DE1501470C - Verbindung am Rohrboden eines Rohren Wärmetauschers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindung für einen Röhrenwärmetauscher zwischen einem Stirnteil eines Mantelrohrs, einem Rohrboden, in welchem mindestens ein Innenrohr befestigt ist, und einem Anschlußteil, wobei der Rohrboden über ein formschlüssig wirkendes Bauteil am Stirnteil gegen ein Verschieben in das Mantelrohr hinein gesichert ist, und wobei ein einheitlich aus weichem Metall .bestehender Dichtring vorgesehen ist, der mit entsprechenden Anlageflächen zwischen einer konischen Anlagefläche des Stirnteils, dem Rohrboden und dem Anschlußteil liegt und den Rohrboden beim Verspannen des Anschlußteils in Richtung auf den Stirnteil gegen das formschlüssig wirkende Bauteil festlegt.

Bei einer bekannten Verbindung dieser Gattung (französische Patentschrift 1 289 380) liegen die Stirnflächen des Rohrbodens und des Stirnteils etwa in einer Ebene, wobei der Rohrboden ebenso wie das Stirnteil eine konische Anlagefläche für den Dichtring trägt. Während der Dichtring also an einer Seite mit diesen beiden konischen Anlageflächen im Eingriff steht, stützt er sich an der anderen Seite in einer Ringnut ab, die in das Befestigungsteil eingedreht ist.

Diese Konstruktion bringt den wesentlichen Vorteil mit sich, daß ein öffnen und Demontieren des Röhrenwärmetauschers sehr einfach durchgeführt werden kann. Man löst hierzu die Verspannung zwischen dem Anschlußteil und dem Stirnteil, woraufhin sich der Dichtring herausnehmen läßt. Dann verschiebt man den Rohrboden so weit in Richtung auf das zurückgezogene. Anschlußteil, bis man das formschlüssig wirkende Bauteil entfernen kann. Daraufhin besteht die Möglichkeit, den Rohrboden zusammen mit den Innenrohren in entgegengesetzter Richtung aus dem Mantelrohr herauszuziehen. In montiertem Zustand übernimmt der Dichtring also zwei Funktionen, indem er zum einen die Innenrohre und das Mantelrohr gegeneinander sowie gegen die Atmosphäre

ίο abdichtet und zum anderen eine lösbare Verriegelung darstellt, welche den Rohrboden gegen eine Verschiebung relativ zum Mantelrohr sichert.

Die bekannte Konstruktion weist allerdings auch einen erheblichen Nachteil auf. Die Abdichtung des Mantelrohrs gegenüber den Innenrohren erfolgt nämlich lediglich an einer einzigen Dichtstelle, und zwar dort, wo der Dichtring die konische Anlagefläche des Rohrbodens berührt. Kommt es dort zu einer Undichtigkeit, so vermischen sich sofort die beiden Wärmetauschfluide.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bekannte Verbindung unter Vermeidung des genannten Nachteils so auszubilden, daß unter Beibehaltung der vorteilhaften lösbaren Verriegelung mittels des Dichtrings ein Vermischen der beiden Wärmetauschfluide auch bei Versagen des Dichtrings vermieden wird. Hierbei soll den auftretenden Beanspruchungen des Dichtrings in besonders günstiger Weise Rechnung getragen und für die gesamte Verbindung eine einfache Herstellung ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von der eingangs bezeichneten bekannten Verbindung, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich der Rohrboden mit einer zylindrischen Dichtfläche durch den Dichtring hindurch in das Anschlußteil hinein erstreckt, welches eine konische Anlagefläche aufweist, die entgegen der konischen Anlagefläche des Stirnteils geneigt ist, und daß der Dichtring radial nach außen in den Spalt zwischen dem Stirnteil und dem Anschlußteil mündende öffnungen aufweist, die in eine im Rohrboden vorgesehene, die Dichtfläche zweiteilende Nut führen.

Es ist eine von der eingangs genannten Gattung abweichende Verbindung für einen Röhrenwärmetauscher bekannt (deutsche Patentschrift 375 719), bei { der der Rohrboden mit einer zylindrischen Dichtfläche über die Stirnfläche des Stirnteils hinaus in das Anschlußteil hineinragt und bei der sowohl das Stirn-. teil als auch das Anschlußteil konische· Dichtring-Anlageflächen aufweisen, deren Neigungen einander entgegengerichtet sind. Außerdem ist zwischen dem Anschlußteil und dem Stirnteil ein Abstandsring eingespannt, der beidseitig Dichtringe gegen die Anlageflächen gepreßt hält. Der Abstandsring trägt weiterhin radial nach außen in den Spalt zwischen dem Stirnteil und dem Anschlußteil mündende öffnungen, die in eine im Abstandsring vorgesehene, zwischen den Dichtringen liegende Nut führen. Auf diese Weise wird zwar verhindert, daß sich die Wärmetauschfluidc miteinander mischen, da jedes über irgendeine der Dichtstellen strömende Fluid in die Atmosphäre austreten kann, jedoch wird andererseits der Nachteil in Kauf genommen, daß der Rohrboden gegenüber dem Mantelrohr und dem Anschlußteil verschieblich ist. Außerdem stellt die Nut im Abstandsring eine zusätzliehe Schwächung dar, die man wohl bei einem starren Abstandsring, nicht jedoch bei einem Dichtring aus Weichmetall zulassen kann. Schließlich weist die zylindrische Dichtfläche des Rohrbodens eine relativ

große, ununterbrochene Länge auf. Diese Nachteile treten bei der Verbindung nach der Erfindung nicht auf.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß der Dichtring beim Erfindungsgegenstand seine Funktion als lösbare Verriegelung nicht formschlüssig, sondern kraftschlüssig erfüllt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Dichtring in zwei axial aneinander anschließende Teile unterteilt ist und die öffnungen als Nuten in der Teilfuge ausgebildet sind.

An Hand der Zeichnung wird nun ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung erläutert. Die Zeichnung zeigt in

F i g. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt durch einen Röhrenwärmetauscher der Haarnadelbauart mit ungeteiltem Dichtring,

F i g. 2 einen vergrößerten Axialschnitt durch den Verbindungsbereich des Rohrbodens mit einem geteilten Dichtring,

Fig.3 eine perspektivische explodierte Ansicht des nach F i g. 2 verwandten Dichtringes.

Nach F i g. 1 der Zeichnung besteht der Röhrenwärmetauscher aus einem Mantel 1 mit einem Paar von Mantelrohren 2 und 3, die übereinander, praktisch parallel zueinander, angeordnet sind. Sie sind mit ihren hinteren Enden mit dem Vorderende eines Umkehrgehäuses 4 verbunden. Das Umkehrgehäuse 4 ist hinten offen ausgebildet und von einem Deckel 5 verschlossen, der über Schrauben 6 und Muttern 7 an einem hinteren Flansch 8 befestigt ist. Das Innere von Umkehrgehäuse 4 und Mantelrohren 2 und" 3 ist so zum einfachen Zusammen- und Auseinanderbau des Wärmetauschers, z. B. zur Inspektion, zum Reinigen oder zur Wartung, leicht zugänglich.

Die Mantelrohre 2 und 3 können durch Halter oder Rahmen 9 od. dgl. gelagert werden. Die vorderen Endteile der Mantelrohre 2 und 3 bilden Stirnteile 11 und 12, an denen Anschlußteile 13 und 14 befestigt sind, die die Stirnteile der Ein- und Auslaßleitungen 15 und 16 bilden.

Durch die Mantelrohre 2 und 3 strömt ein Fluid, das durch die seitlich angeordneten Ein- und Auslässe 17 und 18 eingeführt bzw. ausgetragen wird, die jeweils mit dem Inneren der Mantelrohre 2 und 3 nahe den vorderen Enden in Verbindung stehen. Die durch Pfeile angedeutete Strömungsrichtung kann gewünschtenfalls umgekehrt werden.

Um die Möglichkeit zu schaffen, ein anderes Fluid in Wärmeaustausch mit dem in den Mantelrohren 2 und 3 enthaltenen Fluid zu führen, ist eine Gruppe von haarnadelförmigen Innenrohren 21 innerhalb der Mantelrohre 2 und 3 angeordnet. Jedes Innenrohr 21 besteht aus zwei geraden Abschnitten 22, vorzugsweise mit darauf vorgesehenen, in Längsrichtung verlaufenden Rippen 23, die durch geschweißte Umkehrkrümmer 24 im Umkehrgehäuse 4 verbunden sind. Die Rippen 23 vergrößern den Wärmeaustausch zwischen dem Fluid innerhalb der Innenrohre 21 und dem diese Rohre innerhalb der Mantelrohre 2 und 3 umgebenden Fluid. Bei der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform werden sieben Innenrohre verwandt; eine größere oder geringere Anzahl kann jedoch benutzt werden. Das Fluid wird den Innenrohren 21 über Einlaß- und Auslaßleitungen 15 und 16 zugeführt bzw. entnommen, die an den Anschlußteilen 13 und 14 fest angeordnet sind. Innenrohrfluid und Mantelrohrfluid werden beim dargestellten Wärmetauscher im Gegenstrom geführt. Die Strömung kann gewünschtenfalls natürlich umgekehrt werden. Auch können Einlaß- und Auslaßleitungen 15 und 16 sowie Einlasse und Auslässe 17 und 18 so ausgebildet sein, daß mehrere solcher Wärmetauscher als Einheiten in Reihe oder parallel angeordnet werden.

Dichte Verbindungen müssen zwischen Ein- und Auslaßleitung 15 und 16 und dem Inneren der Innenrohre 21 vorgesehen sein, um abgedichtete Durchlässe zu schaffen, durch die das Innenrohrfluid strömen kann, sowie Dichtungen zwischen den Außenteilen der Innenrohre 21 und dem Inneren der Mantelrohre 2 und 3, wodurch ein abgedichteter Durchlaß für das Mantelrohrfluid geschaffen wird, das ja von dem Innenrohrfluid getrennt gehalten werden muß. Die haarnadelförmige Gruppe von Innenrohren 21 muß durch die Mantelrohre 2 und 3 eingeführt und aus diesen durch das hintere Ende des Wärmetauschers zur Montage, Inspektion oder Wartung herausgezogen werden. Außerdem ist es äußerst wünschenswert, daß diese Verbindungen zu Zwecken der Installation, der Inspektion, zu Reinigungszwecken u. dgl. vom Vorderteil des Wärmetauschers aus zugänglich sind.

Zur Schaffung dieser Verbindungen und um den genannten weiteren Forderungen zu genügen, ist eine besondere Verbindung am vorderen Ende jedes Mantelrohre 2 und 3 vorgesehen. Da die Verbindungen an den Enden der Mantelrohre 2 und 3 identisch sind, soll nur die Verbindung am vorderen Ende des oberen Mantelrohres 2 genauer mit Bezug auf die Figuren beschrieben werden.

Die Verbindung weist einen Rohrboden 26 für die Innenrohre mit Kreisquerschnitt auf. Der Rohrboden 26 besitzt Bohrungen 27, in denen die Außenenden der Innenrohre 21 fluiddicht befestigt werden. Zwischen vorderen und hinteren Stirnflächen 28 und 29 des Rohrbodens 26, jedoch näher am hinteren oder inneren Ende, ist eine äußere Ringnut vorgesehen. Der Teil des Umf anges des Rohrbodens 26 von dieser Nut bis zur Stirnfläche 28 bildet eine glatt gearbeitete zweigeteilte Dichtfläche 33, die, wie gezeigt, zylindrisch ist und durch eine umlaufende Nut 61 in die Abschnitte 33 α und 33 b unterteilt wird.

Das Stirnteil 11 besitzt eine kreisförmige Öffnung, die den Rohrboden 26 umgibt und mit dem Inneren des Mantelrohres 2 in Verbindung steht; der vordere Teil dieser Öffnung, der in der Vorderfläche 35 des Stirnteils endet, erweitert sich nach außen und bildet eine konische Anlagefläche 36; bei der dargestellten Ausführungsform handelt es sich um eine kegelstumpfförmige Anlagefläche. Diese Anlagefläche hat einen radialen Abstand nach außen von der Dichtfläche 33 des Rohrbodens. Vorzugsweise läuft, wie angedeutet, eine nach innen vorspringende Rippe 39 auf dem Innenumfang des Stirnteiles axial nach innen. Sie ist so ausgebildet, daß sie sich in der Nähe einer vorspringenden Außenrippe 41 auf dem Rohrboden 26 befindet und damit den Rohrboden zentriert.

Um den Rohrboden 26 genau in seiner axialen Lage zu halten und um zu verhindern, daß er nach innen oder außen in das Mantelrohr 2 auf Grund irgendeiner nach innen gerichteten, auf den Rohrboden 26 wirkenden Kraft bewegt wird, ist ein formschlüssig wirkendes Bauteil 42 in der äußeren Ringnut auf dem Rohrboden 26 gegenüber einer nach außen weisenden Schulter des Stirnteiles 11 untergebracht. Ist der Wärmetauscher vorn offen, so kann das Bauteil 42 schnell

gelöst werden, indem die Innenrohre 21 und der Rohrboden 26 nach außen um ein Stück bewegt werden, das ausreicht, um das Bauteil hinter die Vorderfläche 35 des Stirnteiles 11 zu bringen; in dieser Lage kann das Bauteil abgenommen werden. Der maximale Außendurchmesser des Rohrbodens 26 ist geringer als der kleinste Innendurchmesser des Stirnteiles 11 und des Mantelrohres 2; nach Entfernung des Bauteils 42 kann der Rohrboden 26 nach hinten völlig durch das Stirnteil und das Mantelrohr 2 bewegt werden, wenn der hintere Deckel 5 des Wärmetauschers abgenommen ist.

Das Anschlußteil 13 besitzt einen Hohlraum 43, der innen einen geringen Durchmesser aufweist und mit der Einlaßleitung 15 in Verbindung steht, sowie am Stirnende groß genug ist, um die Außenkanten der Innenrohre 21 freizulassen, so daß durch diesen Durchlaß das Fluid von der Einlaßleitung 15 auf die verschiedenen Innenrohre 21 verteilt werden kann. Der Teil des Hohlraums 43, der sich in der Nähe der Vorderfläche oder des Stirnendes des Anschlußteiles 13 befindet, erweitert sich nach außen und bildet eine glatte Anlagefläche 45 von kegelstumpfförmiger Gestalt. Diese Anlagefläche ist unter radialem Abstand nach außen von der Dichtfläche 33 auf dem Außenumfang des Rohrbodens angeordnet.
. Ein Dichtring 46 ist so angeordnet, daß er mit der Dichtfläche 33 des Rohrbodens 26 und mit den Anlageflächen 36 und 45 des Stirnteiles 11 und des Anschlußteiles 13 in Berührung steht. Dieser Dichtring weist eine zylindrische innere Anlagefläche 47 auf, die mit der Dichtfläche 33 auf dem Rohrboden 26 zusammenwirkt und zwei einander gegenüberliegende konische Anlageflächen 48 und 49, die jeweils eng auf die Anlageflächen 36 und 45 des Stirnteiles und des Anschlußteiles passen. Die Dichtfläche 33 des Rohrbodens 26 besitzt eine mittig angeordnete umlaufende Nut 61, die mit radialen öffnungen 62 in Verbindung steht, welche zur Außenfläche des Dichtringes 46 verlaufen, und zwar zwischen der Vorderfläche des Anschlußteils 13, wodurch jedes etwa ausgetretene Fluid in die Atmosphäre abgeführt wird, ohne sich mit dem anderen Fluid zu vermischen. Der Dichtring 46 ist aus einem verformbaren, jedoch kompressionsbeständigen weichen Metall, z. B. Weicheisen, hergestellt, das sich eng den Anlageflächen zur Bildung dichter Verbindungen anpaßt.

Das Anschlußteil 13 ist am Stirnteil 11 befestigt und wird gegen dieses über Bolzen 53 verspannt, die in das Stirnteil geschraubt sind und durch öffnungen 54 des Flansches des Anschlußteiles 13 hindurchgehen, und zwar mittels auf die Bolzen aufgeschraubter Muttern 56.

Im Betrieb rufen die axial gerichteten, durch die Muttern 56 auf den Flansch des Anschlußteils ausgeübten Kräfte, die diesen zum Stirnteil 11 hindrücken, zusammen mit den sich nach außen erweiternden Anlageflächen 36 und 45 der Stirn- und Anschlußteile, die gegen entsprechende Anlageflächen 48 und 49 des Dichtringes 46 anliegen, Keilwirkungen auf den Dichtring hervor, durch die der Dichtring in eine enge dichte Verbindung mit den Anlageflächen 36 und 45 auf dem Stirnteil und dem Anschlußteil sowie mit der Dichtfläche 33 am Außenumfang des Rohrbodens gedrückt wird. Da der Dichtring aus einem Weichmetall besteht, das sich unter Zusammendrücken verformen kann, einer Zusammendrückung jedoch widersteht, wie z. B. Weicheisen, kann sich der Dichtring wie gewünscht verformen und so fluiddichte Übergänge an den verschiedenen Dichtstellen hervorrufen.

Die Kräfte, die Anschluß- und Stirnteil gegeneinanderdrücken, versuchen auch, den Rohrboden 26 über den Dichtring 46 bis zur inneren Begrenzung seiner Bewegungsbahn zu drücken, wo er durch das Bauteil 42, das in der Ringnut auf dem Rohrboden und gegen die Schulter im Stirnteil anliegt, an seinem Ort gehalten wird.

ίο Der Dichtring 46 ist einerseits dem Druck des Innenrohrfluids an seinem Rand nahe der Vorderfläche des Rohrbodens ausgesetzt. Andererseits ist er dem Druck des Mantelrohrfluids ausgesetzt, das außerhalb der Innenrohre 21 bis zum Rand des Dichtringes in der Nähe der Innenfläche des Rohrbodens geführt ist. Gewöhnlich ist der Druck des Innenrohrfluids wesentlich größer als der Druck des Mantelrohrfluids, so daß die auf einer solchen Druckdifferenz beruhende Kraft, die auf die Vorderfläche des Rohrbodens 26 wirkt, auch dazu neigt, den Rohrboden nach innen zur innersten Begrenzung seiner Bewegungsbahn zu drücken, wie diese durch das Bauteil 42 bestimmt ist. Die Abmessung der einzelnen Teile ist vorzugsweise so ge- ( troffen, daß selbst dann, wenn der Dichtring einer Kompression ausgesetzt ist und in abdichtender Berührung steht, die dem Bauteil 42 benachbarte Kante des Dichtringes 46 einen Abstand zum Bauteil einhält, so daß das Bauteil 42 die Dichtfunktion des Dichtringes nicht stört.

Die Fluide innerhalb des Wärmetauschers mischen sich nicht miteinander, auch wenn beide gleichzeitig über undichte Stellen des Dichtringes strömen sollten. Sollte das Innenrohrfluid längs des Dichtringes 46 zwischen der Anlagefläche von Dichtring und Anschlußteil entweichen können, so tritt es in die Atmosphäre zwischen Anschlußteil und Stirnteil aus; wenn dagegen das Innenrohrfluid zwischen Rohrboden und Dichtring ausströmen sollte, so würde es in die Nut 61 des Rohrbodens und von dort durch die öffnungen 62 in die Atmosphäre entweichen. Sollte das Mantelrohrfluid zwischen Stirnteil und Dichtring ausströmen, so würde die ausgeströmte Menge in die Atmosphäre entweichen; wenn dagegen das Mantelrohrfluid zwischen Dichtring und Rohrboden austritt, so wird es in ( die Nut 61 und durch die öffnungen 62 in die Atmosphäre entweichen. Das gesamte Innenrohr- oder Mantelrohrfluid, das zwischen Dichtring und Rohrboden ausströmen könnte, muß zwangsweise in die Atmosphäre längs der genannten Bahnen entweichen, da der Atmosphärendruck geringer ist als sowohl der des Mantelrohrfluids als auch der des Innenrohrfluids.

Die Dichtheit der Verbindung kann visuell schnell festgestellt werden, da außen an der Verbindung jedes Ausströmen sofort bemerkt wird.

Die in den F i g. 2 und 3 gezeigte Verbindung ist bis auf die folgenden Merkmale mit der vorbeschriebenen identisch: Es sind zwei gegeneinander anliegende Teile 46 α und 46 b des Dichtrings vorgesehen, die äußere Anlageflächen 48 und 49 sowie innere Anlageflächen 47 α und 47 b tragen. Die sich gegenüberstehenden Flächen 57 α und 57 b der Teile liegen über der Nut 61 am Außenumfang des Rohrbodens 26 aneinander an. Die öffnungen 62 sind als Nuten in den aufeinanderliegenden Flächen 57 α und 57 b der Teile des Dichtrings ausgebildet.

Die Anlage- bzw. Dichtflächen der verschiedenen Bauteile sind einfach gestaltet und sind zur Bearbeitung leicht zugänglich. Aus diesem Grund können die

Bauteile der Verbindung nach der Erfindung wirtschaftlich und vermittels einfacher Bearbeitungsvorgänge hergestellt und leicht zusammengebaut und auseinandergebaut werden.
Die Verbindung eignet sich besonders für Wärme-

tauscher der Haarnadelbauart. Sie kann zur Inspektion, zur Reinigung der Anlage- bzw. Dichtflächen und des Dichtringes geöffnet werden, ohne daß der gesamte Wärmetauscher auseinandergebaut werden müßte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

209 540/64

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verbindung für einen Röhrenwärmetauscher zwischen einem Stirnteil eines Mantelrohres, einem Rohrboden, in welchem mindestens ein Innenrohr befestigt ist, und einem Anschlußteil, wobei der Rohrboden über ein formschlüssig wirkendes Bauteil am Stirnteil gegen ein Verschieben in das Mantelrohr hinein gesichert ist und wobei ein einheitlich aus weichem Metall bestehender Dichtring vorgesehen ist, der mit entsprechenden Anlageflächen zwischen einer konischen Anlagefläche des Stirnteils, dem Rohrboden und dem Anschlußteil liegt und den Rohrboden beim Verspannen des Anschlußteils in Richtung auf den Stirnteil gegen das formschlüssig wirkende Bauteil festlegt, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Rohrboden (26) mit einer zylindrischen Dichtfläche (33) durch den Dichtring (46) hindurch bis in das Anschlußteil (13) hinein erstreckt, welches eine konische Anlagefläche (45) aufweist, die entgegen der konischen Anlagefläche (36) des Stirnteils geneigt ist, und daß der Dichtring (46) radial nach außen in den Spalt zwischen dem Stirnteil (11) und dem Anschlußteil (13) mündende öffnungen (62) aufweist, die in eine im Rohrboden (26) vorgesehene, die Dichtfläche (33) zweiteilende Nut (61) führen.

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (46) in zwei axial aneinander anschließende Teile (46 a, 46 b) unterteilt ist und die öffnungen (62) als Nuten in der Teilfuge ausgebildet sind.