CH428813A - Wärmeübertrager - Google Patents

Description

      Wärmeübertrager       Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit  einem Bündel quer angeströmter, mehrfach abgestützter  Rohre, wobei im Bündel quer zur Längsrichtung der  Rohre Gassen vorhanden sind.  



  Unter dem Begriff Gasse sei für das vorliegende  Patent ein quer zu den Rohrachsen,     geradling    oder etwa  mit konstanter Krümmung verlaufender Zwischenraum  verstanden, der     beiderseits    von Rohren begrenzt wird.  



  Werden die Rohre eines Wärmeübertragers von  einem sie umströmenden Medium quer angeströmt, so  können sie bekanntlich zwischen ihren     Abstützstellen    in       Transversalschwingungen    geraten, durch welche eine  erhöhte Materialbelastung oder sogar Rohrbrüche auf  treten können. Die Erfindung dient dazu, diese Rohr  schwingungen zu dämpfen. Sie ist dadurch gekennzeich  net, dass in den Gassen     Schwingungsdämpferstäbe    an  geordnet sind, welche je einen Teil der Rohre zwischen  deren     Abstützstellen    berühren.  



  Die Wirkung der     erfindungsgemässen    Massnahme  beruht darauf, dass die schwingenden Rohre reibend  auf den sie berührenden     Schwingungsdämpferstäben     gleiten, wodurch ihre Schwingungsenergie weitgehend  absorbiert und in Wärme umgesetzt wird.  



  Um freie Rohrabschnitte mit unterschiedlicher Eigen  frequenz der Biegeschwingung zu erhalten, ist es vor  teilhaft, wenn die     Dämpferstäbe    jedes einzelne Rohr  zwischen seinen     Abstützstellen    in freie Abschnitte un  terschiedlicher Länge unterteilen.  



  Weiterhin lässt sich die absorbierte Reibungsarbeit  erhöhen, wenn man für eine Eigenschwingung - z. B.  für die Grundschwingung -, des zwischen den     Abstütz-          stellen    freien Rohres die Berührungspunkte der     Schwin-          gungsdämpferstäbe    an Stellen legt, die eine verschieden  grosse Schwingungsamplitude oder, bei Oberschwingun  gen, unterschiedliche Bewegungsrichtung besitzen.  



  Eine Möglichkeit, die geschilderten zusätzlichen Vor  teile zu erreichen besteht darin, dass die     Dämpferstäbe     das Rohrbündel schräg zu den Rohrachsen durchsetzen.  Auf diese Weise lässt sich auch ein Mitschwingen der       Dämpferstäbe    vermeiden, da ein     Dämpferstab    verschie  dene Rohre an Stellen mit unterschiedlichem Schwin  gungszustand berührt.  



  Um zu verhindern, dass die Rohre bei ihren Schwin-         gungen    in der Art eines Waagebalkens um die     Dämp-          fungsstäbe    pendeln, lassen sich die     Dämpfungsstäbe    so  anordnen, dass sie in in ihrer     Längsausdehnung    im  wesentlichen parallel zur     Hauptschwingungsebene    der  quer angeströmten Rohre liegen.     Vorteilhafterweise    sind  die Rohre des Wärmeübertragers mit Rippen ausge  rüstet.  



  Weiterhin können die     Dämpfungsstäbe    durch zusätz  liche Mittel gegen Verschiebung und Verdrehung gesi  chert sein, wobei diese Mittel aus einem mit dem einzel  nen     Dämpferstab    verbundenen Flachprofil bestehen,  welches nach der Montage durch zwei Rohre parallel  zu ihrer Längsachse geführt ist. Darüber hinaus kann  mit dem Flachprofil ein Riegel durch eine Befestigungs  schraube verbunden sein, der durch ein Sicherungsblech  gegen Verdrehen gesichert ist.  



  Eine andere Möglichkeit für die Sicherung der     Dämp-          fungsstäbe    besteht bei Rohrbündeln, die mit Rippen       versehen    sind, darin, dass die     Dämpfungsstäbe    minde  stens in der Nähe ihres     einen    Endes je mit einem nasen  artigen Ansatz und mit einem quer zu ihrer Längsrich  tung verlaufenden Haltestück versehen sind.  



  Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus  nachfolgender Beschreibung eines     Ausführungsbeispiels     der Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung.  



  Figur 1 zeigt einen Querschnitt entlang der Schnitt  linie     1-I    von Figur 2 von einem Wärmeübertrager, der  gemäss der Erfindung mit     Schwingungsdämpferstäben     ausgerüstet ist, und dessen Rohrbündel in einzelne, par  allel liegende, ebene Rohrschlangen aufgeteilt und in  einem, den einen Wärmeträger, z. B. ein Gas, führen  den Strömungskanal angeordnet ist.  



  Figur 2 stellt eine Aufsicht von Figur 1, teilweise  im Schnitt, dar, während  Figur 3 einen Schnitt längs der Linie     111-III    von  Figur 1 wiedergibt.  



  In grösserem Massstab als in den vorhergehenden  Figuren ist in den Figuren 4 und 5 ein Auf- bzw. ein  Grundriss des in Figur 1 mit 10' bezeichneten Dämpfer  stabes wiedergegeben.  



  Figur 6 zeigt eine zweite Ausführungsform eines       Dämpferstabes,    wobei der Schnitt entlang der Linie       VII-VII    von Figur 6 in Figur 7 dargestellt ist.      Bei dem als Ausführungsbeispiel gezeigten Wärme  übertrager handelt es sich um einen Wärmeübertrager,  der für den Einbau in die Reaktoranlage eines gasge  kühlten     Kernreaktors    vorgesehen ist.     Die    von zu er  hitzendem Dampf durchströmten Rohre 3 des Rohrbün  dels sind dabei in einen, oben und unten offenen, Strö  mungskanal 1 von rechteckigem Querschnitt eingebaut.  Dieser Strömungskanal 1 wird von dem die Wärme zu  führenden Reaktorkühlmittel, z.

   B.     C 2,    in Richtung  des Pfeiles A     (Fig.    1)     durchsetzt,    so dass die Rohre 3  von dem     gasförmigen    Wärmeträger quer angeströmt wer  den. Mehrere solcher Strömungskanäle werden bei einer  bereits in Ausführung befindlichen derartigen Reaktor  anlage in einem Druckgefäss nebeneinander aufgestellt.  



  Um eine Vorstellung von den Grössenabmessungen  des Wärmeübertragers zu geben, sei erwähnt, dass die  Abmessungen eines einzelnen solchen Strömungskanals  z. B. 2 x 2 x 10 m3 betragen können und dieser ein Ge  wicht von über 80 Tonnen besitzt.  



  Die mit 2 bezeichnete Wand des Kanalgehäuses 1  ist abnehmbar und wird durch Schrauben 6 an zwei,  einander     gegenüberliegenden,    festen Wänden des Ge  häuses 1     befestigt.     



  Die geraden, mit     Zirkularrippen    1 versehenen, par  allelen Abschnitte der Rohre 3 sind durch rippenlose  Umkehrbögen 8     miteinander    zu ebenen, parallelen Rohr  tafeln zusammengefasst, die von dem zu erwärmenden  Medium parallel von unten nach     oben    durchströmt wer  den, wie durch die kleinen Pfeile in Figur 1 angedeutet  ist.  



  Die     Rohrtafeln,    die in dem Kanal 1     senkrechtstehend     nebeneinander angeordnet sind, sind mittels     Briden    5  an Tragborden 4 befestigt. Diese sind ihrerseits an die  beiden, an die Wand 2 anstossenden     Wände    des Ka  nals 1 parallel zueinander im Abstand angeschweisst,  wobei die Tragborde an den beiden Wänden in der Höhe  versetzt zueinander angeordnet sind.  



  Wie Figur 1 zeigt, sind die einzelnen Rohrtafeln       ebenfalls    in der Höhe versetzt zueinander angeordnet  und durch die     Briden    5 abwechslungsweise von oben  und von unten gehalten     (Fig.    3). Durch die Aufteilung  des Rohrbündels in ebene, parallele Rohrtafeln, erge  ben sich, z. B. in     Diagonalrichtung    durch das Rohrbün  del,     einzelne    Gassen, durch welche     erfindungsgemäss     die     Schwingungsdämpferstäbe    10 zwischen die Rohre  3 geschoben sind.  



  Wie aus Figur 2 und 3 zu     entnehmen    ist, sind die  Stäbe 10 in den Gassen und zueinander schräg angeord  net, so dass die einzelnen Rohre 3 durch sie zwischen  ihren     Abstützstellen    in freie     Abschnitte    unterschiedlicher  Länge     aufgeteilt    sind.     Die    Anzahl der Stäbe und ihre  Lage sind dabei so gewählt,     dass    jedes Rohr 3 an min  destens zwei Stellen von     Dämpferstäben    10 berührt wird.  



  Die Stäbe 10, deren Querschnitt     vorzugsweise    kantig       ausgeführt    ist, besitzen Querabmessungen, die gering  fügig grösser als die freien Gassen zwischen den ein  zelnen Rohren 3 des Bündels sind. Auf diese Weise wer  den die Stäbe 10 zwischen den Rippen 7     der    Rohre 3  leicht eingeklemmt, so dass Stäbe und Rohre sich sicher  berühren, und bei Schwingungen der Rohre 3 diese Be  rührung, zumindest für     einen    Teil der Schwingungsbe  wegung, erhalten bleibt. Dadurch wird ein     erheblicher     Teil der Schwingungsenergie durch Reibung zwischen  den Stäben 10 und den     Rohren    3 vernichtet.

   Weiterhin  ist eine, bei punktförmiger Berührung zwischen Rohr  und Stab mögliche     Schaukelbewegung    des Rohres 3 um  den     Berührungspunkt    vermieden.    Die Stäbe 10 sind an ihrem einen Ende zugespitzt,  um das Einschieben in die Gassen zu erleichtern. Ge  gen Verdrehen und Verschieben sind die Stäbe 10 durch  an sie angeschweisste     Flachprofile    11     (Fig.    4 und 5) ge  sichert, die entweder an einem Rohr 3 parallel zu seiner  Achse anliegen oder zwischen zwei Rohre 3, ebenfalls  parallel zu deren Achsen, eingeklemmt sind.  



  Können die Flachprofile 11 nicht     zwischen    zwei  Rohre 3     eingeklemmt    werden, wie dies für die Stäbe  10'     (Fig.    1) der Fall ist, so wird auf den Flachprofilen  11 mit einer Befestigungsschraube 12 ein Riegel 13 an  geschraubt. Die Figuren 4 und 5 zeigen einen solchen  Stab 10' in     grösserem    Massstab in der Seitenansicht bzw.  in der Aufsicht. Der Riegel 13 hat die Funktion, den  Stab 10' gegen Längsverschiebungen zu sichern. Er selbst  wird durch ein     z-förmig    abgebogenes Sicherungsblech  14 an     einer    Verdrehung gegenüber dem Flachprofil 11  gehindert. Die Befestigungsschraube 12 ist durch ein Si  cherungsblech 15 gegen Lösen gesichert.

   Wie schon er  wähnt, sind die zusätzlichen Elemente 12 bis 15 nur  an den Stäben 10' angebracht, bei denen das Flachpro  fil 11 nicht zwischen zwei Rohre 3 eingeklemmt werden  kann.  



  Die Figuren 6 und 7 zeigen eine andere Form eines       Dämpfungsstabes    10. Hier besitzt der Stab rechteckigen  Querschnitt und als Sicherungselemente zwei     wulstartige     Ansätze 16, die sich zwischen die Rippen 7 der einzel  nen Rohre 3 schieben. Gegen Längsverschiebungen ist  dieser Stab 10 durch ein     angeschweisstes    Haltestück 17  gesichert. Stattdessen kann jedoch auch vorgesehen sein,  dass eines der     Stabenden    über den Ansatz 16 hinaus  verlängert und winklig abgebogen ist.  



  Es sei noch erwähnt, dass statt eines rechteckigen  Querschnittes des Stabes und eines     wulstartigen    Ansat  zes der ganze Stab auch mit     dreikantigem    Querschnitt  ausgeführt sein kann.     Schiesslich    können statt massiver  Stäbe in gleicher Weise auch geeignete Hohlkörper be  nutzt werden.  



  Das für die Stäbe verwendete Material hängt weit  gehend von dem Verwendungszweck des Wärmeüber  tragers und den dabei auftretenden Temperaturen ab.  Für hohe Temperaturen sind die Stäbe im allgemeinen  aus Metall, z. B. aus Eisen, oder     Metallegierungen    her  gestellt, während man bei tiefen     Temperaturen    die Stä  be z. B. auch aus einem Kunststoff fertigen kann.  



  Eine einfache Montage für den beschriebenen Wär  meübertrager ergibt sich auf folgende Weise: Bei weg  genommener     Seitenwand    2 wird eine Rohrtafel um die  andere von rechts her     (Fig.    1) in das Gehäuse 1 einge  schoben und dort mittels der     Briden    5 an den Tragbor  den 4 befestigt. Nach Einschieben der dritten Rohrta  fel werden die     Dämpferstäbe    10a eingeführt. Darauf  hin montiert man die nächsten drei     Rohrfeh.    Es folgt  das     Einschieben    der Stäbe 10b und sodann die Montage  der nächsten 4 Rohrtafeln. Dann werden die Stäbe 10d  eingeschoben, die mit Hilfe der letzten, nun montierten  Rohrtafel gesichert werden.

   Zuletzt werden die kurzen  und die langen Stäbe 10' eingeschoben. Um eine Ver  schiebung dieser Stäbe in Längsrichtung zu     verhindern,     werden hierauf die Riegel 13 angebracht. Schiesstich  wird die     Seitenwand    2 befestigt, die in dem gezeigten  Beispiel mit Schrauben 6 an die anliegenden     Wände    des  Gehäuses 1     angesehraubt    wird. Nach der Montage des  Wärmeübertragers kann die Wand 2 jedoch auch mit  den anstossenden Wänden verschweisst werden.  



  Die Erfindung ist     keineswegs    auf das     gezeigte    Aus  führungsbeispiel beschränkt. So ist es auch möglich, die      einzelnen Rohrtafeln in dem gezeigten Beispiel fluch  tend statt versetzt anzuordnen. Weiterhin ist die Erfin  dung nicht auf Rohranordnungen mit ebenen Rohr  tafeln beschränkt. Sie kann ebenso bei nach zylindri  schen Schraubenlinien verlaufenden Rohrbündeln an  gewendet werden, bei denen die Schwingungsdämpfer  stäbe z. B. in     Radialebenen    oder längs Mantellinien  eingeschoben werden.

   Ebenso ist die Anwendung der       Dämpferstäbe    bei     evolventenartig    gebogenen Rohren  sowie bei schrägverlaufenden Rohren, wie sie zur Ver  meidung von Dampfblasen im     Verdampferteil    von  Dampferzeugern verwendet werden, möglich.  



  Prinzipiell kann die Erfindung also bei allen Rohr  bündeln verwendet werden, bei denen quer zu den Roh  ren Gassen vorhanden sind, in welche die Dämpfer  stäbe eingeschoben werden können.  



  Weiterhin     ist    die Erfindung nicht an Wärmeübertra  ger in Kernreaktor- und     Dampferzeugeranlagen    sowie  an die     Anbringung    des Rohrbündels in Strömungska  nälen oder an die Verwendung von mit Rippen     verse-          henen    Rohren gebunden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Wärmeübertrager mit einem Bündel quer angeström ter, mehrfach abgestützter Rohre, wobei im Bündel quer zur Längsrichtung der Rohre Gassen vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass in den Gassen Schwin- gungsdämpferstäbe angeordnet sind, welche je einen Teil der Rohre zwischen deren Abstützstellen berühren. UNTERANSPRÜCHE 1. Wärmeübertrager nach Patentanspruch dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpferstäbe jedes einzelne Rohr zwischen seinen Abstützstellen in freie Abschnitte unterschiedlicher Länge unterteilen. 2.

   Wärmeübertrager nach Patentanspruch dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpferstäbe in ihrer Längs ausdehnung im wesentlichen parallel zur Hauptschwin- gungsebene der quer angeströmten Rohre liegen. 3. Wärmeübertrager nach Patentanspruch dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpferstäbe das Rohrbündel schräg zu den Rohrachsen durchsetzen. 4. Wärmeübertrager nach Patentanspruch dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre des Wärmeübertragers mit Rippen versehen sind.

   5. Wärmeübertrager nach Patentanspruch dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpferstäbe durch zusätzli che Mittel gegen Verschiebung und Verdrehung gesi chert sind. 6. Wärmeübertrager nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel gegen Verschiebung und Verdrehung aus einem mit dem einzelnen Dämpferstab verbundenen Flachprofil bestehen, welches nach der Montage durch zwei Rohre parallel zu ihrer Längs achse geführt ist. 7. Wärmeübertrager nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Flachprofil ein Riegel durch eine Befestigungsschraube verbunden ist, der durch ein Sicherungsblech gegen Verdrehen gesichert ist. B.

   Wärmeübertrager nach Unteranspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpferstäbe minde stens in der Nähe ihres einen Endes je mit einem nasen artigen Ansatz und mit einem quer zu ihrer Längsrich tung verlaufenden Haltestück versehen sind.