DE3610314C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schlangenrohrwärmeübertrager mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung ist in der Wärmeübertragungsausrüstung von Atomenergieanlagen anwendbar, wenn man die Gedrungenheit des Wärmeübertragers und die große Enge sowie die hohen Kosten von Räumen zur Aufstellung von Atomkraftwerksausrüstungen berücksichtigt. Sie kann jedoch auch auf beliebigen Gebieten des Energie- und des Chemiemaschinenbaus angewendet werden.

Zur Zeit sind zur Herstellung einer mehrgängigen, mehrreihigen Spirale aus Rohren eine Fixierung der Rohrenden durch spezielle technologische Andrückvorrichtungen und eine Wärmebehandlung zur Beseitigung von bleibenden Spannungen notwendig, was die Verwendung von neutralem Gas, hermetisch abgeschlossenen Behältern und Elektroöfen, d. h. einer teueren und sperrigen Ausrüstung erforderlich macht.

Schlangenrohrwärmeübertrager mit den oben angeführten Merkmalen sind beispielsweise aus der DE-OS 28 26 411 und dem SU-ES 4 59 658 bekannt.

Zu den Nachteilen dieser Konstruktionen gehören deren niedrige Zuverlässigkeit wegen der Gefahr eines Undichtwerdens der Verbindungen der Schlangenrohrenden mit den Rohrböden unter der Wirkung der Masse der Schlangenrohre und der zusätzlichen Kräfte, die bei Temperaturdehnungen der Rohre während der Ar­ beit des Wärmeübertragers und beim Auftreten von seismischen Beanspruchungen entstehen, eine Verringerung des Ausnutzungs­ faktors der Wärmeaustauschfläche wegen einer ungleichmäßigen Zu- und Abführung des Mediums im Zwischenrohrraum sowie offen­ sichtliche Schwierigkeiten bei der Herstellung des Wärmeüber­ tragers unter der zwingenden Voraussetzung des Vorhandenseins einer speziellen Ausrüstung zur Wärmebehandlung der Rohr­ schlangenoberfläche, was die Arbeitsintensität erhöht und den Herstellungszyklus des Wärmeübertragers beträchtlich ver­ größert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schlangenrohrwärmeübertrager anzugeben, dessen Fertigungsgerechtheit und Betriebssicherheit bei verringerten Kennziffern in bezug auf Gewicht und Abmessungen erhöht werden.

Diese Aufgabe wird durch einen Schlangenrohrwärme­ übertrager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Eine solche Ausführung des Schlangenrohrwärmeübertragers gestattet es, das Fluidum so umzuverteilen, daß es gleichmäßig in den Raum zwischen den Schlangenrohren eintritt und die Windungen der Rohrschlangenoberfläche umspült, wobei keine nichtumspülten Abschnitte verbleiben, wodurch eine maximale Ausnutzung der Oberfläche während des Wärmeübertragungsprozesses erreicht wird. Dies gibt die Möglichkeit, Schlangenrohrwärmeübertrager mit verbesserten, das Gewicht und die Abmessungen betreffenden Kennziffern zu schaffen.

Es ist vorteilhaft, daß eine der Stützplatten aus konzentrischen Ringelementen zusammengesetzt ausgeführt ist, wobei die Anzahl benachbarter Paare der Ringelemente der Anzahl der Reihen der Schlangenrohre gleich ist, und die Bohrungen für die Enden der Schlangenrohre durch sich gegenüberliegend angebrachte Halbbohrungen an der äußeren und inneren Peripherieoberfläche jeweils benachbarter Ringelemente gebildet sind.

Diese Ausführung einer der Stützplatten erlaubt es, die Herstellungstechnologie der Schlangenrohroberfläche dank der Möglichkeit zu verbessern, jede Reihe Schlangenrohre unter nachfolgendem Festhalten der Schlangenrohrenden durch jedes Paar der Halbbohrungen, die in den benachbarten Ringelementen sich gegenüberliegend angebracht sind, in Windungen herzustellen.

Es ist vorteilhaft, daß mindestens in einer der Stützplatten Bohrungen zur starren Befestigung der einen Enden von Anschlägen ausgeführt sind, deren andere Enden mit den Windungen der Schlagenrohre kontaktieren.

Diese Ausführung des Schlangenrohrwärmeübertragers bietet die Möglichkeit, die Belastungen von den Windungen der Wärme­ austauschfläche über die Anschläge und die starr mit ihnen verbundenen Stützplatten auf das Gehäuse umzuverteilen, das mit der Peripherie der Stützplatten verbunden ist, wodurch die Verbindung der Schlangenrohrenden mit den Rohrböden von der Wirkung der Masse der Schlangenrohre und der zusätzlichen Kräfte, die bei Temperaturdehnungen der Rohre und beim Auftreten von seismischen Beanspruchungen entstehen, entlastet wird, weshalb die Funktionssicherheit des Schlangenrohrwärmeübertragers während seiner Betriebszeit erhöht wird.

Nachfolgend wird die Erfindung durch Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf Zeichnungen erläutert, in denen es zeigt

Fig. 1 die Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Schlangen­ rohrwärmeübertragers mit teilweisen Längsschnitten;

Fig. 2 eine erste Stützplatte;

Fig. 3 eine zweite, zusammengesetzte Stützplatte;

Fig. 4 die Einzelheit A in Fig. 3 - eine Bohrung für das Schlangenrohr in den Ringelementen der zusammen­ gesetzten Stützplatte (ohne das durch die Bohrung hindurchgeführte Rohr);

Fig. 5 die Einzelheit B in Fig. 1 - einen Anschlag in der ersten Stützplatte.

Der Schlangenrohrwärmeübertrager enthält ein Gehäuse 1 (Fig. 1), in dem ein zylindrischer Kern 2 mit Windungsreihen von Schlangenrohren 3 untergebracht ist, deren Enden 4, 5 in Bohrungen 6, 7 von Rohrböden 8, 9 befestigt sind, welche mit dem Gehäuse 1 durch jeweilige Schweißver­ bindungen 10, 11 verbunden sind.

An einem Ende des Gehäuses 1 ist eine erste Stützplatte 12 und am anderen eine zweite Stützplatte 13 angebracht, die mit dem Kern 2 verbunden und mittels ihrer Peripherie am Gehäuse 1 in einem gewissen Abstand von den Rohrböden 8, 9 derart starr befestigt sind, daß zwischen den Stützplatten 12, 13 und den Rohrböden 8, 9 jeweils ein Zwischenraum 14, 15 gebildet ist. Die Stützplatten 12, 13 weisen jeweils Bohrungen 16, 17 auf, die mit den Bohrungen 6, 7 in den jeweiligen Rohrböden 8, 9 gleichachsig sind, durch welche die Enden 4, 5 der Schlangen­ rohre 3 hindurchgehen, sowie Bohrungen 18 (Fig. 2), 19 (Fig. 3) zum Durchtritt eines Fluidums.

Diese Ausführung des Schlangenrohrwärmeübertragers erlaubt es, das Fluidum in solcher Weise umzuverteilen, daß es über den Stutzen 20 (Fig. 1) den Zwischenraum 14 ausfüllt und nach Passieren der in der ersten Stützplatte 12 (Fig. 1) ausgeführten Boh­ rungen 18 (Fig. 2) gleichmäßig in den Raum zwischen den Windungsreihen der Schlangenrohre 3 derart einströmt, daß keine nichtumspülten Abschnitte verbleiben, wo­ durch eine maximale Ausnutzung der Oberfläche während des Wärmeübertragungsprozesses erreicht wird, worauf das Fluidum die Bohrungen 19 (Fig. 3) in der zweiten Stützplatte 13 passiert und in den Zwischenraum 15 (Fig. 1) gelangt und alsdann durch einen Stutzen 21 austritt.

Die zweite Stützplatte 13 ist aus konzentrischen Ringelementen 22, 23, 24, 25, 26, 27 (Fig. 3) zusammengesetzt ausgeführt, wobei die Anzahl benachbarter Paare konzentrischer Ringelemente (22, 23; 23, 24; 24 25; 25, 26; 26, 27) der Anzahl der Reihen der Schlangenrohre 3 gleich ist. Die Bohrungen 17, durch welche die Enden 5 der Schlangenrohre 3 hindurchragen, sind durch sich gegenüber­ liegend angebrachte Halbbohrungen 28, 29 (Fig. 4) gebildet, welche an der äußeren Peripherieoberfläche 30 und der inneren Peripherieoberfläche 31 der jeweiligen benachbarten Ringelemente, z. B. 23 und 24, eingearbeitet sind.

Diese Ausführung der zweiten Stützplatte 13 gestattet es, die Herstellungstechnologie der Rohrschlangenoberfläche dank der Möglichkeit zu verbessern, daß jede Reihe Schlangenrohre 3 unter nachfolgendem Festhalten der Enden 5 der Schlangenrohre 3 durch jedes Paar der Halbbohrungen 28, 29 in Windungen hergestellt werden kann.

In mindestens einer der Stützplatten 12, 13, beispielsweise in der ersten Stützplatte 12, sind Bohrungen 32 (Fig. 2, 5) ausgeführt, in denen mit ihren einen Enden Anschläge 33 starr befestigt sind, deren andere Enden mit den Windungen der Schlangenrohre 3 (Fig. 5) kontaktieren.

Hierbei sind mehrere Varianten der Verwendung der Anschläge 33 möglich.

Bei einer beträchtlichen Masse der Windungen der Schlangenrohre 3 (Fig. 1) und bei fehlenden seismischen Beanspruchungen werden die Anschläge 33 in der unteren Stützplatte 13 eingesetzt.

Bei einer beträchtlichen Masse der Windungen der Schlangenrohre und bei Einwirkung von seismischen Beanspruchungen werden die Anschläge 33 in beiden Stützplatten 12 und 13 eingesetzt. Bei einer geringen Masse der Windungen der Schlangenrohre 32 (z. B. bei einer kleinen Anzahl der Reihen) und bei Einwirkung von seismischen Beanspruchungen kann man die Anschläge 33 nur in die obere erste Stützplatte 12 einsetzen.

Diese Ausführung des Schlangenrohrwärmeübertragers gestattet es, die Belastung von den Windungen der Schlangenrohre 3 über die Anschläge 33 und die fest mit ihnen verbundenen Stützplatten 12, 13 (zumindest eine der Stützplatten 12 oder 13) auf das Gehäuse 1 umzuverteilen, das mit der Peripherie der Stützplatten 12, 13 verbunden ist.

Dadurch wird die Verbindung der Enden 4, 5 der Schlangenrohre 3 mit den jeweiligen Rohrböden 8, 9 von der Wirkung der Masse der Schlangenrohre 3 und von zusätzlichen Kräften entlastet, die bei Temperaturdehnungen der Schlangenrohre 3 und bei der Einwirkung von seismischen Beanspruchungen entstehen. Infolgedessen steigt die Funktionssicherheit des Schlangenwärmeübertragers während der Betriebszeit.

An den Rohrböden 8, 9 sind mittels Schweißverbindungen 34, 35 Deckel 36, 37 mit Stutzen 38, 39 angeschlossen, welche jeweils Kammern 40, 41 für den Ein- und Austritt des Wärmeübertragungsmediums in den bzw. aus dem Raum zwischen den Schlangenrohren 3 bilden.

In Fig. 1 ist durch Pfeile die Richtung der Bewegung des Wärmeübertragungsmediums durch die Schlangenrohre 3 über die Stutzen 38, 39 und durch die Zwischenräume 14, 15 und den Raum zwischen den Schlangenrohren 3 über die Stutzen 20, 21 angedeutet.

Claims (3)

1. Schlangenrohrwärmeübertrager mit Rohrböden (8, 9) und mit einem zylindrischen Kern (2), auf den Schlangenrohre (3) gewickelt sind, deren Enden (4, 5) in Bohrungen (6, 7) der Rohrböden (8, 9) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Gehäuses (1) an einem Ende eine erste Stützplatte (12) und am anderen Ende eine zweite Stützplatte (13) angebracht ist, die jeweils mit dem Kern (2) verbunden und am Gehäuse (1), beabstandet zu den Rohrböden (8, 9), starr befestigt sind, derart, daß zwischen den Stützplatten (12, 13) und den Rohrböden (8, 9) ein Zwischenraum (14, 15) gebildet wird, wobei die Stützplatten (12, 13) Bohrungen (16, 17), durch welche die Enden (4, 5) der Schlangenrohre (3) hindurchgeführt sind, sowie Bohrungen (18, 19) zum Durchtritt eines Fluidums aufweisen.

2. Schlangenrohrwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Stützplatten (13) aus konzentrischen Ringelementen (22, 23, 24, 25, 26, 27) zusammengesetzt ausgeführt ist, wobei die Anzahl benachbarter Paare der Ringelemente der Anzahl der Reihen der Schlangenrohre (3) gleich ist, und die Bohrungen (17) für die Enden (5) der Schlangenrohre (3) durch sich gegenüberliegend angebrachte Halbbohrungen (29, 28) an der äußeren und inneren Peripherieoberfläche (31, 30) jeweils benachbarter Ringelemente (24, 23) gebildet sind.

3. Schlangenrohrwärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in einer der Stützplatten (12) Bohrungen (32) zur starren Befestigung der einen Enden von Anschlägen (33) ausgeführt sind, deren andere Enden mit den Windungen der Schlangenrohre (3) kontaktieren.