NO148573B - Varmeveksler. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en varmeveksler av såkalt mantel-rørsats-type med innebygde ledeplater (baffles), som ved sin utforming og plassering i mantelen gir et varmeoverføringsmessig gunstig strømningsforløp for medium i mantelen og samtidig gir den nødvendige støtte for den i mantelen innlagte rørsats.

En felles ulempe for alle de kjente konstruksjonsvarianter av denne varmevekslertype er at et høyt trykkfall på mantelsiden i varmeveksleren begrenser utnyttelsen av varmeoverføringsflaten. Dette trykkfallet er resultat av høye hastigheter med et turbu-lent strømningsbilde i mantelen som er nødvendig for å oppnå et høyt varmeovergangstall mellom medium og rørene. Det opereres ofte med relativt høye hastigheter på media i varmevekslerne, noe som ofte medfører rørvibrasjoner med mekanisk sammenbrudd av rørsatsen til følge.

Det er således et formål med foreliggende oppfinnelse å frembringe en varmeveksler som sikrer en høy varmeovergang ved minimalt trykkfall, gir en driftssikker mekanisk konstruksjon, er anvendbar i de fleste driftsforhold (trykk, temperatur, hastigheter, miljø) og som er basert på serieproduserte, prefabrikerte komponenter.

Et videre formål med oppfinnelsen er å frembringe en varmeveksler med lav vekt og med lave bygge-, installasjons-, drifts- og vedlikeholdskostnader.

Formålet ifølge oppfinnelsen oppnås ved en varmevekslerkonstruk-sjon som definert i de vedlagte patentkrav.

Oppfinnelsen skal i det etterfølgende beskrives mer utførlig i forbindelse med en utførelsesform av en varmeveksler som er sarlig egnet til formålet ifølge oppfinnelsen og som er vist på de medfølgende tegninger hvor: Fig. 1 viser skjematisk et snitt gjennom varmeveksleren med sentralrør og ledeplater, Fig. 2 er en detalj tegning av innfestning og

bevegelsesmekanisme for ledeplater og

Fig. 3 er et perspektivbilde av en ledeplate med oppknekket kant for oppsamling/bortføring av kondensat.

På Figur 1 vises det skjematisk et avsnitt av en varmeveksler bestående av mantel (1) med innløp (2) for tangential inn-strømning av varme/kjøle-medium. Et tilsvarende mediumutløp er plassert i den andre enden av mantelen (ikke vist på bildet).

En endebunn (3) med en tilkoblingsstuss (4) på rørsiden er de kjente komponenter fra en konvensjonell mantel-rørsats varmeveksler. Et sentralrør (6), neddreid i begge sine ender og kon-sentrisk innfestet til rørplater (5), utgjør en referanselinje for oppbygging av rørsatsen.

De vridbare ledeplater (7), som samtidig bærer varme-vekslerrørene (8) i og med at de er utstyrt med en mangfoldighet av åpninger som rørene strekker seg gjennom, innstilles nøyaktig i forhold til referanselinjen både med hensyn til vridnings-vinkel og avstand til senterlinjen. En trekk/skyve-stang (9) plassert i sentralrøret som påvirker de bevegelige ledeplatene (7), anvendes til fastspenning av varmevekslerrørene (8).

Selve prinsippet for innfesting av ledeplatene til sentralrøret og bevegelsesmekanismen for disse platene ses best på Figur 2 . Ledeplatene (7) er forsynt med en bolt (10), festet f.eks. ved sveising (11) som antydet på Figuren. Sentralrøret (6) er forsynt med et antall føringshylser (12) for innføring av boltene (10) med ledeplatene som er bevegelige i forhold til sentralrøret.

Ledeplatene plasseres f.eks. parvis som vist på Figuren, enten som de ovennevnte bevegelige plater eller vekselvis med faste ledeplater som via bolter (10) er direkte festet til sentral-røret (ikke vist på Figuren). Disse hylsene (12), som er festet til sentralrøret, er forsynt med freste styrespor som samvirker med nedre kant (13) på ledeplatene slik at den innbyrdes posi-sjon og vinkel av ledeplatene i forhold til sentralrørets senterlinje og hverandre, er fastsatt.

Hylsene (12) er fremstilt med en gjennomgående åpning (14) slik at trekk/skyve-stangen (9) kan tres gjennom samtlige hylser i sentralrøret. Selve trekk/skyve-stangen, som påvirker ledeplatene (7) via føringsboltene (10) slik at de beveges utover fra senterlinjen mot mantelen og således spenner fast varme-vekslerrørene (8), er utført som et sylindrisk legeme med to forskjellige diametre. Overgangen (16) i trekkretningen mellom disse to diametrene er utformet konisk og denne utforming sikrer en forstilling av varmevekslerrørene under forskyvning av trekk/skyve-stangen. Derved fastspennes varmevekslerrørene og rørvibrasjoner forhindres. Trekk/skyve-stangen kan også utformes slik at ledeplatene beveges i andre retninger enn vinkelrett til sentralrøret.

Figur 3 viser en ledeplate (7) påsatt innfestingsbolt (10) og utformet med en oppknekket kant (15). I en vertikal installert varmeveksler vil slike oppknekte platekanter fungere som samle-renner for bortføring av kondensat, som i visse anvendelses-tilfeller dannes på røroverflater og nedsetter varmeovergangen ved å renne fritt langs rørene. De innstillbare ledeplatene er festet til sentralrøret under vinkler som muliggjør at konden-satet bæres langs platen mot den oppknekte kanten og føres videre mot mantelens innside slik at dannelse av tykke kon-tinuerlige filmer av kondensat på rørene reduseres.

Varmeveksler ifølge oppfinnelsen som beskrevet ovenfor ved hjelp av de vedlagte figurer 1-3 fungerer på følgende måte: De parvis påsatte og individuelt innstillbare ledeplater gir en stor fleksibilitet med hensyn til utforming og styring av strøm-ningsforløpet i mantelen. Basert på serieproduserte, prefabrikerte komponenter kan man ved å velge avstand mellom platene og vridningsvinkelén på disse, variere strømningsbildet over et stort område og velge det strømningsmønsteret som er optimalt for en gitt anvendelse, medium eller varmevekslerens størrelse/ kapasitet. Et sentralrør sammensatt av flere sek-sjoner med individuell konfigurasjon og innstilling av ledeplater tillater at man kan variere strømningsforholdene, f.eks. fra høye hastigheter i innløpspartiet til lavere hastigheter ved utløpet der hvor dette er hensiktsmessig med tanke på drift under vanskelige forhold med forurensninger, inertgasser etc. Man kan således praktisk eliminere eksistensen av "døde soner", som er så typiske for de konvensjonelle mantel-rørsats varme-vekslere med redusert varmeovergang og begroing av visse partier, f.eks. bakom platene.

Metoden med fastspenning av varmevekslerrørene etter at de er tredd gjennom ledeplatene gir muligheter for å benytte større klaring mellom hullene i ledeplatene og rørene. Kravet til toleransene er redusert, arbeidet med å tre rørene gjennom platene lettes, samtidig som billigere rør kan anvendes og faren for rørvibrasjon blir allikevel eliminert.

Oppbygging av hele rørsatsen rundt et fastspent sentralrør som referanselinje letter mekanisering/automatisering av komponent-fremstillingen og montasjen, samtidig som en tilstrekkelig stor grad av nøyaktighet under hele oppbyggingen av varmeveksleren er automatisk ivaretatt.

Varmeveksleren som vist på Figurene .1-3 og beskrevet ovenfor representerer kun en praktisk utføringsform ifølge oppfinnelsen. Andre konstruksjoner og modifikasjoner av den viste varmeveksleren kan anvendes innenfor rammen av den foreliggende oppfinnelse. -Eksempelvis for å oppnå strømningsteknisk enda gunstigere trykk-tapskaraktéristikk i varmevekslerens lengderetning, kan man istedenfor vanlige, symmetriske rør med sirkulært tverrsnitt som varme/kjøleelementer i rørsatsen, anvende rør med et avlangt tverrrsnitt, som f.eks. eliptiske rør, ovale rør eller dråpe-formede hule profilér, slik at deres lengdeakse i tverrsnittet forløper stort sett sammenfallende med mediastrømmen i mantelen.

Den spesielle kombinasjon av tangentielt innløp for medium med spiral dannende skillevegg formet av de innstillbare ledeplatene i mantelen og rør med.avlangt tverrsnitt anordnet i konsentriske sirkler, gjør at man får ytterligere nedsatt trykk- tapet i varmeveksleren.

Claims (5)

1. Varmeveksler omfattende en mantel (1) utstyrt med inntak og uttak for et medium som sirkulerer gjennom mantelen og en pluralitet av rør (8) innlagt i mantelen, stort sett parallelt med mantelens longitudinale akse, og støttet av innebygde ledeplater (7), •karakterisert ved at rørene (8) danner en rørsats bygget rundt et sentralrør (6) som er plassert i mantelen (1) og at sentralrøret (6) er forsynt med ledeplater (7) som er individuelt innstillbare.

'2. Varmeveksler ifølge krav 1, karakterisert ved at sentralrøret (6) er plassert koaksialt med mantelens longitudinale akse og at de individuelt innstillbare ledeplatene (7) også er bevegelige i forhold til sentralrøret (6) ved hjelp av en trekk/skyve-mekanisme innlagt i sentralrøret og utformet fortrinnsvis som en trekk/skyve-stang (9).

3. Varmeveksler ifølge krav 2, karakterisert ved at ledeplatene (7) er vinKelrett bevegelige i forhold til sentralrøret (6).

4. Varmeveksler ifølge krav 2, karakterisert ved at trekk/skyve-stangen (9) er utformet som et sylindrisk legeme med to forskjellige diametre og en konisk overgang (16) mellom diametrene.

5. Varmeveksler ifølge et eller flere forangående krav, karakterisert ved at rørene (8) på i og for seg kjent måte er eliptisKe eller ovale•