NL8702518A

NL8702518A - HONEYCOMB HEAT SHIELD FOR HEAT EXCHANGERS.

Info

Publication number: NL8702518A
Application number: NL8702518A
Authority: NL
Original assignee: Ansaldo Spa
Priority date: 1986-10-29
Filing date: 1987-10-21
Publication date: 1988-05-16
Also published as: DE3732682A1; IT8612568A0; FR2606131A1; GB2196725B; GB8720968D0; IT1200308B; GB2196725A

Description

-1--1-

YY.

ƒ Η AL/CP/7 Ansaldoƒ Η AL / CP / 7 Ansaldo

Honingraat-warmteschlld voor warmtewisselaarsHoneycomb heat shield for heat exchangers

De onderhavige uitvinding betreft een honingraatachtig warmteschild voor warmtewisselaars.The present invention relates to a honeycomb-like heat shield for heat exchangers.

Onafhankelijk van hun ontwerp, dat op rechte, U-vormige of schroefvormige pijpen en dergelijke kan zijn geba-5 seerd, kunnen warmtewisselaars (stoomgenerators of andere) warmteschilden of andere inrichtingen in bepaalde plaatsen van de pijpplaat, ten einde laatstgenoemde te beschermen bij aanwezigheid van verschillende, met de werking van het onderdeel gekoppelde verschijnselen.Irrespective of their design, which may be based on straight, U-shaped or helical pipes and the like, heat exchangers (steam generators or other) can use heat shields or other devices in certain locations of the tube sheet, in order to protect the latter in the presence of various phenomena linked to the operation of the component.

10 Meer in het bijzonder is het soms noodzakelijk be paalde delen van de pijpenplaten tegen variaties in temperatuur of in stromingssnelheid van het buiten de pijpenbundel circulerende fluïdum te beschermen, welke in hoge mate onderhevig zijn aan spanning of constructiebijzonderheden, zoals 15 lassen of andere soorten verbindingen; het doel hiervan is te voorkomen dat deze variaties spanningen veroorzaken die niet toelaatbaar zijn en derhalve schadelijk.More particularly, it is sometimes necessary to protect certain sections of the tube sheets from variations in temperature or flow velocity of the fluid circulating outside the tube bundle, which are highly subject to stress or construction features, such as welds or other types of joints ; the purpose of this is to prevent these variations from causing voltages which are not permissible and therefore harmful.

In het geval van warmtewisselaars met rechte pijpen is het deel van de pijpenbundel waaraan het scherm volgens de 20 onderhavige uitvinding kan worden aangebracht, normaliter het gebied waar de pijpen aan de pijpenplaat zijn verbonden. Volgens de onderhavige uitvinding wordt het warmteschild gesteund door een cilindrische ring, coaxiaal met de schaal van de wisselaar, en bijvoorbeeld in de nabijheid van de bovenste 25 pijpenplaat gelegerd, en uitgerust met sleuven ten einde toegang tot binnen de ring van een fractie van de stroming van primair fluïdum mogelijk te maken, welke stroming binnen de door de buitenwand van de ring gevormde ringvormige tussenruimte opstijgt. Deze stromingsfractie aan primair fluïdum 30 valt vervolgens benedenwaarts onder voorbijgaan langs de buitenzijde van de pijpen van de pijpenbundel en loopt door het warmteschild dat binnen de ring, die zijn ondersteuning vormt, is opgesteld.In the case of straight pipe heat exchangers, the part of the pipe bundle to which the screen of the present invention can be applied is normally the area where the pipes are attached to the pipe sheet. According to the present invention, the heat shield is supported by a cylindrical ring, coaxial with the shell of the exchanger, and, for example, alloyed in the vicinity of the top tubular plate, and equipped with slots to access within the ring a fraction of the flow of primary fluid, which flow rises within the annular gap formed by the outer wall of the ring. This primary fluid flow fraction 30 then falls downwardly passing along the outside of the tubes of the tube bundle and passes through the heat shield disposed within the ring forming its support.

8702518 4 _ -2- y8702518 4 _ -2-y

Bij voorkeur bestaat het warmteschild uit tenminste een dubbele serie bladen die elkaar snijden ten einde een honingraatstructuur te vormen, ten einde tenminste voor een deel met de hoogte van de ring van een prismatische cel voor 5 elke pijp van de pijpenbundel te creëren.Preferably, the heat shield consists of at least a double series of blades intersecting each other to form a honeycomb structure, so as to create at least part of the height of the ring of a prismatic cell for each pipe of the pipe bundle.

In de simpelste uitvoeringsvorm vormen de twee series bladen die elkaar snijden, een vlak uit diamantvormen.In the simplest embodiment, the two series of blades that intersect each other form a plane of diamond shapes.

Voor dit doel heeft elk van de twee series bladen sleuven die over een hun halve hoogte reiken en in staat zijn 10 de dikte van de bladen van de tweede serie, die eveneens over een halve hoogte van sleuven zijn voorzien, op te nemen.For this purpose, each of the two series of blades has slits that extend at half their height and are capable of accommodating the thickness of the blades of the second series, which are also slotted at half height.

Bij voorkeur kan de verbinding van twee series bladen door lassen of andere verbindingsmiddelen plaatsvinden .Preferably the connection of two series of blades can be effected by welding or other connecting means.

15 Het door de aanwezigheid van het bovengenoemde warmteschild veroorzaakte belastingsverlies doet de hoeveelheid door het primaire fluïdum ter hoogte van het warmteschild afgegeven warmte verminderen; desondanks wordt zelfs dit gebied van de pijpen van de pijpenbundel omgeven door een 20 constante stroming primair fluïdum, hetgeen elke stagnatie daarvan vermijdt.The load loss caused by the presence of the above heat shield causes the amount of heat released by the primary fluid at the heat shield to decrease; nevertheless, even this region of the pipes of the pipe bundle is surrounded by a constant flow of primary fluid, which avoids any stagnation thereof.

De essentiële kenmerken van de uitvinding worden samengevat en worden schematisch weergegeven in de conclusies; doeleinden en voordelen daarvan zijn eveneens aangege-25 ven in de volgende beschrijving die refereert aan uitvoe-ringsvoorbeelden, waarbij in het bijzonder wordt gerefereerd aan de bij gevoegde tekening, waarin tonen: fig. 1 een langsdoorsnede van een stoomgenerator, begrensd aan zijn boveneinde, waarbij een warmteschild vol-30 gens de onderhavige uitvinding tegen de bovenste pijpenplaat is geplaatst; fig. 2 op grotere schaal het warmteschild uit fig.The essential features of the invention are summarized and are shown schematically in the claims; objects and advantages thereof are also indicated in the following description which refers to exemplary embodiments, referring in particular to the accompanying drawing, in which: Fig. 1 shows a longitudinal section of a steam generator, bounded at its top end, wherein a heat shield according to the present invention is placed against the top tube sheet; fig. 2 on a larger scale the heat shield from fig.

1; fig. 3 is een aanzicht over III-III uit fig. 2; 35 fig. 4 en 5 delen van bladen van het warmteschild uit eerste en tweede series, uitgerust met complementaire sleuven; 8702518 i -3- fig. 6 in perspectief de twee bladen van fig. 4 en 5 na onderlinge assemblage.1; Fig. 3 is a view of III-III from Fig. 2; 4 and 5 show parts of sheets of the heat shield of first and second series, equipped with complementary slots; 8702518 -3- Fig. 6 shows in perspective the two blades of Figs. 4 and 5 after mutual assembly.

Een schaal 10 (zie figuren) is uitgerust met een pijpenplaat 11 met verticale pijpen, die zich door een boven-5 ste pijpplaat 12 uitstrekken, waarachter zich een met een af-voeruitlaat voorziene stoomkop bevindt. Binnentreding van het primaire fluïdum dat rond de pijpen van de pijpenbundel 11 circuleert, vindt plaatst door de inlaat 15 die ongeveer halverwege de stoomgenerator is gelokaliseerd.A tray 10 (see figures) is equipped with a vertical tube pipe plate 11 extending through an upper tube plate 12 behind which is located a steam head provided with a discharge outlet. Entry of the primary fluid circulating around the pipes of the pipe bundle 11 takes place through the inlet 15 located approximately midway through the steam generator.

10 De stroming (A) van het stoomgenerator binnentre dende primaire fluïdum slaat niet direkt tegen de pijpenbundel 11, ten einde thermische schokken op de pijpen van de bundel zelf te vermijden. Voor dit doel wordt de pijpenbundel omgeven door een ring, de onderste ring 16 genoemd, die een 15 ringvormige tussenruimte 17 tussen het buitenoppervlak van de ring zelf en het binnenoppervlak van de schaal 11 creëert, waarin de gehele stroom (A) van het primaire fluïdum dat door de inlaat 16 binnentreedt, bovenwaarts wordt gekanaliseerd.The flow (A) of the steam generator entering the primary fluid does not strike directly against the pipe bundle 11, in order to avoid thermal shocks on the pipes of the bundle itself. For this purpose, the tube bundle is surrounded by a ring, called the bottom ring 16, which creates an annular gap 17 between the outer surface of the ring itself and the inner surface of the shell 11, in which the entire flow (A) of the primary fluid entering through inlet 16 is channeled upward.

De onderste ring 16 eindigt op een geschikte af-20 stand van de bovenste pijpenplaat, van waaruit een tweede ring, de bovenste ring genoemd, bovenwaarts uitsteekt. De onderrand van deze bovenste ring wordt van de onderrand van de onderste ring 16 door een sleuf 21 gescheiden, waar doorheen een fractie (B) van de stroming (A) van het primaire 25 fluïdum benedenwaarts tussen de pijpen van de pijpenbundel stroomt.The bottom ring 16 terminates at a suitable distance from the top tube sheet, from which a second ring, called the top ring, projects upward. The bottom edge of this top ring is separated from the bottom edge of the bottom ring 16 by a slot 21 through which a fraction (B) of the flow (A) of the primary fluid flows down between the tubes of the tube bundle.

Bovengenoemde stroming (B) correspondeert vrijwel met het geheel van de stroming (A).The above-mentioned flow (B) almost corresponds to the whole of the flow (A).

De overblijvende fractie (C) van de stroming (A) 30 stijgt op naar de andere zijde langs de tussenruimte 22 die bestaat tussen de bovenste ring 20 en de schaal 11 en treedt de bovenste ring 20 binnen door sleuven 23 die juist onder de pijpplaat 12 in de bovenste ring 20 zijn aangebracht.The remaining fraction (C) of the flow (A) 30 rises to the other side along the gap 22 that exists between the top ring 20 and the shell 11 and enters the top ring 20 through slots 23 just below the tube plate 12 in the top ring 20.

Op deze wijze kmot de fractie (C) van de stroming 35 (A) in contact met de pijpen van de pijpenbundel in overeenstemming met hun bovenste deel en valt vervolgens benedenwaarts totdat deze met de hoofdfractie (B) ter hoogte van de sleuf (21) samenkomt.In this way, the fraction (C) of flow 35 (A) in contact with the tubes of the tube bundle conforms to their upper part and then falls downward until it falls with the main fraction (B) at the slot (21) comes together.

87025*8 -4-87025 * 8 -4-

Reeds op deze wijze worden de boveneinden van de pijpen van de pijpenbundel 11, daar ze door een verminderde stroom primair fluïdum dat een langere weg dan de hoofdstroom (B) dient af te leggen, worden geraakt, in enige mate tegen 5 direkt contact met het primaire fluïdum dat door de inlaat 15 binnentreedt, beschermt.Already in this way the upper ends of the pipes of the pipe bundle 11, since they are hit by a reduced flow of primary fluid which has to travel a longer distance than the main flow (B), are contacted to some extent against direct contact with the protects primary fluid entering through inlet 15.

Indien een verdere reductie van de warmte die door het primaire fluïdum aan de pijpen van de pijpenbundel wordt afgegeven in overeenstemming met hun bovendelen en eindigend 10 tegen de bovenste pijpplaat 12, is vereist, is volgens de onderhavige uitvinding binnen de bovenste ring 20 een warmte-schild 30 aangebracht, vervaardigd uit tenminste twee series onderling snijdende bladen, in de figuur door nummers 31 en 32 aangegeven. De bladen 31 en 32 worden aan hun einden aan 15 de bovenste ring 20 bevestigd en zijn met sleuven 33 en 34 uitgerust, die zich bij eerstgenoemde van de bovenzijde over de halve hoogte benedenwaarts uitstrekken en zich bij de ten tweede genoemde vanaf de onderzijde naar de halve hoogte bovenwaarts uitstrekken.If a further reduction of the heat delivered by the primary fluid to the pipes of the pipe bundle in accordance with their upper parts and ending 10 against the upper pipe plate 12 is required, according to the present invention, within the upper ring 20, a heat shield 30, made of at least two series of mutually intersecting blades, indicated in the figure by numbers 31 and 32. The blades 31 and 32 are attached at their ends to the top ring 20 and are provided with slots 33 and 34, which in the former extend from the top halfway downward and in the second, from the bottom to the upper side. extend halfway upwards.

20 Het is derhalve mogelijk de bladen van de eerste en tweede series op kamachtige wijze te laten kruisen, zoals getoond in fig. 6, ten einde een honingraatachtige structuur te vormen, in dit geval hebben de cellen 35 een romboïdiale dwarsdoorsnede.It is therefore possible to cross the blades of the first and second series in a comb-like manner, as shown in Fig. 6, in order to form a honeycomb-like structure, in this case the cells 35 have a rhomboid cross section.

25 Elke, aan de onderzijde en bovenzijde open cel, wordt doorsneden door een pijp van de pijpenbundel 11, opdat vanwege de aanwezigheid van het schild volgens de conclusies de dwarsdoorsnede waardoor de fractie (C) van het primaire fluïdum passeert kleiner is dan die van de dwarsdoorsnede van 30 de onderste ring 16, die niet met een warmteschild is uitgerust. Vanwege deze gereduceerde diameter ontstaat de kleinere waarde van de fractie C van de stroming aan primaire fluïdum in het bovenste deel van de stoomgenerator, en voorts vanwege de grotere lengte van de weg en vanwege de aanwezigheid van 35 de sleuven 23, met een kleinere omvang vergeleken met de praktisch continue sleuf 21.Each cell, open at the bottom and top, is intersected by a pipe from the pipe bundle 11, so that because of the presence of the shield according to the claims, the cross section through which the fraction (C) of the primary fluid passes is smaller than that of the cross section of the lower ring 16, which is not equipped with a heat shield. Because of this reduced diameter, the smaller value of the fraction C of the flow of primary fluid arises in the upper part of the steam generator, and further because of the longer length of the road and because of the presence of the slots 23, of a smaller size compared with the practically continuous slot 21.

De fractie (C) van de fluïdumstroom die door het onderhavige warmteschild passeert, is het echter voldoende om 6702518 * 3 ύ -5- stagnatie van primaire fluïdum in het bovenste deel van de pijpenbundel te voorkomen.However, the fraction (C) of the fluid flow passing through the present heat shield is sufficient to prevent 6702518 * 3 ύ -5 stagnation of primary fluid in the upper part of the pipe bundle.

Opgemerkt wordt dat de vorm van de door de bladen 31 en 32 bepaalde prismatische cellen van het warmteschild 30 5 anders dan romboïdiaal kan zijn.It should be noted that the shape of the prismatic cells of the heat shield 30 defined by the blades 31 and 32 may be other than rhomboid.

Op alternatieve wijze kunnen vierkant of rechthoekige vormen worden verkregen, afhankelijk van het rooster dat de positie van de pijpen die de pijpenbundel vormen, bepaalt.Alternatively, square or rectangular shapes can be obtained depending on the grid determining the position of the pipes forming the pipe bundle.

voorts kan de serie bladen zelfs uit drie in plaats 10 van twee bestaan, in dit geval kunnen de te vormen prismatische cellen driehoekig of hexagonaal zijn. Opgemerkt wordt tenslotte dat volgens een voorkeursuitvoeringsvorm de sleuven 23 op een bepaalde afstand van het onderoppervlak van de pijpenplaat 12 zijn gelokaliseerd.furthermore, the series of blades may even consist of three instead of two, in this case the prismatic cells to be formed can be triangular or hexagonal. Finally, it is noted that according to a preferred embodiment the slots 23 are located at a certain distance from the bottom surface of the tube sheet 12.

15 In dit geval is het warmteschild in twee delen op gesplitst, waarvan het bovenste deel 120 een kleinere hoogte heeft dan het onderste deel 220, zoals getoond in fig. 2.In this case, the heat shield is split into two parts, the upper part 120 of which has a smaller height than the lower part 220, as shown in Fig. 2.

Zowel het onderste als het bovenste deel van het warmteschild zijn opgebouwd uit delen die in elkaar passen, zoals geïllus-20 treerd in fig. 4 en 5, hoewel andere oplossingen evenzeer denkbaar zijn.Both the lower and upper parts of the heat shield are made up of parts that fit together, as illustrated in Figures 4 and 5, although other solutions are equally conceivable.

Hoewel vanwege duidelijkheidsredenen de onderhavige uitvinding gebaseerd is op bovengenoemde uitvoeringsvormen en illustraties, kunnen volgens de uitvinding velerlei verander-25 ingen en variaties in de uitvoeringsvorm aangebracht worden.Although, for clarity reasons, the present invention is based on the above embodiments and illustrations, many changes and variations can be made in the embodiment of the invention.

Deze veranderingen en variaties worden echter geacht op de hieronder aangegeven conclusies gebaseerd te zijn.However, these changes and variations are believed to be based on the conclusions set forth below.

67025166702516

Claims

Heat shield for heat exchangers, characterized by at least two series of mutually intersecting blades forming a honeycomb of prismatic cells, through which one of the tubes of the tube bundle extends.

Heat shield according to claim 1, characterized in that the blades are supported at their end by a cylindrical ring with a smaller diameter than the shell of the exchanger, so that an annular gap is formed around the ring, with suitable slots in the walls of the ring to allow entry of an exchange fluid circulating around the tubes of the tube bundle.

Heat shield according to claim 2, characterized in that it is placed in the vicinity of a tube sheet, the blades being placed in two layers, one below and one above the ring with the slots.

Heat shield according to any one of the preceding claims, characterized in that the two series of blades intersect to form a plane of rhomboid, square or rectangular diamonds, the center line of a pipe of the pipe bundle extending in each case through the center extends.

5. Heat shield according to any one of the preceding claims, characterized in that the two series of blades are provided with slots at the intersection points, which slots extend half a height and have a width substantially equal to their thickness, the slots extend from the top edge to the center of the blade in the first series and from the bottom edge to the center of the blade 30 in the second series.

Heat shield according to any one of the preceding claims, characterized in that it has more than two series of blades, in particular three series of blades, capable of forming a honeycomb of triangular or hexagonal prismatic cells. 8702518 if £ -7-

Heat shield according to one or more of the preceding claims, characterized in that the blades are joined together by welding.

8. G 2 5 1 8