DE1027697B

DE1027697B - Surface heat exchanger with side gas extraction

Info

Publication number: DE1027697B
Application number: DEP16828A
Authority: DE
Inventors: Vincenc Smejkal
Original assignee: Prvni Brnenska Strojirna Zavody Klementa Gottwalda
Current assignee: Prvni Brnenska Strojirna Zavody Klementa Gottwalda
Priority date: 1955-09-13
Filing date: 1956-08-14
Publication date: 1958-04-10

Description

Oberflächenwärmeaustauscher mit seitlicher Gasabsaugung Die Erfindung betrifft einen Oberflächenwärmeaustauscher, insbesondere einen Oberflächenregenerativkondensator mit seitlicher Absaugung der Gase, für Kondensationsdampfturbinen und sonstige Anlagen.Surface heat exchanger with side gas extraction The invention relates to a surface heat exchanger, in particular a surface regenerative condenser with lateral extraction of the gases, for condensing steam turbines and other systems.

Die Verteilung des Kondensationsrohrsystems auf einzelne Rohrgebilde hat einen wesentlichen Einfluß auf den Verlauf und Zustand der Strömung des Dampfes. des Kondensates und der Gase beim Umströmen der Rohre und anderer in seinem Dampfraum angeordneter Elemente. Die Aufteilung des Kondensatorrohrsystems ist von sehr wesentlicher Bedeutung für einen intensiven konvektiven Wärmeübergang in den einzelnen Teilen des Kondensator-Rohrsystems.The distribution of the condensation pipe system to individual pipe structures has a significant influence on the course and condition of the steam flow. of the condensate and the gases flowing around the pipes and others in its steam space arranged elements. The division of the condenser tube system is very important Significance for an intensive convective heat transfer in the individual parts of the condenser pipe system.

Die bisher bekannten Bauarten von Oberflächenkondensatoren, namentlich bei Kondensationsdampfturbinen, deren Rohrsystem mit Hilfe verschiedener zwischenliegender, durchlaufender Trennfugen und Querwandungen in einzelne zusammenhängende Rohr gebilde 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 Rohrgruppen in sogenannten Totzonen und in den Zonen des aerodvnamischen Schattens der verschiedenen Wandungen liegen. Es sind dieseRohrgruppen von einer unbeweglichen Gasschicht umgeben, welche der kondensierende Dampf, um zu ihrer Oberfläche zu gelangen, nur durch Diffusion durchdringen kann. Der konvektive Wärmeaustausch wird wegen der mangelhaften Wärmeleitung durch die unbewegliche Gasschicht hindurch in bedeutendem Maße erschwert.The previously known types of surface capacitors, namely in the case of condensing steam turbines, the pipe system of which with the help of various intermediate, continuous parting lines and transverse walls in individual connected pipe structures is broken down, their geometric shape and outline and mutual position completely different from each other, often have the fundamental disadvantage that the intense heat exchange of the precipitated steam on one pretty small part of their total cooling surface is concentrated, with certain tube groups in so-called dead zones and in the zones of the aerodynamic shadow of the various Walls lie. These pipe groups are surrounded by an immobile layer of gas which the condensing vapor to get to its surface, only by diffusion can penetrate. The convective heat exchange is because of the poor heat conduction is made more difficult by the immobile gas layer.

Es sind die erzielten Wärmeübergangs- undWärme -durchgangszahlen bei den bekannten Einrichtungen verhältnismäßig gering. Ein weiterer Nachteil liegt in dem ziemlich stark unterkühlten Kondensat und infolgedessen in seinem größeren Sauerstoffgehalt. Auch dieUnterkühlsektionen derverschiedenen bisher bekannten Bauarten sind bei laminarer Strömung des Gasdampfgemisches wenig wirksam in Anbetracht des Umstandes, daß in denselben ein beträchtlicher Teil (15 und mehr Prozent) der Kondensatorrohre eingebaut ist.The heat transfer and heat transfer coefficients achieved are at the known facilities relatively low. Another disadvantage lies in the rather severely supercooled condensate and consequently in its larger one Oxygen content. Also the sub-cooling sections of the various previously known types are not very effective with laminar flow of the gas-vapor mixture in view of the The fact that in the same a considerable part (15 and more percent) of the condenser tubes is built in.

Die Aufgabe der Erfindung ist eine Erhöhung der Wärmeleistung des Wärmeaustauschgerätes und eine bessereAusnutzung des erforderlichenKonstruktionsinaterials, um zu ermöglichen, daß die Größe seiner Kühlfläche unter den gleichen Arbeitsbedingungen entweder herabgemindert oder den erhöhten Anforderungen angepaßt werden kann.The object of the invention is to increase the thermal output of the Heat exchange device and better utilization of the necessary construction materials, to allow the size of its cooling surface under the same working conditions can either be reduced or adapted to the increased requirements.

Die Nachteile der bisherigen Bauarten werden durch die Erfindung beseitigt. Sie betrifft einen Wärmeaustauscher, dessen Rohrgebilde ausschließlich nebeneinander in Fächerform verlegt und nur in geringstmöglichem Maße von der vertikalen Richtung weggeneigt sind. Sie besteht darin, daß sämtliche Rohrgebilde sowohl in der Kondensationssektion als auch in der Unterkühlsektion durch konvergente, durchlaufende. geradlinige Fugen und Trennwände voneinander abgesondert sind und eine geometrisch ähnliche längliche Form aufweisen und ihrer Längsrichtung nach in der Strömungsrichtung des strömenden:Mediums liegen. Dadurch wird die Wärmeleistung des Oberflächenaustauschers. insbesondere des Oberflächenregenerativkondensators wegen des Einflusses der dabei erzielten zwangsweisen turbulenten Strömung des Mediums über sämtliche Rohrgebilde wesentlich erhöht. Durch die ununterbrochene Strömung der Gas- und Kondensationsgrenzschichten an der Oberfläche aller Rohre werden die Wärmeübergangs- und Wärmedurchgangszahlen wesentlich höher als bei den bisherigen Geräten. Das Kondensat wird im Kondensator durch den Niederschlagsdampf regenerativ bis auf die entsprechende Sattdampftemperatur beim erzielten absoluten Druck erwärmt, bei welcher sämtliche Gase aus dem Kondensat entweichen können und als Gasdarnpfgeinisch im unterkühlten Zustand und bei reduziertem Volumen aus der Unterkühlsektion des Kondensators durch die Luftpumpe abgesaugt werden. Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kondensators ,ist im der Zeichnung im schematischen Querschnitt dargestellt.The disadvantages of the previous designs are eliminated by the invention. It concerns a heat exchanger, the tube structure of which is exclusively next to each other laid in a fan shape and only to the smallest possible extent from the vertical direction are inclined away. It consists in that all pipe structures both in the condensation section as well as in the subcooling section by convergent, continuous. straight joints and partitions are separated from each other and have a geometrically similar elongated one Have shape and their longitudinal direction in the direction of flow of the flowing: medium lie. This increases the heat output of the surface exchanger. in particular of the surface regenerative capacitor because of the influence of the achieved forced turbulent flow of the medium over all pipe structures essential elevated. Due to the uninterrupted flow of the gas and condensation boundary layers on the surface of all pipes are the heat transfer and heat transfer coefficients much higher than with the previous devices. The condensate is in the condenser regenerative through the precipitation steam down to the corresponding saturated steam temperature heated at the achieved absolute pressure, at which all gases from the condensate can escape and as Gasdarnpfgeinisch in the supercooled state and with reduced Volume sucked from the subcooling section of the condenser by the air pump will. An embodiment of the capacitor according to the invention , is shown in the drawing in a schematic cross section.

Das in dem mit dem Dampfstutzen 2 versehenen Mantel angeordnete Rohrsystem ist auf einzelne, zusammenhängend umgrenzte Rohrgruppen 3, 4, 5 aufgegliedert, die sich aus waagerechten Rohren zusammensetzen. Die Rohre sind in der bekannten Weise in der Längsrichtung abgestützt und an beiden Enden in die 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 Rohrgebilde hat eine längliche und allen übrigen Rohrgebilden geometrisdh@ ähnliche Form. 6 und 16 sind Ausgleichsöffnungen in den Rohrstützplatten. Sämtliche Rohrgebilde sind nebeneinander in Fächerform angeordnet und voneinander durch konvergente durchlaufende Fugen 6', 7, 8 und Querwände 9, 10, 11 in den zwischenliegenden Fugen 6', 7, 8 getrennt, welche möglichst wenig von der Richtung des durch dien Dampfstutzen 2 strömenden Dampfes weggeneigt sind. Beide seitlichen Rohrgruppen der Unterkühlsektion 5, welche in der kältesten Bahn des Kondensators angeordnet sind, werden von einem System von Wänden 11, 12, 13, 14 umgeben, welche um das Rohrgebilde 5 das Durchströmprofil bestimmen. Das Profil ist vor dem Austritt des unterkühlten Gasdampfgemisches in den Absaugstutzen 15 durch die Wand 13 und 14 wesentlich verengt, wobei die letztere Wand auch bei der Wand 11 die Einlaßmündung in die Unterkühlsektion abgrenzt, durch welche das zu kühlende Gasdampfgemisch angesaugt wird. Die Lücke 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 Rohrgebilde 5 der Unterkühlsektion hinein. Das strömende Medium 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.The pipe system arranged in the jacket provided with the steam nozzle 2 is subdivided into individual, contiguously delimited pipe groups 3, 4, 5, the are composed of horizontal pipes. The pipes are in the known manner supported in the longitudinal direction and rolled into the tube sheets at both ends, in which they are mutually offset in such a way that the condensate is as possible small part, but at most not quite a third of its surface washed away. Every tube structure has an elongated shape, and all other tube structures have a geometrisdh @ similar shape. 6 and 16 are compensation openings in the pipe support plates. All Tubular structures are arranged side by side in a fan shape and convergent from each other Continuous joints 6 ', 7, 8 and transverse walls 9, 10, 11 in the joints between 6 ', 7, 8 separated, which as little as possible from the direction of the steam nozzle 2 flowing steam are inclined away. Both side tube groups of the subcooling section 5, which are arranged in the coldest path of the condenser, are of a System surrounded by walls 11, 12, 13, 14, which around the pipe structure 5, the flow profile determine. The profile is in front of the outlet of the supercooled gas-vapor mixture the suction nozzle 15 is substantially narrowed by the wall 13 and 14, the latter Wall also delimits the inlet opening into the subcooling section in the case of wall 11 which the gas vapor mixture to be cooled is sucked in. The gap between the coat 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 structure 5 of the supercooling section into it. The flowing medium is therefore forced to to pass the narrow alley between wall 13 and the top of wall 14, before it reaches the suction nozzle 15.

Der Dampf strömt aus dem Stutzen 2 auf dem Wege des kleinsten Widerstandes durch die Rohrgruppen 3, 4 und hat zu diesen vom Dampfstutzen 2 unmittelbar parallelen Zutritt durch die freien Durchgänge in der mittleren Fuge 6' und in den seitlichen Fugen 7, welche von der Querwand 10 teilweise geschlossen werden. Das aus den Rohren in den Kanälen 17 und 18 anfallende Kondensat wird noch über dem Kondensatspiegel regenerativ erwärmt. Das nicht kondensierte Gasdampfgemisch und das abfließende Kondensat werden in sämtlichen Rohrgruppen in turbulentem Zustand gehalten, wobei die Gas- und Kondensatgrenzschichte ununterbrochen durch die Zwangsströmung gestört wird. Durch die Luftpumpe, die über den Stutzen 15 und die Unterkühlsektion 5 das nichtkondensierende Dampfgems,sch der aus dem Kondensat freiwerdenden Gase absaugt, wird die turbulente Strömung noch unterstützt. Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung läßt sich in verschiedenen Varianten ausführen. Es kann die Anzahl der einzelnen Rohrgebilde sowie die Anzahl der in bekannter Weise geteilt und ungeteilt ausgeführten Wasserbahnen abgeändert und so der Kondensator den verschiedenen räumlichen Bedinguhgen und Betriebsbedingungen sowohl auf der Dampfseite als auch auf der Seite des die Wärme ableitenden Flüssigkeitsmittels angepaßt werden.The steam flows out of the nozzle 2 on the path of the least resistance through the pipe groups 3, 4 and has direct parallel to these from the steam nozzle 2 Access through the free passages in the middle joint 6 'and in the side Joints 7, which are partially closed by the transverse wall 10. That from the pipes Condensate accumulating in channels 17 and 18 is still above the condensate level regeneratively heated. The non-condensed gas-vapor mixture and the outflowing Condensate are kept in a turbulent state in all tube groups, with the gas and condensate boundary layer is continuously disturbed by the forced flow will. By the air pump, which via the nozzle 15 and the subcooling section 5 the non-condensing vapor, which extracts the gases released from the condensate, the turbulent flow is still supported. The subject of the present invention can be carried out in different variants. It can be the number of each Tube structure and the number of divided and undivided executed in a known manner Changed waterways and so the condenser to the different spatial conditions and operating conditions both on the steam side and on the side of the die Heat-dissipating fluid to be adapted.

Durch die Erfindung läßt sich die Leistung der Wärmeaustauscher wesentlich erhöhen und ihre Arbeitsweise verbessern, wobei sie bedeutend leichter an Gewicht und kleiner in den Abmessungen sind und billiger hergestellt werden können. Es lassen sich auch die nicht mehr zufriedenstellend arbeitenden älteren Kondensatorenanlagen durch den Umtausch ihres ganzen Rohrsystems bzw. auch durch Auswechslung der Wasserkammern erfindungsgemäß verbessern, sofern sich die letzteren nicht umbauen lassen.Through the invention, the performance of the heat exchanger can be significantly increase and improve their functioning, gaining weight significantly lighter and are smaller in size and cheaper to manufacture. Leave it older capacitor systems that are no longer working satisfactorily by exchanging your entire pipe system or by exchanging the water chambers improve according to the invention, provided that the latter cannot be rebuilt.

Claims

PATEICTAISP-f ".IIE: 1. Surface heat exchanger with side Gas extraction, in particular surface regenerative condenser for condensation steam turbines, whose all pipe formations are only laid side by side in a fan shape and the vertical direction are slightly inclined, characterized in that all Pipe structures (3, 4, 5) both in the condensation section and in the subcooling section separated from each other by convergent, continuous, straight joints and partitions are, have a geometrically similar shape and their longitudinal direction in the Direction of flow of the flowing medium lie.

2. Surface heat exchanger according to claim 1, characterized in that the lateral tube structures of the supercooling section (5) are surrounded by a system of walls (11, 12, 13, 14) which define the flow profile determine, with one of these walls (13) shielding the suction nozzle (15) and with one end of a second wall (14), which in the tube structure of the subcooling section (5) protrudes. a narrowed alley for the flowing medium before entering forms the suction nozzle (15).

3. Surface heat exchanger according to claims 1 and 2, characterized in that the second wall (14) delimits the inlet opening into the subcooling section (5) and forms a gap closed at the bottom under the suction nozzle (15) with the jacket (1) of the heat exchanger, which can be drained through a hydraulic lock (siphon). Contemplated publications: British Patent No. 311,456;. Prof. Dr. G. Bauer, "Der Schiffsmaschinenbau", Munich and Berlin, 1941, Volume 3, pp. 297 and 298.