WO1986000127A1 - Collector sleeve for heat exchanger tube cleaning devices - Google Patents
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- WO1986000127A1 WO1986000127A1 PCT/DE1985/000203 DE8500203W WO8600127A1 WO 1986000127 A1 WO1986000127 A1 WO 1986000127A1 DE 8500203 W DE8500203 W DE 8500203W WO 8600127 A1 WO8600127 A1 WO 8600127A1
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28G—CLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
- F28G1/00—Non-rotary, e.g. reciprocated, appliances
- F28G1/12—Fluid-propelled scrapers, bullets, or like solid bodies
- F28G1/125—Fluid-propelled scrapers, bullets, or like solid bodies forced back and forth by means of flow reversal
Definitions
- the invention relates to a device for improving the quality of tubular heat exchangers, such as surface condensers, inter alia, by lowering their flow losses, the heat exchanger having a plurality of tubes through which a medium flows and each of these tubes having a cleaning body, the inner jacket of which cleans discontinuously, in particular in the form of a brush , is assigned, so how this cleaning body is conveyed from the medium in accordance with its alternating flow direction in the tube and can be collected at the end of the relevant flowed tube in collecting sleeves attached to these ends, as well as each collecting sleeve at one end has a connecting body for its connection to the end of the respective tube and at its other end has holding means for limiting the conveying path of the cleaning body, and in which device the connecting body and the holding means are each provided on an annular collar, and the annular collars among one another via at least three, and in particular concentrically arranged to the longitudinal central axis of the collecting sleeve and an annular cage forming struts are
- the cleaning of the pipes can be carried out by means of balls or brushes during the operation of the heat exchanger.
- the flow of the medium is deflected at predetermined intervals, so that the brushes are moved from one end of the pipes to the other. This reciprocating movement of the brushes cleans each tube very intensively from its own brush.
- a cleaning system was developed and introduced in heat exchangers of such heat engines, which is formed by a cleaning body in the form of a brush.
- a collecting cage is provided at both ends of a respective cooling tube of the heat exchanger, into which the cleaning body is floated by the respective flow of the medium.
- the cleaning body remains held in this collecting cage until the flow of the medium has been diverted by a changeover valve, in order then to pass from this collecting cage, passing the cooling pipe, to the other collecting cage at the other end of the cooling pipe.
- the switching intervals can be set individually and can be long or short and essentially depend on the degree of contamination of the coolant or the cooling pipes.
- the cleaning body itself which is designed as a brush, has a clamping body for the bristles of the brush and two caps delimiting the ends of this clamping body, each of which is preferably conical with a streamlined shield.
- the respective cap has such a shape that it has a smaller diameter than the inner tube on its base facing the clamping body, so that an annular gap remains between the jacket of this base and the inner jacket of the cooling tube.
- This annular gap allows part of the medium, ie the coolant, to pass through, so that the walls of the respective cooling tube to be cleaned do not only remain sufficiently wetted when they are gripped by the bristles of the brush for the purpose of cleaning them.
- the coolant flowing past the annular gap is from the bristles the brush entrains any dirt that has been scraped off, thus removing it in front of the brush.
- the brush does not run up against the scraped-off dirt and does not have to push it in front of it, as is the case when cleaning with balls.
- the object of the invention is to further develop this device in such a way that the flow resistance is considerably reduced, the energy consumption of the pumps, in particular on the coolant side, is reduced and yet the Temperature transition between the heat exchanging media is increased.
- this object is achieved in a device of the type mentioned at the outset in that the annular collar having the holding means is arranged obliquely to the longitudinal central axis of the collecting sleeve and is connected to struts of this sleeve of different lengths.
- the heat exchange systems can be operated more quietly, and they remain quiet for the cooling capacity even with large amounts of water, which is of considerable importance especially when the device is used in the hearing area of people. It has also been found that when the measures according to the invention are used, the minimum cooling water flow required for the function of brush cleaning can also be reduced, as a result of which the power requirement of the cooling water pumps is also reduced. Due to the inventive design of the device, and here in particular by the inclined inclination of the collar which carries the holding means for the brush body, it is possible to position the collecting sleeves at the ends of the cooling tubes in such a way that the largest possible inlet or outlet cross sections remain open.
- FIG. 1 An only indicated heat exchanger with a plurality of cooling tubes arranged therein, only a few of which are drawn out and the supply and discharge lines together with the switchover fitting for the cooling medium,
- FIG. 2 is a side view of a collecting sleeve according to the invention with a cleaning body indicated by dash-dotted lines shortly before it reaches its rest position,
- FIG. 3 shows a plan view of the collecting sleeve according to FIG. 2,
- FIG. 4 is a view rotated by 90 ° of the collecting sleeve according to FIG. 2,
- FIG. 5 shows a section in the plane V-V through the collecting sleeve according to FIG. 4,
- Fig. 8 is a plan view of a tube sheet with some attached tubes or collecting sleeves, the outflow cross-section per tube or sleeve is indicated by hatching.
- the device which is designed according to the invention as a collecting cage 1 and which serves to improve the quality of tubular heat exchangers 2 and reduce the flow losses of such heat exchangers for heat engines, not shown in the drawing, such as steam turbines, air conditioning units, cooling machines and the like, is illustrated schematically using the example of a indicated tube heat exchanger shown and explained.
- the individual cooling tubes 3 are arranged with the smallest possible distance from one another. This forces the devices, ie the collecting cages 1 for the cleaning bodies 4 at the pipe ends 5 of the cooling pipes 3, to be arranged as closely as possible in order to obtain heat exchangers 2 of a compact design.
- These bundles of rings 6, 7 are in turn connected to one another by means of a series of webs 8, 9 which are arranged on the circumference of the collecting cage 1.
- the webs 8, 9, of which at least three can in turn be assigned to each collecting cage 1, are arranged concentrically around the longitudinal central axis X of the collecting cage.
- the heat exchanger 2 itself is known to be provided with a multiplicity of cooling tubes 3, and these tubes are rolled with their tube ends 5 into tube sheets 10, 11 or otherwise fastened there. Via supply and discharge lines 12, 13, these cooling tubes 3 are supplied with a medium flowing through them, for example cooling water. These supply and discharge lines 12, 13 of the heat exchanger 2 are connected to a special line system outside the same, which also allows an interval connection and change of the flow direction of the medium to be conducted through these cooling pipes 3.
- a control element 14 which is preferably designed as a four-way valve, which directs the flow according to its setting (H or X) on the one hand in the solid representation of arrow 15 through the individual cooling tubes 3, for another in the dashed representation of another arrow 16 steers so that the cooling tubes are flowed through alternately, ie in alternating flow direction, by the medium.
- the individual cooling tube 3, which are bordered in the so-called base plates, ie tube sheets 10, 11, of the heat exchanger 2 have the collecting cages 1 at their tube ends 5, and these collecting cages are firmly connected to these tube ends and are designed such that they the cleaning body 4, in the form of a brush, take accordingly.
- the cleaning body 4 which consists essentially of a clamping body 17 for the bordering of bristles 18 and two caps 19, 20 provided at the ends of this clamping body, is detected by this medium in accordance with the direction of flow of the medium to be conducted through the cooling tubes 3 and by the respective cooling pipe changed and thus floated from one pipe end 5 to the other pipe end. -Anal og the conveying direction of this cleaning body 4, this is picked up at the respective pipe end 5 of the collecting cage 1 provided there, the cleaning body being floated into this cage by the medium.
- the cleaning body 4 When the direction of flow of the medium is deflected by the control member 14, the cleaning body 4 is discharged again from this collecting cage 1, in which the cleaning body was during its rest phase, and conveyed to the other tube end 5, where it is again picked up by the collecting cage 1 used there.
- the rest time of the cleaning body 4 in the respective collecting cage 1 is essentially determined by the interval circuit, which is dependent on the degree of contamination of the coolant or the cooling tubes 3 and the flow direction, so that this rest time is canceled when the flow direction of the medium is reversed .
- each collecting cage 1 which holds the holding means 22 for the cleaning body 4 is connected to the webs 8, 9 thereof at an angle to the longitudinal central axis X of this collecting cage.
- the slant 23 of this ring collar 6 is made such that this ring collar is inclined at about 30 °.
- the holding means 22, which are attached to this collar 6, lie on a transverse plane 24 of the collecting cage 1 and here on the inner surface of the collar 6, these holding means being arranged in pairs and symmetrically to the longitudinal central axis X of the collecting cage.
- the holding means 22 themselves can be designed as knobs, which are molded onto the inner surface of the collar 6 when the collecting sleeve 1 is made as a plastic injection-molded part. It is important for the arrangement of the holding means 22 that they are at such a height and the same possible transverse plane 24 that they effectively stop the cap 19 or 20 of the cleaning body 4 and are able to hold this cleaning body in the collecting cage 1.
- F 1 area from the diameter of the collecting cage 1
- F 2 area from the inner diameter of the cooling tube 3
- each collecting cage 1 is inclined at an incline or at an angle of approximately 30 ° to the longitudinal central axis X. Of course, this does not preclude choosing other angles.
- the choice of the angles for the inclined position 23 of the respective ring collar 6 is largely determined by the possible length of the collecting cage 1 and the free spaces 27, 28 of the heat exchanger 2 present behind the respective tube sheet 10 or 11.
- the annular collar 7 facing these ends is provided with notches 32 into which a tool for driving the sleeves or Cages can be put on.
- These notches 32 can preferably be arranged symmetrically to a strut 8 or 9.
- the catch cages 1 seated on the tube ends 5 of the cooling tubes 3 are shown as "X" for the sake of simplicity. Of course, these are also collecting cages 1 as shown in FIGS. 2-7.
- the control element 14 is responsible for redirecting the flow direction of the cooling medium, which in the extended H position directs the incoming flow into the space 28 of the heat exchanger 2, while in the X position this flow leads into the space 27. Analogue to the inflow, the outflow of this cooling medium takes place, which need not be discussed further here.
- the arrows 33 are intended to symbolize the inflow and outflow of the cooling medium.
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Description
T i t e l :
Auffanghülse für Wärmeaustauscherrohr-Reinigungskörper
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verbessern des Gütegrades von Röhrenwärmeaustauschern, wie Oberflächenkondensatoren u. a., durch Senken deren Strömungsverluste, wobei der Wärmeaustauscher mehrere, von einem Medium durchströmte Rohre aufweist und jedem dieser Rohre ein dessen Innenmantel diskontinuierlich reinigender Reinigungskörper, insbesondere in Form einer Bürste, zugeordnet ist, so
wie dieser Reinigungskörper vom Medium entsprechend dessen alternierenden Strömungsrichtung im Rohr gefördert und jeweils am Ende des betreffenden, durchströmten Rohres in an diesen Enden angebrachten Auffanghülsen auffangbar ist, wie auch jede Auffanghülse an ihrem einen Ende einen Verbindungskörper für ihre Verbindung mit dem Ende des jeweiligen Rohres und an ihrem anderen Ende Haltemittel für das Begrenzen des Förderweges des Reinigungskörpers aufweist, und bei welcher Vorrichtung der Verbindungskörper wie auch die Haltemittel an je einem Ringbund vorgesehen sind, sowie die Ringbunde untereinander über mindestens drei, insbesondere konzentrisch zur Längsmittelachse der Auffanghülse angeordneten und einen ringförmigen Käfig formenden Streben miteinander verbunden sind.
Es ist bei der Handhabung von Wärmekraftmaschinen, wie Kondensationsturbinen u.a., weitgehend bekannt, daß der Gütegrad solcher Kraftmaschinen von der Güte des erzeugten Vakuums abhängt. Dieses Vakuum wird wiederum neben einer Reihe anderer Faktoren vom Grad der Verschmutzung auf der Kühlmittel- bzw. Kühlwasserseite der Kühlrohre des Wärmeaustauschers weitgehend bestimmt. Um dabei diesen Gütegrad anzuheben, sind wiederum diverse Systeme für das Reinigen der Kühlrohre bekannt. So sind z. B. das Reinigen der Rohre mittels Bürsten von Hand, das Reinigen der Rohre mittels Chemikalien, wie auch das Eingeben von Kugeln in den Kühlmittelstrom oder das Einlegen von Bürsten in jedes zu reinigende Rohr bekannt. Bei der letztgenannten Reinigung werden die Bürsten von der Strömung des die Kühlrohre passierenden Mediums vom einen Rohr
ende zum anderen mitgenommen. Während bei der Reinigung der Kühlrohre mittels Bürsten von Hand oder Chemikalien der Wärmetauscher stillgelegt werden muß, kann die Reinigung dessen Rohre mittels Kugeln oder Bürsten während des Betriebes des Wärmetauschers durchgeführt werden. Bei der wirkungsvollsten Reinigung von Kühlrohren mittels solcher vom Kühlmittelstrom mitgenommener Bürsten erfolgt in festgelegten Zeitabständen eine Ümlenkung der Strömung des Mediums, so daß die Bürsten vom einen Ende der Rohre zum anderen bewegt werden. Durch diese Hin- und Herbewegung der Bürsten wird jedes Rohr sehr intensiv von dessen jeweils eigenen Bürste gereinigt. Hingegen hat es sich bei der Anwendung der Kugeln als Reinigungskörper für die Reinigung der Kühlrohre gezeigt, daß es oft zu Schwierigkeiten kommen kann, besonders dann, wenn durch Leckagen u. a. die Kugeln an Stellen der Kühlrohre festgehalten werden oder mehrere Kugeln durch die Strömung des Mediums bedingt, durch ein und das gleiche Kühlrohr gelangen, hingegen andere Rohre unpassiert bleiben. Durch diese Unzulänglichkeiten der Reinigung der Kühlrohre mittels Kugeln werden die Wirkungsgrade des Wärmeaustauschers nur sehr unzulänglich und nur unter einem enormen Aufwand und Einsatz vieler Kugeln etwas verbessert. Auch kann bei der Reinigung mittels Kugeln nicht verhindert werden, daß der Strömungswiderstand in den Kühlrohren infolge mangelnder, ausreichender Reinigung einerseits und Verstopfens der Kühlrohre durch die in diesen Rohren hängengebliebenen Kugeln andererseits erheblich gesteigert wird, so daß auch das geforderte Vakuum hinter den Erwartungen bleibt. Der hohe Strömungswiderstand erfordert wiederum höheren Energieeinsatz (z.B. Pumpenergie), ohne dabei die negativen Auswirkungen auf die Kraftmaschine und den geforderten Wirkungsgrad auszuschließen.
Um diese Nachteile, insbesondere des manuellen Reinigens und des mittels Ki geln bei Kühlmittelrohren, zu vermeiden, wurde ein Reinigungssystem entwickelt und bei Wärmeaustauschern solcher Wärmekraftmaschinen eingeführt, welches von einem Reinigungskörper in Form einer Bürste gebildet wird. Für diese Bürste ist an beiden Enden eines jeweiligen Kühlrohres des Wärmetauschers ein Auffangkäfig vorgesehen, in den der Reinigungskörper durch die jeweilige Strömung des Mediums eingeschwommen wird. Der Reinigungskörper bleibt in diesem Auffangkäfig so lange gehalten, bis die Strömung des Mediums durch ein Umschaltventil umgelenkt worden ist, um dann von diesem Auffangkäfig, das Kühlrohr passierend, zum anderen Auffangkäfig am anderen Ende des Kühlrohres zu gelangen. Die Intervalle der Umschaltung lassen sich individuell einstellen und können lang oder kurz sein und hängen im wesentlichen vom Verschmutzungsgrad des Kühlmittels bzw. der Kühlrohre ab. Der Reinigungskörper selbst, der als Bürste ausgeführt ist, weist einen Spannkörper für die Borsten der Bürste und zwei die Enden dieses Spannkörpers begrenzenden Kappen auf, von denen jede vorzugsweise kegelförmig mit strömungsgünstigem Schild ausgeführt ist. Die jeweilige Kappe weist dabei eine solche Form auf, daß sie an ihrer zum Spannkörper weisenden Basis einen kleineren Durchmesser als das Innenrohr hat, so daß zwischen dem Mantel dieser Basis und dem Innenmantel des Kühlrohres noch ein Ringspalt verbleibt. Dieser Ringspalt läßt einen Teil des Mediums, d.h. des Kühlmittels, noch durch, so daß die zu reinigenden Wände des jeweiligen Kühlrohres nicht nur ausreichend benetzt bleiben, wenn diese von den Borsten der Bürste zum Zwecke deren Reinigung erfaßt werden. Hinzu kommt, daß das am Ringspalt vorbeiströmende Kühlmittel die von den Borsten
der Bürste abgeschabten Verunreinigungen mitreißt und diese somit vor der Bürste austrägt. Dadurch läuft die Bürste nicht gegen den abgeschabten Dreck auf und muß diesen auch nicht vor sich her schieben, wie dies bei der Reinigung mittels Kugeln der Fall ist. Zwar hat sich ein solches System zum Reinigen der Kühlrohre von Wärmeaustauschern, wie Röhrenkondensatoren u. a., sehr gut bewährt, indessen ist es erforderlich, den Strömungswiderstand einer solchen Vorrichtung noch weiter herabzusetzen, um auf diese Weise bessere Wirkungsgrade im Wärmeaustausch und damit auch im Vakuum zu erzielen. Eine weitergehende Reduzierung des Strömungswiderstandes, insbesondere am jeweiligen Auffangkäfig, ist auch insofern erforderlich, zumal festgestellt wurde, daß dieser Widerstand im wesentlichen auch durch die an den Enden der Kühlrohre befestigten Auffanghülsen teilweise hervorgerufen wird, die den freien Austrittsquerschnitt um einiges verengen (vgl. DE-PS 11 38 800).
Ausgehend von einer Vorrichtung, bei der die Reinigung der Kühlmittelrohre durch einen Bürstenkörper erfolgt, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese Vorrichtung dahingehend weiterzubilden, daß damit der Strömungswiderstand erheblich reduziert, der Energieverbrauch der Pumpen, insbesondere auf der Kühlmittelseite, abgesenkt wird und dennoch der Temperaturübergang zwischen den Wärme tauschenden Medien gesteigert wird.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der die Haltemittel aufweisende Ringbund schräg zur Längsmittelachse der Auffanghülse angeordnet und an unterschiedlich langen Streben dieser Hülse angeschlossen ist.
Diese Maßnahmen haben den Vorteil, daß sie nicht nur den Strömungswiderstand und damit auch den Energieverbrauch reduzieren, sondern auch den Wärmeübergang maßgeblich verbessern, wodurch bei gleicher Menge an Kühlmedium größere Wirkungsgrade an der Wärmekraftmaschine sich gewinnen lassen. Ein weiterer Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, daß auch andere Aggregate, mit kleinerem, spezifischen Widerstand an der Kühlmittel- bzw. Wasserseite, mit einer solchen Vorrichtung ausgestattet werden können, so etwa Klimageräte, Aggregate für Kühlhäuser u.a., die bisher hinsichtlich einer solchen Wirkungsgradverbesserung vernachlässigt werden mußten. Auch hat es sich herausgestellt, daß durch die Zurücknahme des Strömungswiderstandes die Wärmeaustauschanlagen leiser betrieben werden können, und diese selbst bei großen Wassermengen für die Kühlleistung leise bleiben, was besonders bei Anwendung der Vorrichtung im Hörbereich von Personen von erheblicher Bedeutung ist. Es hat sich ferner herausgestellt, daß bei Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen auch der für die Funktion der Bürsten-Reinigung erforderliche, minimale Kühlwasserstrom verkleinert werden kann, wodurch auch der Leistungsbedarf der Kühlwasserpumpen geringer wird. Durch die erfindungsgemäße Konzeption der Vorrichtung, und hier insbesondere durch die schräge Anstellung des die Haltemittel für den Bürstenkörper tragenden Ringbundes ist es möglich, die Auffanghülsen an den Enden der Kühlrohre so anzustellen, daß größtmögliche Eintritts- bzw. Austrittsquerschnitte offen bleiben. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der tiefste Punkt eines schrägen Ringbundes an der einen Auffanghülse dem höchsten Punkt eines solchen Ringbundes an der benachbarten Auffanghülse zugewandt ist oder aber auch dazwischen liegende Anstellungen gewählt werden.
Die Anstellungen der schrägen Ringbunde benachbarter Auffanghülsen können wahlweise vorgenommen werden, so daß selbst in kritischen, engen Bereichen, z.B. am Umfang des Rohrbodens, ausreichend große Strömungsquerschnitte für das Kühlmedium noch verbleiben. Untersuchungen haben ferner gezeigt, daß bei vielen bisherigen Anwendungsfällen eine Reinigung für die Kühlrohre nicht vorgesehen werden konnte, weil insbesondere bei kleineren Anlagen der Strömungswiderstand zu groß werden würde. Bei Dampfturbinen hingegen, die für einen bestimmten Gegendruck (Kondensatordruck) ausgelegt werden, ist es bekannt, daß bei niederen Temperaturen, so beispielsweise im Winter, dieser Gegendruck aufgrund der tieferen Kühlmittelbzw. Wassertemperatur sinkt. Dieser tiefere Gegendruck kann aber von der Dampfturbine nicht mehr genutzt werden, weil der Querschnitt des Nieder drucktei 1 es aufgrund des spezifischen Dampfvolumens eine Sperrung hervorruft, d.h. in solchen Fällen ist man gezwungen, den Eigenbedarf zu reduzieren, indem man die Kühlwassermenge zurücknimmt, um so den Druck in der Turbine zu steigern. Wenn man aber den Strömungswiderstand in einer Wärmeaustauschanlage nicht senkt, d.h. eine Vorrichtung gemäß der Erfindung nicht vorsieht, dann stößt man zwangsläufig an Grenzen der Reinigungsanlage, was zur Folge hat, daß der Wärmeaustauscher unwirtschaftlich arbeitet und demzufolge auch Einbußen in der Leistung der Wärmekraftmaschine hingenommen werd en müssen.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung können insbesondere den verbleibenden Unteransprüchen entnommen werden.
In der Zeichnung ist eines der möglichen Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 Einen nur angedeuteten Wärmeaustauscher mit mehreren darin angeordneten Kühlrohren, von denen nur einige herausgezeichnet sind und die Zu- und Abführungsleitungen nebst Umschaltarmatur für das Kühlmedium,
Fig. 2 eine Seitenansicht auf eine erfindungsgemäße Auffanghülse mit einem darin strichpunktiert angedeuteten Reinigungskörper kurz vor Erreichen dessen Ruhestellung,
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Auffanghülse gemäß Fig. 2,
Fig. 4 eine um 90° gedrehte Ansicht der Auffanghülse gemäß Fig. 2,
Fig. 5 einen Schnitt in der Ebene V-V durch die Auffanghülse gemäß Fig . 4,
Fig. 6 zwei nebeneinander stehende Auffanghülsen bisheriger Ausführung, wobei nur deren die Haltemittel tragender Ringbund und ein Teil der Streben dargestellt sind,
Fig. 7 zwei nebeneinander stehende Auffanghülsen erfindungsgemäßer Ausführung, die trotz Beibehaltung eines gleichen Abströmquerschnittes pro Kühlrohr eine engere Anordnung der Auf fanghül sen erlauben,
Fig. 8 eine Draufsicht auf einen Rohrboden mit einigen daran befestigten Rohren bzw. Auffanghülsen, wobei der Abströmungsquerschnitt pro Rohr bzw. Hülse schraffiert angedeutet ist.
Die Vorrichtung, welche gemäß der Erfindung als Auffangkäfig 1 ausgeführt ist und die zum Verbessern des Gütegrades von Röhrenwärmeaustauschern 2 und Senken der Strömungsverluste solcher Wärmeaustauscher für in der Zeichnung nicht dargestellte Wärmekraftmaschinen, wie Dampfturbinen, Klimaaggregate, Kühlmaschinen u. a., dient, wird am Beispiel eines schematisch angedeuteten Röhrenwärmeaustauschers dargestellt und erläutert. Um dabei das Bauvolumen solcher Wärmeaustauscher 2 so klein wie möglich zu gestalten, werden die einzelnen Kühlrohre 3 mit einem möglichst geringen Abstand zueinander angeordnet. Dies zwingt dazu, auch die Vorrichtungen, d. h. die Auffangkäfige 1 für die Reinigungskörper 4 an den Rohrenden 5 d er Kühlrohre 3 so eng wie möglich anzuordnen, um zu Wärmeaustauschern 2 kompakter Ausführung zu kommen.
Die Auffangkäfige 1, die hülsenförmig ausgeführt sind, weisen an ihren Enden Ringbunde 6, 7 auf, von denen der eine Ringbund 7 der Verbindung der Auffanghülse 1 mit dem jeweiligen Rohrende 5 des Kühlrohres 3 und der andere Ringbund 6 dem Festhalten des in den Auffangkäfig einzuschwimmenden Reinigungskörpers 4 dient. Diese Ringbunde 6, 7 sind wiederum mittels einer Reihe von Stegen 8, 9, die am Umfang des Auffangkäfigs 1 angeordnet sind, miteinander verbunden. Die Stege 8, 9, von denen wiederum mindestens drei jedem Auffangkäfig 1 zugeordnet sein können, sind konzentrisch um die Längsmittelachse X des Auffangkäfigs angeordnet. Im Fall, daß vier solcher Stege 8, 9 einem Auffangkäfig 1 zugeordnet sind, sind diese in der Regel symmetrisch gegenüberliegend, angeordnet, und es können jeweils zwei gegenüberliegende Stege 8 bzw. 9 auch unterschiedliche Breite aufweisen.
Der Wärmeaustauscher 2 selbst ist bekanntlich mit einer Vielzahl von Kühlrohren 3 versehen, und es sind diese Rohre mit deren Rohrenden 5 in Rohrböden 10, 11 eingewalzt oder sonst wie dort befestigt. Über Zu- und Abführungsleitungen 12, 13 werden diese Kühlrohre 3 mit einem sie durchströmenden Medium, z.B. einem Kühlwasser, versorgt. Diese Zu- und Abführungsleitungen 12, 13 des Wärmeaustauschers 2 sind außerhalb desselben an einem besonderen Leitungssystem angeschlossen, welches auch eine intervallmäßige Zuschaltung und Änderung der Strömungsrichtung des durch diese Kühlrohre 3 zu leitenden Mediums gestattet. Für die Änderung der Strömungsrichtung des Mediums ist dabei ein vorzugsweise als Vier-Wege-Ventil ausgebildetes Steuerorgan 14 vorgesehen, welches die Strömung entsprechend dessen Einstellung (H oder X) zum einen in der ausgezogenen Darstellung des Pfeiles 15 durch die einzelnen Kühlrohre 3 leitet, zum andern in der gestrichelten Darstellung eines anderen Pfeiles 16 lenkt, so daß die Kühlrohre wechselseitig, d. h. in wechsel nd er Strömungsrichtung, von dem Medium durchflössen werden. Die einzelnen Kühl röhre 3, die in den sogenannten Grundplatten, d. h. Rohrböden 10, 11, des Wärmeaustauschers 2 eingefaßt sind, weisen an ihren Rohrenden 5 die Auffangkäfige 1 auf, und es sind diese Auffangkäfige mit diesen Rohrenden fest verbunden und derart ausgeführt, daß sie den Reinigungskörper 4, in Form einer Bürste, entsprechend aufnehmen. Der Reinigungskörper 4, der im wesentlichen von einem Spannkörper 17 für die Einfassung von Borsten 18 und zwei an den Enden dieses Spannkörpers vorgesehenen Kappen 19, 20 besteht, wird entsprechend der Strömungsrichtung des durch die Kühlrohre 3 zu leitenden Mediums von diesem Medium erfaßt und durch das jeweilige Kühlrohr geför
dert und somit vom einen Rohrende 5 zum anderen Rohrende eingeschwommen. -Anal og der Förderrichtung dieses Reinigungskörpers 4 wird dieser am jeweiligen Rohrende 5 von dem dort vorgesehenen Auffangkäfig 1 aufgenommen, wobei der Reinigungskörper durch das Medium in diesen Käfig eingeschwommen wird. Bei Umlenken der Strömungsrichtung des Mediums durch das Steuerorgan 14 wird der Reinigungskörper 4 aus diesem Auffangkäfig 1, in welchem sich der Reinigungskörper während seiner Ruhephase befand, wieder ausgetragen und zum anderen Rohrende 5 gefördert, wo er erneut von dem dort eingesetzten Auffangkäfig 1 aufgenommen wird. Die Ruhezeit des Reinigungskörpers 4 im jeweiligen Auffangkäfig 1 wird im wesentlichen von der Intervall-Schaltung, die abhängig vom Verschmutzungsgrad des Kühlmittels bzw. der Kühlrohre 3 ist und der Strömungsrichtung bestimmt, so daß diese Ruhezeit dann aufgehoben wird, wenn die Strömungsrichtung des Mediums umgekehrt wird.
Um den Strömungswiderstand des Mediums durch die einzelnen Kühlrohre 3 zu senken und damit auch den Energiebedarf der das Medium fördernden Pumpen zu reduzieren, ist es von ausschlaggebender Bedeutung, insbesondere die Auffangkäfige 1 so strömungsgünstig wie nur möglich zu gestalten.
Vielfältige Untersuchungen haben dabei ergeben, daß diese Bedingungen besonders dann erfüllt werden können, wenn die Auffangkäfige 1 weitgehend von Einbauten freigehalten und deren Abströmquerschnitte 21 möglichst groß gehalten werden können. Dem Rechnung tragend, ist der jeweilige, die Haltemittel 22 für den Reinigungskörper 4 tragende Ringbund 6 eines jeden Auffangkäfigs 1 schräg zur Längsmittelachse X dieses Auffangkäfigs an dessen Stegen 8, 9 angeschlossen. Die Schrägstel
lung 23 dieses Ringbundes 6 ist dabei so getroffen, daß dieser Ringbund uιm etwa 30° schräggestellt ist. Die Haltemittel 22, die an diesem Ringbund 6 angebracht sind, liegen dabei auf einer Querebene 24 des Auffangkäfigs 1 und hier am Innenmantel des Ringbundes 6, wobei diese Haltemittel jeweils paarweise und symmetrisch zur Längsmittelachse X des Auffangkäfigs angeordnet sind. Die Haltemittel 22 selbst können als Noppen ausgeführt sein, die bei Ausführung der Auffanghülse 1 als Kunststoff spritzteil an diesem Innenmantel des Ringbundes 6 mit angespritzt sind. Wichtig für die Anordnung der Haltemittel 22 ist hierbei, daß sie auf einer solchen Höhe und möglichst gleichen Querebene 24 liegen, daß sie die Kappe 19 bzw. 20 des Reinigungskörpers 4 wirkungsvoll zu stoppen und diesen Reinigungskörper in dem Auffangkäfig 1 zu halten vermögen.
In der Gegenüberstellung der alten Ausführung der Auffangkäfige 1 (vgl. Fig. 6) und der erfindungsgemäßen Ausführung derselben (vgl. Fig. 7) wird deutlich, welche Vorteile sich durch die Schrägstellung 23 der Ringbunde 6 ergeben. Durch diese Gegenüberstellung wird auch leicht ersichtlich, daß die Abströmquerschnitte 21 im Bereich der Kühlrohre 3 bzw. deren Auffangkäfige 1 und Ringbunde 6 sich um einen größeren Betrag erhöhen lassen, wodurch die Druckverluste wesentlich reduziert werden können. Durch diese Reduzierung der Druckverluste läßt sich wiedererum Energie, z.B. Pumpenergie, einsparen, und es läßt sich auch das Bauvolumen des Wärmeaustauschers 2 beträchtlich reduzieren, oder es können auch solche Wärmeaustauscher mit einer Reinigung ausgestattet werden, die bisher wegen einer geringen Teilung deren Rohräbstände vernachlässigt werden mußten.
Bei dieser erfindungsgemäßen Schrägstellung 23 des Ringbundes 6 ergibt sich ferner, daß die somit üblichen, engen Ringspalte, d.h. die Abströmquerschnitte 21, bisher verwendeter Auffangkäfige, durch den erfindungsgemäßen Auffangkäfig 1 erheblich vergrössern lassen. Dies bedeutet, daß die plötzlichen Verengungen und die anschließenden, starken Erweiterungen der Strömungsquerschnitte, wie dies bei bisherigen Auffangkäfigen der Fall ist, entfallen, wodurch der Differenzdruck und somit der Δp (delta p)-Wert mindestens im Quadrat der Flächenvergrößerung zurückgeht. Dies bedeutet auch, daß bei der ersten Annäherung der Verhältnisse des Wärmeaustauschers 2 der Strömungsquerschnitt 21 nur noch von den Stegen 8, 9 der Auffanghülse 1 beeinflußt wird.
Setzt man diese Erkenntnisse in ein Rechnungsbeispiel um, so ergibt sich folgendes als Vergleich der bisherigen und der neuen Ausführung der Auffangkäfige 1, wobei in Fig. 6 - 8, dem besseren Verständnis wegen, neben den üblichen Bezugszeichen auch die Abmessungen in "mm" in Klammern eingetragen sind:
Käfigdurchmesser ∅ : 25,5 mm ≡ F1 = 511 mm2
Rohrinnendurchmesser ∅ : 21,0 mm ≡ F2= 346 mm2 Teilung t = 31,2 mm ≡ F3= t2 . 0,866 =
= 31, 22 . 0,866 843 mm2
Dabei bedeuten :
F1 = Fläche aus Durchmesser des Auffangkäfigs 1
F2 = Fläche aus Innendurchmesser des Kühlrohres 3
F3 = Fläche am Abströmquerschnitt 21 pro Kühlrohr 3 alt
F4 = Fläche am Abströmquerschnitt 21 pro Kühlrohr 3 neu
F3 = 843 - 511 = 332 mm2; (in Höhe des Ringbundes 6)
Bisheriger, freier Querschnitt: F3 (alt) = 332 mm2
Neuer, freier Querschnitt : F4 (neu) = (31, 22 . 0,866
- 22,52 .
+
+ 20 . 1,5) = 475 mm2 leue Teilung t = = 28,4 mm
Dies bedeutet, daß bei Anwendung der neuen Auffanghülse 1 sich eine Reduzierung der Teilung (t), d. h. der Teilung der Kühlrohre 3, von 31,2 mm auf 28,4 mm bei gleichem bis annähernd gleichenΔp (delta p) ergibt!
In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist der Ringbund 6 jedes Auffangkäfigs 1 unter einer Schrägstellung bzw. einem Winkel von ca. 30° zur Längsmittelachse X schräg, angestellt. Dies schließt natürlich nicht aus, auch andere Winkel zu wählen. Die Wahl der Winkel für die Schrägstellung 23 des jeweiligen Ringbundes 6 wird weitgehend von der möglichen Länge des Auffangkäfigs 1 und den hinter dem jeweiligen Rohrboden 10 bzw. 11 vorhandenen, freien Räumen 27, 28 des Wärmeaustauschers 2 bestimmt. Bei der dargestellten Sehrägsstellung 23 des Ringbundes 6 mit etwa 30° zeigt sich, daß der tiefste Punkt 29 im
öffnungsquerschnitt 30 des Ringbundes 6, z.B. zum höchsten Punkt 31 eines Denachbarten Ringbundes 6 hin gerichtet werden kann, so daß zwischen diesen so angestellten Ringbunden ein größerer Freiraum 21 für den Durchtritt des Mediums gewonnen werden kann, als dies bei der Anstellung der Auffangkäfige 1 nach Fig. 6 möglich wäre. Die Schrägstellung 23 zweier benachbarter Ringbunde 6 ist in Fig. 7 von links nach rechts steigend, dargestellt. Durch geringes oder großes Drehen des jeweiligen Auffangkäfigs 1 um dessen Längsmittelachse X lassen sich beliebige Anstellungen der Ringbunde 6 und mit ihnen auch der Auffangkäfige zueinander realisieren, so daß die üffnungsquerschni tte 21 zwischen den Ringbunden unterschiedlich groß angelegt werden können. Diese unterschiedliche Anstellung der Auffangkäfige 1 bringt auch einen optimal grossen Gesamtöffnungsquerschnitt, was der Ein- und Abströmung des Kühlmediums sehr förderlich ist.
Um die Auffanghülsen 1, welche je nach deren Ausführung auf das Rohrende 5 des jeweiligen Kühlrohres 3 aufgesteckt oder eingesteckt werden können, leichter zu montieren, ist der diesen Enden zugewandte Ringbund 7 mit Einkerbungen 32 versehen, in die ein Werkzeug zum Treiben der Hülsen bzw. Käfige aufgesetzt werden kann. Diese Einkerbungen 32 können vorzugsweise symmetrisch zu einer Strebe 8 oder 9 angeordnet sein.
In der Darstellung gemäß Fig. 1 sind die an den Rohrenden 5 der Kühlrohre 3 sitzenden Auffangkäfige 1 der Einfachheit halber als "X" dargestellt. Selbstverständlich handelt es sich auch hier um Auffangkäfige 1 wie sie in den Fig. 2-7 dargestellt sind.
Für das Umlenken der Strömungsrichtung des Kühlmediums ist das Steuerorgan 14 zuständig, welches in der ausgezogenen HStellung die ankommende Strömung in den Raum 28 des Wärmeaustauschers 2 leitet, in der X-Stellung dagegen diese Strömung in den Raum 27 führt. Analog der Zuströmung erfolgt die Abströmung dieses Kühlmediums, auf diese hier nicht weiter eingegangen zu werden braucht. Die Pfeile 33 sollen Zu- und Abströmung des Kühlmediums symbolisieree.
Claims
1. Vorrichtung zum Verbessern des Gütegrades von Röhrenwärmeaustauschern, wie Oberflächenkondensatoren u. a., durch Senken deren Strömungsverluste, wobei der Wärmeaustauscher mehrere, von einem Medium durchströmte Rohre aufweist und jedem dieser Rohre ein dessen Innenfläche diskontinuierlich reinigender Reinigungskörper, insbesondere in Form einer Bürste, zugeordnet ist, sowie dieser Reinigungskörper vom Medium entsprechend dessen alternierenden Strömungsrichtuπg durch das Rohr gefördert und jeweils am Ende des betreffenden, durchströmten Rohres in an diesen Enden ange brachten Auffanghülsen auffangbar ist, wie auch jede Auffanghülse-an ihrem einen Ende einen Verbindungkörper für ihre Verbindung mit dem Ende des jeweiligen Rohres und an ihrem anderen Ende Haltemittel für das Begrenzen des Förderweges des Reinigungskörpers aufweist, und bei welcher Vorrichtung der Verbindungkörper wie auch die Haltemittel an je einem Ringbund vorgesehen sind, sowie die Ringbunde untereinander über mindestens drei, insbesondere konzentrisch zur Längsmittelachse der Auffanghülse angeordneten und einen ringförmigen Käfig formenden Streben miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der die Haltemittel (22) aufweisende Ringbund (6) schräg zur Längsmittelachse (X) der Auffanghülse (1) angeordnet und an unterschiedlich langen Streben (8, 9) dieser Hülsen angeschlossen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemittel (22) symmetrisch zur Längsmittelachse (X) und in Höhe einer diese Achse senkrecht schneidenden Querebene (24) am Innenmantel des Ringbundes (6) vorgesehen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schräge (23) des Ringbundes (6) zur Längsmittelachse (X) etwa 30° beträgt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemittel (22) im Bereich der vorderen und hinteren Stirnwand am Innenmantel des Ringbundes (6) angebracht sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemittel (22) paarweise und symmetrisch zur Längsmittelachse (X) am Ringbund (6) angebracht sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausrüstung der Auffanghülse (1) mit vier Streben (8, 9) zwischen den Ringbunden (6, 7) mindestens zwei symmetrisch gegenüberliegende Streben unterschiedlich lang ausgeführt sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jeweils zwei gegenüberliegende Streben unterschiedlich breit ausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils gegenüberliegenden Streben (8, 9) gleiche Breite aufweisen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite dieser schmäleren Streben (8) etwa der halben Breite der breiten Streben (9) entspricht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemittel (22) im Bereich der Anschlüsse der breiteren Streben (9) am Ringbund (6) vorgesehen sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemittel (22) im Bereich der Anschlüsse der schmäleren Streben (8) am Ringbund (6) vorgesehen sind.
Priority Applications (1)
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| HU853035A HU198334B (en) | 1984-06-15 | 1985-06-13 | Apparatus for improving the efficiency of heat exchangers |
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|---|---|
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