DE3502116A1

DE3502116A1 - Roehrenbuendelwaermeaustauscher mit dehnungsausgleich fuer den waermeaustausch von gasen

Info

Publication number: DE3502116A1
Application number: DE19853502116
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 6700 Ludwigshafen Genzlinger; Hans Dipl.-Ing. Kohlmüller (FH), 6148 Heppenheim
Original assignee: Halberg Maschinenbau GmbH
Current assignee: Halberg Maschinenbau GmbH
Priority date: 1985-01-23
Filing date: 1985-01-23
Publication date: 1986-07-24

Description

Röhrenbündelwärmeaustauscher mit Dehnungsausgleich
für den Wärmeaustausch von Gasen Die Erfindung betrifft einen Röhrenbündelwärmeaustauscher mit Dehnungsausgleich für den Wärme austausch von Gasen; deren Betriebsdrucke sich 'verhältnismäßig wenig unterscheiden.
In Röhrenbündelwärmeaustauschern treten wegen der Wärmeausdehnung der verwendeten Konstruktionsmaterialien und den im Betrieb sich einstellenden Temperaturdifferenzen Spannungen zwischen dem Röhrenbündel, den Rohrböden und dem Mantel auf, die zur unerwünschten Verformung des Wärmeaustauschers und bis zu Materialschädigungen führen können.
Diese Spannungen werden in bekannten Wärmeaustauschern in der Regel dadurch gemindert oder vermieden, daß die Konstruktionselemente des Wärmeaustauschers mit elastischen Kompensatoren verbunden sind, welche die durch Wärmeausdehnung hervorgerufenen Bewegungen der Konstruktionselemente abfangen. Aus der DE-OS 26 08 977 ist z.B.
ein Röhrenbündelwärmeaustauscher für Gase bekannt, dessen beide Rohrböden mit dem Mantel des Wärmeaustauschers über elastische Kompensatoren verbunden sind, ringförmige elastische Wärmeausdehnung zulassende Elemente aus relativ dünnem Material. Solche Konstruktionen sind technisch kompliziert, aufwendig in der Herstellung und können bei bestimmten Betriebszuständen zu unerwUnschten Schwingungen des Röhrenbündel s im Wärmeaustauschermantel führen, die Materialschäden verursachen können.
Elastische Kompensatoren am Mantel eines Röhrenbündelwärmeaustauschers bauen in der Regel nur die axialen Spannungen im Röhrenbündel ab.Stellt sich jedoch im Betrieb des Wärmeaustauschers in radialer Richtung über die Rohrböden oder das Röhrenbündel eine unterschiedliche Temperaturverteilung ein, so ergeben sich innerhalb dieser Bauteile Spannungen, die zu plastischen Verformungen und Materialschädigungen führen können.
Nach einer anderen bekannten Ausführungsform werden die Rohre eines RöhrenbUndelwärmeaustauschers fest mit dem einen Rohrboden verschweißt, mit dem andern Rohrboden über einzelne Stopfbüchsen für jedes Rohr abgedichtet, die eine freie Ausdehnung der Rohre im zweiten Rohrboden in axialer Richtung zulassen.
Die Herstellung einer großen Zahl von StopfbUchsen ist aufwendig und verbraucht Platz, so daß solche Wärmeaustauscher oft unwirtschaftlich sind und einen zu großen Platzbedarf haben. Bei hohen Gastemperaturen ist die Verwendung von Stopfbüchsen wegen der begrenzten Temperaturbeständigkeit von gut gleitenden Dichtungsmaterialien in Stopfbüchsen eingeschränkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach und wirtschaftlich herstellbaren RöhrenbUndelwärmeaustauscher für den Wärmeaustausch von Gasen mit hohen Temperaturdifferenzen zu schaffen, deren Betriebsdrucke sich verhältnismäßig wenig unterscheiden.
Diese Aufgabe wird so gelöst, daß die Rohre des Röhrenbündelwärmeaustauschers mindestens in einem Rohrboden in passenden Bohrungen axial beweglich gelagert sind.
Die Weite des Spaltes zwischen der Rohraußenwand und der Bohrung beträgt hierbei 0,1 bis 1 %, vorzugsweise 0,25 bis 0,5 , des Rohraußendurchmessers an dieser Stelle.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die einen Enden der Rohre fest mit dem einen Rohrboden verbunden, die andern Enden der Rohre in passenden Bohrungen des zweiten Rohrbodens axial beweglich gelagert.
Zur Verstärkung des Drosseleffekts der Spalte zwischen Rohraußenwänden und Bohrungen im Rohrboden auf den Durchtritt von Gas sind in die Innenflächen der Bohrungen Nuten eingefräßt, deren Breite das 5 bis 25 fache der Weite des Spaltes beträgt.
Beim Wärmeaustausch zwischen vielen technischen Gasen, z.B. zwischen heißem Rauchgas und damit aufzuheizender Luft, ist die vollständige Abdichtung der beiden Gasräume gegeneinander nicht immer notwendig, besonders wenn zwischen den Gasen eine Differenz der Betriebsdrucke im Wärmeaustauscher von weniger als 10 %, bei Normaldruck eine solche von weniger als 100 mbar, vorzugsweise weniger als 50 mbar besteht.
In einer bevorzugten Anwendungsform strömt Heizgas mit hoher Temperatur durch die Rohre des Wärmeaustauschers, das aufzuheizende Gas durch den Raum zwischen den Rohren und dem Mantel des Wärmeaustauschers.
Besonders geeignet ist der Röhrenbündelwärmeaustauscher nach der Erfindung als Luftvorwärmer, der mit Rauchgas geheizt wird.
Der Röhrenbündelwärmeaustauscher nach der Erfindung hat im Vergleich zu bekannten Wärmeaustauschern mit Dehnungsausgleich den Vorteil der einfacheren, platzsparenden und wirtschaftlicheren Konstruktion.
Er ist im Betrieb wartungsfrei, weniger anfällig gegen unerwünschte Schwingungen und gegen Verzug beim Wärme austausch von Gasen mit großen Temperaturunterschieden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Röhrenbündelwärmeaustauscher mit Dehnungsausgleich.
Fig.2 einen Längsschnitt durch ein Rohrende des Röhrenbündelwärmeaustauschers, das in eine Bohrung des zweiten Rohrbodens eingeführt ist und dort in einem engen Spalt axial beweglich gelagert ist.
Aufbau und Wirkungsweise einer Ausführungsform des Röhrenbündelwärmeaustauschers nach der Erfindung sind aus den Figuren 1 und 2 zu entnehmen.
Heizgas wird in den Sammelraum 8 zugeführt, verteilt sich von dort auf die Rohre 5 des Rohrbündels 3, durchströmt diese, gelangt in den zweiten Sammelraum 9 und verläßt dort den Wärmeaustauscher.
Das zu erwärmende Gas tritt durch den Stutzen 10 in den Zwischenraum zwischen den Mantel 4 des Wärmeaustauschers und die Rohre 5 ein und verläßt diesen Zwischenraum durch den Stutzen 11.
Die einzelnen Rohre 5 des Wärmeaustauschers sind an einem Ende fest mit dem Rohrboden 1 verschweißt und am anderen Ende in passende Bohrungen im Rohrboden 2 eingeführt und dort in engen Spalten 6 gleitend gelagert. Erfindungsgemäß können auch mehrere Rohrböden 2 vorgesehen werden, in denen die Rohre 5 gleitend gelagert sind.
In die Innenflächen der Bohrungen im Rohrboden 2 sind zwei Nuten 7 eingefräbt, welche den Drosseleffekt der Spalte 6 verstärken.
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Claims

PatentansprUche f Röhrenbündelwärmeaustauscher mit Dehnungsausgleich für den Wärmeaustausch von Gasen, deren Betriebsdrucke sich verhältnismäßig wenig unterscheiden, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre <5) des Röhrenbündels (3) mindestens in einem Rohrboden (2) in passenden Bohrungen axial beweglich gelagert sind, wobei die Weite des Spaltes (6) zwischen der Rohraußenwand und der Bohrung 0,25 bis 0,5 % des Rohraußendurchmessers an dieser Stelle beträgt.
2. Röhrenbündelwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Enden der Rohre (5) fest mit dem Rohrboden (1) verbunden sind und die anderen Enden der Rohre (5) in passenden Bohrungen des Rohrbodens (2) axial beweglich gelagert sind.
3. Röhrenbündelwärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Innenflächen der Bohrungen im Rohrboden (2) Nuten (7) eingefräßt sind, deren Breite das 5 bis 20 fache der Weite des Spaltes (6) zwischen Rohraussenwand und Bohrung beträgt.
4. Röhrenbündelwärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis. 3 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Gasen eine Differenz der Betriebsdrucke im Wärmeaustauscher von weniger als 50 mbar besteht.
5. Röhrenbündelwärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, das er als Luftvorwärmer mit Heizgas betrieben wird, welches durch das Innere der Rohre (5) geleitet wrd.