NO142460B - Holdeinnretning for roer i en varmeveksler - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en holdeinnretning for

en serie parallelle rør i form av en rørbunt i en varmeveksler hvor rørene er anordnet slik at de danner minst 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.

Konstruksjonen av varmevekslere er et meget sterkt utviklet teknisk felt, men der er allikevel plass til forbedringer på en rekke områder, f.eks. med hensyn til reduksjon av trykkfallet, økning av den totale varmegjennomgangskoeffisient og reduksjon av tilstopningen. Når det gjelder varmevekslere som benytter en rør-bunt, 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. en skillevegg eller mantelen.

Støttevegger av platetypen har vært benyttet i varmevekslere

i mange år. Slike støttevegger gir i det minste en viss understøt-telse 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 varmeveks-lere med støttevegger av platetypen har de åpninger i støttevegg-ene som rørene strekker seg gjennom, noe større diameter enn den utvendige diameter av rørene for på denne måte å lette oppbygnin-gen av varmeveksleren. Av denne grunn forekommer der imidlertid vibrasjoner av rørene, noe som medfører for tidlig svikt av disse.

US-PS 2 018 037 beskriver en varmeveksler med en understøttet rørbunt hvor en flerhet av stenger eller staver er anordnet i fel-tene 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 rør-bunten. Skjønt en slik konstruksjon gir en meget god understøt-telse for rørene i rørbunten, medfører den risiko for et relativt stort trykktap.

En rørunderstøttelse som medfører et lavt trykkfall, er beskrevet i US-PS 3 708 14 2, hvor oppfinneren er den samme som oppfinneren av den foreliggende oppfinnelse. Konstruksjonen ifølge den foreliggende oppfinnelse skaffer en betydelig forbedring av varmegjennomgangskoeffisienten med økende strømningshastigheter og samtidig en målbar reduksjon av trykkfailet sammenlignet med utførelsen ifølge US-PS 3 708 142. Dessuten er rørbunter som understøttes i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse, stort sett billigere å fremstille enn den tidligere kjente konstruksjon.

Den foreliggende oppfinnelse utgjør et betydelig gjennom-brudd i varmevekslerkonstruksjoner, idet en opplagring av en rør-bunt i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse begrenser rørsvikt som følge av f.eks. vibrasjon, samtidig som varmevekslere i henhold til den foreliggende oppfinnelse oppviser en bedre ytelse enn tidligere kjente varmevekslere, spesielt slike med plateformede støttevegger, når man tar hensyn til både den samlede varmegjennomgangskoeffisient og trykkfallet.

Varmevekslere som anvender en holdeinnretning ifølge oppfinnelsen, er videre økonomisk konkurransedyktige overfor varmevekslere av konvensjonell utførelse.

En hensikt med den foreliggende oppfinnelse er således å understøtte rør i en rørbunt i en varmeveksler med mantel og rør på en slik måte at trykkfallet på mantelsiden reduseres og rørene beskyttes mot svikt som følge av vibrasjon.

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

Enda en hensikt med oppfinnelsen er å skaffe en rørholdeinn-retning som vesentlig reduserer rørsvikten i en rørbunt og samtidig forbedrer forholdet mellom varmegjennomgangskoeffisienten og trykkfallet på mantelsiden av en varmeveksler med mantel og rør sammenlignet med tidligere kjente holdeinnretninger.

Holdeinnretningen ifølge oppfinnelsen omfatter minst ett sett av støttevegger som gir radial støtte for hvert rør og omfatter minst to støttevegger som hver omfatter en ytre ring som omgir rørbunten, og en flerhet av stenger som ligger i alle mellomrommene mellom til hverandre grensende rørrader og samvirker med den ytre ring for å danne en rekke korder med denne, samtidig som hver stang er tilstrekkelig stor til å gi støtte for rørene i rørradene på begge sider av stangen. I henhold til oppfinnelsen er den ytre ring i hver støttevegg elliptisk og anordnet i et plan som står på skrå i forhold til rørbuntens lengdeakse.

Ytterligere trekk ved holdeinnretningen fremgår av under-kravene. Fig. 1 er et oppriss av en varmeveksler som omfatter en ut-førelsesform for 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 oppriss av en flerhet av rør i form av en rørbunt hvor der er anvendt en annen utførelsesform for oppfinnelsen. Fig. 5 er et tverrsnitt etter linjen 5-5 på fig. 4 og viser en støttevegg ifølge oppfinnelsen.

Fig. 6 er et tverrsnitt etter.linjen -6 på fig. 4 og viser

en annen støttevegg ifølge oppfinnelsen for bruk sammen med støtte-veggen på fig. 5. Fig. 7 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. 8 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 dia-grammet på fig. 7.

Fig. 9 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.

7 og 8.

Varmevekslere blir normalt konstruert for relativt høye strøm-ningshastigheter av de fluider som strømmer gjennom varmevekslerne for at der på denne måte skal oppnås god varmeovergang. Slike høye strømningshastigheter, spesielt på mantelsiden av en varmeveksler med mantel og rør, medfører ofte vibrasjon av rørene i rørbunten, hvis rørene ikke er radialt understøttet. Vibrasjon av rørene kan bevirke at et eller flere av rørene svikter for tidlig. To vanlige måter til å redusere slik vibrasjon er å tilføye plateformede støttevegger som 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 av strømningshastigheten på mantelsiden. Den medfølgende reduksjon i varmegjennomgangshastighetene gjør det nødvendig med en større og mere kostbar 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.

Da en av de viktigere sider ved oppfinnelsen er å redusere svikten av rørene som følge av vibrasjon, er den største under-støttede rørlengde meget viktig for konstruksjonen av en holdeinnretning. Det er meget viktig å hindre at naborør støter mot hverandre på et sted mellom understøttelsespunktene og å hindre at rørene svikter som følge av vibrasjonstretthet. Holdeinnretningen blir derfor vanligvis utført slik at den største tillatte rørutbøyning under belastning er mindre enn halvparten av avstanden mellom naborør og bøyespenningene under vibrasjonsforhold ligger innenfor akseptable tretthetsgrenser for det materiale som benyttes i rørene. Det er vel kjent i faget hvorledes man kan fastlegge akseptable tretthetsgrenser for rørmaterialet.

Den på fig. 1 viste varmeveksler, som er generelt betegnet med henvisningstallet 10, og som inneholder en utførelsesform for en holdeinnretning ifølge oppfinnelsen, har to rørplater 17a og 17b og to støttevegger 12 og 14 som understøtter rørene 18 som danner en rørbunt 20 som ligger inne i en mantel 19. Hver av støtteveggene 12<*>'og 14 er vist å ligge i et plan som ikke står vinkelrett på rørbuntens lengdeakse, som er betegnet med X, men på skrå i forhold til denne. Dette er en viktig forutsetning for utførelse av den foreliggende oppfinnelse. Den vinkel som dannes mellom det plan som støtteveggen ligger i, og det plan som står vinkelrett på rørbuntens lengdeakse, vil i det etter-følgende bli betegnet som støtteveggvinkelen. Den støttevegg-vinkel som er benyttet i utførelsesformene på fig. 1 og 4, er henholdsvis 30 og 45°, som vist på figurene. Etterhvert som støtteveggvinkelen blir større, blir støtteavstanden for en del av rørene en av de begrensende faktorer som må tas i betrakt-

ning ved konstruksjon av varmeveksleren. Som vist på fig. 1 er støtteavstanden 15 for et rør 18a målt fra rørplaten 17a til støtteveggen 12, betydelig mindre enn avstanden 16 for et rør 18b, også målt fra rørplaten 17a til støtteveggen^12. Ved økning av støtteveggvinkelen ved svingning av støtteveggen 12 mot rørplaten 17b samtidig som avstanden 15 holdes konstant, vil avstanden 16 øke inntil den blir lik lengden av røret 18b. Den geometriske form av støtteveggen ifølge oppfinnelsen er en ellipse, og for at støtteveggen skal strekke seg over hele rørbunten må lengden av den største akse av den elliptiske støttevegg 12 øke når støtte-veggen svinges som beskrevet ovenfor. For å optimalisere konstruksjonen av en spesiell varmeveksler ifølge oppfinnelsen kan det være ønskelig å anvende en del av en støttevegg i nærheten av hver rørplate for på denne måte vesentlig å redusere rørstøtte-avstanden 16. Støtteveggvinkelen må alltid være tilstrekkelig stor til vesentlig å redusere trykkfallet på mantelsiden av en varmeveksler som anvender støtteplatene, i forhold til varmevekslere med den samme type støttevegger anbragt i et plan vinkelrett på rørbuntens lengdeakse. Sagt på en annen måte krever utførelse av den foreliggende oppfinnelse at støtteveggvinkelen skal skaffe en betydelig reduksjon i trykkfallet på mantelsiden sammenlignet med en varmeveksler som anvender støttevegger av stangtypen med en støtteveggvinkel på 0°.

Trykkfallet på mantelsiden av en varmeveksler med et gitt antall stangstøttevegger i henhold til oppfinnelsen blir redusert til et minimum ved at støtteveggene anbringes på en slik måte at innsnevringen av arealet for horisontal fri strømning gjennom mantelen på et hvilket som helst sted over lengden av mantelen blir redusert til et minimum. For å redusere trykkfallet på mantelsiden av en varmeveksler utført i overensstemmelse med oppfinnelsen til et minimum, eller med andre ord å minimalisere innsnevringen av arealet for horisontal fri strømning, bør støtte-veggvinkelen og avstanden mellom støtteveggene tilfredsstille følgende ligninger:

og

(2) Støtteveggavstand > innerdiameteren av mantelen • tg (støtteveggvinkelen)

Det skal imidlertid understrekes at støtteveggavstanden, slik den fremkommer av ligning (2) ovenfor, vil måtte reduseres hvis den rørstøtteavstand som er nødvendig for å hindre vibrasjonstretthet, er mindre enn den støtteveggavstand som er nødvendig for å redusere trykkfallet bestemt ved ligning (2) ovenfor. Hensynet til å hindre vibrasjonstretthet er normalt den dominerende faktor. I visse tilfeller kan det være viktigst å redusere trykkfallet, og i slike tilfeller må de ovennevnte ligninger være oppfylt uan-sett hvilken støtteveggavstand som bestemmes av vibrasjonstrett-hetsberegninger. Slike tilfeller må imidlertid anses å utgjøre unntagelsen og ikke regelen. Den maksimale støtteveggvinkel blir vanligvis fastlagt ut fra hensynet tirf" den største tillatte rørstøtteavstand og den ønskede støtteveggavstand. I de fleste tilfeller vil støtteveggvinkelen ligge i området fra 15 til 80°, men når ytterdiameteren av stengene er omtrent minst halvparten av ytterdiameteren av rørene, vil støtteveggvinkelen generelt ligge i området 20-65°. Det antas at støtteveggvinkler på 30,

45 og 60° vil bli vanlig anvendt, idet disse vinkler er lett å arbeide med ved konstruksjon av varmevekslere i henhold til oppfinnelsen og disse vinkler generelt vil tilfredsstille de ovenfor nevnte konstruksjonskriterier med hensyn til reduksjon av

trykkfallet på mantelsiden av varmeveksleren til et minimum og oppnåelse av riktig støtteveggavstand. Det ventes også at støt-teveggvinkler på 30 og 45° vil være de vanligste, da mindre støt-teveggvinkler gjør det mulig å anvende kortere rørstøtteavstander. Rørsiden av varmeveksleren 10 på fig. 1 har en innløpsstuss 22 og en utløpsstuss 24 som tillater et første fluidum å passere gjennom rørene, og mantelsiden av varmeveksleren har to stusser 2 6 og 28 for å tillate et annet fluidum å føres 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 trekantmønster, som klart vist av støtteveggene på fig. 2 og 3, og danner minst en første og en annen serie av parallelle rørrader som danner en vinkel på 60° med hinannen. Støtteveggen 12 på fig. 2 illustrerer 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. Den på fig. 3 viste støttevegg 14 illustrerer den 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. Støtteveggene 12 og 14 utgjør et sett av støttevegger, idet begge 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 og 3 er fremstilt av en ytre ring 30 som omgir rørene 18 i rørbunten 20. Stengene 31 ligger i mellomrommene 34 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. Stengene 31 og 32 samvirker med den ytre ring 30 for å danne en flerhet av parallelle korder med den ytre ring 30. Stengene 31 og 32 er festet til den 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. Stengene 31 og 32 må være tilstrekkelig store til å understøtte rørene 18 i rørradene på begge sider av hver stang. For å skaffe radial understøttelse for alle rør i rørbunten ved hjelp av ett støtte-veggsett, må antall staver i hver støttevegg være lik det samlede antall staver som vil kunne anbringes i mellomrommet mellom 'støtteveggens rørrader.

Minst ett sett av støttevegger er nødvendig i henhold til oppfinnelsen, men vanligvis anvendes der mer enn ett støtteveggsett, herunder delvise støtteveggsett, dvs. at et hvilket som helst antall støttevegger kan anvendes så lenge der anvendes minst to støttevegger som utgjør minst ett støtteveggsett. Som nevnt foran kan bruken av deler av støttevegger være nødvendig for å oppnå en gunstigst mulig konstruksjon av en bestemt varmeveksler.

Fig. 4-6 viser en fortrukket utførelsesform for oppfinnelsen hvor rørene 50 i en rørbunt 5.2 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 en gitt manteldiameter. I den på fig. 4-6

viste utførelsesform for oppfinnelsen er der f.eks. 61 rør, mens utførelsen på fig. 1-3 bare har 57 rør til tross for at tverr-snittsdimensjonene av både mantel og rør i begge tilfeller er den samme. Den utførelsesform som er vist på fig. 4 -.6, har to støttevegger 54 og 58 som utgjør et støtteveggsett i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Støtteveggvinkelen er 45°. På fig. 5 og 6 er der en første serie av parallelle rørrader langs de horisontale stenger 62, mens der foreligger en annen serie av parallelle rørrader mellom de vertikale stenger 64. Stengene 6 2 og 62a er anordnet i mellomrommene mellom de horisontale rør-rader og samvirker med den ytre ring 66 for å danne en rekke parallelle korder med den ytre ring. Et eksempel på et mellomrom mellom til hverandre grensende rørrader er på fig. 5 betegnet med henvisningstallet 61a og på fig. 6 med henvisningstallet 63a. Stengene 64 og 64a er også anordnet i mellomrommene mellom de vertikale rørrader og samvirker med den ytre ring 66 for å danne en rekke parallelle korder med den ytre ring. Stengene 62, 62a, 64 og 64a er tilstrekkelig store til å støtte rørene i rørradene på begge sider av hver stang. Stengene i skilleveggene på fig. 4-6 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. 4-6, har støtteveggene den form som for tiden foretrekkes, og hvor ringene 66 rett og slett har glatt bueform i motsetning til ringene 30 på fig. 1-3, hvor innerkanten av ringene er profi-lert for å gi delvis støtte for de rør som ligger ved innerkanten av ringene. Det er imidlertid vanskelig å fremstille slike sirkulære utskjæringer 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 og 58 på fig. 4-6 unngår dette problem rett og slett ved at ringen ikke utføres med slike innskjæringer, idet der isteden anvendes to ytterligere stenger for å støtte de rør som ellers ville være delvis støttet av profileringen i ringen. De ytterligere stenger er vist ved 62a på fig. 5 og ved 64a på fig. 6. En utførelse av støtteveggene med glatte ringer 66 som vist på fig. 4-6 foretrekkes også, fordi en slik utførelse reduserer trykktapet gjennom varmeveksleren, idet et parti av ringen som tidligere hindrer strømningen av fluidet på mantelsiden, er sløyfet. Denne utførelse forenkler således konstruksjonen av støtteveggene og spesielt ringene 66, hindrer for tidlig svikt av rørene som følge av gnissing mot de relativt skarpe inner-kanter av ringene og reduserer dessuten trykktapet på varme-vekslerens mantelside.

Fra den ovenstående beskrivelse av fig. 1 - 6 er det klart at det minste antall støttevegger pr. sett er to, et antall som ikke er avhengig av rørmønsteret. To forskjellige rørmønstre er vist på tegningen, men andre rørmønstre er mulige. Med et hvilket som helst rørmønster er det imidlertid nødvendig med minst to støttevegger pr. sett for å bringe oppfinnelsen til ut-førelse.

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 derfor å anvende utførelser av inn-løps- og utløpsstussen til mantelsiden som medfører liten turbulens og lavt trykkfall. Divergerende dyser, multippeldyser og ringformede 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 lengderetningen, dvs. hovedsakelig parallelt med rørenes lengdeakse. Det anbefales derfor å redusere tverrsnittet av langs-gående strømningspassasjer som er relativt store i forhold til klaringen mellom rørene, til et minimum ved at slike passasjer enten elimineres eller blokkeres ved hjelp av egnede skilleveg-ger.

En ring som begrenser strømmen av fluidum på mantelsiden mellom mantelen og rørbunten og også skaffer et underlag eller en basis for befestigelse av stengene for å danne stangstøtte-veggen, er naturlige bestanddeler av et apparat som vist på fig. 1-6.

Det vil være åpenbart for fagfolk at varmevekslere utført

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

Skjønt støtteveggene normalt anordnes slik rundt rørbunten at alle støttevegger vil ha samme støtteveggvinkel og helle i samme retning som vist på fig. 1-4, ligger det innenfor området for oppfinnelsen å anvende to eller flere støttevegger med for-skjellig støtteveggvinkel og/eller støttevegger som heller i en hvilken som helst retning.

EKSEMPEL

Tre varmevekslere med mantel og rør som strekker seg en gang gjennom varmeveksleren, ble fremstilt og testet, idet varmemediene ble ført i motstrøm. Hver varmeveksler inneholdt 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 møn-ster med en senteravstand på 1,75 cm, og innerdiameteren av mantelen var 26,04 cm. Hver varmeveksler ble utført slik at den hadde den samme minimale støtteavstand for rørene, 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 52 457 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 utprøvd varmeveksler holdt på mer enn 6°C for å gi en tilstrekkelig drivkraft for varmeutvekslingen, så ensartede forsøksresul-tater kunne beregnes. Strømningsmengden W på mantelsiden ble variert fra 1134 til 9072 kg/h. Fig. 7, 8 og 9 viser grafisk resultatene av forsøkene, hvor den totale gjennomgangskoeffisient 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 utførelse 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 en varmeveksler med støttevegger 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 skråttstilte, i segmenter oppdelte støttevegger med stenger eller kort en varmeveksler med skråttstilte stangstøt-tevegger. Denne utførelse var i overensstemmelse med hva som er beskrevet på fig. 1-3. Der ble anvendt en avstand mellom støt-teveggene på 12,45 cm for å gi en støtteavstand på 24,89 cm, som er det samme som ble anvendt ved de to øvrige, foran beskrevne varmevekslere. Støtteveggvinkelen var 4 5°, og stengene hadde en ytre diameter på 0,48 cm.

Som vist på fig. 7 gir varmeveksleren med skråttstilte stangstøttevegger en betydelig og uventet økning i varmegjennomgangskoeffisienten ved strømningshastigheter på over 26 000 kg/h sammenlignet med en varmeveksler med støttevegger av kryss-stenger. Varmeveksleren med platestøttevegger ga en høyere varmegjennomgangskoeffisient over hele det undersøkte område for strømningshastigheter på mantelsiden. Fig. 8 viser at trykktapet på mantelsiden gjennom varmeveksleren med skråttstilte stangstøttevegger var lavere enn trykktapet for varmeveksleren med støttevegger av kryss-stenger, og at trykkfallet for begge disse varmevekslere var betydelig lavere enn trykktapet i varmeveksleren med platestøttevegger. Fig. 9 viser at forholdet mellom varmegjennomgangskoeffisienten og trykktapet for en bestemt strømningshastighet på mantel-

siden er høyere for varmevekslere med skråttstilte stangstøtte-vegger enn for begge de to tidligere kjente varmevekslere. Dette diagram, som forener resultatene fra fig. 16 og 17, gir et godt bilde av de resultater som oppnås ved anvendelse av fremgangs-

måten og innretningen til understøttelse av rør ifølge oppfinnelsen, idet både trykkfallet og varmegjennomgangskoeffisienten tas i betraktning samtidig.

Disse tre diagrammer og spesielt fig. 9 viser klart at den foreliggende oppfinnelse avgjort skaffer uventede resultater i forhold til tidligere kjente varmevekslere, herunder en hvor støt-teveggene er utført med stenger.

Claims (7)

1. Holdeinnretning for en serie parallelle rør (18) i form av en rørbunt i en varmeveksler hvor rørene er anordnet slik at de danner minst 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 innretningen omfatter minst ett sett av støttevegger som gir radial støtte for hvert rør og omfatter minst to støttevegger (12, 14) som hver omfatter en ytre ring (30) som omgir rørbunten, og en flerhet av stenger (31,

32) som ligger i alle mellomrommene mellom til hverandre grensende rørrader og samvirker med den ytre ring for å danne en rekke korder med denne, samtidig som hver stang er tilstrekkelig stor til å gi støtte for rørene i rørradene på begge sider av stangen, karakterisert ved at den ytre ring (30) i hver støttevegg er elliptisk og anordnet i et plan som står på skrå i forhold til rør-buntens lengdeakse.

2. T"nvetoIng som an<g>itt i krav i k a r d a t e r i ? e r t ved at vinkelen (fig. 1 og 4) mellom støtteveggene og et plan vinkelrett på rørbuntens lengdeakse (støtteveggvinkelen) er tilstrekkelig stor til at trykkfallet på mantelsiden blir vesentlig mindre enn ved bruk av en maken støttevegg med en vinkel på 0°.

3.. Innretning som angitt i krav 1, karakterisert ved at støtteveggene (12, 14) er slik fordelt over rørbuntens lengde at den største tillatte rørutbøyning ved belastning er mindre enn halvparten av klaringen mellom naborør (18) og bøye-spenningene under vibrasjonsforhold ligger innenfor akseptable tretthetsgrenser for det rørmateriale som benyttes.

4. Innretning som angitt i krav 1, karakterisert ved vinkelen mellom støtteveggen og et plan vinkelrett på rørenes lengdeakse er større eller lik t Ytterdiameteren av stengene . " Ytterdiameteren av rørene + ytterdiameteren av stengene

5. Innretning som angitt i krav 4,karakterisert ved at støtteveggvinkelen er 15 - 80°.

6. Innretning som angitt i krav 5, karakterisert ved at støtteveggvinkelen er 20 - 65°.

7. Innretning som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at støtteveggvinkelen for de forskjellige støttevegger avviker fra hverandre.