DE2727032A1

DE2727032A1 - Haltevorrichtung fuer eine schicht von rohren im inneren eines behaelters

Info

Publication number: DE2727032A1
Application number: DE19772727032
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Creusot Loire SA
Current assignee: Creusot Loire SA
Priority date: 1976-06-16
Filing date: 1977-06-15
Publication date: 1977-12-29
Also published as: ES458917A1; GB1566633A; FR2355191A1; IT1083236B; SE431586B; FR2355191B1; DE2727032C2; NL182582C; US4105067A; JPS6023280B2; SE7705702L; NL182582B; JPS5322651A; NL7704670A

Description

BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ -fr- PATENTANWÄLTE

80OO München 22 - Steinsdorfstr. 1O Dipl.-mg. r.beetz «en.

TELEFON (089)22 72 01 -22 72 44-288810 Dlpl.-lng.K.LAMPRECHT T«l«xB22O4e-TelesrammAllpat«ntMUnch«n 7 7 7 7 03 2 Dr.-Ing. R.BEETZ Jr.

Dlpl.-Phys. U. HEIDRICH auch RacrttMnwait Dr.-Ing. W. TIMPE Dipl.-Ing. J. SI EGFRIE D

310-27.OO8P(27.009H) 15- 6. 1977

CREUSOT-LOIRE, Paris (Frankreich)

Haltevorrichtung für eine Schicht von Rohren im Inneren eines Behälters

Die Erfindung bezieht sich auf eine Haltevorrichtung für eine Schicht von in einer bestimmten Höhe im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Rohren, die aus zwei parallelen jeweils einerseits und andererseits der Rohre sich quer zur Rohrrichtung erstreckenden Haltebändern besteht.

Die Erfindung ist insbesondere bei der Fabrikation von Wärmetauschern anwendbar, vor allem bei Dampferzeugern für elektrische Kernreaktorzentralen.

In elektrischen Zentralen und insbesondere den Kernreaktorzentralen wird die Energie ausgehend von einem primä-

310-(76/43)-LBk

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ren Fluid erzeugt, das sich im Inneren eines Reaktors erhitzt und seine Wärme auf ein sekundäres Fluid überträgt, das verdampft wird, um die Turbinen anzutreiben.

Die Dampfgeneratoren setzen sich aus einem zylindrischen Gehäuse zusammen, im Inneren dessen Schichten von Rohren angeordnet sind, die von dem primären Fluid durchflossen werden. Die Rohre sind ihrerseits in dem sekundären Fluid angeordnet. Um eine Dehnung der Rohre zu erlauben, ist es üblich, ihnen die Gestalt eines U zu geben, die Rohre sind auf eine runde, bzw. rohrförmige einzige Platte aufgebaut, die im Grunde des zylindrischen Behälters sitzt.

Diese Anordnung hat unterschiedliche Nachteile. Einer von ihnen besteht darin, daß der Wärmeaustausch nicht im Gegenstrom erfolgt und daß der obere Teil des von den Rohren gebildeten U, d.h. die Seite, wo sich der Dampf bildet, nicht der heißeste Teil des Rohres ist, da das primäre Fluid, das in ihnen umläuft, bereits einen gewissen Weg von der rohrförmigen Platte aus zurückgelegt hat.

Man hat vorgeschlagen, Wärmetauscher auszuführen, die im Gegenstrom arbeiten und infolgedessen einen zylindrischen Behälter haben, der an seinen beiden Enden rohrförmige Platten trägt, in die die Wärmetauscherrohre eingreifen. Eine derartige Anordnung ist vom thermischen Standpunkt günstiger, hat jedoch den Nachteil, den Bogen der Rohre wegzulassen, der ihre Verformung möglicht macht. Um diesen Nachteilen zu begegnen, kann man den Rohren eine Wellenform geben. In diesem Falle haben die Rohre geradlinige, regelmäßig verteilte und zu den Erzeugenden des Behälters parallele Abschnitte, an denen sich die Haltevorrichtungen an die Rohre anpassen.

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Zwischen diesen geradlinigen parallelen Teilen haben die Rohre Krümmungen, die die Deformationen aufnehmen können.

Diese Anordnung ist korrekt vom Standpunkt des Verhaltens der Rohre, sie hat aber den schweren Nachteil, die Fabrikation des Wärmetauschers stark zu komplizieren, weil es unmöglich geworden ist, die Rohre eines nach dem anderen in die rohrförmige Platte und in die Zwischenhaitevorrichtung einzuziehen, weil die Rohre nicht mehr geradlinig sind.

Die Erfindung hat den Zweck, diese Nachteile zu beseitigen und bezieht sich auf eine neue Haltevorrichtung von Rohren im Inneren eines Behälters, welche die Anwendung eines neuen FabrikationsVerfahrens für die Herstellung des Wärmetauschers ermöglicht.

Für jede Schicht von Rohren umfaßt die Vorrichtung gemäß der Erfindung zwei parallele Halteringe, die jeweils auf der einen und der anderen Seite der Rohre quer zu deren Richtung verlaufen und die miteinander durch eine Mehrzahl von Zungen verbunden sind, welche die Rohre halten, indem sie sich von einem Haltering zum anderen in geneigten Richtungen relativ zu den Ringen selbst erstrecken und abwechselnd von dex· einen und der anderen Seite des Rohres einandex· kreuzen. Bei einem bevorzugten AusfUhrungsbeispiel d«sstehen die Zungen aus Rechtecken, von denen die einen auf die anderen folgen, aus jedem Haltering auf drei Seiten ausgeschnitten und aus ihm herausgedrückt sind, wobei jedes Rechteck mit dem Haltering durch die vierte, nicht durchgeschnittene Seite verbunden bleibt.

Aber die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Einsetzen der Schichten von Rohren in das Innere eines

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Behälters unter Verwendung von Haltevorrichtungen der Rohre: Die Haltevorrichtungen sind längs der Achse des zylindrischen Behälters gegeneinander gestuft, man befestigt zunächst den äußeren Haltering jeder Stufe an der Wand des Behälters, dann bringt man die Rohre in die Zwischenräume zwischen den Zungen ein: zweitens bringt man den Haltering mit den vorstehenden Zungen gegenüberliegenden Zungen ein und schweißt die Zungen jeweils zu zweien in Punktschweißung zusammen: man schweißt sodann mit Punktschweißung einen Haltering einer zweiten Vorrichtung auf die soeben befestigten Halteringe, dann legt man die Rohre der zweiten Schicht zwischen die Zungen und bringt den zweiten Haltering der zweiten Haltevorrichtung ein, indem man jeweils zwei Zungen der Ringe miteinander verschweißt. Auf diese Weise fährt man für jede Schicht von Rohren und jede Etage fort.

Die Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf ein spezielles Ausführungsbeispiel beschrieben, das lediglich als Beispiel zu werten und in der beigefügten Zeichnung veranschaulicht ist. Es stellen dar:

Fig. 1 eine Teildarstellung in axialem Schnitt eines Dampfgenerators, der mit den Haltevorrichtungen für die Rohre gemäß der Erfindung ausgestattet ist;

Fig. 6 eine Teildarstellung in einem Querschnitt; Fig. 2 eine Stirnansicht eines Halteringelementes;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des gleichen Elements vor der Verformung;

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Fig. k eine Ansicht von oben auf einen Teil einer Rohrschicht, die mit der Haltevorrichtung gemäß der Erfindung versehen ist;

Fig. 5 eine schaubildliche Teildarstellung der Haltevorrichtung von zwei parallelen Rohrschichten.

In der Fig. 1 ist schematisch ein Dampfgenerator der verbesserten Ausführung dargestellt, der vorher beschrieben wurde. Dieser Generator umfaßt im wesentlichen ein zylindrisches Gehäuse l, das an seinen Enden durch zwei Rohrplatten verschlossen ist, auf deren Außenseite die Speisekammern und Abflußkammern 13 für das primäre Fluid angeordnet sind. Das sekundäre Fluid wird in das Gehäuse 1 durch eine axiale Leitung 14 eingeführt und dieses sekundäre Fluid wird an den oberen Teil des Gehäuses durch eine Leitung 15 abgeführt. Das primäre Fluid kommt aus der oberen Speisekammer in die untere Abführkammer 13 durch eine Mehrzahl von Rohren 2, die schichtweise im Inneren des Gehäuses 1 angeordnet sind. Wie bereits angegeben wurde, sind die Rohre 2 wegen des besseren Verhaltens der gesamten Anordnung mit der Wand 1 des Gehäuses durch in regelmäßigen Abständen angeordnete Haltevorrichtungen 3 verbunden. Auf der Höhe der Vorrichtungen 3 haben die Rohre 2 geradlinige Teile 20, die parallel zu den Erzeugenden des Gehäuses 1 sind. Indessen zwischen den geradlinigen Teilen sind gebogene Abschnitte 21 der Rohre angeordnet, die normalerweise abwechselnd gegenüber dem einen und dem anderen der geradlinigen Teile 20 gebogen sind. Die Rohre haben so im wesentlichen die Form einer Sinuslinie, die sich dank der Anwesenheit der gebogenen Abschnitte 21 verformen kann und indessen gegen das Gehäuse durch die Haltevorrichtung 3 festgehalten sind, die sich auf die geradlinigen Abschnitte 20 abstützt.

Es erscheint sofort, daß das AnortbrIngen der Rohre

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innerhalb des Gehäuses schwierig ist und nicht durch die klassischen Rohrbehandlungsverfahren durchgeführt werden kann.

Die Fig. 5 stellt teilweise und in Perspektive die Haltevorrichtung dar, die erfindungsgemäß die Lösung dieses Problems bietet.

Bei dieser Vorrichtung sind die geradlinigen Teile 20 der Rohre einer gleichen Rohrschicht zwischen zwei parallelen Halteringen j51 und 32 eingeklemmt. Die Figuren 2, 3 und 4 geben ein Beispiel eines zunächst flach liegenden Halteringteils. jeder Halteringteil setzt sich aus einem rechteckigen flachen Stück zusammen, an dem eine Mehrzahl von gleichmäßig verteilten Zungen befestigt ist. Der Abstandsschritt (p) der Zungen entspricht dem Abstand der Rohre 20.

Wie man aus der Fig. 3 und der Fig. 4 ersieht, ist jede Zunge aus dem Haltering,an dem sie befestigt ist, in einer gegenüber dem Haltering geneigten Richtung herausgebogen. Andererseits sind in jedem Haltering zwei übereinanderliegende Reihen 4l und 42 von Zungen angeordnet und wenn die Zungen einer Reihe, beispielsweise 4l, nach der einen Seite gebogen sind, etwa nach links (auf der Fig. 4) gegenüber dem Haltering, sind die Zungen der anderen Reihe 42 nach der anderen Seite herausgebogen, d.h. nach rechts in der Fig.

Die Zungen bestehen aus in Form gebrachten Rechtecken, die an dem Haltering mit einer Seite befestigt sind. Im allgemeinen werden diese Zungen aus jedem Haltering an drei Seiten ausgeschnitten und aus dem Haltering herausgebogen, beispielsweise durch Stanzen. Jedes Rechteck bleibt über seine vierte nicht durchschnittene Seite mit dem Haltering verbunden. Vorzugsweise, wie man aus der Fig. 4 erkennt,

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hat jede Zunge einen geneigten Teil 413 bzw. 423, der an seinem Ende 4l4 bzw. 424 wieder parallel zu der Bandage 3 abgebogen ist.

Man kann auf diese v/eise eine große Anzahl von vorgearbeiteten Halteringen oder -teilen bilden, die vorzugsweise noch flach sind, weil diese Halteringe in ihre Form gebogen werden, um den gewünschten Durchmesser zu erzielen, wenn das Gehäuse zylindrisch ist.

Wie man aus den Fig. 3 und 4 erkennt, sind die zwei übereinander angeordneten Halteringreihen symmetrisch derart geneigt, daß die Enden 4l4 der oberen Zungen und 424 der unteren Zungen in der gegenseitigen Verlängerung liegen und daß ihre äußeren Flächen sich in einer parallel zum Haltering liegenden Fläche treffen, die durch die Achsen der Rohre 20 geht. Man versteht, daß es auf diese Weise möglich ist, an der anderen Seite der Rohre einen gleichen Haltering anzusetzen, dessen Zungen sich in umgekehrter Richtung zu den Zungen des anderen Halteringes erstrecken und deren Enden jeweils zu zweien sich gegenseitig abstützen. Auf diese Weise bilden vier Zungen von zwei Halteringen im wesentlichen ein symmetrisches Sechseck relativ zur Ebene 22, die durch die Achsen der Rohre 20 geht. Die Abmessungen und die Neigungen der Zungen sind so vorgesehen, damit jedes Rohr sich in das Innere dieses Sechsecks einfügt und sich auf die geneigten Teile der Zungen in vier Punkten A, B, C, D abstutzt, die miteinander die Ecken eines Rechtecks bilden. Das Rohr ist auf diese Weise vollkommen festgehalten und es ist besser, daß es sich nicht auch noch auf die Halteringe abstützt, was es tun würde, wenn das Sechseck regelmäßig wäre. Dagegen bevorzugt man, den Zungen eine derartige Form zu geben, daß der geneigte Teil langer als die Basis a des

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Sechseckes ist, das dem Abstand der Zungen (Fig. 2) entspricht. Da die Zungen eine gewisse Elastizität haben, ist es möglich, nach Festlegen des ersten Halterings 31 jedes Rohr 20 in das V einzufügen, das von den in umgekehrter Richtung geneigten Teilen 413 und 423 der Zungen der beiden übereinander angeordneten Schichten gebildet wird. Dann, nach Einsetzen der Rohre, kann man den zweiten Haltering 32 einfügen, dessen Zungen 431 und 432 die Sechsecke schließen, welche die Rohre umgeben und deren Enden sich aneinander abstützen. Die Gesamtheit kann einfach dadurch befestigt werden, daß man mit Punktschweißung (A Fig. 5) die gegeneinander an den anderen Zungen anliegenden Enden verschweißt.

Dasselbe Verfahren kann angewendet werden, um mehrere parallele Schichten von Rohren festzulegen, wie sie auf den Fig. 5 und 6 im Falle eines zylindrischen Gehäuses dargestellt sind.

In der Fig. 5 hat man zwei Schichten von parallelen Rohren vereinigt. Die Halteringe 31 und 32 der ersten Schicht sind miteinander über die Enden der Zungen festgelegt, wie bereits oben gesagt wurde. Dann bringt man einen neuen Haltering 310, der dem Haltering 31 gleicht, ein, der mit Punktschweißung (B) an dem Haltering 32 befestigt wird. Sodann legt man die zweite Schicht von Rohren 200 in die Zwischenräume zwischen den Zungen der Halteringe ein und schließt das Ganze, wie zuvor angegeben, dadurch ab, indem man den zweiten Haltering 320, die dem Haltering 32 gleicht, einbringt und die Enden der in Berührung kommenden Zungen miteinander durch Punktschweißung verschweißt.

Das gleiche Verfahren kann angewendet werden, um im Inneren eines Behälters eine Mehrzahl von Rohrschichten

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anzuordnen, wie dies in der Fig. β gezeigt ist, die einen Querschnitt eines zylindrischen Gehäuses 1 zeigt. Die Rohre sind in konzentrischen Schichten angeordnet, deren Durchmesser bei Annäherung an das Zentrum des Gehäuses sich verkleinert. Die Halteringe sind zunächst zugeschnitten und flach gestanzt, um die geneigten Zungen zu bilden, dann biegt man sie in der Weise, daß sie den gewünschten Radius haben, der dem Platz jedes Halteringes angepaßt ist. Der äußere Haltering 31 von größtem Durchmesser wird unmittelbar an das Gehäuse l angeschweißt. Selbstverständlich besteht der Haltering aus einer gewissen Anzahl von stoßend angeordneten Elementen.

Nachdem der erste vollständige Haltering 31 und die äquivalenten, mit regelmäßigem Abstand längs der Höhe des Gehäuses liegenden Halteringe befestigt sind, bringt man die erste Schicht von Rohren 20 ein. Jedes Rohr wird durch die zentrale öffnung des Generators eingeführt. Dann bringt man den zweiten Haltering 32, der auch aus stoßend angeordneten Elementen besteht, ein.

Der dritte Haltering wird an den Haltering 32 durch an den Berührungspunkten durchgeführte Punktschweißung verbunden und er setzt sich ebenfalls aus stoßend aneinandergesetzten Elementen zusammen, die aber relativ zu den Elementen des Halterings 32 derart versetzt sind, daß die Stoßebenen nicht zusammenfallen (Fig. 5).

Man bringt dann die zweite Schicht von Rohren 200 ein, die man wie vorher einbringt, die Rohre jedenfalls eins nach dem anderen durch die zentrale öffnung des Wärmetauschers. Man befestigt dann den zweiten Haltering 320, und man fährt so weiter in Richtung auf die Achse des Gene-

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rators fort. Eine rohrförmige Säule β wird vorzugsv:eise in die Achse des Behälters 1 gesetzt, um das sekundäre Fluid längs den Schichten von Rohren zu führen.

Bei dem Wärmetauscher dieser Bauart ist es üblich, dem sekundären Fluid, das die Rohre umspült, einen möglichst langen Weg längs der Rohre vorzuschreiben. Zu diesem Zweck sind die Haltevorrichtungen 3 zumindest teilweise derart geschlossen, daß sie Schikanen bilden, die das sekundäre Fluid zwingen, einen Weg zurückzulegen, der die Rohre quer zu ihrer Richtung umspült.

Die Haltevorrichtung, die soeben beschrieben wurde, kann leicht mit Hilfe von Abdichtungselementen 5 zu Schikanen umgearbeitet werden, die zwischen die Rohre jeder Schicht eingesetzt werden. Jedes Element 5 setzt sich aus einer Platte zusammen, die mit zwei halbkreisförmigen Ausschnitten versehen ist, die in einander entgegengesetzten Richtungen angeordnet sind und deren Durchmesser und Abstand den Abmessungen der Rohre derart entsprechen, daß jedes Element 5 sich vollkommen in den zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rohren freigelassenen Abstand einfügt.

Andererseits ist jedes Element 5 mit hochgebogenen Randteilen 53 versehen, die parallel zu den Halteringen sind und sich an sie anlegen. Wenn man eine Schicht von Rohren, die von zwei Halteringen umgeben ist, verlegt hat, bringt man die Abdichtungselemente 5 jeweils nacheinander an ihre Plätze und schweißt sie durch Punktschweißung (C) an den Bandagen mittels ihrer hochgebogenen Ränder 53 an. Auf diese V/eise bildet die Haltevorrichtung eine dichte Schikane, die die Richtung der Strömung des sekundären Fluids, das zwischen den Rohren strömt, ablenkt; eine öffnung ist jedoch für den Durchlauf von einer Etage zur anderen gelassen.

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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die Einzelheiten des Ausführungsbeispiels beschränkt, das soeben beschrieben wurde, und auch nicht auf seine spezielle Anwendung. Sie umfaßt im Gegenteil sämtliche Varianten und insbesondere diejenigen, die sich nur durch die Verwendung äquivalenter Mittel unterscheiden.

Andererseits hat man eine Haltevorrichtung für Rohre in einer sehr speziellen Anordnung für die Herstellung von Dampfgeneratoren für Kernreaktorzentralen beschrieben; es dürfte jedoch klar sein, daß man auch Wärmetauscher für andere Zwecke in dieser Art bauen kann. In gleicher Weise könnte man die gleiche Anordnung jedesmal dann verwenden, wenn man in regelmäßigem Abstand verlegte Rohrschichten im Inneren eines Behälters festlegen muß.

Schließlich ist es klar, daß die Vorrichtung sich an jede Form von Behältern anpassen läßt, da sie im wesentlichen aus Halteringen besteht, die zunächst in flacher Form hergestellt und dann gebogen werden. Die Biegung dieser Haltevorrichtung und ggf. die Länge und der Teilungsschritt der Haitezungen können von der Anordnung der Haltevorrichtung im Inneren des Gefäßes abhängen.

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Claims

7777032

Ansprüche

(_sly Haltevorrichtung für eine Schicht von in einer bestimmten Höhe im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Rohren, die aus zwei parallel jeweils einerseits und andererseits der Rohre sich quer zur Rohrrichtung erstreckenden Haltebändern besteht,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Haltebänder (31, 32) miteinander durch zahlreiche Zungen (4) zum Halten der Rohre (20) verbunden sind, die sich von einem Halteband zum anderen in gegenüber den Haltebändern geneigten Richtungen erstrecken und sich abwechselnd an der einen und der anderen Seite jedes Rohres kreuzen.
2. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zunge (4) sich von einem Halteband (31) bis zur Mitte des die Haltebänder trennenden Zwischenraumes erstreckt und daß an dieser Stelle ihr Ende (4l4) an das entsprechende Ende (4^4) einer anderen in umgekehrter Richtung von einem anderen Halteband (32) erstreckenden Zunge verbunden ist und daß die beiden Zungen mit ihrem jeweiligen zentralen Teil sich auf zwei aufeinander folgende Rohre der Rohrschicht abstützen.
3. Haltevorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungen (4) aus Rechtecken besteht, die aus jedem Halteband (31) auf drei Seiten ausgeschnitten und von diesem durch Ausbiegen einseitig getrennt sind; jedes Rechteck bleibt mit dem Halteband durch die vierte nicht durchgeschnittene Seite verbunden und hat

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einen gegenüber dem geformten Teil des Haltebandes geneigten Teil und ist an ihrem Ende parallel zum Halteband gebogen oder geradegerichtet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungen (4) aus dem Halteband (31) in zwei übereinander angeordnete Reihen (4l, 42) ausgeschnitten sind, die Zungen einer gleichen Reihe mit dem Halteband der gleichen Seite verbunden bleiben und mit dem gleichen Winkel gegenüber dem Halteband ausgebogen sind, die Zungen der anderen Reihe mit dem Halteband an ihrer entgegengesetzten Seite verbunden und relativ zum Halteband symmetrisch zu den Zungen der ersten Reihe ausgebogen sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da3 jedes Rohr (20) durch vier Zungen eingeschlossen ist, die sich auf das Rohr in Punkten (A, B, C, D) abstützen, die an den vier Ecken eines Rechteckes liegen.
6. Haltevorrichtung für eine Mehrzahl von parallelen Rohrschichten, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schicht von einem Paar von Haltebändern festgehalten wird, die mit Zungen entsprechend einem der vorangegangenen Ansprüche versehen sind, und daß diese Paare von Haltebändern zusammenhängen, das äußerste Halteband an dem Gefäß oder dem Behälter befestigt ist und die anderen Haltebänder (32, 310, 320, 311, 321) jeweils zu zweit miteinander verschweißt sind.
7. Haltevorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, die eine Ablenkschikane für ein Fluid bildet, das längs der Rohre strömt,

dadurch gekennzeichnet,

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daß sie eine Mehrzahl von Abschlußelementen (5) aufweist, die jeweils zwischen zwei benachbarten Rohren (20) angeordnet sind, wobei jedes Abschlußelement aus einer Platte besteht, in der Richtung der Rohre zwei halbkreisförmige Ausschnitte (51, 52) für das Anlegen an zwei Rohre aufweist, und die seitlichen Ränder (53) in der senkrechten Richtung angehoben und an die beiden Haltebänder (31, 32) angeschweißt sind, welche die Rohre umgeben.

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