DE853293C - Pipe system for heat exchangers, especially for steam generators - Google Patents

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.Pipe system for heat exchangers, especially for steam generators The invention relates to a pipe system for heat exchangers, in particular for steam generators, which consists of a number of parallel tubes of equal length connected to two cylindrical tubes or prismatic, parallel collectors are connected, with the flowing medium one collector flows in its axial direction from one side and from the other Collector flows off in the axial direction on the same side.

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.Such pipe systems are used in steam generators as evaporation, overheating or warm-up heating surface used a lot; however, they also occur with heat exchangers in which the flowing medium is cooled. In the usual execution Experience has shown that the collector results in an uneven distribution of the flowing By means of the individual parallel pipes. It is known the steady flow by arranging graduated resistances at the entry into the parallel tubes to achieve. Throttle nozzles of the same size have also been used in all pipes, whereby the pipe resistance is increased so much that the uneven distribution causing causes disappear in their effect. This measure is conditional however, a high pressure loss that is not always permissible, but always energy consumption is.

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.Attempts have also been made, without additional pressure losses to achieve uniform distribution that the outflow axially after the other side takes place. The experiment has shown that, as a result, there is no improvement, but rather one even more uneven distribution occurs. There were also several Connection pipes distributed over the length of the collector. This leads to an improvement one, but there is the important advantage for pipeline routing, the axial one And lead lost.

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.As tests have confirmed, it is possible to calculate the flow conditions in the pipe system under consideration with the help of the equation of B e r no u 11i and des Carry out the impulse set with great accuracy. In the direction of the respective collector flow considered, the pressure increase in the inlet header is smaller than the pressure drop in the outlet header. This results in different pressure gradients for the continuous flow the parallel pipes.

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.According to the invention, the pressure drop in the outlet header is increased by increasing it the diameter of this collector and achieving correspondingly lower flow rates so reduced that approximately the same pressure gradient between the ends of all parallel pipes develop. Then all pipes get the same flow.

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.The ratio of the diameters in the outlet header and inlet header, i.e. d2 / dl = d, required to achieve these flow conditions depends on the ratio of the specific volumes in the outlet and inlet header , from the length of the header l = 1i = 12 = n # t, from the mean pipe friction coefficient of the header and of the number of pipes n corresponds to an influencing variable incni b_ n n2. 4 11 z Xi zs @ Here, z is the series of whole numbers from L to n and t is the pipe division. With surrendered This equation applies to smooth circular cylindrical headers without disturbances, such as handhole covers or protruding pipe ends, i.e. practical for collectors with welded-in pipes. For prismatic channels, the hydraulic diameter must be introduced for d2 and dl.

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.A graphic representation of the above equation gives the Lines according to Fig. I, the actually slightly upwardly curved curves through the mean tangent have been replaced, whereby at the same time the factor b for the finite number of tubes, which only becomes important when the number of tubes is <io, balanced has been. In Fig. 2 a pipe system to which the numbers refer is schematically, but not shown to scale. The applies to liquids without vapor formation Line v. = I, for gas heating, including water vapor, the lines v => i, for Gas cooling the lines v = <i. For liquid-vapor mixtures, the Lines only approximated. The area in which the practical designs. Since the equation does not contain the speed, it applies to all flow velocities. A minor influence of the flow velocity however, appears in .1, which is influenced by it. Deviations within moderate limits the flow conditions are still satisfactory.

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.Fig. 3 shows a double arrangement, -in which the means to the collector is axially supplied or discharged from both sides. The equations also apply to them. In the case of steam heaters, however, it is advisable to make d slightly larger. This gives the middle pipes a little more steam, it doesn't overheat than that flowing in the outer tubes, which is heated by fire gases, which one Have given off part of their heat to the combustion chamber cooling walls and are therefore less hot are than those flowing in the middle.

Claims (6)

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. PATENT ANSPBI, 'CIIr: i. Pipe system for heat exchangers, in particular for steam generators, consisting of several parallel pipes between two parallel, cylindrical or prismatic headers, to which the flowing medium flows axially from one side into the inlet header and axially leaves the outlet header on the same side, characterized in that the clear Cross section of the outlet header is larger than or of the inlet header. 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. 2. Pipe system according to Claim i for steam superheaters, characterized in that the ratio d of the diameter of the outlet and inlet headers between 1.2 and 1.5 lies. 3. Rohrsystem nach Anspruch i für verdampfende Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesserverhältnis d größer als 1,5 ist. 3. Pipe system according to claim i for vaporizing liquids, characterized in that that the diameter ratio d is greater than 1.5. 4. Rohrsystem nach Anspruch i für nicht verdampfende Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesserverhältnis d zwischen 1,2 und 1,4 liegt. 4. Pipe system according to claim i for non-evaporating liquids, characterized in that the diameter ratio d is between 1.2 and 1.4. 5. Rohrsystem nach Anspruch i zur Kühlung eines strömenden Mittels, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesserverhältnis unterhalb 1,2 liegt. 5. Pipe system according to claim i for cooling a flowing Means, characterized in that the diameter ratio is below 1.2. 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 2.6. Pipe system according to claims i and 2, wherein the flowing medium to the The inlet header flows in axially from both sides and the outlet header on both Leaves sides axially, characterized in that the diameter ratio is approximately ioo / o is greater than according to claim 2.