von Keilflächen tragenden
Leisten entsprechend der Leistenlänge gleichzeitig ineinandergesc'hoben werden.
Es müssen daher sämtliche Verankerungsleisten beider Flachtaschenwände untereinander
genau ausgerichtet sein, was eine fertigungsmäßig außerordentlich schwierige Aufgabe
darstellt.
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Ähnlich nachteilig ist die Herstellung der Innenverankerungen durch
zahlreiche einzelne Riegel-Nasen-Verbindungen, bei denen die Verbindungsglieder
gleichzeitig durch planparalleles Verschieben der beiden Flachtaschenbreitwände
gegeneinander in Verriegelungsstellung gebracht werden. Hier ist es nämlich erforderlich,
daß eine große Vielzahl selbständig aufgeschweißter Teile eine genaue relative Lage
untereinander aufweist.
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Vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile. Sie verbindet Einfachheit
und geringe Kosten der Herstellung mit hoher Betriebssicherheit auch bei großen
Innendrücken der Flachtasche.
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Erfindungsgemäß ist jede Verankerung aus zwei Gruppen von Winkelprofilstäben,
wie I- oder U-Profilstäben, gebildet, von denen die eine Gruppe aus mindestens
zwei über die ganze Verankerungslänge sich erstreckenden und je mit einer der Breitwände
durch Stofffschluß (Schweißung) verbundenen Winkelprofilstäben besteht, deren gegenseitige
Kraftübertragung vermittelt wird durch die andere Gruppe von Winkelprofilstäben,
welche durch Formschluß, bei gleichmäßiger Lastverteilung über die ganze Länge,
die Winkelprofilstäbe der ersten Gruppe zusammenhalten. Gemäß einer zweckmäßigen
Ausführungsform der Erfindung bestehen die Winkelprofilstäbe der ersten Stabgruppe
aus bündig übereinandergestellten 1-Profilstäben, ,deren Außenfüße mit den Breitwänden
der Flachtasche verschweißt und deren innere Füße beiderseitig je durch einen U-Profilstab
der zweiten Stabgruppe umklammert sind. Gemäß einer abweichenden Ausführungsform
können die I-Profilstäbe der ersten Stabgruppe ersetzt sein durch je zwei mit ihren
Stegrückwandflächen gegeneinandergekehrte U-Profilstäbe.
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In den vorgenannten sowie allen weiteren Ausführungsformen der Erfindung
ergibt sich durch die Verklammerung, welche über ihre ganze Länge die Kräfte aufnimmt,
eine sehr hohe mechanische Festigkeit, welche die Flachtasche für höchste vorkommende
Innendrücke geeignet macht.
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Die einzelnen verwendeten Profilschienen können durch Fräsen aus dem
Vollen gearbeitet sein oder aber als entsprechend gewalzte Profileisen verwendu.ngsfähig
vom Walzwerk bezogen werden.
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Da bei .der erfindungsgemäßen Anordnung immer nur die Profilschienen
einer Verankerungsleiste untereinander parallel gehalten werden müssen, so ist der
Zusammenbau der Verankerungsglieder ein
sehr einfacher. Es lassen
sich auch leicht formschlüssige Verbindungen zwischen den Winkelprofilstäbender
beiden Stabgruppen mit einer Vorspannung herstellen, die als Selbstsperre gegen
Herausrutschen und Verschiebungen der Winkelprofileisen gegeneinander wirkt. Zusätzlich
zu dieser Fixierung bzw. an Stelle derselben werden die Winkelprofilstäbe der beiden
Stabgruppen an ihren Stirnenden, vorzugsweise mittels Schweißheftung, zusammengehalten.
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`'Fenn Festigkeitserfordernisse nicht dagegen sprechen, können die
Winkelprofilstäbe der zweiten Stabgruppe in ihrer Längsausdehnung unterteilt sein.
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Den Abschluß der Flachtaschen bilden gewöhnlich sogenannte Firstschweißungen.
Diese vervollständigen die druckfeste fnnenverankerung der Flachtasche an deren
äußeren Rändern. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erhält auch diese Kantenverbindung
eine klammerartige Verankerung, indem @Vinkelprofileiyen die mit oder ohne Randschweißung
versehenen, zusammengebogenen Kanten der Flachtaschenbreitwände umgreifen, durch
ihre Forinschlüssigkeit wiederum den größten Teil der auf Aufreißen der Kantenverbindung
gerichteten Kräfte, welche dem Innendruck der Flachtasche entsprechen, aufnehmen
und mittels von außen herzustellender, hochwertiger Schweißnähte nur einen mehr
oder weniger geringen Bruchteil des Innendrucks aufzunehmen haben. Hierdurch ergibt
sich der weitere Vorteil, claß die Kantenverschweißungen nicht nur geringerer Beanspruchung
unterworfen sind, sondern auch an Stellen geringerer chemischer Beeinflussung durch
das im Innern der Flachtasche strömende Mittel zu liegen kommen.
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Ein Anwendungsgebiet für dieerfindungsgemäßen Flaclitascheninnenverankerungen
ist beispielsweise dasjenige der Wärmeaustauscher mit Soleverdampfung. Die Erfindung
ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern kann überall da mit Vorteil angewendet
werden, wo es sich um Wärmeaustauscher handelt, die in der Gestalt von Flachtaschenwärmeaustauschern
lierstellbar sind.
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Die beschriebene Erfindung sowie weitere Einzelheiten derselben werden
an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es stellen dar Fig. i bis
7 perspektivische Ansichten auf verschiedene einzelne, quer geschnittene Verankerungsstellen,
welche zwischen die beiden Breitwände der Flachtaschcii Zugkräfte aufnehmend zu
mehreren in Abstand und im allgemeinen parallel zueinander angeordnet sind und Fig.8
bis io verschiedene Ausführungsformen von Kantenscliweißverbindungen der Flachtaschenbreitwände,
ebenfalls unter Verwendung von Winkelprofilstäben.
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Fig. i zeigt eine Teilansicht auf eine erfindungsgemäße Flachtasche,
zwischen deren beiden Breitwänden i i und 12 Druckkräfte auftreten, die von der
nachstehend näher beschriebenen Anordnung von Winkellirofilstälien aufgenommen werden
sollen.
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Die Vera,rikerung der Flachtaschenwände geschieht dadurch, cl-aß eine
Gruppe von untereinander parallelen 1-Profilstäben 13 und 14 mit Hilfe von Schweißraupen
1s fest verbunden ist mit den Breitwänden i i bzw. 12 der Flachtasche. Diese Schweißnähte
können bei aufgeklappten ,Breitwänden i i und 12 und bei freier Zugänglichkeit leicht
als hochwertige Schweißnähte hergestellt und in einfachster Weise auf ihre Zuverlässigkeit
hin untersucht werden. Mehrere Gruppen von 1-Eisen werden in gewissen Abständen
voneinander, im allgemeinen parallel, auf die beschriebene Weise niit den Flachtaschenbreitwänden
verbunden.
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Zur Erzielung der Verankerung dient eine zweite Gruppe von Winkelprofileisen,
die im vorliegenden Fall als U-Eisen 16 und 17 ausgebildet sind. Diese umgreifen
die inneren Füße,der 1-Eisen 13, 14 und wirken so als Kräfte aufnehmende Organe
beire Auftreten betriebsmäßiger Innendrücke zwischen den Flachtaschenwänden i i
und 12.
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Zur Herstellung der Flachtaschenverankerung gemäß Fig. i werden die
Flachtaschenbreitwände 11, 12 in Paketen auf genaues Maß gerichtet und dann auf
den jeweiligen Unterblechen 12 die unteren 1-Stäbe 14 mittels eines Schablonenrahrnens
aufgelegt und sofort heftgeschweißt. Danach werden die oberen 1-Stäbe 13 mit den
Profileisenfüßen bündig auf die unteren I-Stäbe 14 und darauf dann maßgerecht das
obere Blech i i gelegt. Nun wird das Oberblech i i ebenfalls mittels Elektroheftschweißung
vorläufig mit dem oberen I-Stab 13 verbunden.
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Nach .dem Fixieren der I-,Stäbe auf ihren Wandblechen wenden diese
Bleche wieder auseinandergenommen und alle I-Stäbe in bekannter Weise solide seitlich
angeschweißt.
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Damit bereits :ist die erfindungsgemäße Flachtaschenverankerung fertig
zum Zusammenbau. Es werden nun beide Wandbleche i i, 12 genau passend aufein.andergelegt
und überall .die die Verklammerung bewirkenden U-Profile 16, 17 der zweiten Winkelstabgruppe
von der Seite her eingeschoben, was .bei leicht erreichbarer Genauigkeit der Pässung
ohne Schwierigkeiten und mittels einiger Schläge, etwa mit einem Holzhämmer, geschehen
kann.
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Die äußeren U-Profilschienen 16, 17 werden mit den inneren I-Profilschienen
13, 14 an den Enden jeweils durch einfache Schweißpunkte 18 so fixiert, daß sie
beim Transport oder bei stärkeren Erschütterungen nicht seitlich herausgleiten können,
was allerdings bei genau winkelrechter Passung bereits an sich äußerst unwahrscheinlich
ist, besonders, sobald die Flachtaschen unter Innendruck stehen. Das Verbinden der
Außenkanten kann :in üblicher Weise durch Kanten-V-Schweißung oder mit den verbesserten
Kantenverankerungen gemäß den Fig. 8 bis io erfolgen.
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Die Ausführungsform nach Fig.2 unterscheidet sich von derjenigen nach
Fig. i im wesentlichen nur dadurch, daß an Stelle der 1-Eisen 13 und 14 je zwei
U-Eisen 13' und 13" bzw. 14 und 14' verwendet worden sind, die mit den rückwandigen
Flächen ihrer Stege gegeneinander gestellt sind.
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In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der die
Profilstäbe 23', 23", 24', 24'
der ersten Gruppe durch Schweißverbindungen
15 mit den Flachtaschenwänden i1 und 12 verbunden sind. In diesem Fall sind die
U-Profilschienen so zueinander gestellt, daß sie in ihrem Innern einen im wesentlichen
1-förm.igen freien Raum frei lassen, der zur Aufnahme eines die Kräfte übertragenden
1-Profileisens 25 dient. Auch hierbei ergibt sich wiederum der Vorteil, daß jeweils
nur die zu einer Verankerungsle.iste zusammengeschlossenen Winkelprofilstäbe untereinander
parallel sein müssen, während es auf eine genaue parallele Ausrichtung der WinkelprofileisenbenachbarterVerankerun.gen
untereinander nicht ankommt.
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Eine Ausführungsform für geringe Innendrücke der Flachtasche zeigt
Fig. 4. Hierbei wird,die erste Profileisengruppe nur durch zwei übereinandergestellte
U-Eisen 33, 34 gebildet, deren aufeinanderliegende innere Schenkel von einem weiteren
U-Eisen 35 klammerartig umfaßt werden.
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Bei Flachtaschen mit besonders hohen Innendrücken müssen Winkelprofileisen
mit übernormal starken Stegen verwendet werden. Solche Ausführungen zeigen die Fig.
5 und 6.
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Gemäß Fig. 5 werden die Wi,nkelprofileisen der ersten Gruppe durch
T-Eisen 43, 44 gebildet, die mit ihren kurzen, fleischigen Stegen an den Breitwänden
i i und 12 angeschweißt sind. Die übereinandergelegten Füße der T-Eisen werden wiederum
von beiden Seiten her mittels U-Schienen 45, 46 kla.minerartig umfaßt.
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Bei der Ausführung nach Fig. 6 dienen als Winkelprofileisen der ersten
Gruppe L-förmig gestaltete Winkeleisen 53', 53" und 54', 54", die paarweise mit
ihren Rückenflächen kreuzförmig gegeneinandergestellt sind. Als Verklammerungsglieder
der zweiten Stabgruppe von Winkelprofileisen dienen ebenfalls mit besonders starkwandigen
Stegen versehene U-Eisen 55 und 56.
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Um einerseits bei hohen Innendrücken starke Bleche verwenden zu können,
andererseits aber keine zu großen :Maße für die Winkelprofile und damit Taschenbreiten
zu erhalten, sind gemäß Fig.7 in den für die Verankerumgsleisten vorgesehenen Abständen
etwa o,5 bis i mm tiefe Nuten 11', 12' in die Wandbleche 11, 12 eingefräst, in welche
die I-Stäbe 13, 14 genau passen. Eine die Festigkeitsverhältnisse störende Schwächung
der Wandbleche durch die Fräsnuten tritt nicht ein, @da gleichzeitig wieder eine
Versteifung durch die Fußflanschen der I-Stäbe stattfindet.
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Die Verankerung der äußeren Stoßkanten der Flachtaschen geschieht
gemäß Fig. 8 durch ein mit etwa rechtwinkligem Querschnitt versehenes L-Profileisen
61 mit gleicher Schenkellänge. Die ebenfalls unter entsprechendem Winkel angenähert
rechtwinklig aufeinander zugebogenen Stoßkanten der Flachtaschenbreitwände 62, 63
bilden eine Art V-Naht, die durch eine Schweißung 64 geschlossen wird. Die äußeren
Kanten -der L-Eisenschenkel werden von außen her mit den zusammengebogenen Rändern
der Flachtaschenbreitwände an den Stellen f>5 und 66 ebenfalls durch Schweißnähte
verbunden. Eine Anordnung für Flachtaschen, die auf besondes hohen Inpendruckbeansprucht
werden, zeigt Fig.9. Von einer unmittelbaren Versahweißung der Stoßkanten der Flachtaschenbreitwände
73 und 74 ist hier abgesehen worden. Die Ränder 71 und 72 der Flachtaschenbreitwände
sind hier derart zusammengebogen, daß sie auf einem kurzen Abschnitt einander parallel
verlaufen. Auf diesem parallelen Abschnitt werden die Ränder 71 und 72 von einem
U-Eisen 75 umgriffeny dessen freie Schenkelenden durch Schweißnähte 76 und 77 mit
den Flachtaschenbreitwänden verbunden sind.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1o wird die unmittelbare Schweißverbindung
64 gemäß Fig.8 zwischen .den Stoßkanten der Flachtaschen-breitwände 81 und 82 ersetzt
durch einen mit dem L-Eisen 83 aus einem Stück gebildeten Steg 84. Hierbei werden
die Stoßkanters .der Bleche 81 und 82 zwischen dem mittleren Steg 84 und den äußeren
Schenkeln des L-Eisens 83 eingeklemmt, so daß allein durch Formschluß eine gute
mechanische Steifigkeit erzielt wird. Durch die beiden Schweißnähte 85 und 86 wird
wiederum die ganze Kantenverankerung zusammengehalten.
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Es ist ein Vorteil .der Erfindung, daß unbeabsichtigte Vorspannungen
beim Zusammenbau der Verankerungsglieder vermieden werden, wie sie bei den bekannten
Ausführungen, etwa beim Durchdrücken der Hülsenriegel oder Formstäbe und beim Zusammenpressen
aller Arten von Klötzen, Riegeln oder Haken unvermeidlich sind und bisher die Festigkeit
gefährdeten. Da die Profile erfindungsgemäß leicht in Eingriff gebracht werden können,
so ist das Herstellungsverfahren billiger und weniger zeitlacanspruchend. Die Anordnung
läßt sich leicht so gestalten, daß die Kräfteübertragung eine symmetrische ist.
Da sämtliche Schweißungen bei guter Zugänglichkeit herzustellen sind, so ergibt
sich schließlich noch eine Flachtasche mit zusätzlich erhöhter Festigkeit, die z.
B. bei Verdampfern in Eiserzeugern durch besonders starke Wandbleche sowie besonders
fleischige Profilquerschnitte noch unterstützt werden kann, weil es dort nicht mehr
auf möglichst schmale Taschen von etwa nur 20 mm ankommt, sondern unbedenklich auch
Taschenweiten von 3o mm und mehr sowie starke, korrosionssichere Bleche benutzt
werden können.