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Oberflächenkondensator mit seitlicher Gasabsaugung für Kondensationsdampfturbinen Die Erfindung betrifft einen Oberflächenkondensator mit seitlicher Gasabsaugung für Kondensations- dampfturbinen, dessen Rohrsystem in nebeneinander fächerartig angeordnete Rohrbündel unterteilt ist, welche annähernd in vertikaler Richtung verlaufen.
Die Gruppierung des Kondensatorrohrsystems in einzelne Rohrbündel hat in Oberflächenkondensatoren für Kondensationsdampfturbinen einen wesentlichen Einfluss auf den Verlauf und Zustand der Strömung des Dampfes, des Kondensates und der Gase beim Umströmen der Rohre und anderer im Kondensatorraum angeordneter Elemente. Die Aufteilung des Kond.ensatorrohrsystems ist von wesentlicher Bedeutung für einen intensiven konvektiven Wärmeübergang in den einzelnen Teilen des Kon- densatorrohrsystems.
Die bisher bekannten Bauarten von Oberflächenkondensatoren für Kondensationsdampfturbinen, deren Rohrsystem mit Hilfe verschiedener zwischenliegender, durchlaufender Gassen und Querwandungen in einzelne zusammenhängende Rohrbündel aufgegliedert ist, deren geometrische Form und Umriss und gegenseitige Lage sich voneinander vollkommen unterscheiden, weisen oft den grundlegenden Nachteil auf, dass der intensive Wärmeaustausch des niedergeschlagenen Dampfes auf einen ziemlich kleinen Teil ihrer gesamten Kühlfläche konzentriert ist, wobei bestimmte Rohrbündel in sogenannten Totzonen liegen. Es sind diese Rohrbündel von einer unbeweglichen Gasschicht umgeben, welche der kondensierende Dampf, um zu ihrer Oberfläche zu gelangen, nur durch Diffusion durchdringen kann.
Der kon- vektive Wärmeaustausch wird wegen der mangelhaften Wärmeleitung durch die unbewegliche Gasschicht hindurch in bedeutendem Masse erschwert.
Es sind die erzielten Wärmeübergangs- und Wärmedurchgangszahlen bei den bekannten Oberflächenkondensatoren verhältnismässig gering. Ein weiterer Nachteil liegt in dem ziemlich stark unterkühlten Kondensat und infolgedessen in seinem grö- sseren Sauerstoffgehalt. Auch die Unterkühlungszonen der verschiedenen bisher bekannten Bauarten von Oberflächenkondensatoren sind bei laminarer Strömung des Gasdampfgemisches wenig wirksam in Anbetracht des Umstandes, dass in denselben ein beträchtlicher Teil (15 und mehr Prozent) der Kon- densatorrohre eingebaut ist.
Die Aufgabe der Erfindung ist eine Erhöhung der Kondensatorleistung und .eine bessere Ausnutzung der erforderlichen Kondensatorrohre, um zu ermöglichen, dass die Grösse der Kondensatorkühlfläche unter den gleichen Arbeitsbedingungen entweder herabgemindert oder den erhöhten Anforderungen angepasst werden kann.
Die Erfindung besteht darin, dass sämtliche Rohrbündel sowohl in der Kondensationszone als auch in der Unterkühlungszone durch konvergierende, durchlaufende, geradlinige Gassen und Trennwände voneinander getrennt sind. Dadurch wird bezweckt, die Kondensatorleistung wegen des Einflusses der dabei .erzielten zwangsweisen turbulenten Strömung des Mediums über sämtliche Rohrbündel wesentlich zu erhöhen. Durch die ununterbrochenen Gas- und Kondensationsgrenzschichten an der Oberfläche aller Rohre können die Wärmeübergangs- und Wärmedurchgangszahlen gegenüber denjenigen bisheriger Oberflächenkondensatoren wesentlich erhöht werden.
Das Kondensat wird vorzugsweise im Kondensator durch den Niederschlagsdampf bis auf die entsprechende Sattdampftemperatur beim erzielten absoluten Druck erwärmt, bei welcher sämtliche Gase aus dem Kondensat entweichen können und als Gasdampf-
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gemisch im unterkühlten Zustand und bei reduziertem Volumen aus der Unterkühlungszone des Konden- sators durch die Luftpumpe abgesaugt werden können.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der beiliegenden Zeichnung im schematischen Querschnitt dargestellt.
Das in dem mit dem Dampfstutzen 2 versehenen Mantel 1 angeordnete Rohrsystem eines Oberflächen- kondensators für Kondensationsdampfturbinen ist in einzelne, annähernd in vertikaler Richtung verlaufende Rohrbündel 3, 4, 5 unterteilt, die sich aus waagerechten Rohren zusammensetzen. Die Rohre sind in der bekannten Weise in der Längsrichtung abgestützt und an beiden Enden in nicht dargestellte Rohrböden eingewalzt, in welchen sie gegenseitig derart versetzt sind, dass das Kondensat einen möglichst kleinen Teil, höchstens jedoch nicht ganz ein Drittel ihrer Oberfläche, bespült.
Jedes Rohrbündel hat eine längliche Form. 6 und 16 sind Aussparungen in den Rohrstützplatten. Sämtliche Rohrbündel sind nebeneinander fächerartig angeordnet und voneinander durch konvergierende, durchlaufende, geradlinige Gassen 6', 7, 8 und Querwände 9, 10, 11 in den zwischenliegenden Gassen 6', 7, 8 getrennt, welche letztere möglichst wenig von der Richtung des durch den Dampfstutzen 2 strömenden Dampfes weggeneigt sind. Beide seitlichen Rohrbündel 5 in der Unterkühlungszone, welche der kältesten Zone des Kondensators entspricht, sind von einem System von Wänden 11, 12, 13, 14 umgeben, welche um das entsprechende Rohrbündel 5 den Durchström- querschnitt für den Dampf bestimmen.
Dieser Querschnitt ist vor dem Austritt des, unterkühlten Gasdampfgemisches in den Absaugstutzen 15 durch die Wände 13 und 14 wesentlich verengt, wobei die letztere Wand auch bei der Wand 11 die Einlassmün- dung in die Unterkühlungszone abgrenzt, durch weiche das zu kühlende Gasdampfgemisch angesaugt wird. Der Raum zwischen dem Mantel 1 und der Wand 14 wird automatisch durch einen (nicht gezeigten) Syphon entwässert. Die Wand 13 schirmt den Absaugstutzen 15 ab. Das obere Ende der Wand 14 ragt in das Rohrbündel 5 in der Unterkühlungs- zone hinein.
Das Gasdampfgemisch ist daher gezwungen, die enge Gasse zwischen der Wand 13 und dem oberen Ende der Wand 14 zu passieren, bevor es zum Absaugstutzen 15 gelangt.
Der Dampf strömt aus dem Stutzen 2 auf dem Wege des kleinsten Widerstandes durch die Rohrbündel 3, 4 und hat zu diesen vom Dampfstutzen 2 unmittelbar parallelen Zutritt durch die freien Durchgänge in der mittleren Gasse 6' und in den seitlichen Gassen 7, welche letztere von der Querwand 10 teilweise geschlossen sind. Dabei wird dem Dampf der Zutritt zu den Rohrbündeln 3, 4 durch in jedem davon infolge entsprechender Disposition seiner Rohre gebildete rohrfreie Zonen 19 erleichtert. Das aus den Rohren in den Kanälen 17 und 18 anfallende Kondensat wird noch über dem Kondensatspiegel erwärmt.
Das nicht kondensierte Gasdampfgemisch und das abfliessende Kondensat werden in sämtlichen Rohrbündeln in turbulentem Zustand gehalten, wobei die Gas- und Kondensatgrenzschichten ununterbrochen durch die Zwangsströmung gestört werden. Durch die nicht dargestellte Luftpumpe, die über die Stutzen 15 und die Unterkühlungszone das nichtkondensierende Dampfgasgemisch der aus dem Kondensat freiwerdenden Gase absaugt, wird die turbulente Strömung noch unterstützt.
Der beschriebene Kondensator lässt sich in verschiedenen Varianten ausführen. Es kann die Anzahl der einzelnen Rohrbündel sowie die Anzahl der in bekannter Weise geteilt oder ungeteilt ausgeführten Kühlwasserwege frei gewählt und so der Kondensator den verschiedenen räumlichen Bedingungen und Betriebsbedingungen sowohl auf der Dampfseite als auch auf der Seite des die Wärme ableitenden Kühlwassers angepasst werden.
Es lassen sich auch nicht mehr zufriedenstellend arbeitende ältere Kondensatoren durch den Ersatz ihres ganzen Rohrsystems in solche nach der Erfindung umbauen.
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Surface condenser with lateral gas suction for condensation steam turbines The invention relates to a surface condenser with lateral gas suction for condensation steam turbines, the pipe system of which is divided into tube bundles arranged next to one another in a fan-like manner, which run approximately in the vertical direction.
In surface condensers for condensing steam turbines, the grouping of the condenser tube system into individual tube bundles has a significant influence on the course and condition of the flow of steam, condensate and gases when flowing around the tubes and other elements arranged in the condenser space. The division of the condenser tube system is of essential importance for an intensive convective heat transfer in the individual parts of the condenser tube system.
The previously known types of surface condensers for condensing steam turbines, the pipe system of which is subdivided into individual connected pipe bundles with the help of various intermediate, continuous lanes and transverse walls, whose geometrical shape and outline and mutual position differ from one another, often have the fundamental disadvantage that the intensive Heat exchange of the precipitated steam is concentrated on a fairly small part of its entire cooling surface, with certain tube bundles lying in so-called dead zones. These tube bundles are surrounded by an immobile layer of gas which the condensing vapor can only penetrate by diffusion in order to reach their surface.
The convective heat exchange is made more difficult because of the inadequate heat conduction through the immobile gas layer.
The heat transfer and heat transfer coefficients achieved in the case of the known surface capacitors are relatively low. Another disadvantage lies in the rather severely supercooled condensate and consequently in its higher oxygen content. The subcooling zones of the various previously known types of surface condensers are also not very effective in the case of laminar flow of the gas / vapor mixture, given the fact that a considerable part (15 and more percent) of the condenser tubes is built into them.
The object of the invention is to increase the condenser output and to make better use of the required condenser tubes in order to enable the size of the condenser cooling surface to be either reduced or adapted to the increased requirements under the same working conditions.
The invention consists in that all the tube bundles in the condensation zone as well as in the subcooling zone are separated from one another by converging, continuous, straight lanes and partition walls. The purpose of this is to significantly increase the condenser output due to the influence of the forced turbulent flow of the medium over all tube bundles. Due to the uninterrupted gas and condensation boundary layers on the surface of all tubes, the heat transfer and heat transfer coefficients can be significantly increased compared to those of previous surface condensers.
The condensate is preferably heated in the condenser by the precipitation steam up to the corresponding saturated steam temperature at the achieved absolute pressure, at which all gases can escape from the condensate and as gas vapor
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Mixture in the supercooled state and with reduced volume can be sucked out of the supercooling zone of the condenser by the air pump.
An embodiment of the subject matter of the invention is shown in the accompanying drawing in schematic cross section.
The pipe system of a surface condenser for condensing steam turbines arranged in the jacket 1 provided with the steam nozzle 2 is subdivided into individual pipe bundles 3, 4, 5 which run approximately in the vertical direction and which are composed of horizontal pipes. The tubes are supported in the known manner in the longitudinal direction and rolled into tube sheets (not shown) at both ends, in which they are mutually offset in such a way that the condensate washes as small a part as possible, but at most not quite a third of their surface.
Each tube bundle has an elongated shape. 6 and 16 are recesses in the pipe support plates. All tube bundles are arranged in a fan-like manner next to one another and separated from one another by converging, continuous, straight lanes 6 ', 7, 8 and transverse walls 9, 10, 11 in the intermediate lanes 6', 7, 8, the latter as little as possible from the direction of the through the Steam nozzle 2 of flowing steam are inclined away. Both lateral tube bundles 5 in the subcooling zone, which corresponds to the coldest zone of the condenser, are surrounded by a system of walls 11, 12, 13, 14 which determine the flow cross-section for the steam around the corresponding tube bundle 5.
This cross-section is significantly narrowed by the walls 13 and 14 before the subcooled gas-vapor mixture exits into the suction nozzle 15, the latter wall also delimiting the inlet opening into the undercooling zone at wall 11, through which the gas-vapor mixture to be cooled is sucked in. The space between the jacket 1 and the wall 14 is automatically drained by a siphon (not shown). The wall 13 shields the suction nozzle 15. The upper end of the wall 14 protrudes into the tube bundle 5 in the subcooling zone.
The gas-vapor mixture is therefore forced to pass the narrow alley between the wall 13 and the upper end of the wall 14 before it reaches the suction connection 15.
The steam flows from the nozzle 2 on the path of the least resistance through the tube bundle 3, 4 and has direct parallel access to these from the steam nozzle 2 through the free passages in the middle lane 6 'and in the side lanes 7, which the latter from the Transverse wall 10 are partially closed. Access to the tube bundles 3, 4 is facilitated for the steam by tube-free zones 19 formed in each of them as a result of the corresponding disposition of its tubes. The condensate resulting from the pipes in the channels 17 and 18 is heated above the condensate level.
The non-condensed gas-vapor mixture and the outflowing condensate are kept in a turbulent state in all tube bundles, the gas and condensate boundary layers being continuously disturbed by the forced flow. The turbulent flow is supported by the air pump, not shown, which sucks off the non-condensing vapor gas mixture of the gases released from the condensate via the connection 15 and the subcooling zone.
The capacitor described can be implemented in different variants. The number of individual tube bundles and the number of the cooling water paths, which are divided or undivided in a known manner, can be freely selected and the condenser can thus be adapted to the various spatial and operating conditions both on the steam side and on the side of the cooling water dissipating the heat.
Older condensers that are no longer working satisfactorily can also be converted into ones according to the invention by replacing their entire pipe system.