DE3002898A1

DE3002898A1 - Waermetauscher

Info

Publication number: DE3002898A1
Application number: DE19803002898
Authority: DE
Inventors: Pieter Jacobus Schuurman
Original assignee: SHELL INT RESEARCH; Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: SHELL INT RESEARCH; Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1979-01-30
Filing date: 1980-01-28
Publication date: 1980-07-31
Also published as: FR2448120B1; GB2041191A; NL182749C; FR2448120A1; IT8019506A0; US4325428A; CA1117101A; JPS55102893A; NL7900710A; GB2041191B; IT1129975B

Description

Wärmetauscher

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem Bündel paralleler Rohre, die mit den Enden an einem Rohrboden befestigt sind, der mittels eines Flansches oder eines Stopfbüchsenflansches in seiner Lage in dem Wärmetauscher gehalten ist.

Derartige, als "geschlossen " bekannte Wärmetauscher, bei denen das eine Medium um die Rohre herum-strömt, während das andere Medium, das Wärmeübertragungsmittel,durch die Rohre hindurchströmt, werden in.großem Maße in der Terfahrenstechnik eingesetzt und arbeiten häufig bei beachtlichen Drücken mehrerer Zehner-Atmosphären.

Dieser Umstand hat hohe Anforderungen an die Abdichtung der abnehmbaren Teile zur Folge, die zur Reinigung oder Wartung entfernt und anschließend wieder zuverlässig abdichtend eingebaut werden müssen. Die Befestigung wird im allgemeinen mit Hilfe von Stehbolzen und Muttern vorgenommen, welche häufig aus rostfreiem Stahl bestehen. Die Anzahl und die Abmessungen dieser Schraubverbindungen wächst beachtlich im Verhältnis mit zunehmendem Druck und zunehmender Kapazität und damit in Abhängigkeit von den Abmessungen der Wärmetauscher. Die hohen Drücke und Temperaturen, die in derartigen Wärmetauschern während des Betriebes auftreten, können zu Schwierigkeiten führen, insbesondere, wenn Stehbolzen und Muttern aus rostfreiem Stahl verwendet werden. Vor allem können Gewindeverbin-

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düngen "bei rostfreiem Stahl die G-ewinde zerstören, Tor allein, wenn sie nach einer bestimmten Betriebsdauer gelöst werden, wobei diese Erscheinung von Fachleuten als eine Tendenz zum Festfressen bezeichnet wird. Damit werden zeitaufwendige und teure Reparaturarbeiten notwendig, vor allem dann, wenn derartige Beschädigungen dort auftreten, wc die Stehbolzen, die den Rohrboden sicher befestigen sollen, eingeschraubt sind.

Der Rohrboden befindet sich innerhalb des Wärmetauschers, so daß es schwierig sein kann, Zugang zu seinen Befestigungsmitteln zu erhalten.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, die erläuterten Nachteile aus der Benutzung von Bolzen zu vermeiden, ohne daß für diese jedoch ein gesonderter Raum benötigt wird und ohne daß der Durchmesser des Wärmetauschergehäuses am offenen Ende, wo der Deckel befestigt ist, größer konstruiert sein muß.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei dem gattungsgemäßen Wärmetauscher erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Flansch oder der Stopfbüchsenflansch durch Bolzen befestigt ist, welche den Flansch über ein Stützorgan gegen eine Schulter im Gehäuse des Wärmetauschers drücken.

Gemäß der Erfindung kann jeder der Bolzen, die durch einen Ring von Löchern in dem Flansch gesteckt sind, auf der dem Rohrboden zugekehrten Seite des Flansches in einer Aussparung eines geteilten Ringes gehalten sein, welcher dem Rohrboden benachbart ist und zwischen der Schulter im Gehäuse des Wärmetauschers und einer vorspringenden Kante des Gehäuses eingeschlossen ist.

Vorzugsweise ist der Bolzenkopf, der in der Aussparung des geteilten Ringes gehalten ist, zur.Sicherung gegen Drehbewegung der Form der Aussparung angepaßt.

Damit kann der geteilte Ring leicht in dem Wärmetauscher befestigt werden, und der Bolzen mit der angepaßten Form kann so

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in der Aussparung angeordnet werden, daß bei dem zu befestigenden Flansch, bereits ein Kranz von Bolzen in der richtigen Stellung vorhanden ist, ohne daß es notwendig ist, diese Bolzen mit SpezialWerkzeugen in ihrer Stellung zu halten. Der Flansch kann aus zwei demontierbaren, symmetrischen Hälften bestehen, so daß diese durch das offene Ende, an dein der Deckel befestigt ist, in den Wärmetauscher eingesetzt werden können. Dann werden diese Hälften getrennt voneinander an Ort und Stelle gebracht, worauf sie im Mittelbereich, der als Leitwand dient, miteinander verschraubt werden.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung können die Bolzen, die durch einen Ring von Löchern in dem Flansch gesteckt sind, außerdem durch Aussparungen im Kragen des Gehäuses geführt und durch einen geteilten Stützring gegen die Schulter des Gehäuses gehalten sein.

Diese Ausführungsform, deren Herstellungskosten ein Nachteil sein können, wenn Wände mit Verkleidung aus rostfreiem Stahl verwendet werden, kann zumindest dort eingesetzt werden, wo keine gesonderten Verkleidungen verwendet werden.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind.

Es zeigen:

Figur 1 einen Schnitt eines Teils eines Wärmetauschers gemäß der Erfindung,

Figur 2 einen Querschnitt in der Ebene II - II der Figur 1, Figur 3 eine vergrößerte Darstellung eines Teils der Figur 1,

Figur 4 eine der Figur 1 ähnliche Schnittdarstellung ohne die Deckelpartie einer anderen Ausführungsform der Erfindung und

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Figur 5 eine der Figur 4 ähnliche Darstellung einer weiteren Alternative der Erfindung.

In den Figuren sind identische oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

Bei dem in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Wärmetauscher aus einem Gehäuse 1, das durch einen Deckel 2 geschlossen ist, welcher mit Hilfe von Stehbolzen 22 und Muttern 21 befestigt ist. Unterhalb des Deckels 2 befindet sich eine Kopf- bzw. Sammelkainmer 3, die mit einem Einlaß 4 und einem Auslaß 5 für das durch die Rohre des Wärmetauschers strömende Medium versehen bzw. verbunden ist, welches im allgemeinen das Medium ist, dem die Wärme zugeführt wird. In einem Rohrboden 6 sind die Enden der Rohre eines Rohrbündels angeordnet. Der Rohrboden 6 wird über einen Flansch 7 gehalten, während die Verbindung zwischen dem Auslaß 5 und dem Ausströmteil des Rohrbodens 6 durch einen Krümmer 9 und einen Konus hergestellt wird, wobei sich der Konus 10 gegen einen im allgemeinen halbkreisförmigen Zuführbereich des Rohrbodens 6 abstützt; dieser Zuführbereich wird durch eine Hälfte (7a in Figur 2) eines Flansches 7 und eine diametral in der Mitte befestigte Leitwand 12 gebildet.

Die Befestigung des Krümmers 9 mit dem Auslaß 5 und mit dem Konus 10 wird über Plansche.11 hergestellt, die miteinander durch Bolzen verbunden sind. Der Flansch 7 besteht aus zwei Hälften 7a und 7b, die in der Mitte miteinander durch die Leitwand 12 verbunden sind, welche an einer Mittelleiste 15 anliegt, wobei beide durch Bolzen 14 und Muttern 15 miteinander verbunden sind. Der Flansch 7 besteht aus zwei Hälften, damit er leicht zusammen- oder auseinandergebaut werden kann und damit er über das offene Ende, an dem der Deckel 2 befestigt ist, einfach in den Y/ärmetauscher eingesetzt oder aus diesem herausgezogen v/erden kann.

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Bezüglich, des Rohrbündels 8 ist zu "bemerken, daß dieses beispielsweise U-förmig sein kann und von der Zuführhälfte des Rohrbodens zur Auströmhälfte führt. Die Rohre können jedoch auch geradeaus geführt sein und mit dem anderen Ende in einen schwimmenden Rohrboden mit Sammler münden, wie es an sich bekannt ist. Diese verschiedenen Möglichkeiten sind in der Zeichnung nich-t dargestellt, weil sie nicht Teil der Erfindung sind.

Zur Befestigung des Flansches 7, der den Rohrboden 6 hält, sind gemäß der Erfindung die folgenden Maßnahmen getroffen.

Das Gehäuse 1 hat einen Kragen 23 erhöhter Wandstärke mit einer Schulter 24, gegen die ein Stützorgan in Form eines geteilten Ringes 20 gedrückt ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht dieser Ring 20 aus drei Teilen 20a, 20b und 20c (■vgl. Figur 2), so daß dieser Ring hinter dem Kragen 23 gegen die Schulter 24 anliegend befestigt werden kann.

Die Ringteile sind an der oberen Kante ihres Außenumfanges gegen die Schulter 24 abgestützt und an der unteren Kante ihres Innemuafanges durch eine vorspringende Kante.26 des Gehäuses 1 gehalten, wodurch sie so eingeschlossen sind, daß sie durch Momente in der.vertikalen Ebene, die durch die Bolzen 18 verursacht werden, nicht gekippt werden können. Der Ring 20 kann auch aus mehr Teilen als dargestellt bestehen.

Am unteren ünfang verteilt hat der Ring 20 eine Anzahl von Aussparungen 25, die Muttern 19 aufnehmen, welche so in die Aussparungen passen, daß sie sich nicht drehen können. In diese Muttern 19 sind Gewindestifte eingeschraubt, wodurch diese zusammen mit den Muttern die Bolzen 18 bilden, die durch.je ein Loch in dem Ring 20 und in dem Flansch 7 hindurchtreten. Eine Mutter 16 am anderen, oberen Ende der Bolzen 18 dient zur abschließenden Befestigung.

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Selbstverständlich ist es möglich, die Gewindestifte zusammen mit den Muttern 19 einstückig auszubilden, es ist jedoch wirtschaftlicher, diese getrennt herzustellen und möglicherweise dann, nachdem die Mutter aufgeschraubt worden ist, miteinander durch Punktschweißung zu verbinden.

Die Ausdehnungskoeffizienten der Bolzen 18, des Rohrbodens 6 und des Flansches 7 sollten gleich sein. Wenn die Größe des Ausdehnungskoeffizienten des Gehäuses 1 wesentlich von derjenigen der erwähnten Teile abweicht, so daß aufgrund dieser Abweichungen bei hohen Betriebstemperaturen unzulässig hohe Spannungen auftreten, sollte zur Vermeidung dieser Spannungen ein beispielsweise oberhalb des Flansches 7 angeordneter Ausgleichsring 17 verwendet werden. Wenn die Größe der Ausdehnungskoeffizienten des Gehäuses 1, des Ausgleichsringes 17 und des Ringes 20 gleich sind, werden diese Spannungen dadurch vermieden, daß die Bolzenlänge zwischen der Mutter 16 und der Mutter oder dem Bolzenkopf 19 gleich ist der Summe aus der Stärke des Rohrbodens 6 und der Stärke des Flansches 7. Anstelle eines Ausgleichsringes kann auch eine Anzahl von Ausgleichsbuchsen eingesetzt werden, die auf jeden Bolzen aufgesetzt sind.

Zum Schutz können der Ausgleichsring 17 und die Muttern 19 in vielen Fällen mit einem Überzug versehen sein.

Es wird darauf hingewiesen, daß der geteilte Ring 20 in der Praxis so angeordnet ist, daß er mit Hilfe eines nicht gezeigten Abstandsringes zwischen die Schulter 24 und den anliegenden Teil des Ringes 20 eingebaut ist.

Die in Figur 4 gezeigte Ausführungsform hat einen etwas anderen Aufbau. In Figur 4 ist derselbe Schnitt wie in Figur 1 gezeigt, wobei jedoch der Deckelbereich weggelassen ist. Die Aufgabe des Stützorganes in Form eines geteilten Ringes 20 mit Aussparungen 25 wird im Prinzip von dem Kragen 23 des Gehäuses 1 übernommen, in den, wie der linke Teil der Figur 4 zeigt,

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imnmelir Aussparungen 27 eingearbeitet sind.

In diese Aussparungen 27 sind die G-ewindestifte mit den daran befestigten Muttern 19 eingesetzt, die zusammen als Bolzen 18 bezeichnet sind, wobei zwischen dem Bolzenkopf und der Mutter 19 und dem Kragen 23 ein weiterer Stützring 28 eingesetzt ist, der auch durch Stützbuchsen für jeden Bolzen ersetzt werden kann.

Sowohl bei der Ausführung gemäß Figur 1 als auch bei derjenigen nach Figur 4 ist aus Gründen der Vereinfachung die Befestigung des Flansches 7 mit Hilfe der Bolzen 18 nur im rechten Teil der jeweiligen Figur dargestellt.

Schließlich ist die Ausführungsform der Figur 5 i. w. identisch mit derjenigen in Figur 1 gezeigten mit dem Unterschied, daß die Verbindung zwischen dem Rohrboden 6 und dem Auslaß 5 in anderer Weise hergestellt ist. Der Krümmer 9 besteht hier aus einer Anzahl nicht gekrümmter, miteinander verschweißter Teile, wodurch der Raum besser ausgenützt wird, d. h., es wird weniger Raum benötigt als für einen gebogenen Krümmer. Damit kann der Wärmetauscher kompakter ausgebildet werden, was eine wesentliche Kosteneinsparung bedeutet. Darüberhinaus sind die Verbindung zu dem Auslaß 5 und die Abdichtung mit Hilfe einer an beiden Enden kleine Flansche aufweisenden Hülse 29 sowie mit einer inneren Hülse 30 hergestellt. Die Abdichtung erfolgt zwischen dem Endflansch der inneren Hülse 30 und dem Flansch am Krümmer 9, und die Befestigung ist mit Hilfe von Bolzen durchgeführt, die durch diesen Flansch und einen Flanschring hindurchgesteckt sind, der sich gegen den äußeren Flansch der Hülse 29 abstützt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Auslaßkrümmer vom links angeordneten Auslaß in die rechte Hälfte des Wärmetauschers hinübergeführt, was vor allem bei kleinen Abmessungen die praktischste Lösung darstellt.

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Claims

Patentansprüche

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Wärmetauscher mit einem Bündel paralleler Rohre, die mit den Enden an einem Rohrboden befestigt sind, der mittels eines Flansches in seiner Lage in dem Wärmetauscher gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (7) durch Bolzen (18) "befestigt ist, welche den Flansch (7) über ein Stütsorgan (20) gegen eine Schulter (24) im Gehäuse (1) des Wärmetauschers drücken.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Bolzen (18), die durch einen Ring "von Löchern in dem Flansch (7) gesteckt sind, auf-der dem Rohrboden (6)

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zugekehrten Seite des Flansches (7) in einer Aussparung (25) eines geteilten Ringes (20) gehalten ist, welcher dem Rohrboden (.6) benachbart ist und zwischen der Schulter (24) im Gehäuse (1) und einer vorspringenden Kante (26) des Gehäuses (1) eingeschlossen ist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzenkopf (19), der in der Aussparung (25) des geteilten Ringes (20) gehalten ist, zur Sicherung gegen Drehbewegung der Form der Aussparung (25) angepaßt ist.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzen (18), die durch einen Ring von löchern in dem Flansch (7) gesteckt sind, außerdem durch Aussparungen (27) im Kragen (23) des Gehäuses (1) geführt und durch einen geteilten Stützring (28) gegen die Schulter (24) des Gehäuses (1) gehalten sind.
5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (7) aus zwei symmetrischen Hälften (7a, 7b) besteht, die lösbar aneinander befestigt sind.

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