Anzapfdampf-Speisewasservorwärmer für Dampfturbinenanlagen Die meistens als Rohrbündel-Wärmeaus- tauscher gebauten, von Anzapfdampf beheiz ten Speisewasservorwärmer, insbesondere die in der Speisewasserleitung nach der Speise wasserpumpe angeordneten Hochdruckvorwär mer, müssen entsprechend den in neuzeitlichen Dampfturbinenanlagen zur Anwendung kom menden hohen Dampfdrücken und -tempera- turen sowie mit Rücksicht auf die Höhe der Einheitsleistung vieler heutiger Dampftur binengruppen sehr gross und stark gebaut wer den.
Wird, was vielfach üblich ist, in jedem Vorwärmer nur ein einziges Rohrbündel, sei es mit im wesentlichen geraden oder mit U-förmig gebogenen Rohren, verwendet, so ist dessen Durchmesser sehr gross, und demgemäss mass nicht nur der Mantel des Vorwärmer gehäuses, sondern es müssen auch die Wasser- kammerwände und vor allem die Rohrböden sehr dick gebaut werden, was kostspielig und überdies bei plötzlich und in einzelnen Teilen ungleichmässig auftretenden Wärmebean- spruchungen festigkeitsmässig sehr nachteilig ist. Oft müssen bei solchen Vorwärmern ge schmiedete Wasserkammern verwendet wer den, deren Herstellung umständlich und teuer ist.
Auch die Aufteilung eines Vorwärmers dieser Art in zwei oder mehr parallel geschal tete Vorwärmer herkömmlicher Bauart ist wenig vorteilhaft, da jeder einzelne dieser für einen Teil der Speisewassermenge bemessenen Vorwärmer für den hohen Druck gebaut sein und insbesondere sehr starke Rohrböden haben muss.
Es sind Hochdruckvorwärmer mit U-för- mig gebogenen Rohrbündeln bekannt, bei welchen die gebogenen Rohre in eine Rohr platte eingeschweisst sind und das Bündel als Ganzes von einem Dampfmantel -angeben ist. Bei dieser Bauart wird genügend Raum für das Einschweissen der einzelnen Rohre be nötigt, wodurch der Durchmesser des Bündels und damit auch derjenige des Dampfmantels sehr gross wird. Ausserdem müssen ans schweisstechnischen Gründen Stahlrohre ver wendet werden, die ausser Betrieb Korro sionen ausgesetzt sind.
Des weiteren sind auch Hochdrackvor- wärmer bekannt, deren U-förmige Rohrbündel in zwei Flüsse. aufgeteilt sind, wobei dem Rohrbündel jedes Flusses ein ebenfalls .U-för- miger Dampfmantel angepasst ist. Diese Bau art bringt mit sich, dass sich der Dampf mantel nicht vom Rohrbündel abziehen lässt, was die Kontrolle der Schweissnähte verun- möglicht.
Es ist ferner bekannt, den Rohrboden zu sammen mit der Wasserkammerwandung in einem Stück herzustellen, wobei in dem dem Rohrboden gegenüberliegenden Teil der Wasserkammerwandung eine Öffnung ange bracht ist, die dem Einwalzen der Rohrenden und der späteren Kontrolle der Walzstellen dient.
Diese Öffnung mass aber, aus Festig- keitsgründen und um den für ihre Abschlie- ssung benötigten Deckel nicht unhandlich gross werden zu lassen, verhältnismässig klein ge halten werden, so dass nicht auf der ganzen berohrten Fläche des Rohrbodens, unmittel bar in gerader Richtung auf die Rohrenden hin, eine Rohrwalze beim Einwalzen der Rohre eingesetzt werden kann, was die maschi nelle Einwalzung der Rohre verunmöglicht.
Schliesslich sind Vorwärmer bekannt, bei wel chen mehrere Rohrschlangen, durch die das vorzuwärmende Wasser geführt wird, an Sam- melrohre durch Einwalzen angeschlossen sind, wobei jeder Walzstelle in den Sammelrohren eine Öffnung gegenüberliegt, die nach been detem Einwalzen der Rohre mit einem Pfrop fen verschlossen wird. Bei jeder Kontrolle der Walzstellen sind also viele einzelne Pfropfen zu entfernen und wieder druckfest einzu setzen.
Die Erfindung betrifft nun einen Anzapf- dampf-Speisevasserv orvärmer für Dampf turbinenanlagen, mit mehreren in Parallel schaltung je von einem Teilstrom des vorzu wärmenden Speisewassers durchflossenen U- förmigen Rohrbündeln, der die Nachteile der bekannten Vorwärmer vermeidet und ihre Vorteile in sich vereinigt.
Er ist gekennzeich- net durch mehrere je ein Wasserkammer element und mindestens ein von einem Mantel umschlossenes Rohrbündel aufweisende Vor wärmeelemente, deren Wasserkammerelemente mit parallel nebeneinander angeordneten Ein tritts- und Austrittswasserkammern von an nähernd kreisförmigem Querschnitt in einer Reihe aneinander angeschlossen sind, wobei ein Teil der Wandung jeder Wasserkammer als Rohrboden für die Enden der U-förmigen Rohrbündel ausgebildet ist.
Die Zeichnung zeigt beispielsweise eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstan des.
Fig.1 zeigt eine Seitenansicht des Vor wärmers, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 in grösserem Massstab einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1 und Fig. 4 ebenfalls in grösserem Massstab, einen Schnitt durch die Wasserkammer des Vorwärmers nach der Linie IV-IV der Fig. 1, wobei jedoch nur drei Wasserkammerelemente dargestellt sind anstatt deren sechs, wie in Fig.1.
In den Fig. 1 bis 4 sind für gleiche Teile dieselben Hinweisbuehstaben verwendet wor den.
g In Fig. 1 ist in Seitenansicht ein Vorwär mer mit insgesamt sechs Vorwärmerelementen k, k' und k" dargestellt. Diese Vorwärmer elemente bestehen, wie weiterhin aus den Fig. und 3 hervorgeht, im wesentlichen je aus einem Wasserkammerelement a und aus zwei über einander angeordneten von einem zylinder- förmigen Mantel e (Fig. 3) umschlossenen Rohrbündeln f', f"; es könnte aber auch nur ein Rohrbündel pro Vorwärmerelement vorhan den sein.
An die Mäntel e sind die verschiedenen Dampf- und Kondensatleitungen bzw. Lei tungsstutzen g, g', g", h, h' sowie m, ange schlossen, deren Anordnung und Wirkungs weise im folgenden näher erläutert wird. Die Enden der vorzugsweise aus Kupfer-Nickel- Legierung bestehenden Rohre der U-förmi- gen Rohrbündel f', f" sind in Rohrböden b eingewalzt, als welche, wie deutlich aus Fig. 3 ersichtlich ist, Teile der Wasserkammerwan- dung ausgebildet. sind.
Der Innendurchmesser der im Querschnitt annähernd kreisförmigen W, asserkammern braucht nicht grösser zu sein als derjenige der an sie angeschlossenen Speise wasserleitungen. Der Durchmesser des Rohr bündels ist. aber kleiner als der Innendurch messer des zylindrischen Teils der betreffen den Wasserkammer.
Die zum Einwalzen in den Rohrenden benötigten Öffnungen, von denen in jedem Wasserkammerelement a je zweimal zwei übereinander angeordnete vor handen sind, dienen bei späteren Überholungen der Überprüfung der Einwalzstellen; sie sind mit Kontrolldeckeln c', c" (Fig.1) versehen. die von Verschlussmuttern d (Fig. 3) in ihrer Lage gesichert sind.
Die Fig. 3 zeigt noch die ebenfalls aus Fig. 2 ersichtliche Trennwand i zwischen den Strängen eines U-förmig fle- bogenen Rohrbündels f' sowie einen Dampf eintrittsstutzen bei g und einen Kondensat austritt bei h.
Fig.4 zeigt links die Wassereintrittskam mer und rechts parallel nebeneinander zu die ser angeordnet die Wasseraustrittskammer jedes einzelnen Wasserkammerelementes a, welche letztere in einer Reihe aneinander an- gesehlossen sind. In den in Stirnansicht dar gestellten Rohrböden b sind die eingewalzten Rohrenden der U-förmig gebogenen Rohr bündel f', f" sichtbar. Die Anschlussstutzen p erlauben den Anschluss der Wasserkammern an die Speisewasserleitung; das dem betreffen den Stutzen p entgegengesetzte Ende der am weitesten von diesem Stutzen p liegenden Was serkammer ist mittels der Abschlusskappe l verschlossen.
Um den Wärmeübergang zwischen den par allel nebeneinander angeordneten Eintritts und Austrittswasserkammern zu vermeiden, ist es angebracht, diese nicht mit einer ge- neinsamen Trennwand aneinanderstossen zu lassen; zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, die Rohrenden jedes Rohrbündels f', f" gegenüber dessen Mittelachse - in welcher die Trenn wand i liegt - um einen Winkel a (Fig. 3) nach aussen abzuwinkeln.
Das vorzuwärmende Speisewasser tritt nach Fig. 1 und 4 bei n in den Vorwärmer ein und verlässt diesen bei o. Aus jedem Wasserkam- nerelement a tritt im Sinne der betreffenden eingezeichneten Pfeile ein Teilstrom des Speise wassers in die parallel geschalteten Rohr bündel jedes Vorwärmerelementes ein und aus.
Die Rohrleitungen zur Führung des Heiz- dampfes und dessen Kondensates sind nach den Fig.1 und 2 so angeordnet, dass das erste Vorwärmerelement k, in welches der Heiz- dampf bei g eintritt, als Heizdampfenthitzer wirkt, und dass das letzte Vorwärmerelement k", aus welchem das zusammengefasste Vor wärmerkondensat bei m austritt, als Konden satkühler wirkt. Zu diesem Zweck wird die gesamte Heizdampfmenge durch das Ent- hitzerelement k geführt und in diesem auf etwa die Sattdampftemperatur abgekühlt.
Durch die Rohrleitung g' lund die Abzweig- leitungen g" wird der Heizdampf dann in Par allelschaltung den Vorwärmerelementen k' zugeführt, in welchen der Sattdampf kon densiert. Bei den Kondensataustritten h tritt das sich bildende Kondensat aus den Elemen ten<I>k</I> und k' aus, worauf es in der Leitung<I>h'</I> zusammengefasst und dem Vorwärnerelement k" zugeführt wird. Nachdem dieses zusam mengefasste Kondensat durch den durch das Vorwärmerelement k" fliessenden Teilstrom des Speisewassers abgekühlt worden ist, ver lässt es den Vorwärmer beim Kondensataus tritt m. Wenn nötig, können die Rohrleitun gen zur Führung des Heizdampfes und des sen Kondensates mit Leichtigkeit so angeord net werden, dass mehrere Vorwärmerelemente als Heizdampfenthitzer bzw. mehrere als Kon densatkühler wirken.
Die beschriebene Bauweise für Anzapf dampf-Speisewasservorwärmer ergibt folgende Vorteile: Der Vorwärmer ist in den Strang der Speisewasserleitung eingebaut: die anein andergeschweissten Wasserkammerelemente von gleichem Durchmesser wie die Speisewasser leitung ersetzen einen Teil der Länge der selben, so dass Leitungsmaterial eingespart und überdies die Anordnung der Rohrleitun gen vereinfacht wird. Die hohem Dämpf- bzw.
Wasserdruck und hoher Temperatur unter worfenen Teile der einzelnen Vorwärmer- elemente können infolge ihrer verhältnismässig kleinen Abmessungen mit geringeren Wand stärken gebaut werden als die bisher üblichen Vorwärmer; die Vorwärmerelemente können deshalb aLleh für Höchstdrücke gebaut werden, ohne dass schädlich grosse Wandstärken ver wendet werden müssen.
Besonders vorteilhaft wirkt sich dies aus beim Enthitzermantel, der dank seinem kleinen Durchmesser mit ver gleichsweise geringer Wandstärke gebaut wer den kann, was für seine Festigkeit bei hoher Temperatur (bis zu etwa 470 C) und bei möglicherweise auftretenden plötzlichen Tem- peraturändertmgen wichtig ist. Alle übrigen Vorwärmerelemente arbeiten im Gebiet der Sattdampftemperatur, so dass die Wandstär ken ihrer Mäntel von der Temperatur nicht wesentlich beeinflusst werden.
Die verhältnis- mässig kleinen Wasserkammerelemente können in Stahlguss ausgeführt werden und sind giessereitechnisch einfach geformt. Dies ist wichtig im Hinblick darauf, dass für Hoch druckvorwärmer der bisherigen Bauart (mit nur einem Rohrbündel) für Turbinengruppen mit hoher Einheitsleistung (z. B. über 100 MW) und für Betriebsdrücke über etwa 150 kg/cmê aus giessereitechnischen Gründen keine Stahl gusskammern hergestellt werden können, wes halb man genötigt ist, die Kammern aus Schmiedestahl anzufertigen, was sehr kost spielig ist. Zudem werden die Rohrböden sehr dick (bis zu etwa 300 mm), was das Bohren der grossen Anzahl von Rohrlöchern erschwert.
Beim erfindungsgemässen Vorwärmer ergibt die vielfache Aufteilung des einen Rohrbün dels in kleine Bündel Rohrböden mit kleinen Abmessungen und mithin kleiner Dicke, was das Bohren der Rohrlöcher erleichtert. Die Rohrböden sind zudem als Verdickungen der Wasserkammernwandungen ausgebildet, was baulich eine Vereinfachung ihrer Herstellung und festigkeitsmässig eine Verstärkung der selben bedeutet. Die Handhabung der einzel nen Wasserkammerelemente während ihrer Herstellung und deren Bearbeitung ist für die Werkstätte leichter als diejenige schwerer Kammern für ein ungeteiltes Rohrbündel. Es können alle Wasserkammerelemente, bevor sie z. B. durch Schweissen miteinander verbunden werden, fertig bearbeitet werden.
Die einzel nen Kontrolldeckel der Wasserkammern sind alle in der Grösse unter sich gleich und von leichtem Gewicht, so dass sie bei Überholungen des Vorwärmers von Hand und ohne Verwen dung eines Kranes abgehoben werden können, was die Kontrolle der Walzstellen der Rohre erleichtert. Es ist nicht nötig, jedes Vor wärmerelement einzeln mit einem Wärmeschutz zu versehen; vielmehr kann der ganze Vor wärmer mittels aussen angebrachter Wände aus wärmeundurchlässigem Material vor Wärmeverlusten geschützt werden.
Ein gro sser Vorteil des beschriebenen Vorwärmers be steht auch darin, dass die Anzahl seiner Ele mente je nach den wärmetechnischen Erfor dernissen frei gewählt und damit seine wärme- austauschende Fläche jeweils den vorliegenden Verhältnissen angepasst werden kann, wobei auch die Anzahl der als Enthitzer bzw. als Kondensatkühler wirkenden Vorwärmerele mente frei gewählt werden kann. Bei allfällig auftretenden Rohrbrüchen und dabei nötig werdendem Ersatz der Rohre muss nur ein klei nes Rohrbündet mit verhältnismässig wenigen Rohren ausgewechselt werden.