NO309293B1 - Anordning ved innlöpsröret til en varmevekslerenhet i et rökgassrör - Google Patents

Abstract

En varmevekslerenhet (13) for gjenvinning av varme fra røkgassene fra en sylinderdampkjel (10), hvilken varmevekslerenhet omfatter et røkgassrør (14) og et varmevekslerrør (16) som bæres konsentrisk inne i røkgassrøret (14) av et bøyet innløpsrør (19), som strekker seg fra en nedre åpning (20) i røkgassrørets (14) perifere vegg til en innløpsåpning (21) i en nedre utadbulende endevegg (22) av varmevekslingsrøret (16), og et utløpsrør (23) som strekker seg fra en-utløpsåp-ning (24) i en øvre del av varmevekslingsrørets (16) perifere vegg til en øvre åpning (25) i røkgassrørets (14) perifere vegg.nnløpsrøret (19) har et første, horisontalt, rett endeparti (19A), et andre, oppadrettet, rett endeparti (19B) og også et mellomliggende, krummet parti (19C). Det krummede partis bøynings-vinkel (a) er større enn 90° og det andre endeparti (19B) forløper med en helning bestemt av bøyningsvink-elen (a), mot krumningssenteret av et delvis sfærisk parti av varmevekslingsrørets (16) nedre endevegg (22), i hvilken vegg innløpsåpningen (21) er anordnet eksentrisk i forhold til varmevekslingsrørets (16) sentrale lengdeakse.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en varmevekslerenhet for gjenvinning av varme fra røkgassene fra en sylinderdampkjel.

Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en varmevekslerenhet av den type som omfatter et røkgassrør åpent i begge ender for montering i vertikal stilling i en trykkbeholder anordnet over kjelens ildsted for å danne en røkgasskanal som forløper vertikalt gjennom dette, og et varmevekslings-rør lukket i begge ender som bæres konsentrisk inne i røkgassrøret ved den ene ende av et bøyet innløpsrør, som strekker seg fra en første nedre åpning i røkgassrørets perifere vegg til en innløpsåpning i en nedre utbulende endevegg av varmevekslingsrøret, og ved den andre ende av et rett utløpsrør, som strekker seg fra en utløpsåpning i en øvre del av varmevekslingsrørets perifere vegg til en andre, øvre åpning i røkgassrørets perifere vegg, idet innløpsrøret har et første, horisontalt, rett endeparti ved hjelp av hvilket det er forbundet med røkgassrøret, og et andre, oppadrettet, rett endeparti ved hjelp av hvilket det er forbundet med den nedre endevegg av varmevekslingsrøret, og også et mellomliggende, krummet parti som forbinder nevnte to endepartier med hverandre.

Ved tidligere kjente varmevekslerenheter av den ovenfor beskrevne type har det krummede parti av innløpsrøret alltid vært bøyet i en vinkel på 90°. Videre har det andre endeparti av innløpsrøret strukket seg i fullstendig vertikal retning mot innløpsåpningen, hvilken har vært anordnet konsentrisk i forhold til varmevekslingsrørets sentrale lengdeakse i den nedre endevegg av varmevekslings-røret .

En ulempe ved disse kjente varmevekslerenheter har vært at sprekker lett kan oppstå ved sveisefugen mellom innløpsrør-et og røkgassrøret. Grunnen til denne sprekkdannelse er at de varme røkgasser som dannes i dampkjelens ildsted utset-ter varmevekslingsrøret for en betydelig kraftigere termisk innflytelse enn røkgassrøret, hvilket medfører at varmevek-slingsrøret når kjelen er i drift, gjennomgår en betydelig større lengdeutvidelse enn røkgassrøret. Dette gjelder spesielt, såsom vanligvis er tilfellet, når varmevekslings-røret er forsynt med utvendige overflateforstørrende ele-menter, f.eks. i form av et stort antall tapper som rager radialt ut fra det rørformede legeme av varmevekslingsrør-et. Da utløpsrøret normalt er betydelig kortere enn innløpsrøret og dessuten vanligvis har en betydelig større diameter, vil denne forskjell i lengdeutvidelse mellom varmevekslingsrøret og røkgassrøret gi opphav til betydelig høyere mekaniske påkjenninger ved fugen mellom innløpsrøret og røkgassrøret enn ved fugen mellom utløpsrøret og røk-gassrøret. Risikoen for at utmattingssprekker med tiden skal oppstå er derfor mye større ved den førstnevnte fuge enn ved den sistnevnte.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en forbedret varmevekslerenhet av den innledningsvis beskrevne type, med redusert risiko for at utmattingssprekker av den ovenfor beskrevne type skal opptre, og derfor med øket levetid sammenlignet med tidligere kjente varmevekslerenheter.

Den ifølge oppfinnelsen for dette formål foreslåtte varmevekslerenhet kjennetegnes primært ved at bøyningsvinkelen av det mellomliggende, krummede parti av innløpsrøret over-skrider 90° og at det andre endeparti av innløpsrøret strekker seg med en helning bestemt av denne bøynings-vinkel, mot krumningssenteret av et delvis sfærisk parti av varmevekslingsrørets nedre endevegg, i hvilken vegg inn-løpsåpningen er anordnet eksentrisk i forhold til den sentrale lengdeakse av varmevekslingsrøret.

Ved å utføre det bøyde parti av innløpsrøret med en bøy-ningsvinkel større enn 90° oppnås øket bøyelighet av innløpsrøret. Den økede bøyningsvinkel medfører nemlig også en økning av nevnte rørs totale lengde så vel som en økning i lengden av rørets bøyde parti, som er mindre stivt enn rørets rette partier på grunn av tynnere veggtykkelse og det noe ovale tverrsnitt som oppstår når nevnte parti bøyes.

Den foreslåtte orientering av det andre endeparti av innløpsrøret og den foreslåtte plassering av innløpsåpning-en sikrer også at innløpsåpningen kan utføres fullstendig sirkulær og at endepartiet av innløpsrøret tilsluttet denne åpning kan gis en sirkulær endeflate vinkelrett på dets lengderetning. Herved unngås at den foreslåtte bøynings-vinkel^ av innløpsrørets bøyde parti skal kreve en spesiell og komplisert form av innløpsåpningen av den nærbeliggende endeflate av innløpsrøret, og således unngås også økede fremstillingsomkostninger for varmevekslerenheten.

Ved beregninger har det kunnet konstateres at selv med en bøyningsvinkel for innløpsrørets bøyde parti som bare er noen få grader større enn 90°, oppnås en betydelig økning i utmattingsstyrken av fugen mellom innløpsrøret og røk-gassrøret. Ifølge oppfinnelsen skal nevnte bøyningsvinkel imidlertid fortrinnsvis være i det minste omtrent 100°.

For å sikre at utførelsen av varmevekslerenheten ifølge oppfinnelsen ikke skal medføre noen risiko for at det ved varmevekslingsrørets nedre ende skal oppstå et parti som ikke kan dreneres via innløpsrøret når kjelen tas ut av drift, bør varmevekslingsrørets sentrale lengdeakse fortrinnsvis strekke seg gjennom varmevekslingsrørets nedre endevegg på et sted som befinner seg innenfor innløpsåp-ningens perifere kant.

Oppfinnelsen vil bli beskrevet nærmere nedenfor under henvisning til vedføyde tegninger, hvor: fig. 1 viser i snitt en del av en sylinderdampkjei forsynt

med flere varmeverkslerenheter av kjent type,

fig. 2 viser i større målestokk et lengdesnitt gjennom én av nevnte kjente varmevekslerenheter,

fig. 3 viser et tilsvarende lengdesnitt gjennom en varmevekslerenhet ifølge en som eksempel valgt utførelse av oppfinnelsen, og

fig. 4 viser i lengdesnitt og ytterligere forstørret en del av det nedre parti av en varmevekslerenhet ifølge fig. 3.

På fig. 1 betegnes generelt med 10 en sylinderdampkjel av kjent utførelse. Den har et ildsted 11 med en over dette anordnet trykkbeholder 12 som danner kjelens vann- og damprom. En flerhet varmevekslerenheter generelt betegnet med 13 er montert i trykkbeholderen 12 for å gjenvinne varme fra røkgassene som dannes i ildstedet.

Hver varmevekslerenhet 13 omfatter et i begge ender åpent røkgassrør 14, som er avtettet mot de øvre og nedre ende-vegger av trykkbeholderen 12 og danner en kanal som for-løper vertikalt gjennom dette og muliggjør at røkgasser kan avledes fra ildstedet 11 til et røkgassutløp anordnet over trykkbeholderen 12. Hver varmevekslerenhet 13 omfatter også et varmevekslingsrør generelt betegnet med 16, som også er anordnet inne i røkgassrøret og består av et i begge ender lukket rørformet legeme 17 og et stort antall radialt utragende tapper 18 anbragt utvendig på nevnte legeme for å danne utvendige overflateforstørrende elemen-ter på rørlegemet 17.

Varmevekslingsrøret 16 bæres konsentrisk inne i røkgass-røret 14 ved den ene ende av et innløpsrør 19, hvilket, slik det tydeligst fremgår av fig. 2, strekker seg fra en nedre åpning 20 i den perifere vegg av røkgassrøret til en innløpsåpning 21 i en nedre utadbulende endevegg 22 av varmevekslingsrøret, og ved den andre ende av et utløpsrør 23 som strekker seg fra en utløpsåpning 24 i en øvre del av varmevekslingsrørets perifere vegg til en øvre åpning 25 i røkgassrørets perifere vegg.

Den eksakte konstruksjon og funksjon av sylinderdampkjelen 10 kan være av vilkårlig kjent type og det er derfor ikke nødvendig med noen detaljert beskrivelse. Det skulle være tilstrekkelig å nevne at ved hjelp av ikke viste midler, kan vann sirkuleres kontinuerlig gjennom passasjene 26 anordnet rundt ildstedet 11 i den hensikt å overføre varme fra ildstedet til vannet i trykkbeholderen 12 via ildsted-ets vegger. Dette vann mottar også varme fra røkgassene som passerer gjennom røkgassrørene 14, både som resultat av varmeledning gjennom røkgassrørenes vegger og ved hjelp av varmevekslingsrørene 16, gjennom hvilke vann konstant vil sirkulere. Som et resultat av forannevnte tilførsel av varme, vil det i trykkbeholderen 12 dannes damp, som kan fjernes ved hensiktsmessige, ikke viste organer.

Som det vil ses av fig. 2, har innløpsrøret 19 i den kjente varmevekslerenhet et første, horisontalt, rett endeparti 19A ved hjelp av hvilket det er forbundet med røkgassrøret 14, og et andre, oppadrettet, rett endeparti 19B ved hjelp av hvilket det er forbundet med den nedre endevegg 22 av varmevekslingsrøret 16, og også et mellomliggende, krummet parti 19C som forbinder de to endepartier 19A og 19B med hverandre. Bøyningsvinkelen av det krummede parti 19C er nøyaktig 90°, og det andre endeparti 19B strekker seg i fullstendig vertikal retning og konsentrisk i forhold til varmevekslingsrørets 16 sentrale lengdeakse.

Varmevekslerenheten ifølge oppfinnelsen, vist på fig. 3 og 4, skiller seg fra den kjente varmevekslerenhet vist på fig. 2 bare med hensyn til utformningen av innløpsrøret 19 og plasseringen av innløpsåpningen 21 som kommuniserer med dette i den nedre endevegg 22 av varmevekslingsrøret. Mens the krummede parti av innløpsrøret i varmevekslerenheten ifølge fig. 2 er bøyet i en vinkel på nøyaktig 90°, er det bøyde parti 19C av innløpsrøret 19 i varmevekslerenheten ifølge oppfinnelsen vist på fig. 3 og 4, bøyet i en vinkel a som er større enn 90° og som er 101° i den viste utførelse.

Videre forløper det oppadrettede, rette endeparti 19B av innløpsrøret 19 ifølge fig. 3 og 4 med en helning bestemt av bøyningsvinkelen a mot det på fig. 4 med C betegnede krumningssenter av det delvis sfæriske parti av varmeveks-lingsrørets 16 nedre endevegg 22, i hvilket innløpsåpningen 21 er anordnet. Lengdeaksen av det rette endeparti 19B danner således en vinkel p med varmevekslingsrørets 16 sentrale lengdeakse. Innløpsåpningen 21 er således anordnet eksentrisk i veggen 22 i forhold til varmevekslingsrør-ets 16 sentrale lengdeakse. Vinkelen P har en verdi tilsvarende verdien av vinkelen a minus 90°. Ved den viste utførelse av oppfinnelsen er således vinkelen p 11°.

For å sikre at varmevekslingsrøret 16 kan dreneres gjennom innløpsrøret 19 når kjelen tas ut av drift, er stillingen av innløpsåpningen 21 valgt slik at varmevekslingsrørets sentrale lengdeakse strekker seg gjennom veggen 22 ved et sted som befinner seg innenfor åpningens 21 perifere kant.

Claims (3)

1. Varmevekslerenhet for gjenvinning av varme fra røk-gassene fra en sylinderdampkjel, hvilken varmevekslerenhet omfatter et røkgassrør åpent i begge ender for montering i vertikal stilling i en trykkbeholder anordnet over kjelens ildsted for å danne en røkgasskanal som forløper vertikalt gjennom dette, og et varmevekslingsrør lukket i begge ender som bæres konsentrisk inne i røkgassrøret ved den ene ende av et bøyet innløpsrør, som strekker seg fra en første nedre åpning i røkgassrørets perifere vegg til en innløps-åpning i en nedre uthulende endevegg av varmevekslingsrør-et, og! ved den andre ende av et rett utløpsrør, som strekker seg fra en utløpsåpning i en øvre del av varmeveks-lingsrørets perifere vegg til en andre, øvre åpning i røkgassrørets perifere vegg, idet innløpsrøret har et første, horisontalt, rett endeparti ved hjelp av hvilket det er forbundet med røkgassrøret, og et andre, oppadrettet, rett endeparti ved hjelp av hvilket det er forbundet med den nedre endevegg av varmevekslingsrøret, og også et mellomliggende, krummet parti som forbinder nevnte to endepartier med hverandre, karakterisert ved at bøyningsvinkelen av det mellomliggende, krummede parti av innløpsrøret over-skrider 90° og at det andre endeparti av innløpsrøret strekker seg med en helning bestemt av denne bøynings-vinkel, mot krumningssenteret av et delvis sfærisk parti av varmevekslingsrørets nedre endevegg, i hvilken vegg inn-løpsåpningen er anordnet eksentrisk i forhold til den sentrale lengdeakse av varmevekslingsrøret.

2. Varmevekslerenhet ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte bøyningsvinkel er i det minste omtrent 100°.

3. Varmevekslerenhet ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at varmevekslingsrørets sentrale lengdeakse strekker seg gjennom varmevekslings-rørets nedre endevegg på et sted som befinner seg innenfor innløpsåpningens perifere kant.