DE1264460B

DE1264460B - Compensator for bridging parting lines in pipe heat exchangers

Info

Publication number: DE1264460B
Application number: DES88794A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ludwig Kuchelbacher
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1963-12-19
Filing date: 1963-12-19
Publication date: 1968-03-28
Also published as: AT252279B; GB1062239A; DK108797C; US3310038A

Description

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.Compensator for bridging joints in tubular heat exchangers The invention relates to a compensator for bridging parting lines in parallel pipe system walls of tubular heat exchangers through which the working medium flows, in which, because of the deformations that occur, the walls of the parallel pipe system are separated Surfaces with intermediate joints are divided. Such parallel pipe systems are mainly used in modern steam generators.

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.The British patent specification 923 834 already has an arrangement became known for storage tanks of liquid gas, heat exchangers and reaction vessels, in which a sealing sheet metal skin in two mutually perpendicular directions is designed to be heat-movable in the main plane of the sheet metal skin. The compensator consists essentially of a sheet metal strip with an omega-shaped cross-section, which bridges the respective parting line. As a thermal mobility in two perpendicular If directions running towards one another are sought, the parting lines also run perpendicular to each other, so that a system of intersecting joints results. At the individual crossing points, the compensation folds open into one Polygonal structure, while they act as simple compensation folds in the area of the free parting lines are trained.

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.The known arrangement enables a certain compensation for heat-related factors Deformations in which, however, the wall parts on both sides of one and the same parting line each have the same temperatures or at least almost the same temperatures. In practice, this results in the corresponding to the respective temperature state Overall arrangement now a larger, now a smaller width of the parting lines.

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.In contrast, the invention is based on the object, then also a to create a sealing bridging of such joints when the wall parts perform different heat movements on both sides of the parting line. this is z. B. in large boiler systems with over- or underpressure firing the case where the aim is to move away from the previously common walling of the combustion chamber and a sealing of the firebox and the flues to the outside by means of walls bring about, in which the parallel pipe systems themselves represent wall-forming elements. If welded pipe walls, for example from fin tubes attached to one another or pipes are made with spacer strips in between Surfaces with intermediate joints are divided, one must reckon with that temperature differences occur between two adjacent surfaces during operation. The invention is based on the object of creating a compensator that also to avoid impermissible thermal stresses in such constructions.

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.In a known heat exchanger, in particular a steam boiler (French Patent specification 1157 523), are the parallel pipe system walls through which the working medium flows due to the thermal deformations that occur in individual surfaces with intervening Dividing lines divided. It serves as a compensator to bridge the joints again only a simple fold of, for example, a U-shaped cross-section, which but is only able to compensate for narrowing or widening of the parting line, but not different changes in length of the boundary edges on both sides the parting line. This is only achieved according to the invention in that the compensator in Shape of a slit in the longitudinal direction, with strip-shaped webs on the Longitudinal edges provided tube is carried out, which is continuous in its longitudinal direction is provided with corrugations or folds running transversely and parallel to one another.

An Stelle einer einfachen Kompensatorfalte wird also von einer Anordnung Gebrauch gemacht, die in sich gleichzeitig in verschiedenen Richtungen beweglich gestaltet ist.Instead of a simple compensator fold, an arrangement Made use of that in itself movable in different directions at the same time is designed.

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.Compensators have already become known, in which one tried to make a convolution in different directions effective. So is z. B. by the Swiss patent 9767 an elastic pipe coupling became known for the tight, flexible connection of pipe sections in every direction, which consists of corrugated and riveted discs. One through the German Patent 801603 known lens compensator is also constructed so that the individual compensator lens contains any corrugated sheet metal rings. Finally are Corrugated tubes are also known per se as compensator elements. All of these known However, arrangements can only be used for the flexible connection of pipes, not but for the connection of essentially flat surfaces of parallel pipe system walls, where the parting line is not a circle but a straight line. Also will here the rotatability of the pipe parts is not analogous to the effect according to the invention, which are adjacent to the pipe connection, achieved, this mutual rotation would have to be resiliently absorbed by the connection.

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.The corrugations of the slit compensator tube according to the invention advantageously have a profile similar to that of the compensator tube itself. According to Another advantageous embodiment of the invention can also be avoided of pocket formations such a flat corrugation should be provided that dust deposits largely avoided.

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.The invention is to be explained in more detail with reference to the drawing. the Figures show exemplary embodiments in their essential parts for the invention in a greatly simplified, partly schematic representation.

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.The F i g. 1 and 2 show details of a combustion chamber wall in FIG Sectional view ,. whereby the pipe panels 1 and 2 are adjacent, through a joint 3 form separate wall parts. The individual tubes are, for example, fin tubes formed, with each fin of a pipe welded to the fin of the adjacent pipe is. But it is also possible to use smooth tubes with suitable strip-shaped spacers to be welded together in such a way that a closed parallel pipe wall is formed.

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.On the side facing away from the combustion chamber, the tube sheets 1 and 2 strip-shaped webs 4 and 5 welded to which in turn the compensator tube 6 is connected by a welded joint. While F i g. 1 the seal symbolizes a parting line between two register walls in the same plane, shows Fig. 2 a corresponding corner seal on the outside of a rectangular one Combustion chamber.

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.F i g. 3 shows the details in a perspective view the expansion joint design with compensation folds. On the outer tube the one welded together A strip-shaped web 4 is welded on to the existing pipe sheet 1 parallel to pipes. In a corresponding manner, the web 5 with the tube sheet is also on the other side 2 connected. The compensator tube 6 as a whole has a shape that by a cylindrical shape cut along surface lines is determined.

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.The compensator tube 6 now does not consist of a smooth cylindrical one Wall, but is, in order to achieve the desired flexibility, with transverse Provide compensation folds or corrugations. For example, the whole Tube 6 be corrugated. The embodiment shown in Fig. 3 shows a number Compensation folds 7 arranged parallel to one another.

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.The training, arrangement and number of the compensation folds depends on the extent to which deformations of the pipe walls are to be expected, d. H. which deformations the expansion joint must be able to withstand. In general, the Operation first of all reductions and extensions of the between the pipe panels 1 and 2 located joint 3 a. A conventional compensator could handle these heat movements without any additional compensation folds. In addition, step but additional movements of the pipe panels in the direction of arrow 8 or in the opposite direction on. A conventional smooth compensator would only be conditional on these deformations grown.

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.In the illustrated embodiment, 1 and 2 pipes with a diameter of 38 mm welded at a distance of about 60 mm. The compensator tube 6 has a diameter of approximately 400 mm. It is with that possible, a relative expansion occurring at a bowl height of about 30 in 9 of a maximum of 60 mm master. With this relative expansion, the pipe sheet comes to lie in the dashed line position 2 '.

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.In the case of the one shown in FIG. 4 illustrated embodiment the compensation corrugations not as in FIG. 3 illustrated embodiment perpendicular to the axis of the compensator tube, but at an angle to it. The compensation waves are therefore already inclined before a relative expansion occurs. One or several compensation corrugations 10 are arranged helically and have in their interstices on longer cylindrical pipe sections 11.

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.F i g. 5 shows excerpts from the compensator tube with various types Compensation wrinkles or corrugations. The fold 17 can, like the compensator tube large and small, have a cross-sectional shape in the manner of an omega. With relative expansions of the pipe sheets 1 and 2, relative shifts occur on the compensator pipe in the direction of arrows 12 and 13 or in the opposite direction.

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.For the individual folds or corrugations there are naturally also others Cross-sectional shapes (15, 16) are conceivable, e.g. B. to the range of shear stresses change or to better accommodate the seal within the wall insulation.

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.With the in F i g. Embodiments shown in FIGS. 1 and 2 may include foils 14 may be provided to prevent the ingress of ash or other deposited material to prevent in the compensation pipe. If necessary, the interior of the compensator tube 6 or the fold 7 may be provided with an asbestos filling 19.

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.The risk of ash, soot and other material that accumulates can be counteracted without additional foils in that the compensation corrugation is only relatively flat. Avoiding pocket formations can be a wave-like profile 18 (F g!. 5) provide formed so flat that dust deposits can be largely avoided.

Claims

Claims: 1. Compensator for bridging parting lines in parallel pipe system walls of tubular heat exchangers through which the working medium flows, where the parallel pipe system walls in separate Surfaces with intermediate joints are divided, characterized in that that it is in the form of a slit in the longitudinal direction (arrow 8), with strip-shaped Web (4, 5) on the longitudinal edges provided tube (6) is carried out, which in his Continuous lengthways with transversely and parallel corrugations or folds (7) is provided.

2. Compensator according to claim 1, characterized in that that the corrugations have a similar profile (fold 17 in Fig. 5) as the compensator tube (6) have. .

3. Compensator according to claim 1, characterized in that such a flat corrugation (18 in FIG. 5) is provided while avoiding pocket formation; that dust deposits are largely avoided. Documents considered: German Patent No. 801603; Swiss Patent No. 9767; French Patent No. 1157523; British Patent No. 923,834; "Heating, Piping, Air Conditioning" magazine from November 1963, p. 117.