NO142415B - Holdeinnretning for roer i varmevekslere. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en holdeinnretning til

å støtte rør i form av en rørbunt i en varmeveksler hvor rørene er anordnet slik at de danner i det minste en første serie av parallelle rørrader og mellomrom mellom minst en del av de til hverandre grensende rørrader, idet holdeinnretningen omfatter minst ett sett av støttevegger som er fordelt over lengden av rørbunten og er anbragt på tvers av denne, og som hver omfatter en ring som omgir rørbunten, og en flerhet av parallelle støtte-stenger som ved begge ender er forbundet med ringen, og som er støttende anordnet i mellomrommet mellom til hverandre grensende parallelle rørrader, idet hvert sett skaffer radial støtte for hvert rør i rørbunten og hver stang er tilstrekkelig stor til å

gi støtte for rørene i rørradene på begge sider av stangen.

Varmeveksling er en viktig del av mange prosesser. Som vel kjent fås der en indirekte varmeovergang fra et medium til et annet ved bruk av varmevekslere, hvorav der er mange typer. Der finnes f.eks. varmevekslere med dobbelte rør, varmevekslere med mantel og rør, platevarmevekslere og andre. I virkeligheten er konstruksjonen av varmevekslere et meget sterkt utviklet teknisk felt, men der er allikevel plass til forbedringer på en rekke om-råder, f.eks. med hensyn til reduksjon av trykkfallet, økning av den totale varmegjennomgangskoeffisient og reduksjon av tilstop-ningen. Når det gjelder varmevekslere som benytter en rørbunt,

slik det f.eks. er tilfelle i varmevekslere med mantel og rør, er det også mulig å forbedre rørunderstøttelsen. I en rekke tilfeller svikter rørene i en varmeveksler med mantel og rør for tidlig fordi rørene vibrerer eller gnisser mot hverandre og mot andre deler av varmeveksleren, f.eks. skillevegger eller mantelen.

Mar. har derfor vært klar over at der foreligger et, behov

for rørunderstøttelse.

Støttevegger av platetypen har vært benyttet i varmevekslere i mange år. Slike støttevegger gir i det minste en viss under-støttelse av rørene. Varmevekslere med støttevegger i form av en dobbelt, i segmenter oppdelt plate er vel kjent for fagfolk, og skjønt varmevekslere som benytter denne type støttevegger, er blitt utviklet relativt tidlig i varmevekslernes historie, er slike varmevekslere fortsatt i utstrakt bruk. I de fleste typer varmevekslere med støttevegger av platetypen har de åpninger i støtteveggene som rørene strekker seg gjennom, noe større diameter enn den utvendige diameter av rørene for på denne måte å lette konstruksjonen av varmeveksleren. Av denne grunn forekom-mer der imidlertid vibrasjoner av rørene, noe som ofte medfører for tidlig svikt av rørene.

US-PS 2 018 037 beskriver en varmeveksler med en understøttet rørbunt hvor en flerhet av stenger eller staver er anordnet i feltene mellom hver rørrad. En stang eller en stav er anordnet i hvert felt og festet til en ring som omgir rørbunten, slik at stengene danner en rekke parallelle korder som ligger i et plan vinkelrett på rørbuntens lengdeakse. I et snitt på tvers av rør-bunten, slik det er vist på fig. 2, 3 og 6 i patentskriftet, ligger en stang i hvert felt mellom rørrader. To grupper eller sett av stenger gir således radial understøttelse for hvert rør i rørbunten. Skjønt en slik konstruksjon gir en meget god under-støttelse for rørene i rørbunten, medfører den risiko for et relativt stort trykktap som foruten å medføre et energitap, vanligvis er høyere enn det trykktap som kan tåles. Forholdet er at selv om den nevnte konstruksjon er omtrent tredve år gammel, er den ikke særlig godt akseptert av industrien, noe som bevises av det forhold at den praktisk talt aldri anvendes.

En rørunderstøttelse som anvendes, og som medfører et lavt trykkfall, er beskrevet i US-PS 3 708 142, hvor oppfinneren er den samme som oppfinneren av den foreliggende oppfinnelse. Konstruksjonen ifølge den foreliggende oppfinnelse skaffer en betydelig forbedring med hensyn til varmegjennomgangskoeffisienten og motstanden mot tilstopping, samtidig som økningen i trykkfallet er relativt liten sammenlignet med utførelsen ifølge det foran nevnte patentskrift. Skjønt trykkfallet stort sett er lavere,

for en varmeveksler som er utført i overensstemmelse med US-PS

3 708 143» erm for en varmeveksler utført I overensstemmelse ^ed<* >den foreliggende oppfinnelse, gir den foreliggende oppfinnelse et bedre samlet resultat når både trykkfallet og varmegjennom-gangen tas i betraktning. Dessuten er rørbunter som understøttes

i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse, i visse tilfeller noe billigere å fremstille enn rørbuntene ifølge den tidligere oppfinnelse.

Den foreliggende oppfinnelse utgjør et meget betydelig gjen-nombrudd i varmevekslerkonstruksjoner», idet opplagring av en rør-bunt i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse begrenser rørsvikt som følge av f.eks. vibrasjon, forbedrer den totale varme-gjennomgang i forhold til tidligere varmevekslere og samtidig reduserer trykkfallet i forhold til de velkjente varmevekslere med støttevegger av platetypen. Varmevekslere som anvender en holdeinnretning ifølge oppfinnelsen, er videre økonomisk konkur-ransedyktige overfor varmevekslere av konvensjonell utførelse og gir samtidig bedre totalytelse.

En hensikt med den foreliggende oppfinnelse er således å understøtte rør i form av en rørbunt i en varmeveksler på en måte som reduserer trykkfallet på mantelsiden og gir en høyere varme-gjennomgang i forhold til kjente varmevekslere, samtidig soir

rørene beskyttes mot svikt som følge av vibrasjon.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å redusere den utvendige beleggdannelse på slike rørbunter, dvs. beleggdannelse på .mantelsiden av en varmeveksler med mantel og rør. Slik belegg- . dannelse medfører tap av varmegjennomgangsevnen.

Ytterligere en hensikt med oppfinnelsen er å skaffe en rør-holdeinnretning som vesentlig reduserer rørsvikten i en rørbunt og samtidig forbedrer varmegjennomgangskoeffisienten og reduserer trykkfallet på mantelsiden av en varmeveksler med mantel og . tftx-

I henhold til den foreliggende oppfinnelse er holdeinnretningen karakterisert ved at stengene i støtteveggene er anordnet en del av mellomrommene mellom til hverandre grensende rørrader i <gf| serie av parallelle rørrader, at antall stenger i hver støttevegy er betydelig mindre enn det samlede antall stenger som ville kunne anordnes i mellomrommene mellom rørradene i serien av parallelle rørrader, og at settet omfatter minst tre slike støttevegger.

Ytterligere trekk ved holdeinnretningen ifølge oppfinnelsen fremgår av underkravene og den etterfølgende beskrivelse. Fig. 1 er et oppriss av en varmeveksler som omfatter en ut-førelsesform av den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 er et tverrsnitt etter linjen 2-2 på fig. 1 og viser en støttevegg i henhold til oppfinnelsen. Fig. 3 er et tverrsnitt etter linjen 3-3 på fig. 1 og viser en annen støttevegg ifølge oppfinnelsen som er egnet for bruk i kombinasjon med støtteveggen på fig. 2. Fig. 4 er et tverrsnitt etter linjen 4-4 på fig. 1 og viser enda en støttevegg ifølge oppfinnelsen som er egnet for bruk sammen med støtteveggene på fig. 2 og 3. Fig. 5 er et oppriss av en flerhet av rør i form av en rør-bunt forsynt med støtteveggen i henhold til en annen utførelses-form av oppfinnelsen. Fig. 6 er et tverrsnitt etter linjen 6-6 på fig. 5 og viser en støttevegg ifølge oppfinnelsen. Fig. 7 er et tverrsnitt etter linjen 7-7 på fig. 5 og viser en annen støttevegg ifølge oppfinnelsen for bruk sammen med støtteveggen på fig. 6. Fig. 8 er et snitt etter linjen 8-8 på fig. 5 og viser ytterligere en støttevegg ifølge oppfinnelsen som er egnet for bruk sammen med støtteveggene på fig. 6 og 7.

F'i;g-. 9 er et snitt etter linjen 9-9 på fig. 5 og viser ytterligere en støttevegg ifølge oppfinnelsen som er egnet for bruk sammen med støtteveggene på fig. 6, 7 og 8. Fig. 10 - 15 viser et sett av seks støttevegger i henhold til enda en utførelsesform for oppfinnelsen, hvor rørene i den rørbunt som skal avstøttes, er anordnet i et sekskantmønster. Fig. 16 er et diagram som viser den totale varmegjennomgangskoeffisient målt som en funksjon av strømningshastigheten på mantelsiden for en varmeveksler fremstilt i henhold til den foreliggende oppfinnelse og for to tidligere kjente varmevekslere. Fig. 17 er et diagram som viser trykkfallet på mantelsiden målt som en funksjon av strømningshastigheten på mantelsiden under anvendelse av de samme varmevekslere som ligger til grunn for diagrammet på fig. 16.

Fiq. 18 er et diagram som viser forholdet mellom den samlede varmegjennomgangskoeffisient og trykkfallet målt som en funksjon av strømningshastigheten på mantelsiden under anvendelse av de samme varmevekslere som ligger til grunn for diagrammene på fig. 16 og 17. Fig. 19 er et oppriss av en flerhet av rør i form av en rør-bunt som er understøttet i henhold til en annen utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse.

Fig. 20 er et snitt etter linjen 20-20 på fig. 19 og viser

en støttevegg ifølge oppfinnelsen.

Fig. 21 er et snitt etter linjen 21-21 på fig. 19 og viser

en annen støttevegg som er egnet for bruk sammen med støtteveg-

gen på fig. 20.

Fig. 22 er et snitt etter linjen 22-22 på fig. 19 og viser

en annen støttevegg ifølge oppfinnelsen som er egnet for bruk sammen med støtteveggene på fig. 20 og 21.

Fig. 23 er et tverrsnitt etter linjen 23-23 på fig. 19 og viser enda en støttevegg ifølge oppfinnelsen som er egnet for bruk sammen med støtteveggene på fig. 20, 21 og 22.

Høye strømningshastigheter av de fluider som føres gjennom

en varmeveksler, medfører ofte vibrasjon av rørene i rørbunten, hvis rørene ikke er radialt understøttet. Slik vibrasjon vil etterhvert bevirke for tidlig svikt av et eller flere av rørene, dvs. at rørene svikter før man skulle vente det i henhold til de materialer som er anvendt i rørene og bruken av varmeveksleren.

To vanlige måter til å redusere slik vibrasjon er å tilføye plateformede støttevegger som ytterligere skal støtte rørene i rørbunten, og/eller redusere hastigheten av fluidene på tvers av rørene. En tilføyelse av plateformede støttevegger medfører en betydelig økning i trykkfallet på mantelsiden av en varmeveksler og en reduksjon i strømningshastigheten på mantelsiden, hvorved det blir nødvendig med en større og kostbarere varmeveksler enn hva som ellers ville ha vært nødvendig. Den foreliggende oppfinnelse løser vibrasjons-problemet uten i vesentlig grad å øke trykkfallet eller redusere strømningshastigheten på mantelsiden. Uttrykkene "trykkfall" og "trykktap" vil i den foreliggende fremstilling bli benyttet som synonyme begreper.

Den på fig. 1 viste varmeveksler, som er generelt betegnet med henvisningstallet 10, og som utgjør en utførelsesform for den foreliggende oppfinnelse, har to rørplater 17a og 17b og tre støttevegger 12, 14 og 16 som understøtter rørene 18, som danner en rørbunt 20 som ligger inne i en mantel 19. Skjønt hver av støtteveggene 12, 14 og 16 er vist å ligge i et plan som står vinkelrett på rørbuntens lengdeakse, er det mulig å anvende støtte-vegger som ikke står vinkelrett på rørbuntens lengdeakse, men på skrå i forhold til denne. Støttevegger som ligger vinkelrett på aksen, er imidlertid lettere og billigere å fremstille og blir således foretrukket. Rørsiden av varmeveksleren 10 har en innløps-stuss 22 og en utløpsstuss 24 som tillater et første fluidum å passere gjennom rørene, og mantelsiden av varmeveksleren har to stusser 26 og 28 for å tillate et annet fluidum å passere over rørenes ytre overflate, idet stussen 26 er en innløpsstuss og stussen 28 er en utløpsstuss når varmemediene strømmer i motstrøm. Rørene 18 i varmeveksleren 10 er anordnet i et likesidet trekant-mønster, som klart vist på fig. 2 - 4, og danner en første, en annen og en tredje serie av parallelle rørrader som danner en vinkel på 60° med hverandre. Fig. 2 viser den første serie av parallelle rørrader som ligger parallelt med stenger 31. Mellom til hverandre grensende parallelle rørrader er der et mellomrom som stengene er anordnet i. Et eksempel på et mellomrom som dannes mellom til hverandre grensende rørrader, og som en stang strekker seg gjennom, er vist ved henvisningstallet 34. Fig. 3 viser en annen serie av parallelle rørrader som ligger parallelt med stenger 32. Et eksempel på et mellomrom som dannes av til hverandre grensende rørrader, og som en stang strekker seg gjennom, er betegnet med henvisningstallet 36. Fig. 4, som viser støtteveggen 16, viser også en tredje serie av parallelle rørrader som ligger parallelt med stenger 33. Et eksempel på det mellomrom som dannes av til hverandre grensende rørrader, og som en stang strekker seg gjennom, er betegnet med henvisningstallet 38. Støtteveggene 12, 14 og 16, som er vist på fig. 2, 3 og 4, utgjør et sett av støtte-vegger, idet alle de tre viste støttevegger er nødvendige for at alle rørene i rørbunten skal være radialt understøttet. Beteg-nelsen "radialt understøttet" innebærer at røret skal være fast-holdt mot bevegelse i alle retninger vinkelrett på rørets lengdeakse.

Hver støttevegg på fig. 2, 3 og 4 er fremstilt av en ytre ring 30 som omgir rørene 18 i rørbunten 20. Stengene 31 ligger i mellomrommene mellom til hverandre grensende rader av rør 34 på fig. 2, mens stengene 32 ligger mellom til hverandre grensende rader av rør 36 på fig. 3 og stengene 33 ligger mellom til hverandre grensende rader av rør 38 på fig. 4. Stengene 31- 33 samvirker med den ytre ring 30 for å danne en flerhet av parallelle korder med den ytre ring 30. Stengene 31, 32 og 33 er festet til den tilhørende ytre ring 30, f.eks. ved at stengene er sveiset til ringen eller ved at de er fastboltet til denne ved hjelp av bolter 46 og klemorganer 40, 41 for støtteveggen 12 resp. 42, 43 for støtteveggen 14 resp. 44, 45 for støtteveggen 16. Stengene 31, 32 og 33 må være tilstrekkelig store til å under-støtte rørene 18 i rørradene på begge sider av stangen. Det samlede antall stenger som anvendes i hver støttevegg, skal være betydelig mindre enn det samlede antall stenger som ville kunne anbringes i mellomrommene mellom støtteveggens rørrader.

Tre støttevegger er det minste antall som kan benyttes i

et sett av støttevegger i henhold til oppfinnelsen når rørene anordnes i et likesidet trekantmønster. Når bare tre støtte-vegger på denne måte utgjør et sett, behøver der ikke anvendes flere stenger i hver støttevegg enn hva som vil gi radial under-støttelse for hvert rør i rørbunten. Vanligvis benyttes der samme antall stenger i hver støttevegg, men der kan være tilfeller hvor antallet stenger i de forskjellige støttevegger i et sett varierer. Minst ett sett av støttevegger er nødvendig i henhold til oppfinnelsen, men ytterligere støttevegger i tillegg til hva som er nødvendig for å utgjøre et sett, kan benyttes, således også delvise støtteveggsett. Når tre støttevegger er nøvendige for å utgjøre et sett, kan der i henhold til oppfinnelsen f.eks. benyttes fem støttevegger, og hvis støtteveggene er jevnt fordelt mellom rørplatene, er den største lengde av et rør som ikke er understøttet, tre ganger avstanden mellom støtte-veggene.

Da en av de viktigere sider ved oppfinnelsen er å redusere svikten av rørene som følge av vibrasjon, er den største ikke understøttede rørlengde meget viktig for konstruksjonen av en holdeinnretning. Da det er ønskelig å hindre at naborør støter mot hverandre på et sted mellom understøttelsespunktene, blir holdeinnretningen vanligvis utført slik at den største tillatte rørutbøyning under belastning er noe mindre enn halvparten av avstanden mellom naborør.

Fig. 5-9 viser en foretrukket utførelsesform for oppfinnelsen, hvor rørene 50 i en rørbunt 52 med rørplater 51a og 51b er anordnet i et kvadratisk mønster. Et slikt kvadratisk rørmønster gir stort sett større overflate i et apparat i henhold til oppfinnelsen for gitt manteldiameter. I den på fig. 5-9 viste utførelsesform for oppfinnelsen er der f.eks. 61 rør, mens utførelsen på fig. 1-4 bare har 57 rør til tross for at raantel-diameteren i begge tilfeller er den samme. Den utførelsesform som er vist på fig. 5-9, har fire støttevegger 54, 56, 58 og 60, og en holdeinnretning må omfatte alle disse fire støttevegger,

som utgjør et sett. På fig. 6 og 7 er rørene tenkt oppdelt i en første serie av parallelle rørrader (horisontale rørrader) og på fig. 8 og 9 er der en annen serie av parallelle rørrader (de vertikale rørrader). Stenger 62 og 62a er anordnet i mellomrommet mellom rørradene i henholdsvis den øvre og den nedre halvdel av de horisontale rørrader på fig. 6 og 7 og samvirker med ytre ringer 66 for å danne en rekke parallelle korder med de ytre ringer 66. Et eksempel på et mellomrom mellom til hverandre grensende rørrader er på fig. 6 betegnet med henvisningstallet 61a og på fig. 7 med henvisningstallet 61b. Stenger 64 og 64a er også anordnet i mellomrommet mellom rørradene i henholdsvis den venstre og den høyre halvdel av de vertikale rørrader på fig. 8 og 9 og samvirker med ytre ringer 66 for å danne en rekke parallelle korder med de ytre ringer. Et eksempel på et mellomrom mellom til hverandre grensende rørrader er på fig. 8 betegnet med henvisningstallet 63a og på fig. 9 med henvisningstallet 63b. Stengene 62, 62a, 64 og 64a er tilstrekkelig store til å støtte rørene i rør-radene på begge sider av hver stang, og antall stenger i hver støttevegg er betydelig mindre enn det samlede antall stenger som ville kunne anbringes i mellomrommene mellom rørradene. Stengene i støtteveggene på fig. 5-9 holdes i stilling av klemorganer 70 som er boltet fast til ringene 66 ved hjelp av bolter 80.

I den utførelsesform av oppfinnelsen som er vist på fig. 5-9, har støtteveggene den form som for tiden foretrekkes, og hvor ringene 66 rett og slett har glatt bueform i motsetning til på fig. 1-4 hvor innerkanten av ringene 30 er profilert for å

gi delvis støtte for de rør som ligger ved innerkanten av ringene. Det er imidlertid vanskelig å fremstille slike sirkulære ut-skjæringer for delvis støtte av de rør som ligger nær innerkanten

av ringene 30, på en slik måte at ingen radial bevegelse av rørene tillates. Utførelsen av støtteveggene 54, 56, 58 og 60 på fig. 5-9 unngår dette problem rett og slett ved at ringen ikke ut-føres med slike innskjæringer, idet der isteden anvendes en ytterligere stang for å støtte de rør som ellers ville være delvis støttet av profileringen i ringen. Den ytterligere stang er vist ved 62a på fig. 6 og 7 og ved 64a på fig. 8 og 9. En utførelse av støtteveggene med glatte ringer 66 som vist på fig. 5-9, foretrekkes også fordi en slik utførelse reduserer trykktapet gjennom varmeveksleren, idet et parti av ringen som tidligere hin-dret strømningen av fluidet på mantelsiden, er sløyfet. Denne ut-førelse forenkler således konstruksjonen av støtteveggene og spesielt ringene 66, hindrer for tidlig svikt av rørene som følge av gnissing mot de relativt skarpe innerkanter av ringene og reduserer dessuten trykktapet på varmevekslerens mantelside.

I den utførelsesform for oppfinnelsen som er vist på fig.

19 - 23, ligner'støtteveggene meget på dem som er vist på fig..

5-9. På fig. 19 - 21 er der vist stenger 16 2 som er satt inn i annet hvert mellomrom mellom til hverandre grensende rørrader i hver støttevegg, mens der i henhold til fig. 5 - 7 er satt inn stenger 62 i til hverandre grensende mellomrom mellom nabo-rader. Som vist på fig. 19, 22 og 23 er stenger 164 satt inn

i annet hvert mellomrom mellom til hverandre grensende rørrader

i hver støttevegg i motsetning til på fig. 5, 8 og 9, hvor stenger 64 er satt inn i nabomellomrom mellom til hverandre grensende rør-rader. I alle utførelsesformer for oppfinnelsen er imidlertid stenger satt inn bare i en del av mellomrommene mellom til hverandre grensende rørrader. Fig. 19 - 23 viser videre ringer 166 som omgir rørene 150 som danner en rørbunt 152. Stengene passerer gjennom rørbunten 152 og er forbundet med ringene 166 ved hjelp av klemorganer 70 som er fastboltet til ringene 166 ved hjelp av bolter 180.

Støtteveggene på fig. 19 - 23 er konstruert på samme måte

som støtteveggene på fig. 5-9, idet ringene 166 på fig. 19 -

23 og ringene 66 på fig. 5-9 alle er enkle, glatte ringer og

ikke er av samme type som de på fig. 1-4 viste ringer 30, som er profilert på innersiden for å passe delvis rundt rørene og gi disse en viss radial støtte. Da ringene 166 er glatte ringer, kreves der ekstra stenger 162a på fig. 20 og 21 og ekstra stenger

164a på fig. 22 oy 23. Stengene 162 og 164a er nødvendige av samme grunn som stengene 62a og 64a på fig. 6-9. I alla utførelses-formene kan støtteveggene ligge i et plan som enten ikke står vinkelrett, men på skrå i forhold til rørenes langsgående akse, eller i et plan som står vinkelrett på denne akse. Det foretrekkes for tiden å utføre holdeinnretningen med støttevegger som står vinkelrett på rørenes lengdeakse, idet ringene 166

da kan være sirkelrunde i motsetning til den elliptiske form som ville være nødvendig hvis skilleveggene skulle anbringes i et plan som ikke står perpendikulært på røraksen. En slik ellip-

tisk form er mer vanskelig å fremstille. Det vil naturligvis forstås at såvel støttevegger som ligger i et plan vinkelrett på rørenes lengdeakse, som støttevegger som ligger i et plan som ikke står vinkelrett på aksen, ligger innenfor området for oppfinnelsen.

Det skal understrekes at det ved en holdeinnretning i hen-

hold til den foreliggende oppfinnelse bare er nødvendig at de stenger i hver støttevegg som settes inn i mellomrommene mellom til hverandre grensende rørrader i en serie av parallelle rørrader, settes inn i et antall mellomrom som er mindre enn det samlede antall slike mellomrom, og videre at stengene ligger slik i mellomrommene at der kreves minst tre støttevegger for å under-støtte hvert eneste rør i rørbunten radialt. Det er uten betyd-ning om stengene settes inn i nabomellomrom, annet hvert mellomrom, to nabomellomrom fulgt av et opphold på to mellomrom, eller anordnes i et hvilket som helst annet mønster. De på fig. 6-9 viste støttevegger er i alle praktiske henseender praktisk talt maken til støtteveggene på fig. 20 - 23.

De seks støttevegger som er vist på fig. 10 - 15, og som belyser enda en utførelsesform for oppfinnelsen, utgjør et sett av støttevegger for bruk med det rørmønster som er vist på

figurene. Settet av støttevegger gir radial støtte for hvert rør, og bare tre stenger berører hvert av rørene. Tre stenger anordnet rundt hvert rør er det minste antall som er nødvendig

for å gi radial støtte for hvert rør så lenge stengene omslutter

mer enn 180° av røromkretsen, noe som er tilfellet i utførelsen

på fig. 10 - 15.

På fig. 10 - 15 har støtteveggene 90, 92, 94, 96, 98 og 100 ringer 102 som omgir rør 104 i form av en rørbunt hvor rørene er anordnet i et sekskantmønster. Ringene 102 har den samme glatte ringform som ringene 66 på fig. 5-9. I støtteveggene 90 og 92 ligger stenger 106 i mellomrommene 108 mellom parallelle

rørrader i en første serie av parallelle rørrader. I støtteveggene

94 og 96 ligger stenger 114 i mellomrom 116 mellom parallelle

rørrader i en annen serie av parallelle rørrader. I støtteveggene

98 og 100 ligger stenger 118 i mellomrom 120 mellom parallelle

rørrader i en tredje serie av parallelle rørrader. Stengene i hver støttevegg holdes på plass ved hjelp av klemorganer 110

som er boltet til ringene 102 ved hjelp av bolter 112.

Det minste antall stenger i en støttevegg er det antall som er tilstrekkelig til at hele settet av støttevegger skal skaffe radial støtte for hvert rør som utgjør rørbunten. Det foretrekkes at denne funksjonelle grense også anvendes for å fastlegge det største antall stenger i en støttevegg, idet trykkfallet på man-telsiden av en varmeveksler med mantel og rør er lavest når det minste antall stenger anvendes i støtteveggene. Det er imidlertid avgjørende å benytte tilstrekkelig mange stenger i hver støttevegg til at settet av støttevegger vil gi en radial støtte for hvert rør.

Når et sett av støttevegger består av fire støttevegger, vil stengene i hver støttevegg ligge i ca. 50-60% av mellomrommene mellom til hverandre grensende rørrader i en serie av parallelle rørrader. Hvis et sett består av åtte støttevegger, vil ca. 25 - 35% av mellomrommene inneholde stenger. Hvis rørene i rørbunten er anordnet i et kvadratisk mønster, må settet inneholde minst fire støttevegger. Settet kan eventuelt inneholde et større, like antall støttevegger, f.eks. 6, 8, 10, 12 etc. Hvis rørene i rørbunten er anordnet i et trekantmønster, må et sett inneholde minst tre støttevegger, men multiplum av tre kan også anvendes for å danne sett på f.eks. seks støttevegger,

ni støttevegger etc. Imidlertid er det også mulig å anvende fire støttevegger eller et større, like antall støttevegger i

et sett. Hvis rørene er anordnet i et sekskantmønster som vist på fig. 10 - 15, er det nødvendig med minst seks støttevegger i et sett for å skaffe radial støtte for hvert rør i rørbunten. Det antall støttevegger som utgjør et sett, som beskrevet oven-for, må ikke forveksles med det totale antall støttevegger som anvendes i rørbunten, idet det sistnevnte antall kan være et

hvilket som helst antall som overstiger det minste nødvendige antall i settet, slik at det samlede antall støttevegger for en rørbunt er uavhengig av antall støttevegger i et sett.

Fra den ovenstående beskrivelse av fig. 1 - 15 og 19 - 23

er det klart et det minste antall støttevegger pr. sett er avhengig av rørmønsteret. Tre forskjellige rørmønstre er vist på tegningen, men andre rørmønstre er mulige hvor det minste antall støtte-vegger i et sett kan være et annet enn hva som er spesielt omtalt. Med et hvilket som helst rørmønster er det imidlertid nødvendig med minst tre støttevegger pr. sett for å bringe oppfinnelsen

til utførelse, og de spesielle rørmønstre som er vist, er tatt

med for illustrasjonens skyld og er ikke ment å begrense oppfinnelsen.

Det menes for tiden at trykkfallet på mantelsiden av en bestemt varmeveksler utført i henhold til oppfinnelsen stort sett vil oppstå ved eller i nærheten av innløps- og utløpspartiene til mantelen. Det anbefales således å anvende utførelser av innløps-og utløpsstussen til mantelsiden som medfører liten turbulens og lavt trykkfall. Divergerende dyser, multippeldyser og ringfor-mede fordelere skaffer således et lavt trykkfall og liten turbulens i innløps- og utløpspartiene på mantelsiden. Det er viktig ved utførelse av apparatet ifølge oppfinnelsen å bemerke at fluidet på apparatets mantelside strømmer hovedsakelig i lengderet-ningen, dvs. hovedsakelig parallelt med rørenes lengdeakse. Det anbefales derfor å redusere tverrsnittet av langsgående strøm-ningspassasjer som er relativt store i forhold til klaringen mellom rørene, til et minimum ved at slike passasjer enten eli-mineres eller blokkeres ved hjelp av egnede skillevegger.

En ring og et underlag for de stenger som utgjør stangstøtte-veggen, er naturlige bestanddeler av et apparat som vist på fig. 1 - 15 og 19 - 23. Ringen begrenser strømmen av fluidum på mantelsiden mellom mantelen og rørbunten og skaffer også et underlag eller en basis for befestigelse av stengene for å danne stang-s tøtteveggen.

Det ville være åpenbart for fagfolk at varmevekslere utført

jL henhold til oppfinnelsen kan være av en rekke utførelser som er kjent i faget, f.eks. varmevekslere med U-rør, flere rørgjennom-ganger, utførelser med flytende hode etc.

Som tidligere nevnt, foretrekkes det å anbringe de ytre ringer og dermed støtteveggene i et plan vinkelrett på rørbuntens lengdeakse, idet det er vesentlig lettere å konstruere støttéveggene når de ytre ringer ligger i en slik stilling. Støttevegger som ligger i et plan som ikke står vinkelrett, men på skrå i forhold til rørbuntens lengdeakse, ligger imidlertid innenfor rammen for oppfinnelsen.

For ytterligere beskrivelse av oppfinnelsen skal der neden-for beskrives forsøk med tre varmevekslere av rørtypen med enkel gjennomgang og motstrøm av varmemediene. Hver varmeveksler inne-holdt 137 rør av karbonstål. Hvert rør var 2,96 m langt og hadde en ytre diameter på 1,27 cm. Rørene var anordnet i et kvadratisk mønster med en senteravstand på 1,75 cm, og innerdia-meteren av mantelen var 26,04 cm. Hver varmeveksler ble utført slik at den hadde den samme avstand mellom rørstøttene, nærmere bestemt 24,89 cm. Fluidene både på mantelsiden og rørsiden var vann og strømningshastigheten gjennom rørene var 1,28 m/s, som ga en gjennomstrømning på 52 527 kg/h. Det varme fluidum var på mantelsiden, og innløpstemperaturen var ca. 74°C, mens innløps-temperaturen av det kalde fluidum på rørsiden lå på mellom 26 og 55°C. Derved ble temperaturtilnærmingen ved hver ende av en ut-prøvd varmeveksler, som kjent for fagfolk, holdt på mer enn 6°C for å gi en tilstrekkelig drivkraft for varmeutvekslingen, så ensartede forsøksresultater kunne beregnes. Strømningsmengden W på mantelsiden ble variert fra 1134 til 9072 kg/h. Fig 16, 17 og 18 viser grafisk resultatene av forsøkene, hvor den totale varmegjennomgangskoeffisient U, trykkfallet AP og forholdet U/AP ble bestemt som funksjon av strømningsmengden W på mantelsiden, idet data fra sammenlignbare forsøk ble benyttet som grunnlag for egnede beregningsmetoder, som kjent for fagfolk.

En av de anvendte varmevekslerutførelser var en med støtte-vegger av dobbelte, i segmenter oppdelte plater, og denne ut-førelse vil i det etterfølgende bli betegnet som en varmeveksler med platestøttevegger. Utskjæringen i platene var 50%, dvs. at platen skaffet et åpent tverrsnitt som var ca. 50% av det samlede tverrsnitt av mantelen minus det område som opptas av rørene. Denne type varmeveksler blir meget hyppig anvendt og anses som en vanlig industriutførelse. Avstanden mellom rørstøttene var 24,89 cm, og avstanden mellom støtteveggene var således 12,45 cm.

Den annen anvendte varmevekslerutførelse var den som er beskrevet i US-PS 3 708 142, og som i det etterfølgende vil bli betegnet som er. varmeveksler med støttevegg med kryss-stenger. I denne utførelse gir hver støttevegg radial støtte for hvert rør i rørbunten, og for en støtteavstand på 24,89 cm ble der således anvendt en avstand mellom støtteveggene på 24,89 cm.

Den tredje varmevekslerutførelse var utførelsen ifølge den foreliggende oppfinnelse, i det etterfølgende betegnet som en varmeveksler med vertikale, i segmenter oppdelte støtteplater med stenger. Denne utførelse var i overensstemmelse med de tidligere beskrevne fig. 5-19, bortsett fra at de ytre ringer var utført i overensstemmelse med utførelsesformen på fig. 2-4. Fire støtteplater pr. sett ble anvendt med en avstand mellom støtteveggene på 6,22 cm for å gi en støtteavstand på 24,89 cm, som er det samme som anvendt ved de to øvrige, foran beskrevne varmevekslere. Det antall stenger som ble anvendt i hver støtte-vegg, var 24, hvilket var det minste antall som ga radial støtte for hvert rør i rørbunten. Stengene i hver støttevegg ble anbragt i ca. 50% av mellomrommene mellom til hverandre grensende rørrader i en serie av parallelle rørrader.

Som vist på fig. 16 gir varmeveksleren med vertikale, i segmenter oppdelte stangstøttevegger en betydelig og uventet økning i varmegjennomgangskoeffisienten sammenlignet med de to andre varmevekslere. Over hele området for de anvendte strømningshas-tigheter ga varmeveksleren ifølge oppfinnelsen varmegjennomgangs-koef f isienter som lå ca. 11-14% høyere enn for varmeveksleren med platestøttevegger og ca. 50-60% høyere enn for varmeveksleren med kryss-stenger.

Fig. 17 viser at trykktapet på mantelsiden gjennom varmeveksleren ifølge oppfinnelsen var neste like lavt som trykktapet gjennom en varmeveksler med kryss-stenger, og at trykkfallet gjennom begge disse to varmevekslere var betydelig lavere enn trykktapet gjennom en varmeveksler med platestøttevegger. Det

lave trykkfall gjennom varmeveksleren med vertikalte, i segmenter oppdelte stangstøttevegger ifølge oppfinnelsen er spesielt over-raskende, idet det var denne varmeveksler som ga den beste varmegjennomgangskoeffisient. Varmevekslere som anvender rørholdeinn-retningen ifølge oppfinnelsen, er ikke bare istand til å arbeide med et meget lavere trykkfall enn en varmeveksler med plate-støttevegger (ved samme størrelse av varmeveksleren), men kan

samtidig gi betydelig høyere varmegjennomgangskoeffisienter enn en slik varmeveksler eller en sammenlignbar varmeveksler med støttevegger av kryss-stenger.

Fig. 18 viser at forholdet mellom varmegjennomgangskoeffisienten og trykktapet for en bestemt strømningshastighet på mantelsiden er vesentlig høyere for varmeveksleren ifølge oppfinnelsen enn for de tidligere kjente varmevekslere. Dette diagram, som forener resultatene fra fig. 16 og 17, gir et godt bilde av

de fremragende resultater som oppnås ved anvendelse av rørholde-innretningen ifølge oppfinnelsen, idet både trykkfallet og varmegjennomgangskoeffisienten tas i betraktning.

Disse tre diagrammer og spesielt fig. 18 viser klart at den foreliggende oppfinnelse avgjort skaffer uventede resultater i forhold til tidligere kjente varmevekslere, herunder en hvor støtteveggene er utført med stenger.

Claims (7)

1. Holdeinnretning til å støtte rør i form av en rørbunt i en varmeveksler hvor rørene er anordnet slik at de danner i det minste en første serie av parallelle rørrader og en annen serie av parallelle rørrader og mellomrom mellom minst en del av de til hverandre grensende rørrader, idet holdeinnretningen omfatter minst ett sett av støttevegger som er fordelt over lengden av rørbunten og er anbragt på tvers av denne, og som hver omfatter en ring som omgir rørbunten, og en flerhet av parallelle støttestenger som ved begge ender er forbundet med ringen,_ og som er støttende anordnet i mellomrommet mellom til hverandre grensende parallelle rørrader, idet hvert sett skaffer radial støtte for hvert rør i rø"rbunten og hver stang er tilstrekkelig stor til å gi stø"tte for rørene i rør-radene på begge sider av stangen, karakterisert ved at stengene (31, 32, 33; 62, 62a, 64, 64a; 106, 114, 118; 162, 162a, 164, 164a) i støtteveggene (12, 14, 16} 54, 56, 58, 60; 90, 92, 94, 96, 98, 100; 154, 156, 158, 160) er anordnet i en del

av mellomrommene (34, 36, 38; 61a, 61b, 63a, 63b; 108, 116, 120) mellom til hverandre grensende rørrader i en serie av parallelle rørrader, at antall stenger i hver støttevegg er betydelig mindre enn det samlede antall stenger som ville kunne anordnes i mellomrommene mellom rørradene i serien av parallelle rørrader, og at settet omfatter minst tre slike støttevegger.

2. Innretning som angitt i krav 1, karakterisert ved at rørene (50; 150) er anordnet i et kvadratisk mønster, og at hvert sett av støttevegger omfatter minst fire støtte-vegger (54, 56, 58, 60; 154, 156, 158, 160)(fig. 5-9 og 19-23).

3. , Innretning som angitt i krav 2, karakterisert ved at stengene (162, 162a,.164, 164a) ligger i annet hvert mellomrom mellom til hverandre grensende rørrader i en serie av parallelle rørrader (fig. 20-23).

4. Innretning som angitt i krav 1, karakterisert ved at rørene (18) er anordnet i trekantmønster (fig. 2-4).

5. Innretning som angitt i krav 1, karakterisert ved at rørene (104) er anordnet i sekskantmønster, og at hvert sett av støttevegger omfatter minst seks støttevegger (90, 92, 94, 96, 98, 100) .

6. Innretning som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at stengene (31, 32, 33; 62, 62a, 64, 64a; 106, 114, 118; 162, 162a, 164, 164a) i hver støtte-vegg (12, 14, 16; 54, 56, 58, 60; 90, 92, 94, 96, 98, 100; 154, 156, 158, 160) danner en vinkel med stengene i minst noen av de andre støttevegger.

7. Innretning som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at stengene (31, 32, 33; 62, 62a, 64, 64a; 106, 114, 118; 162, 162a, 164, 164a) har sirkel-tverrsnitt.