DE1926614A1 - Roehrenwaermetauscher - Google Patents

Description

• 1'Röhrenwärmetauscher'1 Bei Röhrenwärmetauschern sind die Rohre in Rohrböden befestigt.
• üblicherweise sind zwei solcher Böden vorhanden. Eine Ausnahme machen sogenannte Haarnadelwärmetauscher, bei denen die Rohre U-förmig ausgebildet sind und Anfang und Ende der Rohre im selben Rohrboden gehalten werden. In den meisten Fällen müssen die Rohre zwischen den beiden Rohrböden bzw. bei Haarnadelwärmetauschern zwischen Rohrboden und Umlenkseite gegenseitig aut Abstand gehalten werden. Hierzu werden im allgemeinen Lochplatten verwendet, die dieselbe Lochanordnung wie die Rohrböden besitzen. Bei vielen Wärmetauschern, besonders aber bei solchen, die für Gasturbinen verwendet werden weisen diese Lochplatten eine Reihe von Nachteilen auf. Um einen Wärmetauscher möglichst klein und leicht zu bauen, muß dieser aus sehr vielen Rohren von kleinem Durchmesser und kleiner Wandstärke bestehen. Die Verwendung von Lochplatten erschwert erheblich den Zusammenbau, da alle Rohre in diese Platten eingefädelt werden müssen. Die Bohrungen in dieser Platte dürfen nur ein geringes Spiel haben, da sonst relativ große Teilungsfehler entstehen.
• Die Rohre können außerdem beim Einfädeln und beim Durchziehen leicht beschädigt oder verbogen werden. Auch im Betrieb haben Lochplatten betr£chtliche Nachteile. Die großen Temperaturdifferenzen zwischen Ein- und Austrittsseite führen dazu, daß die Lochplatten sich werfen.
• Dadurch können die Rohre, die sich unter dem Einfluß der Temperaturen dehnen wollen, nicht mehr in den Platten gleiten, sie verbiegen und verwerfen sich und können nach einer gewissen Anzahl von Lastwechseln brechen.
• Eine weitere Störungsquelle bildet die Halterung der Lochplatten. Werden sie am Gehäuse befestig so treten infolge der unterschiedlichen Dehnungen zwischen Gehäuse und Lochplatten Kräfte und Verformungen auf, die das Gleiten der Rohre beeinträchtigen. Werden die Lochplatten mit allen Rohren verbunden, so ist keine Differenzdehnung zwischen den Rohren mehr möglich. Werden dagegen die Lochplatten, wie es üblicherweise ausgeführt wird, nur mit einem Teil der Rohre verbunden, so können diese Verbindungsstellen und besonders die daran befestigten Rohre durch die von den Gleitbewegungen der übrigen Rohre hervorgerufenen Kräfte unzulässig beansprucht werden.
• Anstelle von Lochplatten wurden auch schon zwischen die Rohre gelegte Blechstreifen und ähnliches vorgeschlagen, bei denen sich im wesentlichen die gleichen Schwierigkeiten ergeben.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Nachteile zu beseitigen und einen betriebssicheren Röhrenwärmetauscher zu schaffen, der sich leicht zusammenbauen läßt, Dies geschieht ertindungsgemäß dadurch, daQ die Rohre eines Rohrbündels in einer oder mehreren Querebenen mit sich gegenseitig bertihrenden Bunden versehen sind. Diese Anordnung kann die Aufgaben einer Lochplatte Ober nehmen, vermeidet aber deren Nachteile.
• Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Rohre durch in den Ebenen der Bunde liegende Rahmen gehalten.
• Bei Röhrenwärmetauschern mit verschieden stark aufgeheizten Zonen, kann es zweckmäßig sein, daß erfindungsgemäß nur die im heißen.Bereich liegenden Rohre mit Bunden versehen sind, während im übrigen Bereich jeweils in den Ebenen der Bunde liegende Lochplatten angeordnet sind. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der Beschreibung angegeben.
• Die Zeichnung zeigt Beispiele der Erfindung in verschiedenen Maßstilben und zwar in Fig. 1 ein Schema eines Röhrenwärmetauschers, in Fig. 2 eine Einzelheit der Fig. 1, in Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1, in Flgc 4 ein Schema eines weiteren Röhrenwärmetauschers, in Fig. 6 eine Einzelheit der Fig. 4, in Figa 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 4, in Fig. 7 einen Längsschnitt durch Rohre, deren Bunde durch Hülsen gebildet werden, in Fig. 8 eine Ansicht eines Rohres der Fig. 7, in Fig. 9 eine Ansicht von Rohren, deren Bunde durch zylindrische Auswölbungen gebildet werden, in Fig. 10 einen Querschnitt nach der Linie X-X der Fig. 9, in Fig. 11 eine Ansicht von Rohren, deren Bunde durch sechskantige Auswölbungen gebildet werden und in Fig. 12 einen Querschnitt nach der Linie XII-XII der Fig. 11.
• Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Röhrenwärmetauscher 11 besteht im wesentlichen aus einem Rohrbündel 12 und Sammelräumen 13 und 14 mit Anschlußstutzen 15 und 16. Die Pfeile 17 bzw. 18 deuten den Eintritt bzw. den Austritt des Kühlmittels an, während die Pfeile 19 und 20 die Strömungsrichtung des zu kühlenden Mediums, z. B. der Abgase einer Gasturbine, zeigen.
• In der Querebene A weisen die Rohre 21 des Rohrbündels 12 zylindrisuche Bunde 22 auf, die sich gegenseitig längs von Mantellinien berühren.
• Ein in der Querebene A angeordneter Rahmen 23 hält die Rohre 21, von denen in Fig. 3 der Einfachheit halber nur einige eingezeichnet sind, des Rohrbündele 12 zusammen. Der Außendurchmesser der Bunde 22 bestimmt den Abstand der Rohre 21 voneinander und damit die freien Durchgangsquerschnitte zwischen den Rohren 21. Da die durch den Rahmen 23 gehaltenen Bunde 22 sich stete berühren, bleiben die Abstände der Rohre 21 auch im Betrieb erhalten. Wärmedehnungen durch die verhältnismäßig kleinen Temperaturunterschiede zwischen zwei benachbarten Rohren 21 können stich durch geringfügiges Verformen der Bunde 22 und durch deren Gleiten aufeinander längs ihrer berührenden Mantellinien ausgleichen. Lin Rohrbruch durch Klemmen der Rohre in Lochplatten, die Verformungen ausgesetzt sind, wird dadurch vermieden.
• Zudem vereinfacht sich der Zusammenbau des RBhrenwffirmetauschers 11 erheblich, da das schwierige Einführen der einzelnen Rohre 21 in eine Lochplatte wegfällt.
• Der in den Fig. 4 bis 6 gezeigte sogenannte Haarnadelwärmetauscher 24 weist ein U-förmig gebogenes Rohrbündel 25 aut, dessen Schenkel 26 und 27 in ein Gehäuse 28 münden. Eine Trennwand 29 teilt das Gehäuse 28 in Sammelräume 30 bzw. 31 auf, die Je einen Anschlußtutzen 32 bzw. 33 haben. Ein Pteil 34 deutet den Eintritt des Kühlmitteis durch den Anschlußstutzen 32 in den Sammelraum 30 an, von wo es durch die Schenkel 26 und 27 des Rohrbündels 25 fließt und sich dabei in zunehmendem Maße erwärmt. Das erhitzte Kühlmittel verläßt in Richtung des Pfeiles 35 den Sammelraum 31 durch den Anschluß~ stutzen 33. Pfeile 36 und 37 zeigen die Strömungsrichtung des zu kUhlenden Mediums an.
• In der Querebene B weisen die Rohre 38 des thermisch stärker beanspruchten Schenkels 27 Bunde 39 auf, die sich gegenseitig längs ihrer Mantellinie berühren. Die Rohre 38 des Schenkels 26, die weniger stark erwärmt werden, sind in der Querebene B in einer Lochplatte 40 gehalten. Auf ihrer dem Schenkel 27 zugewandten Seite geht die Lochplatte 40 in einen Rahmen 41 Ober, der die Bunde 39 der Rohre 38 des Schenkels 27 umfaßt und diese dadurch in ihrer Lage hält. In Fig. 6 sind nur einige Rohre 38 des Schenkels 27 eingezeichnet. Eine weitere gleich aufgebaute Lochplatte 42 mit einem Rahmen 43 ist in der Querebene C angeordnet. Die Wirkungsweise der im heißen Bereich des Haarnadelwärmetauschers 24 liegenden Bunde 39 des Schenkels 27 entspricht denen des vorangehenden Beispiels.
• Die in den Fig. 7 und 8 gezeigten Rohre 44 haben Bunde 45, die aus auf.
• geschobenen Hülsen 46 bestehen und die durch Punktschweißen auf den Rohren 44 befestigt sind. An einer der Schweißstelle diametral gegenüberliegenden Stelle weist die Hülse 46 einen Schrägschlitz 47 auf, der Wärmedehnungen sowohl zwischen dem Rohr 44 und der Hülse 46 als auch gegenüber den benachbarten Hülsen aungleicht. Die Hülsen 46 können auch auf andere Weise, z. B. durch Löten, an den Rohren 44 befestigt werden.
• Die Fig. 9 und 10 zeigen Rohre 48, deren Bunde 49 durch zylindrische Auswölbungen 50 gebildet sind. Es sind auch prismatische Bundformen möglich. Ein Beispiel ist in den Fig. 10 und 11 dargestellt, in denen Bunde 51 der Rohre 52 aus sechskantigen Auswölbungen 53 bestehen.
• Solche Bunde können dadurch hergestellt werden, daß dio Rohre in Hohlformen gelegt und durch ein Druckmittel, z. B. Luft oder Öl, aufgeweitet werden.

Claims (9)

Ansprüche

1. Röhrenwärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (21;38) eines Rohrbtlndels (12;25) in einer oder mehreren Querebenen (A;B, C) mit sich gegenseitig berührenden Bunden (22;39) versehen sind.

2. Röhrenwärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (21;38) durch in den Ebenen (A;B,C) der Bunde (22;39) liegende Rahmen (23; 41, 43) gehalten werden.

3. Röhrenwärmetauscher,nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Im heißen Bereich (27) liegenden Rohre mit Bunden (39) versehen sind, während im übrigen Bereich (26) jeweils in den Ebenen (B, C) der Bunde (39) liegende Lochplatten (40,42) angeordnet sind.

4. Röhrenwärmetauscher nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennteichnet, daß jeweils der Rahmen (41,43) und die Lochplatte (40, 42) einer Ebene (8, C) ein einstückiges Bauteil bilden.

5. Röhrenwärmetauscher noch einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeicbnet, daß jeweils ein Bund (45) durch eine am Rohr (44) befestigte Hülse (46) gebildet wird,

6. Röhrenwärmetauscher nach Anepruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (46) mit einem Schlitz (47) versehen ist.

7. Röhrenwärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Bund (49, 51) durch eine Auswölbung (50,53) des Rohres (4t1, 52) gebildet wird.

8 Röhrenwärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,- daß der Maritel des Bundes (49) als Kreiszylinder (60) ausgebildet. ist.

9. Röhrenwärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel des Bundes (51) als Prisma (53) ausgebildet ist.