DE1601243B2

DE1601243B2 - Wärmeübertrager mit in einer Stützplatte geführten Rohre

Info

Publication number: DE1601243B2
Application number: DE19681601243
Authority: DE
Inventors: Jakob Dipl.-Ing. Wiesendangen Kägi (Schweiz). F28f9-00
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1968-01-23
Filing date: 1968-02-10
Publication date: 1971-11-18
Also published as: ES362770A1; NL140054B; BE727133A; CH491313A; SE357820B; FR1595350A; NL6803091A; DE1601243A1; US3572770A; JPS4823935B1; GB1221766A

Description

1 2

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager aus zwischen Büchse und Rohrplatte noch zwischen einem Bündel quer angeströmter Rohre, die in Öff- Büchse und Hülse noch zwischen Hülse und Rohr nungen mindestens einer Stützplatte jeweils ver- ein Spiel, so daß Schwingungen der Rohre kaum gemitteis einer Büchse mit Spiel geführt sind, wobei die dämpft werden können.

Büchse, zumindest an ihrer beanspruchten Ober- 5 Gegenüber einem Wärmeübertrager der eingangs

fläche, unter Berücksichtigung der Beanspruchung genannten Gattung liegt der Erfindung die Aufgabe

dieser Oberfläche aus einem anderen Werkstoff als zugrunde, die bei weitgehender Dämpfung der Rohr-

dem der Stützplatte vorgesehen ist. schwingungen unter Anwendung eines Spiels in iner-

In Wärmeübertragern, deren das zu erwärmende ter Atmosphäre entstehenden Verschweißungen und

Mittel führende Rohre in mindestens einer Stützplatte io Erosionen an den Rohren möglichst weitgehend zu

gehalten sind, werden die Rohre zu Schwingungen verhindern oder zu verzögern.

angeregt, wenn sie von dem sie umströmenden Die Aufgabe wird, ausgehend von der eingangs

Wärmeträger im wesentlichen quer zu ihrer Längs- genannten Art von Wärmeübertragern, durch die

richtung angeströmt werden. Diese Schwingungen nachstehende Merkmalskombination gelöst, für die

lassen sich dämpfen, wenn die Rohre in den Platten 15 ein Schutz nur in ihrer Gesamtheit beansprucht wird:

mit Spiel gelagert sind; die Platten wirken dann als _a) _{In an sich} bekannter Weise ist das Spiel zwi-

Dämpfungselement, wobei ein Teil der Schwingungs- _schen Büchse und Stützplatte vorgesehen;

energie durch die bei der Relativbewegung zwischen _{fa) füf die ßüchse zumindest an ihrer be}_

den Rohren und den Platten entstehende Re.hmig anspruchten Oberfläche, ein Werkstoff vorgese-

vernicntet wird 20 hen, der ihr Verschweißen an der Stützplatte bei

Besitzt das Warmetragermedium relativ hohe Tem- _{höheren Temperaturen} erschwert;

peraturen, so besteht in einer reduzierenden und . . . , , , ,.,, . . ,- ^

inerten Atmosphäre die Gefahr, daß sich die Rohre ^c) ^man, ^sich bekannter Weise ist die Buchse ver-

infolge des Fehlens einer Oxydschicht bei den auf- mittels einer konischen Hülse fest mit dem Rohr

tretenden Schwingungen mit den Platten verschweißen 25 verbunden.

und wieder losgerissen werden. Dies führt im Laufe Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung besteht der Zeit zu Erosionen, die schließlich ein Platzen der darin, daß die Rohrplatten etwas größer als der Rohr-Rohre herbeiführen. durchmesser ausgebohrt werden können, so daß das

Es ist ein Wärmeübertrager der eingangs genann- Einfädeln der Rohre erleichtert wird, ohne daß die ten Art bekannt (deutsche Patentanmeldung 30 Halterung der Rohre zu locker würde.
M 48861 a/17 f), der als Rohrbündelkühler für Weiterhin ermöglicht das Spiel zwischen Büchse Kompressoren dienen soll, und bei dem die Rohre und Stützplatte neben der Schwingungsdämpfung im Bereich der Stützplatten von einer Büchse aus, eine relative Verschiebung einzelner Rohrstränge vom Material der Stützplatte abweichendem Material gegeneinander, die unter Umständen ungleich ergeringerer Härte, z. B. aus Preßstoff oder Kupfer, 35 wärmt werden und daher unterschiedliche Wärmeumgeben sind, um ein Durchscheuern der Rohre zu dehnungen besitzen,
verhindern. Zweckmäßigerweise wird die Wandstärke der

Die Büchse ist dabei fest mit der Stützwand ver- Büchse dicker als diejenige der Hülse gewählt, da an

bunden. Mit dieser Anordnung kann daher in einer der Büchse trotz günstiger Materialauswahl immer

inerten Atmosphäre ein Verschweißen und Wieder- 4° noch Erosionen auftreten können. Als Materialien

losreißen zwischen Büchse und Rohr nicht verhin- für die Büchse eignen sich besonders hoch legierte,

dert werden. schlecht schweißbare Stähle, eisenarme oder eisen-

Bei einem anderen bekannten Wärmeübertrager freie Chrom-Nickel-Legierungen oder auch relativ

(USA.-Patentschrift 3 045 981) ähnlicher Bauart ist duktile keramische Materialien.

im Bereich der Stützplatten ebenfalls eine Büchse vor- 45 Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung begesehen. Diese Büchse umschließt die mit relativ gro- steht weiterhin darin, daß die äußere Oberfläche der ßen Fertigungsungenauigkeiten behafteten Rohre Büchse alitiert ist. Um bei Wärmedehnungen ein möglichst eng; dieser bekannte Wärmeübertrager Lösen der festen Verbindung zwischen Büchse und weist das Merkmal auf, daß zwischen den wegen der Rohr zu verhindern, ist es weiterhin zweckmäßig, für großen Fertigungstoleranzen der Rohre relativ weiten 50 die Herstellung der Büchse ein Material zu verwen-Durchtrittsöffnungen in den Stützplatten und den den, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner ist Büchsen ein Spiel in radialer und axialer Richtung als derjenige des Rohrmaterials,
besteht. Zu Erosionen führende Relativbewegungen Weiterhin können Büchse und Hülse gegeneinanzwischen Büchse und Rohr lassen sich hier nur ver- der fixiert, z. B. verschweißt, werden. Zusätzlich kann meiden, wenn jede- Büchse mit ihrer lichten Weite 55 die Büchse an ihren Enden gegen ein Herausschieben individuell genau an den gerade an der für sie aus der Rohrplatte gesichert sein. Besteht die Büchse vorgesehenen Stelle vorhandenen Durchmesser des und/oder die Hülse aus einem schlecht schweißbaren Rohres angepaßt wird. Diese individuelle Anpassung Material, so daß ihre gegenseitige Fixierung sowie jeder Büchse an den Rohrdurchmesser erfordert die Sicherung der Büchse gegen ein Herausschieben einen hohen Aufwand. 60 aus der Rohrplatte mit Hilfe von Schweißungen auf

Schließlich ist ein Wärmeübertrager bekannt Schwierigkeiten stößt, so besteht eine weitere vor-

(deutsche Patentschrift 221 656), bei dem ebenfalls teilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin, daß die

eine Büchse vorhanden ist, mit dem zusätzlichen Büchse und die Hülse an ihrem einen Ende mit

Merkmal, daß diese Büchse mittels einer konischen zungenförmigen Sicherungslappen versehen sind. Die

Hülse fest mit dem Rohr, aber auch gleichzeitig fest 65 Fixierung und die Sicherung erfolgen dann durch ein-

mit der Rohrplatte verbunden ist, um die Räume zu faches Aufbiegen der Lappen. Eine zungenförmige

beiden Seiten der Rohrplatte gasdicht gegeneinander Ausbildung der Lappen besitzt darüber hinaus in

abzudichten. Bei dieser Anordnung besteht weder fabrikatorischer Hinsicht besondere Vorteile, da der-

artige Lappen sehr einfach auf einer Bohrmaschine durch Fräsen mittels eines Hohlbohrers hergestellt werden können. Weiterhin lassen sich derartige Lappen relativ leicht aufbiegen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele.

F i g. 1 zeigt in einem Schnitt 1-1 der F i g. 5 ein erstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Halterung eines Rohres in einer Stützplatte;

F i g. 2 gibt ein zweites Ausführungsbeispiel in gleicher Darstellung wieder;

F i g. 3 ist eine perspektivische Ansicht der Büchse und der Hülse des Ausführungsbeispieles nach Fig. 2;

F i g. 4 stellt eine Büchse mit einem zungenartigen Lappen in einer Ansicht senkrecht zu ihrer Längsachse dar und

F i g. 5 eine Ansicht gemäß F i g. 1 in Richtung des Pfeiles A.

Die Rohre 1 des Wärmeübertragers sind in einer Stützplatte 2 gelagert und gehalten, wobei in Fig. 1, 2 und 5 jeweils nur die Durchtrittsstelle eines Rohres 1 durch die Platte 2 gezeigt ist.

Zum Schütze gegen Anfressungen ist auf dem Rohr 1 mittels einer Hülse 3 eine Büchse 4 festgekeilt. Die Hülse 3 ist innen durch eine zylindrische, dem Rohrdurchmesser etwa angepaßte und außen durch eine leicht konische Fläche begrenzt, während die Büchse 4 innen leicht konisch, außen dagegen zylindrisch ausgebildet und auf der einen Seite mit einem Bund 5 versehen ist.

Um die Anordnung in radialer Richtung nachgiebiger zu gestalten, kann die Hülse 3 mit Schlitzen 12 versehen werden (F i g. 3). Selbstverständlich können die Hülse 3 und die Büchse 4 statt durch Verkeilen auch anders miteinander verbunden, z. B. miteinander verschraubt werden, was nicht besonders gezeigt ist. Die erfindungsgemäß notwendige Keilwirkung wird dabei wiederum durch eine konische Ausbildung von mindestens einer der beiden gegeneinanderliegenden, die Gewinde tragenden Flächen der Bauteile Ί und 5 erreicht.

Bei der Montage wird die Büchse 4 zunächst auf das Rohr 1 aufgeschoben, ehe dieses in die Stützplatte 2 eingefädelt wird. Nachdem das Rohr 1 in der oder den Platten 2 in seine richtige Lage gebracht worden ist, wird die Büchse 4 in die Bohrung der Stützplatte 2 geschoben und hierauf die Hülse 3 eingeschlagen oder eingepreßt. Anschließend werden die Hülse 3 und die Büchse 4 durch eine Schweißung 6 miteinander verbunden und durch zusätzlichen Auftrag von Schweißmaterial 7 als Ganzes in der Stützplatte 2 gegen ein Herausschieben gesichert. Zur Verbesserung der Schwingungsdämpfung und zum Ausgleich unterschiedlicher Wärmedehnungen an einzelnen Rohren weist die Büchse 4 ein Spiel gegenüber der Platte 2 auf. Beidseitiges, axiales Spiel läßt sich z. B. dadurch erreichen, daß beim Einschlagen der Hülse 3 eine Beilage zwischen den Bund 5 und die Stützplatte 2 eingelegt wird, die nach der Fixierung der Büchse auf dem Rohr 1 wieder entfernt wird.

Läßt sich das Material der Büchse 4 und/oder der Hülse 3 nicht gut schweißen, so ist es zweckmäßig, die Hülse 3 und die Büchsen 4 mit Lappen 8 und 9 zu versehen, die die Schweißstellen 6 und 7 ersetzen, wie dies in F i g. 3 dargestellt ist. Diese Lappen 8, 9 werden, wie in F i g. 2 gezeigt, radial ausgebogen, um so eine gegenseitige Fixierung der Hülse 3 mit der Büchse 4 zu erreichen und diese beiden miteinander verbundenen Teile gegen ein Herausschieben aus der Platte 2 zu sichern.

F i g. 4 zeigt, als Variante zu F i g. 3, daß die Lappen 8 bzw. 9 nicht unbedingt durch parallele Schnitte gebildet werden müssen, sondern durch Fräsung mittels eines Hohlbohrers zungenförmig hergestellt werden können. Dies hat den Vorteil, daß die Fabrikation auf billige Weise mit Hilfe einer Bohrmaschine erfolgen kann und daß sich ein zungenförmiger Lappen leicht aufbiegen läßt.

Wie schon ausgeführt, ist bei der Auswahl der Materialien für die Büchse 4 darauf zu achten, daß ein Verschweißen mit dem Material der Stützplatte 2 möglichst erschwert wird. Neben hochlegierten, schlecht schweißbaren Stählen und eisenfreien oder eisenarmen Legierungen kommen daher für die Herstellung der Büchse 4 auch relativ duktile keramische Stoffe in Betracht. Die Verschweißung der Büchse 4 mit der Stützplatte 2 kann auch durch eine Oberflächenbehandlung verhindert werden, so läßt sich beispielsweise die Büchse alitieren, wodurch ihre äußere Oberfläche einen erhöhten Schutz gegen Erosionen erhält.

Die Montage der Büchse 4 und der Hülse 3 wird erheblich vereinfacht, wenn die Hülse 3 mehrteilig ausgebildet ist, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist; denn in diesem Fall müssen die Teile der Hülse 3 nicht zusammen mit den Büchsen 4 vor dem Einfädeln des Rohres 1 auf diesem aufgereiht werden, sondern die Teile der Hülse 3 können nach dem Einbringen des ganzen Rohrstranges in die Stützplatte 2 auf das Rohr 1 aufgesetzt und in der geschilderten Weise in die Büchse 4 eingeschlagen oder eingepreßt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmeübertrager aus einem Bündel quer angeströmter Rohre, die in Öffnungen mindestens einer Stützplatte jeweils vermittels einer Büchse mit Spiel geführt sind, wobei die Büchse, zumindest an ihrer beanspruchten Oberfläche, unter Berücksichtigung der Beanspruchung dieser Oberfläche aus einem anderen Werkstoff als dem der Stützplatte vorgesehen ist, gekennzeichnet durch die Verbindung der folgenden Merkmale:

a) In an sich bekannter Weise ist das Spiel zwischen Büchse (4) und Stützplatte (2) vorgesehen;

b) für die Büchse (4) ist, zumindest an ihrer beanspruchten Oberfläche, ein Werkstoff vorgesehen, der ihr Verschweißen an der Stützplatte bei höheren Temperaturen erschwert;

c) in an sich bekannter Weise ist die Büchse (4) vermittels einer konischen Hülse (3) fest mit dem Rohr (1) verbunden.

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche der Büchse (4) alitiert ist.

3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse (4) und die Hülse (3) an ihrem einen Ende mit zungenförmigen Sicherungslappen (8, 9) versehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen