-
Wärmeäustauscher mit im Verhältnis zum Rohrdurchmesser langen Rohren
Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, z. B. Verdampfer, Dampferzeuger,
Vorwärmen Regenerator, Gaserhitzer u. dgl., mit im Verhältnis zum Rohrdurchmesser
langen Rohren. Rohrbündel mit solchen Rohren kommen in, Wärmeaustauschern zum Erhitzen
oder Kühlen von flüssigen und gasförmigen Mitteln zur Verwendung.
-
Um in Wärmeaustauschern mit langen dünnen Rohren den angestrebten
Wärmeaustausch zu erzielen, ist es .erforderlich, daß die Abstände zwischen den
Rohren bei allen Betriebsverhältnissen gewahrt bleiben und jede Neigung der Rohre
zum Schwingen unterbunden wird. Anderseits sollten sich schadhaft gewordene Rohre
einzeln ausbauen und durch neue ersetzen lassen.
-
Um diesen verschiedenen Forderungen zu genügen, ist bei einem Wärmeaustauscher
gemäß der Erfindung die gegenseitige Lage der Rohre durch Hülsen gesichert, die
mit ihren Außenflächen gegen die Rohre anliegen und zu mindestens einem Gitterwerk
vereinigt sind und durch die die Rohre beweglich und in einer einen Austausch einzelner
Rohre des Bündels ermöglichenden Weise gehalten sind. Das Gitterwerk kann seinerseits
starr mit der Innenseite des Mantels des Wärmeaustauschers verbunden sein. Bei einem
solchen. Rohrbündel sind somit die Hülsen nicht starr mit den Rohren verbunden,
so daß Schweiß- und ähnliche Verbindungen zwischen diesen Teilen entbehrlich sind.
Folglich lassen sich im Zusammenhang mit der Sicherung der Rohre des Bündels in
ihrer gegenseitigen Lage Beschädigungen der dünnen Rohre -durch Verbrennen, Verletzen
u. dgl. vermeiden. Weil jede starre-Verbindung zwischen den Rohren und Hülsen
vermieden
ist, läßt sich ferner jedes einzelne Rohr des Bündels herausnehmen und durch ein
neues ersetzen. Da das aus einer Anzahl Hülsen sich aufbauende Gitterwerk keine
radialen Stege aufweist, so ist der durch ein solches Gitter bedingte Strömungswiderstand
verhältnismäßig klein und zugleich ist auch weitgehend die Gefahr behoben, daß einzelne
kleine Metallstücke abbrechen und von. dem einen der wärmeaustauschenden. Mittel
mitgerissen werden können. Da keine eng anliegenden Halter über viele Meter lange
Rohre entlang zu schieben und keine heiklen Schweißarbeiten auszuführen sind, lassen
sich Rohrbündel nach der Erfindung zudem billig herstellen.
-
In den Zeichnungen sind Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt Fig: i einen Längsschnitt nach der
Linie I-I der Fig.2 durch einen Gegenstromwärmeaustauscher, wobei die Rohre im Schnitt
gezeigt sind, und Fig.2 in größerem Maßstab einen Schnitt nach der Linie II-II der
Fig. z durch einen Teil dieses Wärmeaustauschers; Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt
nach der Linie III-III der Fi.g.4 durch' einen Teil eines Gegenstromwärmeaustauschers,
bei dem die Ringhülsen einer Gruppe eines Gitterwerkes geschlitzt und auf die ungeschlitzten:
Hülsen einer zweiten Grüppe dieses Gitterwerkes -gesteckt sind. Die Rohre sind nicht
im Schnitt gezeigt; -Fig.4 ist ein Teilschnitt in größerem Maßstab nach der Linie
IV-IV der Fig. 3; Fig.5 zeigt einen Längsschnitt nach der Linie V-V der Fig.6 durch
einen Teil eines Wärmeaustauschers, bei dem die zur Wahrung des gegenseitigen Abstandes
benachbarten Rohre dienenden Ringhülsen in bezug aufeinander in der Längsrichtung
der Rohre versetzt angeordnet sind, wobei die Rohre nicht im Schnitt gezeigt sind;
Fig.6 ist ein Teilschnitt in größerem Maßstab nach der Linie VI-VI der Fig. 5.
-
In den Fig. i und 2 bezeichnet i Rohre eines Rohrbündels, die im Verhältnis
zu ihrem Durchmesser lang sind, d. h. bei denen das Verhältnis von Länge zu Außendurchmesser
größer als foo : i ist. Diese Rohre z werden von einem Mittel durchströmt,-das durch
einen Stutzen 2 dem Wärmeaustauscher zu- und. durch einen -Stutzen 3 aus demselben
abfließt. Durch einen Stutzen4 fließt denn Wärmeaustauscher ein zweites Mittel zu,
das die Rohre i umströmt und; den Wärmeaustauscher wieder durch einen Stutzen 5.verläßt.
Um den gegenseitigen Abstand der verhältnismäßig langen, Rohre i zu sichern, sind,
zwei GitterwerkeA und B, die sich aus Ringhülsen aufbauen, vorgesehen. Jedes der
Gitterwerke A, B weist zwei Gruppen 6, 7 von Ringhülsen auf, wobei die Ringhülsen
der Gruppe 6 in bezug auf . diejenigen der Gruppe 7 in der Längsrichtung der Rohrei
derart versetzt angeordnet sind, daß die Gruppe 6 sich über der Gruppe? des betreffenden
Gitterwerkes A bzw. B befindet. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist in jeder
waagerechten und senkrechten Rohrreihe des Bündels abwechslungsweise eine Ringhülse
der Gruppe 6 bzw. der Gruppe 7 konzentrisch zu einem Rohr i angeordnet, wobei zwischen
der betreffenden Ringhülse und dem betreffenden Bündelrohr i ein größerer freier
Ringraum freigelassen ist. Dabei durchquert jedes Rohr i einen von vier Ringhülsen
einer Gruppe begrenzten Durchlaß und wird dabei theoretisch an vier Stellen a, b,
e, d von diesen Ringhülsen in bezug auf die benachbarten Rohre in der erforderlichen
Lage gehalten. Auf diese Weise läßt sich der vorgeschrie-_bene.Abstand zwischen
den verschiedenen Rohren i eines Bündels wahren, ohne daß es erforderlich ist, die
Ringhülsen der Gitterwerke A, B irgendwie fest _ mit den Rohren i zu verbinden.
Letztere werden .vielmehr in einer beweglichen und jederzeit einen Austausch einzelner
Rohre i ermöglichenden Weise durch Ringhülsen der Gruppe 6 bzw. 7 gehalten. Die
Ringhülsen jeder Gruppe .6 bzw. 7 der Gitterwerke A, B sind dagegen untereinander
starr verbunden, z. B. durch Verschweißen, und auch jedes der Gitterwerke
A, B ist mit dem Mantel 8 des Wärmeaustauschers, z. B. durch Verschweißen,
starr verbunden. Erforderlichenfalls können auch noch die Ringhülsen der zwei Gruppen
6, 7 jedes Gitterwerkes A bzw. B, z. B. durch Verschweißen, miteinander starr verbunden
sein.
-
Zwischen den zwei Gruppen eines Gitterwerkes kann in der Längsrichtung
der Rohre auch ein Abstand vorhanden sein. In diesem Falle ist jede Gruppe starr
mit dem Außenmantel zu verbinden.
-
Die in Fig. 3 und 4 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von
der beschriebenen dadurch, daß die Ringhülsen g der obern Gruppe des Gitterwerkes
C in ihrer untern Hälfte mit sechs parallel zurAchse der Bündelrohre i r verlaufenden
Schlitzen (nur einer dieser Schlitze ist in Fig. 3 ersichtlich) versehen sind, so
daß sie sich auf Ringhülsen to der untern Gruppe dieses Gitterwerkes C stecken lassen.
In diesem Falle wird somit die erforderliche starre Verbindung zwischen den Ringhülsen
g, to des Gitterwerkes lediglich dadurch erzielt, daß die Hülsen der einen Gruppe
auf die der andern Gruppe gesteckt werden; die Hülsen brauchen somit nicht auch
noch miteinander verschweißt zu werden. Bei dieser Bauart liegen, wie in Fig. 4
gezeigt, theoretisch die meisten der Rohre i i an drei Stellen e, f, g
gegen
Rohrhülsen g der obern Gruppe und an drei Stellen h, i, k gegen! Rohrhülsen
to der untern Gruppe des Gitterwerkes C an, so daß auch in diesem Falle ein Ausweichen
einzelner Rohre i i aus ihrer vorgeschriebenenLage praktisch verunmöglicht ist:
Zum Festmachen des Gitterwerkes C am Mantel 12 des Wärmeaustauschers dienen zwei
in verschiedenen Ebenen angeordnete ringförmige Platten 13, 14, die an den Mantel
i2 angeschweißt sind und je verschieden lange Ansätze 15, i6 bzw. 161 (die
kürzeren Ansätze- der untern Platte 14 sind in den Fig. 3 und 4 nicht gezeigt) aufweisen.
Die kürzeren Ansätze der zwei Platten 13, 14 sind mit am Bündel radial zuäußerst
befindlichen Ringhülseng bzw. io verschweißt, wodurch eine starre Verbindung des
Gitterwerkes C mit dem Mantel 12 des Wärmeaustauschers hergestellt ist..
In
den Fig. 5 und 6 bezeichnet 18 Ringhülsen eines Gitterwerkes D, die treppenartig
ohne feste Verbindung untereinander aufeinanderliegen. Sie stützen sich dabei auf
die an der Peripherie des Rohrbündels befindlichen Ringhülsen 18 ab, wobei diese
letzteren Hülsen durch Blechstreifen 2o (Fig. 5). starr mit dem Mantel ig des Wärmeaustauschers
verbunden sind. Ein Teil der Rohre des Bündels, d. h. die Rohre 71 (Fig. 6), sind
je koaxial zu einer der Ringhülsen 18 angeordnet, wobei jedes dieser Rohre 171
an drei verschieden, hoch gelegenen Stellen 1, in, ia durch drei der Ringhülsen
18 in der erforderlichen Lage gehalten wird. Der Rest der Rohre des Bündels, d.
h. die Rohre 172, werden durch die Außenwand von sie umgebenden und sie an sechs
verschieden hoch gelegenen Stellen'o, p, q, r,
s, t berührenden Ringhülsen
18 in ihrer vorgeschriebenen Lage gehalten.
-
Wenn sowohl in der untern Hälfte einer obern Gruppe als auch in der
obern Hälfte einer untern Gruppe von. Ringhülsen eines Gitterwerkes Längsschlitze
vorgesehen werden, so lassen sich die Ringhülsen der zwei Gruppen so ineinanderstecken,
daß die obern und unterm Enden der Ringhülsen der zwei Gruppen je in, einer Ebene
zu liegen kommen, d. h. die Höhe des dabei gebildeten Gitterwerkes entspricht dann
der Höhe einer einzelnen Ringhülse.
-
Die Erfindung läßt sich sowohl bei Wärmeaustauschern mit liegend als
auch solchen mit stehend angeordneten Rohrbündeln anwenden.
-
Die Hülsen brauchen nicht, wie gezeigt, unbedingt Ringform zu haben.
So können sie auch als Körper von vieleckigem Querschnitt ausgebildet sein, wobei
der Querschnitt solcher Körper z. B. Dreieck- oder Sechseckform aufweisen kann.