CH285260A - Expansion compensation device on a pressure vessel, the parts of which have different temperatures. - Google Patents

Expansion compensation device on a pressure vessel, the parts of which have different temperatures.

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CH285260A
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expansion
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Ag Maschine Augsburg-Nuernberg
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Maschf Augsburg Nuernberg Ag
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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02Header boxes; End plates
    • F28F9/0236Header boxes; End plates floating elements
    • F28F9/0241Header boxes; End plates floating elements floating end plates

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Description

  

      Dehnungsausgleichsvorrichtung    an einem Druckgefäss, dessen Teile  verschiedene Temperaturen aufweisen.    Die Erfindung betrifft. eine     Dehnungs-          ausgleichsvorrichtung    zur Beherrschung der       Wärmedehnung    und der damit zusammen  hängenden örtlichen Spannung an einem.  Druckgefäss, das zum Beispiel aus einer     zv-          lindrisehen    Aussenschale und einem in die       stirnseitigen    Böden eingewalzten oder     einge-          schweissteri    Rohrbündel besteht..

   Das Gefäss  innere wird in bekannter Weise von der auf  zuheizenden, verdichteten Luft durchströmt,  während das Rohrbündel innen von heissen       Gasen    niedrigen Druckes geheizt wird. Wenn  nun die untere Stirnseite des Gefässes in der  Längsrichtung festgehalten wird, muss die       Wärmedehnung    des obern     Rohrbodens    am  Ende des     Ileizrohrbündels    gegenüber derjeni  gen des ziemlich kalt bleibenden,     zylindrischen          Aussenmantels    durch Einbau eines elastischen  Gliedes druckfest ausgeglichen werden. Die  bekannten, elastischen Dehnungselemente ha  ben sieh bisher innerhalb gewisser Druck- und       Temperaturgrenzen    ganz gut bewährt.

   Es ent  stehen aber Schwierigkeiten, sobald die auf  tretenden Temperaturen und Drücke ein be  stimmtes Mass überschreiten. Einerseits müs  sen die eingeschalteten Dehnungselemente  dünnwandig sein, um den durch die hohen  Temperaturen bedingten, grossen Dehnungen  gerecht werden zu können, und anderseits  müssen sie den hohen Drücken im Innern des       Gefässes        standhalten    können.    Diese Schwierigkeiten werden erfindungs  gemäss dadurch überwunden, dass zwischen  den Gefässteilen, welche im Betrieb unter sieh  die grössten Dehnungsunterschiede aufweisen,  ein Dehnungselement angeordnet ist, dem ein  Dichtungselement vorgeschaltet ist, welches  zwecks stufenweisen Abbaus des Gefässinnen  druckes eine Folge von     labyrintbartigen    Kam  mern aufweist.  



  Um die angestrebte Wirkung zu erreichen,  ist allerdings ein gewisser     Leclkverlust    des  unter Druck stehenden Mediums in Kauf zu       nehmen,    der jedoch     vernaehlässigbar    klein ge  macht werden kann.  



  In der Zeichnung ist ein     Ausführungs-          beispiel    einer     Dehnungsausgleiehsvorrichtung     nach der Erfindung dargestellt, und zwar  zeigt       Fig.    1 einen     Wärmeaustauseher    in schema  tischer Darstellung und       Fig.    ? den in     Fig.    1 mit einem Kreis um  gebenen Teil der     Dehnungsausgleichsvorrich-          tung    im Schnitt und in einem grösseren     iVIah-          stabe.     



  Der     Wä.rmeaustauscher    weist einen Au  ssenmantel 1 mit Wärmeisolation     \?,    ein Rohr  bündel 3, das in der obern Platte     -1    und der  Bodenplatte 5 eingewalzt. oder eingeschweisst  ist, eine     Gasabführungshaube    6, ein Deh  nungselement 7 und einen     Nutenring    8 mit       elastischen    Dichtungsringen 9 als Diehtungs-           element    auf. Die heissen Gase treten     durch     den Einlass 10 von unten in den Wärmeaus  tauseher ein, durchströmen die einzelnen  Rohre des     Rohrbündels    3 und verlassen den       WärmeaustaLiseher    durch die Haube 6.

   Das  wärmeaufnehmende, unter Druck stehende       Medium,    zum Beispiel Luft, tritt durch die  Einlässe 11 und 1? ein und umspült, durch       Leitwände    13 geführt, das Rohrbündel 3 in  einer Anzahl von Zügen, wobei die Wärme von  einem     Strömungsmedium        zum    andern durch die  Rohrwände     übertritt.    Das aufgeheizte     Druck-          niedium    verlässt den     Wärmeaustauseher    durch  den     Anslass    14.

   Da. das heisse Rohrbündel 3  sieh natürlich stärker ausdehnt als die ver  hältnismässig kalte Behälterwand 1, sind diese       Cxefässteile,    welche im Betrieb unter sieh die  grössten.     Dehnun;:suntersehiede        aufweisen,    un  ter     Vorsehaltung    eines Dichtungselementes 8,  9 durch ein elastisches Dehnungselement in  Gestalt eines Faltenbalges 7 miteinander ver  bunden. Die     Dünnwandigkeit    des Dehnungs  elementes 7 und die Faltenform -desselben  ermöglichen einen einwandfreien Ausgleich  der verschiedenen     Wärmedehnungen    von Be  hälterwand 1 und Rohrbündel 3.

   Um denn       Dehnungselement.    7 aber die erforderliche       Dünnwandigkeit    geben     zli    können, mass der  Druck des aufzuheizenden Mediums möglichst  von ihm ferngehalten werden. Dies geschieht       durch        Vorschaltung    des Dichtungselementes  8, 9, welches an der Innenfläche des Mantels  1 anliegende Dichtungsringe 9 aufweist.

   Diese  Ringe schliessen zusammen mit dem Noten  ring 8     Labcrinthkammern    ein, wobei sowohl  durch die     Wärmeausdehnung    im Betrieb als  auch     dareli    einen wachsenden     Überdruck    im       Gefässinneren    die     Diehtwirkung    verstärkt wird.  Zu diesem Zweck ist diejenige Anlagefläche  jedes     Dichtungsringes    9, welche mit der ent  sprechenden Gegenfläche im Notenring 8 in  Berührung steht, kegelförmig ausgebildet.

    Dehnt sich beispielsweise der Notenring 8 in  folge der hohen Temperatur des einen Ar  beitsmediums in radialer Richtung aus, so  gleiten diese beiden in Frage stehenden     Flä-          ehen        aLifeindiider.    Aus dieser Gleitbewegung  resultiert jedoch eine Kraftkomponente, wel-    ehe den     Diehtungsring    9 in radialer Richtung       aufm    )weiten versucht.

   Diese Reaktion ist, aber  erwünscht, weil auf diese Weise die     Anpress-          kraft    der     Dichtungsringe    gegenüber dem Ge  häusemantel 1     -esteigert    und die     Diehtwir-          kung    erhöht wird.

   Die gleiche günstige     Wir-          kung    tritt aber auch     infolge    des     Überdruckes     im Gefässinnern ein, der auf der Unterseite  der     Diehtungsringe    9 lastet und diese nach  oben an den     Nutenring    8     anpresst.    Auch     paus     dieser vertikalen     Anpressbewe;ung    resultiert  infolge der     sehrägen    Ausbildung der Anlage  fläelien eine     Radialkraft,    welche eine Steige  rung der Dichtwirkung hervorruft.

   Die Dich  tungsringe bilden dadurch     Drosselstellern,     durch die der Druck des aufzuheizenden     lIe-          diums    stufenweise von innen nach aussen ab  gebaut wird, bis er im Bereich des     Dehnungs-          elementes    7 eine dessen     Wandstärke    nicht.  mehr gefährdende Grösse erreicht hat.

   Veran  lasst und gesteuert wird der Druckabfall  durch Bohrungen 15, die die vor dem Deh  nungselement 7 angeordnete letzte     Labi-rinth-          kammer    mit der     Aussenatmosphäre    verbinden  und den     Durehfluss        duirell    die     vorgeschalteten     Drosselstellen dosieren.  



  An Stelle der beschriebenen     Rinclielitung     kann auch     irgendeine        aridere        Lab@-rinth(liel)-          tung    Anwendung finden. Vorteilhaft ist. eine  Gestaltung, bei der die     Dehnnngsbewegilng     der Behälterteile     gegeneinander    die Dicht  wirkung nicht vermindert, sondern eher ver  stärkt.



      Expansion compensation device on a pressure vessel, the parts of which have different temperatures. The invention relates to. an expansion compensation device to control the thermal expansion and the associated local stress on one. Pressure vessel, which consists, for example, of a cylindrical outer shell and a bundle of tubes rolled or welded into the end faces.

   The inside of the vessel is flowed through in a known manner by the compressed air to be heated, while the inside of the tube bundle is heated by hot gases of low pressure. If the lower end of the vessel is now held in the longitudinal direction, the thermal expansion of the upper tube sheet at the end of the tube bundle against that of the rather cold, cylindrical outer jacket must be compensated for pressure-resistant by installing an elastic member. The well-known elastic expansion elements have so far proven to be very effective within certain pressure and temperature limits.

   However, difficulties arise as soon as the temperatures and pressures that occur exceed a certain level. On the one hand, the activated expansion elements must be thin-walled in order to be able to cope with the large expansions caused by the high temperatures, and on the other hand they must be able to withstand the high pressures inside the vessel. According to the invention, these difficulties are overcome in that an expansion element is arranged between the vessel parts, which under see the greatest differences in expansion during operation, which is preceded by a sealing element which has a series of labyrinth-like chambers for the purpose of gradual reduction of the internal pressure of the vessels.



  In order to achieve the desired effect, however, a certain amount of leakage from the pressurized medium must be accepted, which, however, can be made negligibly small.



  In the drawing, an exemplary embodiment of a Dehnungsausgleiehsvorrichtung according to the invention is shown, namely Fig. 1 shows a heat exchanger in a schematic representation and Fig. the part of the expansion compensation device, which is surrounded by a circle in FIG. 1, in section and on a larger scale.



  The heat exchanger has an outer jacket 1 with thermal insulation, a tube bundle 3 which is rolled into the upper plate -1 and the base plate 5. or is welded in, a gas discharge hood 6, an expansion element 7 and a grooved ring 8 with elastic sealing rings 9 as the directional element. The hot gases enter the heat exchanger from below through the inlet 10, flow through the individual tubes of the tube bundle 3 and leave the heat exchanger through the hood 6.

   The heat-absorbing, pressurized medium, for example air, passes through the inlets 11 and 1? in and around the tube bundle 3, guided by guide walls 13, in a number of passes, the heat transferring from one flow medium to the other through the tube walls. The heated low pressure leaves the heat exchanger through the inlet 14.

   There. The hot tube bundle 3 naturally expands more than the comparatively cold container wall 1, these Cxefaßteile, which are the largest in operation. Dehnun;: sunterehiede have, un ter the provision of a sealing element 8, 9 by an elastic expansion element in the form of a bellows 7 connected to each other. The thin walls of the expansion element 7 and the shape of the folds -the same allow a perfect compensation of the different thermal expansions of loading container wall 1 and tube bundle 3.

   To the expansion element. 7 but can provide the required thin walls so that the pressure of the medium to be heated can be kept away from it as far as possible. This is done by the upstream connection of the sealing element 8, 9, which has sealing rings 9 resting on the inner surface of the jacket 1.

   These rings, together with the note ring, enclose 8 labcrinth chambers, with the thermal expansion during operation as well as increasing overpressure inside the vessel increasing the effect. For this purpose, that contact surface of each sealing ring 9, which is in contact with the corresponding mating surface in the note ring 8, is conical.

    If, for example, the note ring 8 expands in the radial direction as a result of the high temperature of the one working medium, then these two surfaces in question slide a life indiider. This sliding movement, however, results in a force component which tries to expand the die ring 9 in the radial direction.

   This reaction is, but desirable, because in this way the contact pressure of the sealing rings with respect to the housing jacket 1 is increased and the effect is increased.

   The same beneficial effect also occurs as a result of the overpressure in the interior of the vessel, which loads on the underside of the die rings 9 and presses them upwards against the grooved ring 8. This vertical contact pressure movement also results in a radial force due to the very jagged design of the contact surfaces, which increases the sealing effect.

   The sealing rings thereby form throttling devices through which the pressure of the fluid to be heated is gradually reduced from the inside to the outside until it does not have a wall thickness in the area of the expansion element 7. has reached more dangerous size.

   The pressure drop is caused and controlled by bores 15 which connect the last labyrinth chamber arranged in front of the expansion element 7 with the outside atmosphere and which meter the flow through the upstream throttle points.



  Any other lab @ -rinth (liel) line can be used instead of the described line. Is beneficial. a design in which the expansion movement of the container parts against each other does not reduce the sealing effect, but rather strengthens it.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Dehnungsausgleielisvorriehtung an einen) Druekgefä.ss, dessen Teile versehiedene Tem peraturen aufweisen, dadurch [email protected], dass zwischen den Gefässteilen (1, 4), welche im Betrieb unter sieh die grössten Dehnungs unterschiede aufweisen, ein Dehnlingseleinent (7) angeordnet ist, dein ein Dichtungselement (8, 9) vor-eschal.tet ist, welches zwecks stu fenweisen Abbaus des f_; PATENT CLAIM Dehnungsausgleielisvorriehtung to a) pressure vessel, the parts of which have different temperatures, [email protected] that between the vessel parts (1, 4), which show the greatest differences in expansion during operation, an expansion element (7) is arranged is to which a sealing element (8, 9) is pre-eschal.tet, which for the purpose of gradual dismantling of the f_; efässinnendrnekes eine Folge von labvrinthartigen Kammern aufweist. UNTERANSPRÜCHE: 1. Dehnungsausgleichsvorrichtung nach Pa- tentansprueh, dadurch gekennzeichnet, dass die vor dem Dehnungselement (7) angeord nete, letzte Labyrinthkammer des Dichtungs elementes (8, 9) zur Steuerung des Durch flusses eines Teils des im Gefäss unter Druck stehenden Mediums mit der Aussenatmosphäre durch Bohrungen (15) verbunden ist. efässinnendrnekes has a sequence of labyrinth-like chambers. SUBClaims: 1. Expansion compensation device according to patent claim, characterized in that the last labyrinth chamber of the sealing element (8, 9) arranged in front of the expansion element (7) to control the flow of part of the medium under pressure in the vessel with the Outside atmosphere is connected by holes (15). 2. Dehnungsausgleichsvorrichtung nach Pa tentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die hintereinander geschalteten Labyrinth kammern durch elastische Dichtungsringe (9) voneinander getrennt sind. 3. Dehnungsausgleichsvorrichtung nach Un teranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eine mit einem Nutenring (8) in Berüh rung stehende Anlagefläche der Dichtungs ringe (9) kegelförmig ausgebildet ist. 2. Expansion compensation device according to Pa tentans claim, characterized in that the labyrinth chambers connected in series are separated from one another by elastic sealing rings (9). 3. Expansion compensation device according to Un teran claim 2, characterized in that the one with a grooved ring (8) standing in touch contact surface of the sealing rings (9) is conical.
CH285260D 1949-10-01 1950-03-30 Expansion compensation device on a pressure vessel, the parts of which have different temperatures. CH285260A (en)

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