<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft einen Doppelrohr-Wärmeübertrager, bei dem parallele Sackrohre mit ihren offenen Enden an einer ersten Rohrplatte dichtend angeschlossen sind, bei dem ferner beidseitig offene, parallele, gerade Innenrohre an einer zweiten Rohrplatte befestigt sind, und jedes der Innenrohre konzentrisch in je ein Sackrohr hineinragt und bis nahe an dessen geschlossenes Ende heranreicht.
Im Reaktorbau und in der chemischen Verfahrenstechnik müssen oft Wärmeübertrager im Laufe ihrer Lebensdauer mehrfach, beispielsweise jährlich, auf Schäden geprüft werden. Bei gewöhnlichen, beidendig mit Rohrplatten versehenen Geradrohr-Wärmeübertragern bieten solche wiederholten Prüfungen keine Schwierigkeiten.
Bei Wärmeübertrager der eingangs genannten Art ist es bekannt, den Rohrboden der Innenrohre demontierbar anzuordnen, so dass das Bündel mit dem Boden als Ganzes ausgebaut werden kann (US-PS Nr. 3, 887, 003). Es hat sich nun gezeigt, dass der Wiedereinbau der Innenrohre, besonders wenn diese relativ lang sind, mühsam und zeitaufwendig ist. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, eine Konstruktion zu schaffen, bei der die wiederholten Prüfungen und Überwachungen einfacher und rascher durchzuführen sind.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Innenrohre in der ihnen zugeordneten Rohrplatte lösbar derart form-und/oder kraftschlüssig verankert sind, dass sie durch diese Platte hindurch einzeln ausziehbar sind.
Die neue Konstruktion erlaubt es, die Rohrplatten für die Innenrohre an Ort und Stelle zu belassen, die Innenrohre einzeln aus ihr herauszuziehen und nach der Überprüfung auch wieder Stück für Stück einzeln in die jeweiligen Sackrohre zurückzuführen ; diese werden bei ausgebautem Innenrohr vorteilhafterweise gleichzeitig mit dem jeweils gerade herauszogenen Innenrohr vor dessen Wiedereinbau überprüft und notfalls ausgewechselt.
Für ein derartiges Auswechseln der Sackrohre ist es zweckmässig, wenn der Aussendurchmesser des Innenrohres im Bereich der ihm zugeordneten Rohrplatte grösser ist als der maximale Aussendurchmesser des zugehörigen Sackrohres.
Als Mittel für die lösbare Verankerung der Innenrohre in ihrer Rohrplatte können bei einer zweckmässigen Ausführungsform die Innenrohre am ihrer Rohrplatte zugeordneten Ende mit diametral einander gegenüberliegenden Längsschlitzen versehen sein, und ferner die Innenrohre, auf ihrer Aussenseite rechtwinkelig zu den Längsschlitzen angeordnet, über einen Teil ihres Umfangs Querrippen tragen, die in entsprechende Nuten in ihrer Durchtrittsbohrung durch die Rohrplatte eingreifen.
Dabei können die Längsschlitze in je einem Querschlitz enden. Es ist ferner zweckmässig, wenn in einer Reihe fluchtend hintereinander liegende Innenrohre durch je ein die Längsschlitze durchsetzendes, gemeinsames Sicherungselement gesichert sind.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Innenrohre am ihrer Rohrplatte zugeordneten Ende mit diametral einander gegenüberliegenden Längsschlitzen versehen sind.
Eine andere vorteilhafte Konstruktion kann darin bestehen, dass die lösbare Verbindung der Innenrohre in ihrer Rohrplatte bajonettverschlussartig ausgebildet ist. Sinnvoll ist es, wenn die Innenrohre mit Mitteln zur verdrehfesten Verankerung eines Werkzeugs versehen sind.
Eine weitere Möglichkeit für die erfindungsgemäss lösbare Halterung der Innenrohre in ihrer Rohrplatte kann schliesslich dadurch erfolgen, dass die Innenrohre durch über ihren Rand greifende, exzentrische Schrauben in der Rohrplatte gehalten sind.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil eines Reaktor- - Druckgefässes aus Beton, Fig. 2, 3 und 5 veranschaulichen in je einem Längsschnitt durch ein Innenrohr im Bereich der ihm zugeordneten Rohrplatte je eine Konstruktion für die lösbare Verankerung ; Fig. 4 gibt ein Montagewerkzeug zu der Konstruktion nach Fig. 3 wieder ; Fig. 6 ist ein Längsschnitt eines kurzen Abschnittes eines Sackrohres und zeigt ein Teilstück eines Innenrohres eingebettet in das Sackrohr mit Hilfe von einer führenden und schwingungsdämpfenden Spirale ; Fig. 7 schliesslich gibt den Schnitt VII-VII von Fig. 6 wieder, gesehen in Richtung auf die die Rohre tragenden Rohrplatten.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Wärmeübertrager Teil eines Reaktorkreislaufs ; der Reaktor wird durch Helium gekühlt. Dieses treibt eine Turbine an, wird anschliessend
<Desc/Clms Page number 2>
zunächst in einem Rekuperator und sodann in einem nachgeschalteten Kühler zurückgekühlt, bevor es verdichtet, im Rekuperator wieder aufgewärmt und schliesslich dem Reaktor wieder zugeführt wird.
Im Druckgefäss-l- (Fig. l) ist eine im wesentlichen zylindrische Kaverne --2-- vorgesehen, die mit einem Blechfutter --3-- ausgekleidet ist. Im unteren Teil erweitert sich die Kaverne --2-zu einem Vorraum --4--, während sie oben konisch verengt ist und in einen zylindrischen Kanal --5-- übergeht. Am Übergang zur Erweiterung --4-- ist an das Futter --3-- ein Rohrstück - angesetzt, das unten durch einen Rohrboden --11-- mit Flansch --12-- abgeschlossen ist.
Im Rohrboden --11-- sitzt ein Bündel vertikal stehender, in einem versetzten Gitter angeordneter Sackrohre --15--, deren freies, oberes Ende --16-- kalottenförmig geschlossen ist. Das Bündel der Sackrohre --15-- ist auf ganzer Länge von einem zylindrischen Hemd --20-- umgeben, das durch auf den Umfang mit Abstand verteilte Flacheisenstücke --21-- auf dem Rohrboden --11-- abgestützt ist.
Das Hemd --20-- ist von einem Mantel --22-- umhüllt, der an einem Konus --23-- hängt; dieser ist an einem gewinkelten Krümmer --24-- befestigt. Der gewinkelte Krümmer --24-- geht in ein Zufuhrrohr --25-- über, das durch eine mit einem Futter --27-- ausgekleidete, seitliche Öffnung --26-- im Betondruckgefäss --1--zu einer nicht gezeichneten Kaverne des Rekuperators verläuft.
Das Zufuhrrohr --25-- ist auf nicht gezeichnete Weise konzentrisch auf dem Futter --27-abgestützt. Der Krümmer --24-- ist zusätzlich an einer Lasche --30-- aufgehängt, die ihrerseits drehbar an einer Halterung --31-- befestigt ist. Diese kragt von einer konischen Zwischenwand - aus, die in einem Kragen --35-- mit dem Futter --3--, in einem zweiten Kragen --36-- mit dem Zufuhrrohr --25-- und schliesslich in einer Naht --37-- mit einem Innenrohr --38-- dichtend verbunden ist.
Ober das Rohr --25-- wird in dem nicht dargestellten Rekuperator vorgekühltes Helium dem Bündel der Sackrohre --15-- zugeführt. Dieses strömt dem Rohrboden --11-- zu und kühlt sich dabei an der äusseren Oberfläche der Sackrohre --15-- auf seine Minimaltemperatur ab. Im Bereich des Rohrbodens --11-- wird das Helium nach aussen umgelenkt ; es gelangt dann durch den Ringraum zwischen dem Mantel --22-- und dem Rohrstück --10-- bzw. dem Futter-3-- und dann durch die von der Zwischenwand --32-- bzw. dem Innenrohr --38-- umgrenzten Räume zum nicht dargestellten Verdichter.
Ein Teilstrom des von diesem verdichteten Heliums strömt als Kühlmedium zwischen dem Futter --3-- und dem Innenrohr --38-- bzw. der Zwischenwand --32-- bzw. zwischen dem Zufuhrrohr --25-- und dem Futter --27-- zurück zum Rekuperator. Die Sackrohre --15-- sind auf der Innenseite wassergekühlt. Dies geschieht mit Hilfe von geraden Innenrohren --50--, die in den Sackrohren --15-- bis nahe an deren geschlossenes Ende reichen und in einem Rohrboden --51-fixiert sind. Der Rohrboden --51-- geht in eine zylindrische Wand --52-- über, die einen Flansch - trägt, der mit dem Flansch --12-- des Rohrbodens --11-- dicht verbunden ist.
An der zylindrischen Wand --52-- ist seitlich ein Stutzen --55-- vorgesehen, an dem eine Kühlwasserzufuhrleitung --56-- angeschlossen ist. Der Rohrboden --51-- wird von einem gewölbten Boden --60--, an dem zentral ein Kühlwasserabflussstutzen --61-- angeschweisst ist, überspannt.
Das Bündel der Innenrohre --50-- ist von einer kurzen Trennwand --65--, die am Rohrboden-11- befestigt ist, umgeben.
Das Kühlwasser tritt über die Leitung --56-- und den Stutzen --55-- seitlich in den Ringraum zwischen der zylindrischen Wand --52-- und der Trennwand --65-- ein, wird dort über den Umfang verteilt, strömt sodann zwischen der Unterkante der Trennwand --65-- und dem Rohrboden --51-in den Bereich des Bündels der Innenrohre --50-- und von dort, gleichmässig verteilt, durch die ringförmigen Zwischenräume zwischen den Innenwänden der Sackrohre --15-- und den Aussenwänden der Innenrohre --50-- bis zum oberen Ende der Sackrohre --15--, wobei es die Sackrohre kühlt und Wärme aufnimmt. Das erhitzte Wasser tritt sodann durch die offenen, oberen Enden in die Innenrohre --50-- ein und verlässt diese unterhalb der Rohrplatte --51--, um schliesslich über den Stutzen --61-- den Wärmeübertrager zu verlassen.
Für den dargestellten Wärmeübertrager ist jährlich mindestens eine Überprüfung vorgesehen.
Zu diesem Zweck wird ein Zugang zum Vorraum --4-- geöffnet und der Boden --60-- nach unten weggenommen. Darauf werden die Innenrohre --50-- durch die Rohrplatte --51-- hindurch einzeln nach unten ausgezogen und geprüft, während gleichzeitig das zugehörige Sackrohr --15-- durch
<Desc/Clms Page number 3>
die Rohrplatte --51-- hindurch von innen her untersucht wird. Sind beide Rohre für gut befunden worden, so wird das Innenrohr --50-- wieder in das zugehörige Sackrohr --15-- eingeführt und in der Rohrplatte --51-- verankert.
Ist das Innenrohr --50-- beschädigt, so wird es ausgewechselt ; muss ein Sackrohr --15-- ersetzt werden, so wird es mit einem durch die Rohrplatte --51-- hindurch operierenden Spezialwerkzeug aus der Rohrplatte --11-- herausgebohrt und entfernt, anschliessend wird ein neues Rohr --15-- eingebaut und dicht in die Rohrplatte --11-- eingeschweisst. Bei diesem schrittweisen Vorgehen entstehen im Gegensatz zu den bekannten Doppelrohr-Wärmeübertragern, bei denen die Innenrohre fest in ihrer Rohrplatte verankert sind, keinerlei Probleme wegen des gleichzeitigen Einfädelns einer grossen Zahl von schwankenden Rohren.
Für die Verankerung der Innenrohre --50-- in der Rohrplatte --51-- sind drei verschiedene Konstruktionen näher dargestellt.
In Fig. 2 erkennt man ein Innenrohr --50--, das in ein Sackrohr --15-- ragt ; dieses ist in
EMI3.1
--11-- durchschnitt --72-- über ; dieser hat einen grösseren Aussendurchmesser als das Sackrohr-15--, um den erwähnten Ausbau der Sackrohre --15-- durch die Rohrplatte --11-- hindurch zu ermöglichen. An seinem unteren Ende trägt der Rohrabschnitt --72-- einen Aussenrand --73-- und fünf parallele, zirkulare Dreiecksrippen --74--, die sich über je zwei diametral gegenüberliegende Bereiche des Rohrumfangs erstrecken. Zwischen diesen beiden Bereichen ist das Rohr --72-- durch zwei axial verlaufende Längsschlitze --75--, die bis zu zwei Querschlitzen --76-- verlaufen, gespalten.
Der Rohrboden --51-- weist dem Aussendurchmesser des Rohrabschnittes --72-- entsprechende Bohrungen --80-- auf, die in ihrem unteren Bereich je sechs den Rippen --74-- entsprechende dreieckförmige Zirkularnuten --81-- aufweisen. Im Schlitz --75-- verläuft unterhalb des Rohrbodens --51-als Sicherungselement ein sich über mehrere Rohre --50-- erstreckender Keilstab --82--, der lösbar am Rohrboden --51-- befestigt ist.
Zum Ausbau des Rohres --50-- wird zunächst der betreffende Keilstab --82-- entfernt, so dann ein nicht gezeichnetes, zangenartiges Werkzeug mit in das Rohr --72-- eingreifendem Zapfen so im Bereich des Randes-73-- angesetzt, dass die beiden gabelartigen Enden des Rohrabschnittes --72-- zusammengedrückt werden können, wobei die Rippen --74-- aus den Nuten --81-- ausrasten. In diesem Zustand lässt sich mit dem genannten Werkzeug das Innenrohr --50-- durch den Rohrboden --51-- hindurch ausziehen. Während das Innenrohr untersucht wird, wird in bekannter Art beispielsweise eine Wirbelstromsonde durch den Rohrboden --51-- hindurch in das Rohr --15-eingeführt und dieses geprüft.
Anschliessend wird mit dem erwähnten zangenartigen Werkzeug das geprüfte Innenrohr --50-- wieder soweit in das Sackrohr eingeführt, bis die Zange am Rohrboden - ansteht. Wird nun die Zange geöffnet, so rasten die Rippen --74-- wieder in die Nuten - ein. Ist eine ganze Reihe fluchtend hintereinander liegender Rohre --50-- durchgeprüft, so wird der Stab --82-- in die Schlitze --75-- eingelegt und an seinen beiden Enden gesichert, was nicht gezeigt ist.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 weist das Rohr --72-- eine Nut --83-- mit einem O-Ring auf, sowie einen oberen und einen unteren Kranz --84 bzw. 85-- von je vier ringförmig angeordneten Nocken. Im Rohr --72-- ist ein Innensechskant --86-- vorgesehen. Ferner hat das Rohr --72-zwei axiale Längsschlitze --87--, in denen, wie in Fig. 2, ein Sicherungsstab-82-verläuft. Die Bohrungen --80-- der Rohrplatte --51-- sind mit einer Zirkularnut für die vier oberen Nocken - und mit vier axial gestossenen Nuten --841-- versehen, durch welche nach Art eines Bajonettverschlusses die oberen Nocken --84-- eingeführt werden können.
Zur Montage und Demontage des Innenrohres --50-- nach Fig. 3 wird ein Montagewerkzeug, von dem Fig. 4 das Kopfende zeigt, benötigt. Der Kopf des Werkzeugs besteht aus einer drehbaren Stange --88-- mit einem zylindrischen Teil --89--, einem Aussensechskant-90-, einem Fortsatz - und einem Kaliberteil --92--. Die Stange --88-- ist im Bereich des zylindrischen Teils --89-von einer Hülse --93-- umgeben, die eine Innenzirkularnut --94-- und vier, nach Art eines Bajonettverschlusses angeordnete Klauen --95-- hat.
Zum Ausbau des Innenrohres --50-- nach Fig. 3 wird zunächst der Sicherungsstab --82-- entfernt und sodann das Werkzeug axial eingeführt, wobei der Aussensechskant --90-- in den Innen-
<Desc/Clms Page number 4>
sechskant --86-- eingreift und die unteren Nocken --85-- des Innenrohres in die Nut --94-- zu liegen kommen. Nun wird die Stange --88-- um etwa 300 gedreht, während die Hülse --93-- festge- halten wird. Beim Drehen der Stange --88-- dreht sich das Rohr --50-- mit, wobei die oberen
Nocken --84-- in die Bereiche der Nuten --84'-- und anderseits die unteren Nocken --85-- hinter die Klauen --95-- gelangen. Das Werkzeug lässt sich nun mit dem Innenrohr --50-- axial wegfahren, worauf Innen- und Sackrohr geprüft werden können.
Der Einbau geschieht in umgekehrter Reihenfolge.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 weist der Rohrabschnitt --72-- am unteren Ende einen Bund --96-- auf, in dessen Bereich innen eine dreieckige Nut --97-- angebracht ist. Bei dieser Ausführungsform wird das Rohr, nach Entfernen eines Sicherungs-Flacheisens --98--, von innen her durch ein einfaches, nicht gezeichnetes Manipulierwerkzeug, das in die Nut --97-- eingreift, gefasst. Dann wird eine seitliche, im Fleisch der Rohrplatte --51-- zwischen drei Bohrungen --80-angeordnete Schraube --99-- mit exzentrischem Kopf so gedreht, dass der Bund --96-- freigegeben wird. In diesem Zustand lässt sich das Innenrohr --50-- mit Hilfe des Manipulierwerkzeugs ausziehen.
In Fig. 6 und 7 ist das Innenrohr --50-- durch eine gewendelte Flachstahlspirale --100-im Sackrohr --15-- zentriert geführt. Die Spirale --100--, die im Querschnitt etwa einem gleichseitigen Dreieck mit abgerundeten Ecken und nach aussen gewölbten Seiten entspricht, berührt dabei pro Umgang in drei linienförmigen Bereichen das Innenrohr --50-- und in drei, dazu um 600 versetzten, linienförmigen Bereichen die Innenwand des Aussen- oder Sackrohres --15--. Das Element --100-- kann beispielsweise durch Punktschweissen am Innenrohr befestigt sein. Es erfüllt Zentrierfunktion und weist gleichzeitig sehr günstige Dämpfungseigenschaften auf.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Doppelrohr-Wärmeübertrager, bei dem parallele Sackrohre mit ihren offenen Enden an einer ersten Rohrplatte dichtend angeschlossen sind, bei dem ferner beidseitig offene, parallele, gerade Innenrohre an einer zweiten Rohrplatte befestigt sind, und jedes der Innenrohre konzentrisch in je ein Sackrohr hineinragt und bis nahe an dessen geschlossenes Ende heranreicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenrohre (50) in der ihnen zugeordneten Rohrplatte (51) lösbar derart formund/oder kraftschlüssig verankert sind, dass sie durch diese Platte (51) hindurch einzeln ausziehbar sind.