DE3910630A1 - Verbindung eines ungekuehlten rohres mit einem gekuehlten rohr - Google Patents
Verbindung eines ungekuehlten rohres mit einem gekuehlten rohrInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verbindung eines heißen, ungekühlten Rohres
mit einem gekühlten Rohr.
Bei einer solchen Verbindung weisen die Wandungen der aneinander
angrenzenden Rohre voneinander abweichende Temperaturen auf. Dieser
Temperaturunterschied führt infolge der unterschiedlichen thermischen
Dehnung der Rohre zu unzulässig hohen Spannungen an der
Verbindungsstelle. Darüber hinaus kann es erforderlich sein, für die
Rohre Materialien mit unterschiedlichen spezifischen
Wärmedehnungskoeffizienten zu verwenden, wodurch sich die Spannungen
im Verbindungsbereich weiter erhöhen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung zwischen
einem heißen, ungekühlten Rohr und einem gekühlten Rohr zu schaffen,
bei der die thermischen Spannungen so gering wie möglich zu halten
sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruches 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung
ist in dem Anspruch 2 angegeben.
Bei der erfindungsgemäßen Verbindung sind die Wandtemperaturen an der
Verbindungsstelle nahezu gleich, so daß thermische Spannungen vermieden
werden.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 den Längsschnitt durch eine Verbindung zwischen zwei Rohren,
Fig. 2 eine andere Ausführungsform der Verbindung und
Fig. 3 den Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform.
Das Rohr 1 ist ungekühlt und wird von einem heißen Gas durchströmt. Das
Rohr 1 ist mit einem gekühlten Rohr 2 verbunden, in dem das Gas gekühlt
wird. Die Rohre 1, 2 fluchten miteinander und weisen vorzugsweise den
gleichen Innendurchmesser auf. Das gekühlte Rohr 2 ist als Doppelrohr
mit einem Innenrohr 3 und einem Mantelrohr 4 ausgebildet. Der Ringraum
zwischen dem Innenrohr 3 und dem Mantelrohr 4 ist von einem Kühlmittel,
z. B. von verdampfendem Wasser, durchflossen.
Um das ungekühlte Rohr 1 mit dem gekühlten Rohr 2 spannungsfrei zu
verbinden, ist das an das gekühlte Rohr 2 angrenzende Ende des
ungekühlten Rohres 1 im Querschnitt gabelförmig ausgebildet. Dabei ist
ein innerer Rohrabschnitt 5 und ein äußerer Rohrabschnitt 6 gebildet,
die an einer ihrer Stirnseiten miteinander verbunden sind.
Der äußere Rohrabschnitt 6 ist mit dem Mantelrohr 4 des gekühlten
Rohres 2 fest verbunden. Diese feste Verbindung besteht nach Fig. 1
aus einer Schweißverbindung, die durch die ringförmige Schweißnaht 7
angedeutet ist. Dabei ist zur Bildung der Schweißfuge an das Mantelrohr
4 ein ringförmiger Ansatz 8 geformt, dessen Dicke der Wanddicke des
äußeren Rohrabschnittes 6 entspricht. Nach Fig. 2 wird eine
Schraubverbindung verwendet. Zu diesem Zweck ist der äußere
Rohrabschnitt 6 und das Mantelrohr 4 jeweils mit einem ringförmigen
Flansch 9, 10 versehen. Die Flansche 9, 10 sind über Schrauben 11
miteinander verbunden. Zwischen den Flanschen 9, 10 liegt eine Dichtung
12.
Der innere Rohrabschnitt 5 des ungekühlten Rohres 1 ragt in das
Innenrohr 3 des gekühlten Rohres 2 hinein. Dabei ist zwischen dem
inneren Rohrabschnitt 5 und dem Innenrohr 3 in radialer und axialer
Richtung ein Spiel vorgesehen. Über dieses Spiel, das in den Fig. 1
und 2 übertrieben groß dargestellt ist, werden Wärmedehnungen des
ungekühlten Rohres 1 gegenüber dem gekühlten Rohr 2 aufgefangen.
Der Ringraum 13 zwischen dem inneren und dem äußeren Rohrabschnitt 5, 6
des ungekühlten Rohres 1 ist mit einem wärmeisolierenden Material
gefüllt.
Wenn der Ringraum zwischen dem Innenrohr 3 und dem Mantelrohr 4 des
gekühlten Rohres 2 von dem Kühlmittel durchströmt wird, nimmt die
Rohrwandung des Mantelrohres 4 eine Temperatur an, die nahezu der
Kühlmitteltemperatur entspricht. Das Innenrohr 3, das das von dem
ungekühlten Rohr 1 zuströmende, heiße Gas führt, wird außen
wirkungsvoll durch das Kühlmittel gekühlt. Dadurch stellt sich eine
Wandtemperatur ein, die deutlich unter der Temperatur des Gases, und
zwar nahe an der Kühlmitteltemperatur, liegt. Die Temperatur an der
Innenwand des ungekühlten Rohres 1 und des inneren Rohrabschnittes 5
liegt nahe an der Temperatur des heißen Gases. Durch die
Zwischenschicht aus dem wärmeisolierenden Material innerhalb des
Ringraumes 13 nimmt die Rohrwandung des äußeren Rohrabschnittes 6
eine niedrigere Temperatur an. Abhängig von der Temperatur des heißen
Gases und des Kühlmittels wird durch eine abgestimmte Dicke der
Zwischenschicht aus dem wärmeisolierenden Material und durch eine
entsprechende Länge des gabelförmigen Endes des ungekühlten Rohres 1
wird erreicht, daß an der Verbindungsstelle, z. B. an der Schweißnaht 7,
nahezu gleiche Wandungstemperaturen herrschen. Durch diese weitgehende
Temperaturgleichheit lassen sich thermische Spannungen vermeiden.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Verbindung wird bevorzugt für
waagerecht angeordnete Rohre verwendet. Für Wärmetauscher mit senkrecht
angeordneten Rohren ist die Ausführung gemäß Fig. 3 vorzuziehen. Diese
Ausführung stellt ein Beispiel für die Anwendung der Erfindung dar.
Das ungekühlte Rohr 1 ist ein Rohr eines Spaltgasofens zur Herstellung
von Spaltgas. Jedes dieser Rohre ist mit einem als Kühlrohr dienenden
Rohr 2 eines Einzelrohrwärmetauschers zum Kühlen des Spaltgases
verbunden.
Das Mantelrohr 4 des gekühlten Rohres 2 ist über ein Zwischenstück 15
in ein Sammlerrohr 14 eingeschweißt, dem das Kühlmittel für mehrere
parallelgeschaltete Rohre 2 zugeführt wird. Das Innenrohr 3 ist mit
einer Rohrerweiterung 16 versehen, die derart in das Sammlerrohr 14
eingeschweißt ist, daß das Innenrohr 3 zusammen mit der Rohrerweiterung
16 das Sammlerrohr 14 durchdringt. Dabei ist der Ringraum zwischen dem
Innenrohr 3 und dem Mantelrohr 4 zum Sammlerrohr 14 hin offen.
Außerhalb des Sammlerrohres 14 ist die Rohrerweiterung 16 mit dem
äußeren Rohrabschnitt 6 des ungekühlten Rohres 1 über die Schweißnaht 7
verbunden. Der innere Rohrabschnitt 5 ragt in die Rohrerweiterung 16
hinein, wobei unter Bildung eines ringförmigen Zwischenraumes 17 ein
radialer Abstand zwischen dem inneren Rohrabschnitt 5 und der
Rohrerweiterung 16 verbleibt. Dieser Zwischenraum 17 ist ebenso wie
der Ringraum 13 zwischen dem inneren und dem äußeren Rohrabschnitt 5, 6
mit einem wärmeisolierenden Material gefüllt. Das Ende des inneren
Rohrabschnittes 5 weist gegenüber der Rohrerweiterung 16 zum Ausgleich
von Wärmedehnungen ein radiales und ein axiales Spiel auf.
Claims (2)
1. Verbindung eines heißen, ungekühlten Rohres (1) mit einem gekühlten
Rohr (2), dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des ungekühlten
Rohres (1) im Querschnitt gabelförmig unter Bildung von zwei an
einer der Stirnseiten miteinander verbundenen Rohrabschnitten
(5, 6) ausgebildet ist, daß der äußere Rohrabschnitt (6) fest mit
dem gekühlten Rohr (2) verbunden ist, daß der innere Rohrabschnitt
(5) in das gekühlte Rohr (2) hineinragt und gegenüber diesem ein
radiales und axiales Spiel aufweist und daß der Ringraum (13)
zwischen dem inneren und dem äußeren Rohrabschnitt (5, 6) mit
einem wärmeisolierenden Material gefüllt ist.
2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gekühlte
Rohr (2) mit einer Rohrerweiterung (16) versehen ist, daß die
Rohrerweiterung (16) fest mit dem äußeren Rohrabschnitt (6) des
ungekühlten Rohres (1) verbunden ist und daß der Zwischenraum (17)
zwischen dem inneren Rohrabschnitt (5) und der Rohrerweiterung (16)
mit einem wärmeisolierenden Material ausgefüllt ist.
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