DE1243706B

DE1243706B - Expansionselement an einem Rohrbuendelwaermetauscher

Info

Publication number: DE1243706B
Application number: DEA30992A
Authority: DE
Inventors: Sverre Knut Jenssen
Original assignee: Rosenblads Patenter AB
Current assignee: Rosenblads Patenter AB
Priority date: 1958-01-04
Filing date: 1958-12-19
Publication date: 1967-07-06
Also published as: FR1212616A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

F28d

Deutsche KL: 17 f-5/04

Nummer: 1243 706

Aktenzeichen: A 309921 a/17 f

Anmeldetag: 19. Dezember 1958

Auslegetag: 6. Juli 1967

Die Erfindung betrifft ein Expansionselement an einem Rohrbündelwärmetauscher, das eine elastische dichte Verbindung zwischen dem Mantel und einem Rohrboden herstellt, der nicht wesentlich dicker als die Wandstärke der Rohre bemessen ist und bis nahe zu seinem Rand Rohre enthält. Das Expansionselement enthält hierbei als Hauptteil eine im wesentlichen als Ring um die Längsachse des Bündels verlaufende elastische Trennwand; der eine Rand dieses Ringes ist über ein starres Zwischenstück mit dem Rand des Rohrbodens verbunden.

Während des Betriebs des Rohrbündelwärmetauschers enthalten die Räume innerhalb und außerhalb der elastischen Verbindung je eines der wärmetauschenden Medien, wobei oft zwischen beiden Räumen ein hoher Druckunterschied besteht. Infolge des Druckunterschieds ergibt sich eine Kraft quer zum Rohrboden, die die Befestigung der elastischen Trennwand beansprucht. Dementsprechend ist bei diesen bekannten Expansionselementen ein im Vergleich zu den zwischen den Rohrbefestigungsstellen vorhandenen freien Stützweiten verhältnismäßig dicker Rohrboden vorgesehen worden. Bei sehr hohen Druckunterschieden und/oder bei Expansionselementen, die eine große Wandfläche aufweisen, so daß die Kräfte sehr groß werden, ergeben sich bei der Befestigung noch größere Schwierigkeiten.

Demgegenüber ist es jedoch aus konstruktiven Gründen erwünscht, die Dicke des Rohrbodens nicht wesentlich größer zu machen als die Wandstärke der Rohre.

Wirken in diesem Fall große Axialkräfte auf den verhältnismäßig dünnen Rohrboden, so wird vornehmlich die Randzone des Rohrbodens beansprucht. Er ergeben sich hohe Scherbeanspruchungen zwisehen dem Rohrboden und den hier im Rohrboden sitzenden Rohren.

Eine Konstruktion dieser Art ist in der USA.-Patentschrift 2 653 799 beschrieben.

Um diese Beanspruchungen zu vermindern bzw. weitgehend zu vermeiden, liegt die Aufgabe der Erfindung darin, die vom Expansionselement ausgeübten, auf den Rohrboden wirkenden Axialkräfte möglichst aufzuheben.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung das erwähnte Zwischenstück, das den Ring mit dem Rand des Rohrbodens verbindet, derart gestaltet, daß seine Projektion in der Bündellängsachse einen zweiten Ring darstellt, und liegt die Verbindung des Zwischenstücks mit dem Rand des Rohrbodens ungefähr in der Mitte zwischen dem einen Rand und dem anderen Rand des ersten Rings und Expansionselement an einem
Rohrbündelwärmetauscher

Anmelder:

Aktiebolaget Rosenblads Patenter, Stockholm

Vertreter:

Dipl.-Ing. W. Meissner und Dipl.-Ing. H. Tischer, Patentanwälte, München 2, Tal 71

Als Erfinder benannt:
Sverre Knut Jenssen,
Saltsjöbaden (Schweden)

Beanspruchte Priorität:

Schweden vom 4. Januar 1958 (37)

sind auch in der Rohrboden-Ringzone, deren Projektion in der Bündellängsachse zwischen dem Rand des Rohrbodens und einem Rand des ersten Rings liegt, mit dem Rohrboden fest verbundene Rohre vorgesehen. Hierdurch wird die zusätzliche Beanspruchung des Rohrbodens als Folge der Nachgiebigkeit des Expansionselements vermieden.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung nachstehend näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Teil eines Rohrbündelwärmetauschers mit Expansionselement,

F i g. 2 schematisch den strichpunktiert eingerahmten Teil Π nach Fig. 1 in größerem Maßstab,

Fig. 3 und 4 in ähnlicher Weise je eine Abwandlung dieses Teils II.

Gemäß F i g. 1 sitzen die Rohre 1 eines Rohrbündelwärmetauschers in einem Rohrboden 2, der über ein starres Zwischenstück 4, eine im wesentlichen als Ring um die Längsachse des Bündels verlaufende elastische Trennwand 5 und einen Ringflansch 6 am Mantel 7 des Wärmetauschers befestigt ist. Durch die Teile 4, S, 6, die konzentrisch um die Längsachse 10 des Rohrbündels liegen, wird der mit dem Inneren der Rohre 1 verbundene Raum 8 gegenüber dem außerhalb der Rohre liegenden Raum 9 abgetrennt.

709 609/302

Claims

Der Rohrboden 2 und die Teile 4, 5, 6 sind vorzugsweise kreisförmig ausgebildet, sie können aber auch eine viereckige oder andere polygonale Form haben. Ebenso werden bevorzugt im Querschnitt kreisförmige Rohre vorgesehen. Auch hier kann aber ein rechteckiger usw. Querschnitt benutzt werden. Der Mantel 7 kann ebenfalls einen beliebigen Querschnitt aufweisen.

Während des Betriebs des Wärmetauschers wird das eine Medium dem Raum 8 und das andere dem Raum 9 zugeführt. Die Drücke in beiden Räumen sollen mit P₁ und P₂ bezeichnet werden. Infolge des Druckunterschieds werden auf die Teile 4,5, 6 Axialkräfte ausgeübt (vgl. Fig. 2), wo die Trennwand 5 gestrichelt, das Zwischenstück 4 voll ausgezogen und der Rohrboden 2 und damit auch die Ringzone e-d_t gestrichelt wiedergegeben sind. P₁ soll größer als P₂ sein.

Auf die gleich großen Kreisflächen U₁ bis b_x sowie α bis b, die hier gleich 1 gesetzt sind, wirken gleich große Axialkräfte

abwärst bzw. aufwärts ein, wodurch das Expansionselement so beansprucht wird, daß es in seinen beiden as Befestigungsstellen d_t und d die Kraft

P₁-P₂
~. 2

nach abwärts bzw. aufwärts ausübt. Wenn der Rohrboden 2 unmittelbar bei d befestigt wäre, würde er also dieser Kraft nach aufwärts ausgesetzt werden. Gemäß der Erfindung ist er jedoch bei e am starren Zwischenstück befestigt, das seinerseits an der elastischen Trennwand bei d befestigt ist. Das Zwischenstück 4 weist eine projizierte Kreisringfläche c bis d auf, die halb so groß wie die Kreisringfläche α bis b gewählt wird und daher der Kraft

P₁ - P,

nach abwärts ausgesetzt ist, welche die gleiche von der elastischen Trennwand herrührende Kraft nach aufwärts völlig ausgleicht. Von dieser wird also keine Kraft auf den Rohrboden übergeführt. Wenn P₂ größer als P₁ ist, kehren sich alle Kraftrichtungen nur um, wobei das Endergebnis das gleiche ist. Wenn die elastische Trennwand z. B. infolge einer anderen Form den Druckunterschied in anderer Weise weitergibt, kann ein Kräfteausgleich dadurch herbeigeführt werden, daß man die Größe der Ausgleichsfläche c bis d entsprechend anpaßt.

Das starre Zwischenstück 4 kann zwischen den Kanten e und d eine beliebige Profilform haben. Wesentlich ist, daß es in Richtung der Bündellängsachse 10 gesehen eine Fläche zwischen diesen Kanten aufweist, die den gewünschten Ausgleich der von der elastischen Trennwand herrührenden Kraft ergibt.

F i g. 3 zeigt schematisch eine Abwandlung, bei der die elastische Trennwand 5 im Gegensatz zu F i g. 2 radial nach innen von seinen Befestigungskanten aus gefaltet ist. In diesem Fall wirkt bei einem Überdruck im Raum 9 die Reaktionskraft bei d abwärts, und die Ausgleichsfläche c bis d muß radial nach auswärts von der Kante c gerichtet sein, um einen Überdruck von unten zu erhalten.

Fig. 4 zeigt schematisch eine weitere Abwandlung, bei der die elastische Trennwand aus einer einfachen Membran besteht, die, ohne an sich nennenswerten Widerstand zu leisten, sich so biegen läßt, daß der Punkt b nach oben oder nach unten bewegt wird. Auf dieser Membran, deren Fläche a-b auch gleich 1 angenommen wird, wirkt also für P₁^P₂ eine Kraft

P₁-I-P₂-I = P₁-P₂

nach oben, wodurch die Membran so beeinflußt wird, daß sie an ihrer Befestigungsstelle b eine Kraft

ρ ρ

1 2

nach oben ausübt. Wenn der Rohrboden unmittelbar bei b befestigt wäre, würde er also dieser Kraft ausgesetzt werden. Gemäß der Erfindung ist er jedoch bei e am starren Zwischenstück 4 befestigt, das seinerseits an der Membran bei b befestigt ist, und das Zwischenstück weist eine projizierte Kreisfläche e bis b auf, die halb so groß wie die Membranfläche a bis b sein soll und daher der nach unten wirkenden Kraft

P₁-P₂

ausgesetzt wird, welche die gleiche, von der Membran herrührende, nach oben wirkende Kraft völlig ausgleicht. Von der Membran wird also keine Kraft auf den Rohrboden übergeführt. Für P₂ > P₁ werden nur sämtliche Kraftrichtungen umgekehrt, das Endergebnis ist das gleiche.

Die Erfindung ist nicht an eine bestimmte Form der elastischen Trennwand gebunden.

Patentanspruch:

Expansionselement an einem Rohrbündelwärmetauscher, das eine elastische dichte Verbindung zwischen dem Mantel und einem nicht wesentlich dicker als die Wandstärke der Rohre bemessenen Rohrboden herstellt, wobei im Rohrboden bis nahe zu seinem Rand Rohre vorgesehen sind, und als Hauptteil eine im wesentlichen als ein erster Ring um die Längsachse des Bündels verlaufende elastische Trennwand enthält, wobei der eine Rand des ersten Ringes über ein starres Zwischenstück mit dem Rand des Rohrbodens verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (4) derart gestaltet ist, daß seine Projektion in der Bündellängsachse (10) einen zweiten Ring darstellt und die Verbindung des Zwischenstücks (4) mit dem Rand (t?) des Rohrbodens (2) ungefähr in der Mitte zwischen dem einen Rand (b, d) und dem anderen Rand (α) des ersten Ringes liegt und daß auch in der Rohrboden-Ringzone, deren Projektion in der Bündellängsachse (10) zwischen dem Rand (e) des Rohrbodens (2) und einem Rand des ersten Rings liegt, mit dem Rohrboden (2) fest verbundene Rohre (1) vorgesehen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Sch 13601 I a/17 f (bekanntgemacht am 8.3.1956);
britische Patentschrift Nr. 366 849;
USA.-Patentschriften Nr. 2 653 799, 2 232 936.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 609/302 6.67 © Bundesdnickerei Berlin