DE853293C

DE853293C - Rohrsystem fuer Waermeaustauscher, insbesondere fuer Dampferzeuger

Info

Publication number: DE853293C
Application number: DED7535A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr-Ing Junkermann
Original assignee: Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
Current assignee: Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
Priority date: 1950-12-12
Filing date: 1950-12-12
Publication date: 1952-10-23

Description

Rohrsystem für Wärmeaustauscher, insbesondere für Dampferzeuger Die Erfindung betrifft ein Rohrsystem für Wärmeaustauscher, insbesondere für Dampferzeuger, das aus einer Anzahl paralleler und gleich langer Rohre besteht, die an zwei zylindrische oder prismatische, parallele Sammler angeschlossen sind, wobei das strömende Mittel dem einen Sammler in seiner Achsrichtung von einer Seite zuströmt und aus dem anderen Sammler in Achsrichtung nach derselben Seite abströmt.
Solche Rohrsysteme werden bei Dampferzeugern als Verdampfungs-, Überhitzungs- oder Aufwärmungsheizfläche viel verwendet; sie kommen jedoch auch bei Wärmeaustauschern vor, bei welchen das strömende ?Mittel gekühlt wird. Bei der üblichen Ausführung der Sammler ergibt sich nun erfahrungsgemäß eine ungleiche Verteilung des strömenden Mittels auf die einzelnen Parallelrohre. Es ist bekannt, die gleichmäßige Strömung durch Anordnung von abgestuften Widerständen am Eintritt in die parallelen Rohre zu erzielen. Auch sind gleich große Drosseldüsen in sämtliche Rohre eingesetzt worden, wodurch der Rohrwiderstand so stark erhöht wird, daß die die ungleiche Verteilung bewirkenden Ursachen in ihrer Wirkung dagegen verschwinden. Diese Maßnahme bedingt jedoch einen höhen Druckverlust, der nicht immer zulässig, immer jedoch Energieverbrauch ist.
Es ist ferner versucht worden, ohne zusätzliche Druckverluste eine gleichmäßige Verteilung dadurch zu erreichen, daß die Abströmung axial nach der anderen Seite erfolgt. Der Versuch hat erwiesen, daß ,dadurch keine Besserung, sondern eine noch ungleichmäßigere Verteilung eintritt. Es wurden auch mehrere Anschlußrohre über die Länge des Sammlers verteilt. Dadurch tritt eine Besserung ein, es geht jedoch der für die Rohrleitungsführung wichtige Vorteil .der axialen Zu- dnd Ableitung verloren.
Wie Versuche bestätigt haben, läßt'sich die Berechnung der Strömungsverhältnisse in dem betrachteten Rohrsystem mit Hilfe der Gleichung von B e r n o u 11i und des Impulssatzes mit großer Genauigkeit durchführen. In Richtung der jeweiligen Sammlerdurchströmung betrachtet, ist hierbei der Druckanstieg im Eintrittssammler kleiner als der Druckabfall im Austrittssammler. Dadurch ergeben sich verschiedene Druckgefälle für die Durdhströmung der Parallelrohre.
Erfindungsgemäß wird der Druckabfall im Austrittssammler durch Vergrößerung des Durchmessers .dieses Sammlers und Erzielung entsprechend kleinerer Durchflußgeschwindigkeiten so verringert, daß zwischen den Enden sämtlicher Parallelrohre etwa gleiche Druckgefälle entstehen. Dann erhalten alle Rohreden gleichen Durchfluß.
Das zur Erzielung dieser Strömungsverhältnisse erforderliche Verhältnis der Durchmesser im Austrittssammler und Eintrittssammler, also d2 /dl = d, ist abhängig von .dem Verhältnis der spezifischen Volumen im Aus- und Eintrittssammler , von der Länge der Sammler l = 1i = 12 = n # t, von der mittleren Rohrreibungszahl der Sammler und von der Rohrzahl n entsprccheid einer Einfluß;röße

i n z n i

b_ n n2 . 4 11 z Xi zs@

Dabei ist z die Reihe der ganzen Zahlen von L bis n und t die Rohrteilung. Mit ergibt sich Diese Gleichung gilt für glatte kreiszylindrische Sammler ohne Störungen, wie Handlochdekel oder vorstehende Rohrenden, also praktisch für Sammler mit eingeschweißten Rohren. Für prismatische Kanäle muß für d2 und dl der hydraulische Durchmesser eingeführt werden.
Eine graphische Darstellung der vorgenannten Gleichung ergeben die Linien gemäß Abb. i, wobei die eigentlich leicht nach oben gekrümmten Kurven durch die mittlere Tangente ersetzt worden sind, wodurch zugleich der Faktor b für die endliche Rohrzahl, der erst bei Rohrzahlen < io Bedeutung gewinnt, ausgeglichen worden ist. In Abb. 2 ist ein Rohrsystem, auf das sich die Zahlen beziehen, schematisch, jedoch nicht maßstäblich dargestellt. Für Flüssigkeiten ohne Dampfbildung gilt die Linie v.= i, für Gaserwärmung, auch Wasserdampf, gelten die Linien v = > i, für Gasabkühlung die Linien v = < i. Für Flüssigkeits-Dampf-Gemische gelten ;die Linien nur angenähert. Durch Schraf£ur ist das Gebiet bezeichnet, in welchem die praktischen Ausführungen liegen. Da die Gleichung die Geschwindigkeit nicht enthält, gilt sie für alle Strömungsgeschwindigkeiten. Ein untergeordneter Einfluß der Strömungsgeschwindigkeit erscheint jedoch in .1, das von ihr beeinflußt wird. Abweichungen in mäßigen Grenzen ergehen noch immer befriedigende Strömungsverhältnisse.
Abb. 3 zeigt eine Doppelanordnung, -bei welcher das Mittel den Sammlern von beiden Seiten axial zu- bzw. abgeführt wird. Auch für sie gelten die Gleichungen. Bei Dampfüherhitzern empfiehlt es sich jedoch, d noch etwas größer auszuführen. Dadurch erhalten die mittleren Rohre etwas mehr Dampf, er überhitzt sich nicht höher als der in den Außenrohren strömende, der von Feuergasen beheizt wird, welche einen Teil ihrer Wärme an die Feuerraumkühlwände abgegeben haben und daher weniger heiß sind als die in der Mitte strömenden.

Claims

PATENT ANSPBI,'CIIr: i. Rohrsystem für Wärmeaustauscher, insbesondere für Dampferzeuger, bestehend aus mehreren parallelen Rohren zwischen zwei parallel angeordneten, zylindrischen oder prismatischen Sammlern, dem das strömende Mittel von einer Seite axial in den Eintrittssammler zuströmt und den Austrittssammler auf derselben Seite axial verläßt, dadurch gekennzeichnet, daß der lichte Querschnitt des Austrittssammlers größer ist als oder des Eintrittssammlers.
2. Rohrsystem nach Anspruch i für Wasserdampfüberhitzer, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis d des Durchmessers des Austritts- und des Eintrittssammlers zwischen 1,2 und 1,5 liegt.
3. Rohrsystem nach Anspruch i für verdampfende Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesserverhältnis d größer als 1,5 ist.
4. Rohrsystem nach Anspruch i für nicht verdampfende Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesserverhältnis d zwischen 1,2 und 1,4 liegt.
5. Rohrsystem nach Anspruch i zur Kühlung eines strömenden Mittels, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesserverhältnis unterhalb 1,2 liegt.
6. Rohrsystem nach den Ansprüchen i und 2, bei welchem das strömende Mittel dem Eintrittssammler von beiden Seiten axial zuströmt und den Austrittssammler an beiden Seiten axial verläßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesserverhältnis etwa ioo/o größer ist als nach Anspruch 2.