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Vorrichtung zur Kondensation des Abdampfes von Dampfturbinen Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zur Kondensation des unter geringem absolutem Druck stehenden
Abdampfes von Dampfturbinen mittels Luft als Kühlmittel in einem oder mehreren gegenüber
der Horizontalen geneigten Röhrenwärmeaustauschern, in denen der Dampf entgegen
der Abflußrichtung des Kondensats von unten nach oben im Querstrom zu der durch
ein Gebläse geförderten Kühlluft strömt.
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Luftkondensatoren können nur für eine bestimmte Außenlufttemperatur
ausgelegt werden, wobei dann ein Vakuum erreicht wird, welches das wirtschaftliche
Maximum für die vorgeschaltete Maschine darstellt. Bei Außenlufttemperaturen unterhalb
der Auslegungstemperatur sind jedoch die Kondensatorkühlflächen zu klein, so daß
bisher zur Behebung dieses Nachteils bei den bekannten Kondensatoren meist komplizierte
Schaltungen und Einrichtungen erforderlich waren, wenn nicht der Kondensator nur
zu bestimmten Zeiten eingesetzt wurde, für den die Auslegungstemperatur genau bestimmt
werden konnte, wie beispielsweise nur im Sommer.
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Bei Außenlufttemperaturen unter 0° C führt die zur Erreichung des
im Kondensator geforderten Vakuums nicht benötigte Kühlfläche zu Vereisungen und
bringt damit die Gefahr einer Zerstörung bzw. einer Außerbetriebsetzung des Kondensators
mit sich. Diese Vereisungsgefahr zwingt deshalb zu einer dauernden Anpassung der
Kondensatorkühlfläche an die Maschinenleistung in Abhängigkeit von der jeweiligen
Außenlufttemperatur, z. B. indem ein Teil der Kondensatorkühlfläche abgeschaltet
oder die Lüfterleistung entsprechend eingeregelt wird. Diese Maßnahmen, die außerdem
in einem laufenden industriellen Großbetrieb nur schwer zu realisieren sind, garantieren
keine vollkommen einwandfreie Arbeitsweise des Kondensators.
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Bei steigender Maschinenleistung, also erhöhtem Abdampfanfall, verringert
sich bei den bisher bekannten Konstruktionen automatisch die nutzbare Kühlfläche,
d. h. die Kühlfläche, die zum unmittelbaren Wärmeaustausch bereit ist. Dies tritt
dadurch ein, daß mit steigender Maschinenleistung und entsprechend erhöhtem Abdampfanfall
ein größerer Teil der Kondensatorkühlfläche vom Kondensat selbst bedeckt wird und
dadurch für den unmittelbaren Wärmeaustausch ausfällt. Während bei wassergekühlten
Kondensatoren die Verringerung der Kondensatorkühlfläche durch Kondensatbenetzung
wegen der an sich sehr hohen Wärmeübergangszahlen nicht von schwerwiegender Bedeutung
ist, wirkt sich die Verringerung der Kondensatorkühlfläche durch die Kondensatbenetzung
mit steigender Maschinenleistung bei luftgekühlten Kondensatoren wegen der sehr
geringen Wärmeübergangszahlen, besonders bei Außenlufttemperaturen oberhalb der
Auslegungstemperatur, sehr nachteilig aus.
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Bei den bekannten Wärmeaustauschern, bei denen der Dampf durch ein
von außen mit der Kühlluft bestrichenes Röhrensystem geleitet wird, welches leicht
geneigt ist, um dadurch die Abführung des Kondensates zu sichern, tritt weiterhin
der Nachteil auf, daß das am oberen Ende der Röhre gebildete Kondensattröpfchen
durch die ganze Röhre fließen muß, um zum Kondensatsammelraum zu gelangen. Hierdurch
gibt das Kondensattröpfchen auf seinem Wege von seiner Bildungsstelle - bis zum
Sammelraum, bedingt durch seinen Kontakt mit der wirksamen Kühlfläche über die ganze
zur Vollendung seines Weges erforderliche Zeitspanne Wärme ab, so daß bei Temperaturen
unter 0° C das Tröpfchen auf diesem Wege vereist und sich in der Röhre festsetzt.
Da zudem die Führung des zu kondensierenden Dampfes und die Führung der Kühlluft
im Gegenstrom erfolgt, ist die Vereisungsgefahr nur noch vergrößert.
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Außerdem bedecken die von ihrer Bildungsstelle bis zum Sammelraum
fließenden Kondensattröpfchen die dem Wärmetausch zwischen Luft und Dampf dienende
Rohrwandung und verhindern damit einen wirksamen Wärmeaustausch. Da die Wärmeübergangszahlen
bei Luft wesentlich niedriger liegen als bei Kühlwasser, kann mit den bekannten
Kondensatoren bei oberhalb der Auslegungstemperatur herrschenden Temperaturen keine
wirksame Kühlung des Dampfes und damit keine ausreichende Kondensation mehr erzeugt
werden. Die bekannten Wärmeaustauscher
mußten daher so groß ausgelegt
werden, daß sie gegenüber den mit Kühlwasser arbeitenden Wärmeaustauschern unwirtschaftlich
waren.
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Alle diese den bekannten Konstruktionen anhaftenden Nachteile sollen
gemäß der Erfindung dadurch vermieden werden, daß der bzw. die Wärmeaustauscher
eine Vielzahl paralleler luftdurchströmter Rohre aufweist bzw. aufweisen, die in
einem den Dampf aufnehmenden Behälter angeordnet sind, so daß das an den Außenflächen
der Rohre anfallende Kondensat unmittelbar zum Kondensatsammelraum abfließt. Durch
diese Maßnahme wird ein Luftkondensator erstellt, der in seiner Konstruktion wesentlich
weniger kostspielig ist als die bekannten Luftkondensatoren und außerdem eine erheblich
gesteigerte Betriebssicherheit mit sich bringt.
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Vorzugsweise weist das Kondensatorelement in geringem Abstand voneinander
angeordnete, von den Rohren des Wärmeaustauschers dicht durchquerte Querplatten
auf, die gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung mit haubenartigen Ausstanzungen
versehen sein können, welche die Rohre umfassen.
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Die von Luft durchströmten Rohre sind vorzugsweise in an sich bekannter
Weise mit Innenrippen versehen, so daß ein guter Wärmeübergang vom inneren zum äußeren
Rohr erzielt wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigt Abb.l einen lotrechten Symmetrieschnitt durch eine Kondensatoranlage, Abb.2
und 3 Teilansichten aus dem Röhrenwärmeaustauscher mit Querwand und Abb. 4 und 5
die Ausbildung der Rohreinbauten im Querschnitt.
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Gemäß Abb. 1 besteht der Kondensator aus zwei Wärmeaustauschern 1,
2 etwa kreisförmigen Querschnittes, welche unten rinnenförmig den Dampfeinströmkanal3,
4 einschließen. Sie sind durch Dampfrohre 5, 6 mit der Kammer 7 verbunden,
in welche die von der Dampfturbine kommende Dampfleitung 8 einmündet. Zur Sammlung
des Kondensats ist ein Sammeltrichter 9 vorgesehen, der mit einer zur Abführung
des Kondensats dienenden Leitung 10 verbunden ist. Die durch die Kondensation des
Dampfes frei werdende Luft wird über den Trichter 11 und die Leitung
12 mittels einer nicht dargestellten Pumpe abgesaugt. Die Wärmeaustauscher
bestehen aus den in je einem Behälter angeordneten parallelen Rohren 13 und den
Querplatten 14.
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Die Kühlluft strömt in Pfeilrichtung aus dem Freien in die Rohre 13
ein, durchströmt diese und wird durch Räume 15, 16 in den Kamin 17 geleitet, in
welchem ein Axialgebläse 18 die Förderung bewirkt. Die notwendigen Gerüste und Unterstützungen
sind in der Abbildung nicht dargestellt.
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In Abb. 2 und 3 sind die sich in den Wärmeaustauschern 1 und 2 befindenden
Querplatten 14, durch welche die Rohre 13 hindurchgehen, in größerem Maßstab als
in Abb. 1 dargestellt. Diese Querplatten, die beispielsweise im Abstande von etwa
10 bis 20 cm voneinander angeordnet sind, haben Durchbrüche mit aufgebogenem Rand,
sogenannte Austanzungen 19, durch welche die Rohre 13 hindurchgehen. Die Querplatten
14 reichen nicht bis in die Dampfeinströmkanäle 3, 4 hinein. Den Querschnitt
durch ein Rohr 13 zeigen Abb. 4 und 5. In diesem Rohr sind an sich bekannte, Innenrippen
bildende Einsätze 20 angebracht, welche gemäß Abb. 5 durch Falten eines dünnen
Weißbleches hergestellt und dann gerollt und in das innen verzinnte Rohr 13 eingeführt
werden. Durch Erwärmen des Rohres von außen unter gleichzeitigem Drehen kann die
Lötverbindung hergestellt werden, gegebenenfalls unter Zugabe von Zusatzlot.
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Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Kondensators ist folgende:
Der von der Dampfturbine kommende Abdampf strömt durch das Rohr 8 in die Kammer
7 und durch die Rohre 5, 6 in die Behälter der Wärmeaustauscher 1, 2, wo er die
Rohre 13 umströmt und kondensiert. Das Kondensat fließt an den Außenflächen der
leicht geneigten Rohre 13 bis zu einer der Querwände 14 und dann an dieser nach
unten, durchfällt den entgegenkommenden Dampfstrom und fließt im Gegenstrom zu ihm
im unteren Teil der Rohre 5, 6 in den Sammeltrichter 9 der Kammer 7, aus dem es
durch das Rohr 10 abgeleitet wird. Die durch die Kondensation des Dampfes frei werdende
Luft wird durch den Trichter 11 und die Leitung 12 abgesaugt. Die als Kühlmittel
dienende Luft wird mit Hilfe des Gebläses 18 angesaugt. Sie strömt durch die Rohre
13 der Wärmeaustauscher 1, 2, die Anschlußkanäle 15,16 und durch den Lüfterkamin
17 wieder ins Freie.