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Kompensator zur Überbrückung von Trennfugen bei Röhrenwärmetauschern
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kompensator zur Überbrückung von Trennfugen
in vom Arbeitsmittel durchströmten Parallelrohrsystem-Wänden von Röhrenwärmetauschern,
bei denen wegen der auftretenden Verformungen die Parallelrohrsystem-Wände in einzelne
Flächen mit dazwischenliegenden Trennfugen aufgeteilt sind. Solche Parallelrohrsysteme
werden vornehmlich bei neuzeitlichen Dampferzeugern angewendet.
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Durch die britische Patentschrift 923 834 ist bereits eine Anordnung
für Speicherbehälter von Flüssiggas, Wärmeaustauscher- und Reaktionsgefäßen bekanntgeworden,
bei denen eine abdichtende Blechhaut in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen
in der Hauptebene der Blechhaut wärmebeweglich ausgestaltet ist. Der Kompensator
besteht dabei im wesentlichen aus einem Blechstreifen von omegaförmigem Querschnitt,
der die jeweilige Trennfuge überbrückt. Da eine Wärmebeweglichkeit in zwei senkrecht
zueinander verlaufenden Richtungen angestrebt wird, verlaufen auch die Trennfugen
senkrecht zueinander, so daß sich ein System von einander kreuzenden Trennfugen
ergibt. An den einzelnen Kreuzungsstellen münden die Kompensationsfalten in eine
Polygonalstruktur, während sie im Bereich der freien Trennfugen als einfache Kompensationsfalten
ausgebildet sind.
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Die bekannte Anordnung ermöglicht eine gewisse Kompensation wärmebedingter
Verformungen, bei denen aber die Wandungsteile beiderseits ein und derselben Trennfuge
jeweils gleiche Temperaturen oder zumindest nahezu gleiche Temperaturen aufweisen.
Praktisch ergibt sich dadurch entsprechend dem jeweiligen Temperaturzustand der
Gesamtanordnung bald eine größere, bald eine kleinere Breite der Trennfugen.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, auch dann eine
abdichtende Überbrückung solcher Trennfugen zu schaffen, wenn die Wandungsteile
zu beiden Seiten der Trennfuge unterschiedliche Wärmebewegungen ausführen. Dies
ist z. B. bei großen Kesselanlagen mit über- oder Unterdruckfeuerung der Fall, wo
man bestrebt ist, von der früher gebräuchlichen Einmauerung der Brennkammer abzugehen
und eine Abdichtung des Feuerraumes und der Züge nach außen hin durch Wandungen
herbeizuführen, bei denen die Parallelrohrsysteme selbst wandbildende Elemente darstellen.
Wenn geschweißte Rohrwände, die beispielsweise aus aneinandergesetzten Flossenrohren
oder Rohren mit dazwischenliegenden Distanzstreifen hergestellt sind, in einzelne
Flächen mit dazwischenliegenden Trennfugen aufgeteilt sind, so muß man damit rechnen,
daß zwischen zwei benachbarten Flächen im Betrieb Temperaturunterschiede auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kompensator zu schaffen, der auch
bei solchen Konstruktionen unzulässige Wärmespannungen zu vermeiden gestattet.
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Bei einem bekannten Wärmetauscher, insbesondere Dampfkessel (französische
Patentschrift 1157 523), sind die vom Arbeitsmittel durchströmten Parallelrohrsystem-Wände
wegen der auftretenden Wärmeverformungen in einzelne Flächen mit dazwischenliegenden
Trennfugen aufgeteilt. Als Kompensator zur Überbrückung der Trennfugen dient dabei
wiederum nur eine einfache Falte von beispielsweise U-förmigem Querschnitt, die
aber nur in der Lage ist, Verschmälerungen oder Verbreiterungen der Trennfuge auszugleichen,
nicht aber unterschiedliche Längenänderungen der beiderseitigen Begrenzungskanten
der Trennfuge. Dies gelingt erst erfindungsgemäß dadurch, daß der Kompensator in
Gestalt eines in Längsrichtung aufgeschlitzten, mit streifenförmigen Stegen an den
Längskanten versehenen Rohres ausgeführt ist, das in seiner Längsrichtung fortlaufend
mit quer und zueinander parallel verlaufenden Wellungen oder Falten versehen ist.
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An Stelle einer einfachen Kompensatorfalte wird also von einer Anordnung
Gebrauch gemacht, die in sich gleichzeitig in verschiedenen Richtungen beweglich
gestaltet ist.
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An sich sind bereits Kompensatoren bekanntgeworden, bei denen man
versucht hat, eine Faltung in verschiedenen Richtungen wirksam werden zu lassen.
So ist z. B. durch die schweizerische Patentschrift 9767 eine elastische Rohrkupplung
zur dichten, in jeder Richtung biegsamen Verbindung von Rohrstücken bekanntgeworden,
die aus gewellten und zusammengenieteten Scheiben besteht. Ein durch die
deutsche
Patentschrift 801603 bekannter Linsenkompensator ist auch so aufgebaut, daß die
einzelne Kompensatorlinse beliebig gewellte Blechringe enthält. Schließlich sind
Wellrohrc als Kompensatorelemente ebenfalls an sich bekannt. Alle diese bekannten
Anordnungen sind aber nur zur nachgiebigen Verbindung von Rohren verwendbar, nicht
jedoch zur Verbindung von im wesentlichen ebenen Teilflächen von Parallelrohrsystem-Wänden,
bei denen die Trennfuge nicht einen Kreis, sondern eine Gerade darstellt. Auch wird
hierbei nicht eine der erfindungsgemäßen Wirkung analoge Verdrehbarkeit der Rohrteile,
die der Rohrverbindung benachbart sind, erreicht, wobei diese gegenseitige Verdrehung
durch die Verbindung elastisch aufgenommen werden müßte.
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Die Wellungen des aufgeschlitzten erfindungsgemäßen Kompensator-Rohres
weisen mit Vorteil ein ähnliches Profil wie das Kompensator-Rohr selbst auf. Gemäß
einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann auch unter Vermeidung
von Taschenbildungen eine derart flache Wellung vorgesehen sein, daß Staubablagerungen
weitgehend vermieden werden.
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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die
Figuren zeigen Ausführungsbeispiele in ihren für die Erfindung wesentlichen Teilen
in stark vereinfachter, zum Teil schematisierter Darstellung.
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Die F i g. 1 und 2 zeigen Ausschnitte einer Brennkammerwandung in
Schnittdarstellung,. wobei die Rohrtafeln 1 und 2 benachbarte, durch eine Fuge 3
getrennte Wandungsteile bilden. Die einzelnen Rohre sind beispielsweise als Flossenrohre
ausgebildet, wobei jede Flosse eines Rohres mit der Flosse des Nachbarrohres verschweißt
ist. Es ist aber auch möglich, glatte Rohre mit geeigneten streifenförmigen Zwischenstücken
in der Weise zusammenzuschweißen, daß eine geschlossene Parallelrohrwand entsteht.
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Auf der der Brennkammer abgewandten Seite sind an die Rohrtafeln 1
und 2 streifenförmige Stege 4 und 5 angeschweißt, an die wiederum das Kompensator-Rohr
6 durch eine Schweißverbindung angeschlossen ist. Während F i g. 1 die Abdichtung
einer Trennfuge zwischen zwei Registerwänden in der gleichen Ebene versinnbildlicht,
zeigt F i g. 2 eine entsprechende Eckabdichtung an der Außenseite einer rechteckigen
Brennkammer.
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F i g. 3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht die Einzelheiten
der Kompensatorausbildung mit Kompensationsfalten. Am äußeren Rohr der durch zusammengeschweißte
Parallelrohre bestehenden Rohrtafel 1 ist ein streifenförmiger Steg 4 angeschweißt.
In entsprechender Weise ist auch auf der anderen Seite der Steg 5 mit der Rohrtafel
2 verbunden. Das Kompensator-Rohr 6 weist im ganzen gesehen eine Form auf, die durch
eine längs Mantellinien aufgeschnittene Zylinderform bestimmt ist.
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Das Kompensator-Rohr 6 besteht nun nicht aus einer glatten zylindrischen
Wandung, sondern ist, um die gewünschte Nachgiebigkeit zu erzielen, mit querlaufenden
Kompensationsfalten oder -wellungen versehen. So kann beispielsweise das gesamte
Rohr 6 gewellt sein. Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Anzahl
parallel zueinander angeordneter Kompensationsfalten 7.
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Die Ausbildung, Anordnung und Anzahl der Kompensationsfalten hängt
davon ab, in welchem Ausmaß mit Verformungen der Rohrwände zu rechnen ist, d. h.
welchen Verformungen der Kompensator gewachsen sein muß. Im allgemeinen treten im
Betrieb zunächst Verkleinerungen und Erweiterungen der zwischen den Rohrtafeln 1
und 2 befindlichen Fuge 3 ein. Diesen Wärmebewegungen könnte ein herkömmlicher Kompensator
ohne zusätzliche Kompensationsfalten ohne weiteres folgen. Darüber hinaus treten
aber zusätzlich Bewegungen der Rohrtafeln in Richtung des Pfeiles 8 bzw. in Gegenrichtung
auf. Diesen Verformungen wäre ein herkömmlicher glatter Kompensator nur bedingt
gewachsen.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind in den Rohrtafeln 1
und 2 Rohre mit einem Durchmesser von 38 mm in einem Abstand von etwa 60 mm verschweißt.
Das Kompensator-Rohr 6 weist einen Durchmesser von etwa 400 mm auf. Es ist damit
möglich, einer bei einer Kesselhöhe von etwa 30 in auftretenden Relativdehnung 9
von maximal 60 mm Herr zu werden. Bei dieser Relativdehnung kommt die Rohrtafel
in die gestrichelt gezeichnete Lage 2' zu liegen.
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Bei dem in F i g. 4 veranschaulichten Ausführungsbeispiel verlaufen
die Kompensationswellungen nicht wie beim in F i g. 3 veranschaulichten Ausführungsbeispiel
senkrecht zur Achse des Kompensator-Rohrs, sondern in einem Winkel hierzu. Die Kompensationswellungen
sind also bereits vor Auftreten einer Relativdehnung schräg verlaufend. Eine oder
mehrere Kompensationswellungen 10 sind schraubenförmig angeordnet und weisen in
ihren Zwischenräumen längere zylindrische Rohrabschnitte 11 auf.
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F i g. 5 zeigt Ausschnitte aus dem Kompensator-Rohr mit verschiedenartigen
Kompensationsfalten oder -wellungen. Die Falte 17 kann, wie das Kompensator-Rohr
im großen, so im kleinen eine Querschnittsform nach Art eines Omegas aufweisen.
Bei Relativdehnungen der Rohrtafeln 1 und 2 treten am Kompensator-Rohr Relativschiebungen
in Richtung der Pfeile 12 und 13 oder in entgegengesetzter Richtung auf.
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Für die einzelnen Falten oder Wellungen sind naturgemäß auch andere
Querschnittsformen (15, 16) denkbar, z. B. um den Bereich der Schubspannungen zu
verändern oder zur besseren Unterbringung der Abdichtung innerhalb der Wandisolierung.
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Bei den in F i g. 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen können Folien
14 vorgesehen sein, um das Eindringen von Asche oder anderem sich ablagerndem Material
in das Kompensations-Rohr zu verhindern. Gegebenenfalls kann der Innenraum des Kompensator-Rohrs
6 bzw. der Falte 7 mit einer Asbestfüllung 19 versehen sein.
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Die Gefahr des Festsetzens von Asche, Ruß und anderem sich ablagerndem
Material kann auch ohne zusätzliche Folien dadurch entgegengewirkt werden, daß die
Kompensationswellung nur verhältnismäßig flach ist. Unter Vermeidung von Taschenbildungen
kann man ein wellenartiges Profil 18 (F! g. 5) vorsehen, das so flach ausgebildet
ist, daß Staubablagerungen sich weitgehend vermeiden lassen.