DE19606201A1

DE19606201A1 - Device for holding parallel pipes in heat exchanger

Info

Publication number: DE19606201A1
Application number: DE1996106201
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr Ing Mueller; Gerd Ing Grad Abker
Original assignee: Balcke Duerr GmbH
Current assignee: Babcock Borsig Service GmbH
Priority date: 1996-02-21
Filing date: 1996-02-21
Publication date: 1997-08-28
Anticipated expiration: 2016-02-22
Also published as: DE19606201B4

Abstract

The device holds parallel pipes (1) which are arranged in the housing (5) of a heat exchanger, and which are preferably made from a synthetic material. Each pipe is secured in position relative to at least one of its neighbours, using one or more spacers (6,6') which are in contact with at least part of the pipe circumference. The pipes are each secured under one another exclusively using a spacer which connects at least two pipes together. The spacers are fastened to the pipes exclusively through a clamping force which compensates for at least the dead weight of each spacer.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Halterung der vorzugsweise aus Kunststoff hergestellten, parallel im Abstand zueinander verlaufenden Rohre eines im Gehäuse eines Wärmeübertragers angeordneten Rohrbündels.The invention relates to a device for holding the preferably Plastic-made, parallel, spaced pipes a tube bundle arranged in the housing of a heat exchanger.

Derartige Halterungen sind in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt, wobei jedes Rohr relativ zu mindestens einem seiner benachbarten Rohre durch min destens einen, zumindest einen Teil seines Umfanges berührenden Abstands halter lagegesichert ist. Diese Abstandshalter bestehen entweder aus einander kreuzenden Streben oder Bändern, die an einem gemeinsamen Rahmen befe stigt sind. Diese Rahmen sind entweder am Gehäuse des Wärmeübertragers befestigt oder mittels der Abstandshalter auf den Rohren angeordnet. Wäh rend sich beim erstgenannten Fall aufgrund der unterschiedlichen Wärmeaus dehnungskoeffizienten des Materials einerseits der Rohre und andererseits des Wärmeübertragergehäuses schädliche Relativbewegungen zwischen Rohren und Abstandshaltern ergeben, wird im zweiten Fall eine aufwendige Führung des mit den Rohren verbundenen Rahmens relativ zum Wärmeübertragerge häuse erforderlich.Such mounts are known in a variety of designs, wherein each tube relative to at least one of its neighboring tubes by min at least a distance that touches at least part of its circumference holder is secured. These spacers either consist of one another crossing struts or ribbons that are attached to a common frame are steady. These frames are either on the housing of the heat exchanger attached or arranged on the tubes by means of the spacers. Wuh in the first case due to the different heat levels expansion coefficients of the material on the one hand of the pipes and on the other hand of the Heat exchanger housing harmful relative movements between pipes and spacers result in a complex guide in the second case of the frame connected to the pipes relative to the heat transfer rim housing required.

Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Halterungsvorrichtung der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, daß sowohl schädliche Relativbewegungen zwi schen Rohren und Abstandshaltern als auch aufwendige Führungen für die Abstandshalter tragende Rahmen vermieden werden. Starting from this known prior art, the invention lies Task based on a mounting device of the type described Kind in such a way that both harmful relative movements between pipes and spacers as well as elaborate guides for the Spacers supporting frames can be avoided.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekenn zeichnet, daß die Rohre des Rohrbündels untereinander ausschließlich über jeweils mindestens zwei Rohre miteinander verbindende Abstandshalter lage gesichert sind und daß die Abstandshalter ausschließlich durch zumindest das Eigengewicht jedes Abstandshalters kompensierende Klemmkraft auf den Roh ren befestigt sind.The solution to this problem by the invention is known records that the tubes of the tube bundle with each other exclusively over each at least two spacers connecting tubes are secured and that the spacers only by at least that Dead weight of each spacer compensating clamping force on the raw ren are attached.

Durch die Lagesicherung der Rohre untereinander ausschließlich über Ab standshalter, die jeweils mindestens zwei Rohre miteinander verbinden, und durch die Befestigung dieser Abstandshalter auf den Rohren ausschließlich durch Klemmkraft, die zumindest das Eigengewicht jedes Abstandshalters kompensiert, kann auf die Verwendung von Rahmen verzichtet werden. Es er übrigen sich somit aufwendige Führungen für derartige Rahmen. Außerdem werden Relativbewegungen zwischen den Rohren und den Abstandshaltern vermieden, weil die Abstandshalter durch Klemmkraft auf den Rohren befe stigt sind, so daß die Abstandshalter sich bei temperaturbedingten Längenän derungen der Rohre mit diesen innerhalb des Wärmeübertragergehäuses be wegen. Mit den Rahmen entfällt auch eine zusätzliche Belastung der Rohre durch das Gewicht der Rahmen. Neben einem verringerten Bauaufwand ergibt sich schließlich eine einfachere Montage der Abstandshalter.By securing the pipes to one another only via Ab stands which connect at least two pipes to each other, and by attaching these spacers to the pipes only by clamping force, which is at least the weight of each spacer compensated, the use of frames can be dispensed with. It he So there are complex guides for such frames. Furthermore become relative movements between the tubes and the spacers avoided because the spacers are applied by clamping force on the pipes Stigt are, so that the spacers in temperature-related lengths changes in the pipes with these within the heat exchanger housing be because of. With the frames there is also no additional load on the pipes by the weight of the frame. In addition to reduced construction costs finally an easier assembly of the spacers.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung umfaßt jeder Abstandshalter mindestens zwei Klemmstellen, die jeweils schalenförmig mit einem Umschlin gungswinkel < 180° ausgebildet und durch einen Steg miteinander verbunden sind. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache Konstruktion für die Ab standshalter und eine besonders einfache Montage.According to a further feature of the invention, each spacer comprises at least two clamping points, each bowl-shaped with a wrapping tion angle <180 ° and connected to each other by a web are. This results in a particularly simple construction for the Ab stand and a particularly simple assembly.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Abstandshalter hauptsächlich in Strömungsrichtung des die Außenseite der Rohre beaufschla genden Mediums angeordnet, so daß der Strömungswiderstand der Abstands halter minimiert wird.In a preferred embodiment of the invention, the spacers are mainly in the flow direction of the outside of the pipes Genden medium arranged so that the flow resistance of the distance holder is minimized.

Um bei möglichst geringem Strömungswiderstand eine hohe Stabilität der von außen im wesentlichen quer zu ihrer Längsrichtung angeströmten Rohre gegen Schwingungen zu erzielen, wird mit der Erfindung schließlich vorgeschlagen, zumindest einige Rohre der in Strömungsrichtung des Anströmmediums aus gerichteten Rohrreihen paarweise durch weitere Abstandshalter miteinander zu verbinden. Diese zusätzlichen Abstandshalter liegen quer zur Strömungsrich tung des die Rohre von außen anströmenden Mediums und sind vorzugsweise in Strömungsrichtung versetzt angeordnet, so daß sich eine möglichst geringe Behinderung der Strömung ergibt.In order to ensure a high stability of the against the outside flow against pipes flowed essentially transversely to their longitudinal direction To achieve vibrations, the invention finally proposes at least some pipes in the direction of flow of the inflow medium aligned rows of pipes in pairs by additional spacers connect. These additional spacers lie across the flow direction tion of the medium flowing from the outside of the pipes and are preferred arranged offset in the direction of flow, so that there is as little as possible Obstruction of the flow results.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragers mit der erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung dargestellt, und zwar zeigen:In the drawing is an embodiment of a heat exchanger with the Bracket device according to the invention shown, namely:

Fig. 1 eine schematische Stirnansicht des Wärmeübertragers, Fig. 1 is a schematic end view of the heat exchanger,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Wärmeübertragers nach Fig. 1, Fig. 2 is a side view of the heat exchanger according to Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt durch den Wärmeübertrager gemäß der Schnittlinie III-III in Fig. 1, Fig. 3 is a section through the heat exchanger according to the section line III-III in Fig. 1,

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung eines Teils des Schnittes gemäß Fig. 3 und Fig. 4 is an enlarged view of part of the section of FIG. 3 and

Fig. 5 eine Seitenansicht der Rohre gemäß der Linie V-V in Fig. 4. Fig. 5 is a side view of the tubes according to the line VV in Fig. 4.

Der schematisch in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Wärmeübertrager besteht aus einer Mehrzahl von parallel im Abstand zueinander verlaufenden, zu einem Rohrbündel zusammengefaßten Rohren 1 aus Kunststoff, beispielsweise einem Fluorpolymer. Beim Ausführungsbeispiel sind diese Rohre 1 jeweils U-förmig gebogen und mit ihren Enden in einer Rohrplatte 2 befestigt. Auf der Ober seite der Rohrplatte 2 ist jeweils eine Verteilkammer 3 mit zwei Anschlußstut zen 3a und eine Sammelkammer 4 mit zwei Anschlußstutzen 4a angeordnet. Durch die Verteilkammer 3 wird ein durch die Rohre einströmendes Medium dem Rohrbündel 1 zugeleitet, das nach der Wärmeübertragung aus der Sammelkammer 4 abgeführt wird. Das zweite, an der Wärmeübertragung teil nehmende Medium durchströmt ein Gehäuse 5, bei dem es sich beispielsweise um einen Teil eines Strömungskanals handelt. Die rechtwinklig zur Längser streckung der Rohre 1 ausgerichtete Strömung dieses zweiten Mediums M₂ ist durch Pfeile in den Fig. 1 und 3 angedeutet. Die Zu- und Abfuhr des ande ren Mediums M₁ ist in Fig. 1 ebenfalls durch Pfeile symbolisiert. Bei dem in den Fig. 1 bis 3 schematisch dargestellten Wärmeübertrager kann es sich um eine Vorrichtung zur Kühlung der Rauchgase eines Kraftwerks handeln. Die Kühlung erfolgt durch in den Rohren 1 strömendes kaltes Wasser als Medium M₁. Sofern es sich bei dem zu kühlenden Medium M₂ um ungereinigtes Rauchgas handelt, kommt es bei einer Unterschreitung des Säuretaupunktes zu einer Kondensation hochkonzentrierter Schwefelsäure auf den Oberflächen des Wärmeübertragers, insbesondere den Rohren 1, weshalb diese aus korro sionsbeständigem Kunststoff hergestellt sind. Auch das Gehäuse 5 des Wär meübertragers muß aus korrosionsbeständigem Material, beispielsweise Edel stahl hergestellt sein.The heat exchanger shown schematically in FIGS. 1 to 3 consists of a plurality of tubes 1 made of plastic, for example a fluoropolymer, which run parallel and at a distance from one another and are combined to form a tube bundle. In the exemplary embodiment, these tubes 1 are each bent in a U-shape and fastened with their ends in a tube plate 2 . On the upper side of the tube plate 2 , a distribution chamber 3 with two connecting pieces 3 a and a collecting chamber 4 with two connecting pieces 4 a is arranged. Through the distribution chamber 3 , a medium flowing through the tubes is fed to the tube bundle 1 , which is removed from the collecting chamber 4 after the heat transfer. The second medium participating in the heat transfer flows through a housing 5 , which is, for example, part of a flow channel. The perpendicular to the longitudinal extension of the tubes 1 aligned flow of this second medium M₂ is indicated by arrows in FIGS. 1 and 3. The supply and discharge of the other medium M₁ is also symbolized in Fig. 1 by arrows. The heat exchanger shown schematically in FIGS. 1 to 3 can be a device for cooling the flue gases of a power plant. The cooling is carried out by flowing cold water as a medium M 1 in the tubes 1 . If the medium to be cooled M₂ is unpurified flue gas, if the acid dew point falls below, condensation of highly concentrated sulfuric acid occurs on the surfaces of the heat exchanger, in particular the pipes 1 , which is why they are made of corrosion-resistant plastic. The housing 5 of the heat exchanger must be made of corrosion-resistant material, such as stainless steel.

Um die aus Kunststoff bestehenden Rohre 1 sicher im Rauchgasstrom zu fixie ren und insbesondere Schwingungen der rechtwinklig zu ihrer Rohrlängsachse angeströmten Rohre 1 zu vermeiden, sind in mehreren Ebenen des Wärme übertragers Abstandshalter 6 angeordnet. Diese Abstandshalter 6 sichern die Lage der einzelnen Rohre 1, die beispielsweise eine Länge von 12,5 m haben und mit einer Geschwindigkeit zwischen 5 und 20 m/sec. angeströmt werden. Die Abstandshalter 6 verhindern Relativbewegungen der Rohre 1 zueinander und zum Gehäuse 5, welche insbesondere durch vom Gasstrom hervorgerufe ne Turbulenzen erzeugt würden.In order to avoid the existing plastic pipes 1 securely in the flue gas stream to fixie ren and in particular oscillations of the incident flow at right angles to their longitudinal tube axis tubes 1 of the heat transducer are disposed spacers 6 in several levels. These spacers 6 secure the position of the individual tubes 1 , which for example have a length of 12.5 m and at a speed between 5 and 20 m / sec. be flown to. The spacers 6 prevent relative movements of the tubes 1 to one another and to the housing 5 , which would be generated in particular by turbulence caused by the gas flow.

Wie aus den Fig. 4 und 5 hervorgeht, besteht jeder Abstandshalter 6 aus min destens zwei Klemmstellen 6a, die jeweils schalenförmig mit einem Umschlin gungswinkel < 180° ausgebildet sind und den Abstandshalter 6 ausschließlich durch Klemmkraft auf den Rohren 1 halten. Untereinander sind die Klemmstel len 6a jedes Abstandshalters 6 durch einen Steg 6b verbunden. Beim Ausfüh rungsbeispiel nach den Fig. 4 und 5 umfaßt jeder Abstandshalter 6 insgesamt sechs Klemmstellen 6a und fünf Stege 6b.As can be seen from FIGS. 4 and 5, each spacer 6 consists of at least two clamping points 6 a, each of which is cup-shaped with a wrap angle <180 ° and holds the spacer 6 exclusively by clamping force on the tubes 1 . Among themselves, the clamping Stel len 6 a of each spacer 6 by a web 6 b connected. When exporting approximately example of FIGS. 4 and 5, each spacer includes a total of six clamping units 6 6 a and 6 b five webs.

Die Abstandshalter 6 sind hauptsächlich in Strömungsrichtung des die Außen seite der Rohre 1 beaufschlagenden Mediums M₂ ausgerichtet, wie sich ins besondere aus Fig. 4 ergibt. Um auch zumindest einige Rohre der in Strö mungsrichtung des Mediums 2 ausgerichteten Rohrreihen paarweise miteinan der zu verbinden, sind weitere Abstandshalter 6′ vorgesehen, die somit quer zur Strömungsrichtung des Mediums M₂ verlaufen. Beim Ausführungsbeispiel umfassen diese zusätzlichen Abstandshalter 6′ lediglich zwei durch einen Steg 6b verbundene Klemmstellen 6a.The spacers 6 are mainly aligned in the direction of flow of the medium M₂ acting on the outside of the tubes 1 , as can be seen in particular from FIG. 4. In order to connect at least some pipes in the flow direction of the medium 2 aligned pipe rows in pairs with each other, further spacers 6 'are provided, which thus run transversely to the flow direction of the medium M₂. In the exemplary embodiment, these additional spacers 6 'comprise only two clamping points 6 a connected by a web 6 b.

Da die Abstandshalter 6 und 6′ ausschließlich durch Klemmkraft auf den Roh ren 1 befestigt sind, wobei diese Klemmkraft zumindest das Eigengewicht je des einzelnen Abstandshalters 6 bzw. 6′ kompensiert, kann auf die Verwen dung eines Rahmens zur Befestigung der Abstandshalter 6 und 6′ verzichtet werden. Es ergibt sich eine selbsttragende Konstruktion der Abstandshalter 6 und 6′, welche die Rohre 1 des Rohrbündels untereinander ausschließlich miteinander verbindet und damit in ihrer Lage sichert. Wie die Darstellung in Fig. 5 zeigt, sind die zusätzlichen Abstandshalter 6′ in Längsrichtung der Rohre 1 versetzt zu den Abstandshaltern 6 auf den Rohren 1 angeordnet; außerdem erfolgt ein Versatz dieser zusätzlichen Abstandshalter 6′ in Strö mungsrichtung des Mediums M₂, um den durch sie erzeugten Strömungswi derstand zu verringern.Since the spacers 6 and 6 'are fixed exclusively by clamping force on the raw ren 1 , this clamping force at least compensates for the weight of each spacer 6 or 6 ', can be used on a frame for fastening the spacers 6 and 6 ' to be dispensed with. The result is a self-supporting construction of the spacers 6 and 6 ', which connects the tubes 1 of the tube bundle to one another exclusively and thus secures them in their position. As shown in Figure 5, the additional spacers 6 'are arranged in the longitudinal direction of the tubes 1 offset to the spacers 6 on the tubes 1 ; in addition, there is an offset of these additional spacers 6 'in the flow direction of the medium M₂, in order to reduce the resistance produced by them.

Die Abstandshalter 6 und 6′ werden vorzugsweise als Spritzgußteile aus Kunststoff hergestellt, so daß sich eine preiswerte Herstellung und einfache Montage ergibt. Durch Wegfall bisher benötigter Rahmen wird nicht nur das Gewicht des gesamten Wärmeübertragers verringert, es entfallen auch Kon struktionen zur Kompensation unterschiedlicher Ausdehnungen aufgrund un terschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Kunststoff und Metall.The spacers 6 and 6 'are preferably made as injection molded parts made of plastic, so that there is an inexpensive manufacture and simple assembly. By eliminating previously required frames, not only is the weight of the entire heat exchanger reduced, it also eliminates constructions for compensating for different expansions due to different thermal expansion coefficients between plastic and metal.

BezugszeichenlisteReference list

M₁ Medium
M₂ Medium
1 Rohr
2 Rohrplatte
3 Verteilkammer
3a Anschlußstutzen
4 Sammelkammer
4a Anschlußstutzen
5 Gehäuse
6 Abstandshalter
6′ Abstandshalter
6a Klemmstelle
6b StegM₁ medium
M₂ medium
1 pipe
2 tube plate
3 distribution chamber
3 a connecting piece
4 collecting chamber
4 a connecting piece
5 housing
6 spacers
6 ′ spacers
6 a clamping point
6 b bridge

Claims

1. Vorrichtung zu Halterung der vorzugsweise aus Kunststoff hergestellten, parallel im Abstand zueinander verlaufenden Rohre (1) eines im Gehäuse (5) eines Wärmeübertragers angeordneten Rohrbündels, wobei jedes Rohr (1) relativ zu mindestens einem seiner benachbarten Rohre (1) durch mindestens einen, zumindest einen Teil seines Umfanges berührenden Abstandshalter (6, 6′) lagegesichert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (1) des Rohrbündels untereinander ausschließlich über je weils mindestens zwei Rohre (1) miteinander verbindende Abstandshalter (6, 6′) lagegesichert sind und daß die Abstandshalter (6, 6′) ausschließ lich durch zumindest das Eigengewicht jedes Abstandshalters (6, 6′) kompensierende Klemmkraft auf den Rohren (1) befestigt sind.1. Device for holding the preferably made of plastic, parallel spaced tubes ( 1 ) of a tube bundle arranged in the housing ( 5 ) of a heat exchanger, each tube ( 1 ) relative to at least one of its adjacent tubes ( 1 ) by at least one , at least part of its circumferential spacers ( 6 , 6 ') is secured in position, characterized in that the tubes ( 1 ) of the tube bundle are secured to one another exclusively via spacers ( 6 , 6 ') connecting each other at least two tubes ( 1 ) and that the spacers ( 6 , 6 ') are exclusively Lich by at least the weight of each spacer ( 6 , 6 ') compensating clamping force on the tubes ( 1 ) are attached.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ab standshalter (6, 6′) mindestens zwei Klemmstellen (6a) umfaßt, die je weils schalenförmig mit einem Umschlingungswinkel < 180° ausgebildet und durch einen Steg (6b) miteinander verbunden sind.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that each stand holder ( 6 , 6 ') comprises at least two clamping points ( 6 a), each of which is cup-shaped with a wrap angle <180 ° and connected to one another by a web ( 6 b) are.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (6, 6′) hauptsächlich in Strömungsrichtung des die Außenseite der Rohre (1) beaufschlagenden Mediums (M₂) ausgerichtet sind.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the spacers ( 6 , 6 ') are mainly aligned in the flow direction of the outside of the tubes ( 1 ) acting medium (M₂).

4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß zumindest einige Rohre (1) der in Strömungsrichtung des Mediums (2) ausgerichteten Rohrreihen paarweise durch weitere Abstandshalter (6′) miteinander verbunden sind.4. The device according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that at least some pipes ( 1 ) of the rows of pipes aligned in the direction of flow of the medium ( 2 ) are connected in pairs by further spacers ( 6 ').