DE19606201B4 - Device for holding the tubes of a tube bundle - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Halterung von aus Kunststoff hergestellten, parallel im Abstand zueinander verlaufenden Rohren (1) eines im Gehäuse (5) eines Wärmeübertragers angeordneten, quer angeströmten Rohrbündels, dessen U-förmig verlaufende Rohre (1) in einer Rohrplatte (2) des Gehäuses (5) befestigt sind,
– wobei die Rohre (1) des Rohrbündels untereinander über jeweils mindestens zwei Rohre (1) einer Rohrreihe miteinander verbindende Abstandshalter (6) lagegesichert sind, die in Strömungsrichtung des die Außenseite der Rohre beaufschlagenden Mediums (M2) ausgerichtet – wobei zumindest einige Rohre (1) der in Strömungsrichtung des Mediums (M2) ausgerichteten Rohrreihen paarweise durch quer verlaufende zusätzliche Abstandshalter (6') lagegesichert sind, die in Strömungsrichtung des Mediums (M2) versetzt sind und
– wobei die Abstandshalter (6, 6') mindestens zwei durch einen Steg (6b) verbundene Klemmstellen (6a) umfassen, die jeweils schalenförmig mit einem Umschlingungswinkel von > 180° ausgebildet sind.Device for holding made of plastic, parallel spaced apart extending tubes (1) arranged in the housing (5) of a heat exchanger, transversely flowed tube bundle whose U-shaped tubes (1) in a tube plate (2) of the housing (5 ),
- wherein the tubes (1) of the tube bundle are mutually secured in position via at least two tubes (1) of a row of tubes interconnecting spacers (6) aligned in the flow direction of the outside of the tubes acting medium (M 2 ) - wherein at least some tubes ( 1) of the aligned in the direction of flow of the medium (M 2 ) pipe rows in pairs by transversely extending additional spacers (6 ') are secured in position, which are offset in the flow direction of the medium (M 2 ) and
- Wherein the spacers (6, 6 ') comprise at least two by a web (6b) connected clamping points (6a), which are each formed shell-shaped with a wrap angle of> 180 °.

Figure 00000001
Figure 00000001

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 The invention relates to a device for holding the preferably made of plastic, running parallel spaced pipes one in the housing a heat exchanger arranged Tube bundle.

Derartige Halterungen sind in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt, wobei jedes Rohr relativ zu mindestens einem seiner benachbarten Rohre durch mindestens einen, zumindest einen Teil seines Umfanges berührenden Abstandshalter lagegesichert ist. Diese Abstandshalter bestehen entweder aus einander kreuzenden Streben oder Bändern, die an einem gemeinsamen Rahmen befestigt sind. Diese Rahmen sind entweder am Gehäuse des Wärmeübertragers befestigt oder mittels der Abstandshalter auf den Rohren angeordnet. Während sich beim erstgenannten Fall aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten 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 verbundene Rahmens relativ zum Wärmeübertragergehäuse erforderlich.such Mounts are known in a variety of designs, each one Pipe relative to at least one of its adjacent pipes at least one, at least part of its circumference touching Spacer is positionally secured. These spacers consist either of intersecting struts or ribbons attached to a common Frame are attached. These frames are either on the case of the heat exchanger attached or arranged by means of the spacers on the tubes. While in the former case due to the different thermal expansion coefficients the material on the one hand the pipes and on the other hand the heat exchanger housing harmful relative movements between pipes and spacers, in the second case an elaborate tour the frame connected to the tubes relative to the heat exchanger housing required.

In der DE 42 17 923 A1 ist eine Vorrichtung zur Distanzierung von Wärmetauscherrohren beschrieben, die einen Rahmen aus korrosionsfesten, rechtwinklig zueinander angeordneten und verschieblich miteinander verbundenen Rahmenleisten vorsieht. Damit die gemäß der Konstruktion frei vom Rohrboden herabhängenden Wärmetauscherrohre über ihre vertikalen Längsabschnitte bis zu den bogenförmigen Übergangsabschnitten einwandfrei zueinander distanziert sind, werden in bestimmten Höhenbereichen Rahmen mit Abstandshaltern aus Hülsen angeordnet. Eine Lagersicherung der einzelnen Rohre des Rohrbündels ist diesem Dokument nicht zu entnehmen, auch werden nicht zwei Rohre einer Rohrreihe mittels eines Rohres miteinander verbunden und lagegesichert.In the DE 42 17 923 A1 a device for distancing heat exchanger tubes is described, which provides a frame of corrosion-resistant, arranged at right angles to each other and slidably interconnected frame strips. In order that the heat exchanger tubes hanging freely from the tubesheet according to the construction are perfectly spaced apart from one another via their vertical longitudinal sections as far as the curved transition sections, frames with spacers made of sleeves are arranged in certain height regions. A storage protection of the individual tubes of the tube bundle is not apparent from this document, also not two tubes of a row of tubes are connected to each other by means of a tube and secured in position.

Weiterhin geht aus der US 4,657,069 eine axiale Halterungsvorrichtung für Wärmetauscherrohre hervor, die aus zwei verschiedenen auf einer Unterlage angebrachten Rohrgreifelementen besteht, wobei die Rohrgreifelemente so ausgerichtet, daß ihre Öffnungen von der Unterlage rechtwinklig wegzeigen und das andere eine wiederum rechtwinklig abgewandte und damit parallel zur Untertage sicher erstreckende Öffnung aufweist. Diese Halterung ist dazu bestimmt, eine axiale Verschiebung der Rohre zu verhindern, indem sie auf den Flanschenden der Ausgangsrohrleitungen aufsitzend die einzelnen Rohre rohrklemmend halten. Sie dienen damit nicht zur axialen Lagerfixierung und nicht Aufrechterhaltung des Parallelabstandes von Rohren eines im Gehäuse eines Wärmetauschers angeordneten Rohrbündels.Furthermore, goes from the US 4,657,069 an axial support device for heat exchanger tubes, which consists of two different mounted on a base pipe gripping elements, the pipe gripping elements aligned so that their openings point away from the base at right angles and the other has a turn away at right angles and thus parallel to the underground safely extending opening. This support is intended to prevent axial displacement of the pipes by holding the individual pipes in a pipe-clamping manner on the flange ends of the output pipes. They thus do not serve for axial bearing fixation and not maintenance of the parallel distance of pipes arranged in the housing of a heat exchanger tube bundle.

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 zwischen Rohren und Abstandshaltern als auch aufwendige Führungen für die abstandshaltertragenden Rahmen vermieden werden.outgoing From this known prior art, the invention has the object based, a mounting device of the type described above To develop such a way that both harmful relative movements between Tubes and spacers as well as elaborate guides for the distance-supporting Be avoided.

Durch die Lagesicherung der Rohre untereinander ausschließlich über Abstandshalter, 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 erübrigen 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 befestigt sind, so daß die Abstandshalter sich bei temperaturbedingten Längenänderungen der Rohre mit diesen innerhalb des Wärmeübertragergehäuses bewegen. Mit den Rahmen entfällt auch eine zusätzliche Belastung der Rohre durch das Gewicht der Rahmen. Neben einem verringerten Bauaufwand ergibt sich schließlich eine einfachere Montags der Abstandshalter.By the position securing of the pipes to each other exclusively via spacers, each connect at least two pipes together, and by the attachment of these spacers on the pipes exclusively by Clamping force compensating at least the weight of each spacer, can be dispensed with the use of frames. It is unnecessary thus elaborate guides for such Frame. Furthermore become relative movements between the pipes and the spacers avoided because the spacers by clamping force on the pipes are attached so that the Spacers are at temperature-related changes in length of the tubes with these within move the heat exchanger housing. With the frame is deleted also an additional one Load the tubes by the weight of the frame. In addition to a reduced Construction costs finally arise a simpler Monday of the spacers.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung umfaßt jeder Abstandshalter mindestens zwei Klemmstellen, die jeweils schalenförmig mit einem Umschlingungswinkel > 180° ausgebildet und durch einen Steg miteinander verbunden sind. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache Konstruktion für die Abstandshalter und eine besonders einfache Montage.According to one further feature of the invention, each spacer comprises at least two clamping points, each cup-shaped with a wrap angle> 180 ° formed and are connected by a bridge. This results a particularly simple construction for the spacers and a particularly easy installation.

Die Abstandshalter sind hauptsächlich in Strömungsrichtung des die Außenseite der Rohre beaufschlagenden Mediums angeordnet, so dass der Strömungswiderstand der Abstandshalter minimiert wird.The Spacers are mainly in the flow direction of the outside arranged the pipes acting medium, so that the flow resistance the spacer 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, sind zumindest einige Rohre der in Strömungsrichtung des Anströmmediums aus gerichteten Rohrreihen paarweise durch weitere Abstandshalter miteinander zu verbinden. Diese zusätzlichen Abstandshalter liegen quer zur Strömungsrichtung 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 achieve a high stability of the pipes flowed from the outside essentially transversely to their longitudinal direction at the lowest possible flow resistance against vibrations, at least some of the tubes in the direction of flow of the onflow directed pipe rows are to be connected in pairs by further spacers. These additional spacers are transverse to the flow direction of the pipes flowing from the outside medium and are preferably arranged offset in the flow direction, so that there is the least possible obstruction of the flow.

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

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

2 eine Seitenansicht des Wärmeübertragers nach 1, 2 a side view of the heat exchanger after 1 .

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

4 eine vergrößerte Darstellung eines Teils des Schnittes gemäß 3 und 4 an enlarged view of a portion of the section according to 3 and

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

Der schematisch in den 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 Oberseite der Rohrplatte 2 ist jeweils eine Verteilkammer 3 mit zwei Anschlussstutzen 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 teilnehmende Medium durchströmt ein Gehäuse 5, bei dem es sich beispielsweise um einen Teil eines Strömungskanals handelt. Die rechtwinklig zur Längserstreckung der Rohre 1 ausgerichtete Strömung dieses zweiten Mediums M2 ist durch Pfeile in den 1 und 3 angedeutet. Die Zu- und Abfuhr des anderen Mediums M1 ist in 1 ebenfalls durch Pfeile symbolisiert. Bei dem in den 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 korrosionsbeständigem Kunststoff hergestellt sind. Auch das Gehäuse 5 des Wärmeübertragers muss aus korrosionsbeständigem Material, beispielsweise Edelstahl hergestellt sein.The schematic in the 1 to 3 Heat exchanger shown consists of a plurality of parallel spaced-apart, combined to form a tube bundles tubes 1 made of plastic, for example a fluoropolymer. In the embodiment, these tubes 1 each U-shaped bent and with their ends in a tube plate 2 attached. On the top of the tube plate 2 each is a distribution chamber 3 with two connecting pieces 3a and a collection chamber 4 with two connecting pieces 4a arranged. Through the distribution chamber 3 becomes a flowing through the pipes medium the tube bundle 1 fed, after heat transfer from the collection chamber 4 is dissipated. The second, participating in the heat transfer medium flows through a housing 5 which is, for example, a part of a flow channel. The right angles to the longitudinal extent of the tubes 1 aligned flow of this second medium M 2 is indicated by arrows in the 1 and 3 indicated. The supply and removal of the other medium M 1 is in 1 also symbolized by arrows. In the in the 1 to 3 schematically illustrated heat exchanger may be a device for cooling the flue gases of a power plant. The cooling takes place through in the pipes 1 flowing cold water as medium M 1 . If the medium M 2 to be cooled is unpurified flue gas, if the acid dew point is undershot, condensation of highly concentrated sulfuric acid occurs on the surfaces of the heat exchanger, in particular the tubes 1 why they are made of corrosion resistant plastic. Also the case 5 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 fixieren und insbesondere Schwingungen der rechtwinklig zu ihrer Rohrlängsachse angeströmten Rohre 1 zu vermeiden, sind in mehreren Ebenen des Wärmeübertragers 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 hervorgerufene Turbulenzen erzeugt würden.To the plastic pipes 1 safe to fix in the flue gas stream and in particular vibrations of the pipes at right angles to their pipe longitudinal axis 1 To avoid, spacers are in several levels of the heat exchanger 6 arranged. These spacers 6 ensure the position of the individual pipes 1 , for example, have a length of 12.5 m and at a speed between 5 and 20 m / sec. be streamed. The spacers 6 prevent relative movements of the pipes 1 to each other and to the housing 5 which would be generated in particular by turbulence caused by the gas flow.

Wie aus den 4 und 5 hervorgeht, besteht jeder Abstandshalter 6 aus mindestens zwei Klemmstellen 6a, die jeweils schalenförmig mit einem Umschlingungswinkel > 180° ausgebildet sind und den Abstandshalter 6 ausschließlich durch Klemmkraft auf den Rohren 1 halten. Untereinander sind die Klemmstellen 6a jedes Abstandshalters 6 durch einen Steg 6b verbunden. Beim Ausführungsbeispiel nach den 4 und 5 umfaßt jeder Abstandshalter 6 insgesamt sechs Klemmstellen 6a und fünf Stege 6b.Like from the 4 and 5 As can be seen, each spacer is made 6 from at least two terminal points 6a , which are each formed shell-shaped with a wrap angle> 180 ° and the spacer 6 only by clamping force on the pipes 1 hold. One behind the other are the terminal points 6a each spacer 6 through a footbridge 6b connected. In the embodiment of the 4 and 5 includes each spacer 6 a total of six nips 6a and five bridges 6b ,

Die Abstandshalter 6 sind hauptsächlich in Strömungsrichtung des die Außenseite der Rohre 1 beaufschlagenden Mediums M2 ausgerichtet, wie sich insbesondere aus 4 ergibt. Um auch zumindest einige Rohre der in Strömungsrichtung des Mediums 2 ausgerichteten Rohrreihen paarweise miteinander 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 in the flow direction of the outside of the tubes 1 acting medium M 2 aligned, as can be seen in particular 4 results. To at least some pipes in the flow direction of the medium 2 aligned pipe rows in pairs, are more spacers 6 ' provided, which thus extend transversely to the flow direction of the medium M 2 . In the embodiment, these include additional spacers 6 ' only two by a jetty 6b connected clamping points 6a ,

Da die Abstandshalter 6 und 6' ausschließlich durch Klemmkraft auf den Rohren 1 befestigt sind, wobei diese Klemmkraft zumindest das Eigengewicht jedes einzelnen Abstandshalters 6 bzw. 6' kompensiert, kann auf die Verwendung 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 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 Strömungsrichtung des Mediums M2, um den durch sie erzeugten Strömungswiderstand zu verringern.Because the spacers 6 and 6 ' only by clamping force on the pipes 1 are fixed, this clamping force at least the weight of each spacer 6 respectively. 6 ' Compensated may be the use of a frame for fixing the spacers 6 and 6 ' be waived. This results in a self-supporting construction of the spacers 6 and 6 ' which the pipes 1 of the tube bundle interconnects exclusively with each other and thus ensures their position. Like the illustration in 5 shows are the extra spacers 6 ' in the longitudinal direction of the tubes 1 offset to the spacers 6 on the pipes 1 arranged; In addition, there is an offset of these additional spacers 6 ' in flow Direction of the medium M 2 , to reduce the flow resistance generated 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 Konstruktionen zur Kompensation unterschiedlicher Ausdehnungen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Kunststoff und Metall.The spacers 6 and 6 ' are preferably made of plastic as injection molded parts, so that there is an inexpensive production and easy installation. By eliminating previously required frame not only the weight of the entire heat exchanger is reduced, it also eliminates constructions to compensate for different expansions due to different thermal expansion coefficients between plastic and metal.

M1 M 1
Mediummedium
M2 M 2
Mediummedium
11
Rohrpipe
22
Rohrplattetube plate
33
Verteilkammerdistribution chamber
3a3a
Anschlussstutzenspigot
44
Sammelkammerplenum
4a4a
Anschlussstutzenspigot
55
Gehäusecasing
66
Abstandshalterspacer
6'6 '
Abstandshalterspacer
6a6a
Klemmstellenip
6b6b
Stegweb

Claims (1)

Vorrichtung zur Halterung von aus Kunststoff hergestellten, parallel im Abstand zueinander verlaufenden Rohren (1) eines im Gehäuse (5) eines Wärmeübertragers angeordneten, quer angeströmten Rohrbündels, dessen U-förmig verlaufende Rohre (1) in einer Rohrplatte (2) des Gehäuses (5) befestigt sind, – wobei die Rohre (1) des Rohrbündels untereinander über jeweils mindestens zwei Rohre (1) einer Rohrreihe miteinander verbindende Abstandshalter (6) lagegesichert sind, die in Strömungsrichtung des die Außenseite der Rohre beaufschlagenden Mediums (M2) ausgerichtet – wobei zumindest einige Rohre (1) der in Strömungsrichtung des Mediums (M2) ausgerichteten Rohrreihen paarweise durch quer verlaufende zusätzliche Abstandshalter (6') lagegesichert sind, die in Strömungsrichtung des Mediums (M2) versetzt sind und – wobei die Abstandshalter (6, 6') mindestens zwei durch einen Steg (6b) verbundene Klemmstellen (6a) umfassen, die jeweils schalenförmig mit einem Umschlingungswinkel von > 180° ausgebildet sind.Device for holding plastic pipes produced in parallel, spaced apart from each other ( 1 ) one in the housing ( 5 ) arranged a heat exchanger, transversely flowed tube bundle whose U-shaped tubes ( 1 ) in a tube plate ( 2 ) of the housing ( 5 ), the pipes ( 1 ) of the tube bundle with each other via at least two tubes ( 1 ) a tube row interconnecting spacers ( 6 ), which are aligned in the flow direction of the outside of the tubes acting medium (M 2 ) - wherein at least some tubes ( 1 ) aligned in the flow direction of the medium (M 2 ) pipe rows in pairs by transversely extending additional spacers ( 6 ' ) are positionally secured, which are offset in the flow direction of the medium (M 2 ) and - wherein the spacers ( 6 . 6 ' ) at least two by a bridge ( 6b ) connected terminal points ( 6a ), which are each formed shell-shaped with a wrap angle of> 180 °.
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