DE2901910C2 - Strömungsleitvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Strömungsleitvorrichtung für die Strömung im Außenraum von Rohrbündelapparaten, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Erfindung ermöglicht die Verbesserung des Wärmeübergangs bei kleinerem Druckabfall und die einfachere Einfädlung der einzelnen Rohre bei der Montage der Rohrbündelapparate.

Ohne die Leitvorrichtung strömen die Medien im Außenraum von Rohrbündelapparaten entlang der Rohre. Die Geschwindigkeitsverteilung ist ohne Strömungsleitvorrichtung ungleichmäßig über den Außenraum verteilt, so daß sich im Verhältnis zum Druckverlust niedrige Wärmeübergangszahlen ergeben.

Der Wärmeübergang nimmt bekanntlich unterproportional mit der Geschwindigkeit zu, während der Druckverlust weit überproportional, fast quadratisch zunimmt.

Weiter ist bekannt, daß sich der Wärmeübergang bei Queranströmung von Röhren bedeutend erhöht gegenüber dem erreichbaren Wärmeübergang bei Längsströmung.

Leitvorrichtungen, um eine bessere Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit und um vor allem teilweise Querströmung zu erreichen, sind als sogenannte Einbauten bekannt.

Die bekannten Leitvorrichtungen weisen aber erhebliche Mangel auf. Sie ergeben einen geringen Gewinn an Wärmeübergang, jedoch einen unverhältnismäßig hohen Druckverlust.

Zusätzlich entstehen mit den bekannten Leitvorrichtungen Zonen mit geringen Strömungsgeschwindigkeiten, in denen die Gefahr von Rückstandsbildungen vergrößert ist.

Bekannt sind u. a. abgeschnittene Kreisscheiben, die quer zur Achse und mit der Kreisabschnittkante gegeneinander und in gleichmäßigen Abständen voneinander im Außenraum angebracht werden.

Diese Leitvorrichtungen zwingen die Medien im Außenraum hin und her, zum Teil also quer zu den Röhren zu strömen, wobei die Kreisabschnittkante mehr oder weniger mit 180° umströmt wird.

Diese erzwungene Umlenkung von 180° ergibt sehr ungleichmäßige Geschwindigkeitsverteilungen und teilweise Längsströmungen im Außenraum, so daß nicht eine dem Druckverlust entsprechende Verbesserung des Wärmeübergangs erreicht werden kann.

Weiter sind sogenannte Scheibeneinbauten als Leitvorrichtungen bekannt Diese Scheiben besitzen für den Strömungsdurchlaß in der Mitte normalerweise eine kreisförmige öffnung und in einem axialen Abstand davon eine Stauscheibe mit größerem Durchmesser als die zentrale öffnung der vorhergehenden Scheibe.

Auch bei der Scheibenleitvorrichtung wird das im Außenraum strömende Medium nur teilweise zu den eingebauten Rohren quergeführt und die Umlenkungen um 180° verschlechtern das Verhältnis des Wärmeübergangs zum Druckverlust in gleicher Weise wie bei den Kreisabschnittvorrichtungen.

Beispielsweise ist aus der US-PS 34 00 758 eine Strömungsleitvorrichtung für den Außenraum eines Rohrbündelapparates bekannt, bei dem Kreisausschnittsscheiben mit einem Zentrumswinkel von weniger als 180° radial in dem Rohrbündelapparat befestigt sind. Die Kreisscheibensegmente sind hierbei jeweils etwa um die Größe des Zentrumswinkels gedreht und in axialem Abstand voneinander angeordnet, so daß eine Durchströrüungsmöglichkeit zwischen den Kreisaus-Schnittsscheiben und den Rohren verhindert ist Allerdings sind diese Kreisausschnittsscheiben mit axial angeordneten rechteckigen Platten miteinander verbunden, so daß ein rein rotatives Durchströmen zwischen den Kreisausschnittsscheiben und den Rohren verhindert wird. Diese axial angeordneten Verbindungsplatten ergeben jedoch in der Montage sowie in der Herstellung Schwierigkeiten, und durch die an diesen Stellen völlig unterbundene radiale Durchströmung auch eine erhöhte Verschmutzung des Rohrbündelapparates in diesem Bereich im Betrieb.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strömungsleitvorrichtung so auszubilden, daß im Gegensatz zu dem bisher Bekannten eine etwa gleichförmige Drallströmung mit gleichmäßiger Queranströmung der Rohre ermöglicht, jedoch bei einfacher Herstellung und Montage sowie geringerer Verschmutzung des Rohrbündelapparates im Betrieb.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Kreisausschnittscheiben sind von Scheibe zu Scheibe etwa um die Größe des Kreisausschnittwinkels um die Apparateachse gedreht angeordnet, so daß eine wendeltreppenartige Anordnung den Außenraum des Rohrbündelapparates durchzieht.

Durch Veränderung der Höhe der Abstandsstützen und damit der Abstand der Kreisausschnittscheiben verändert sich der dem Medium zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt. Auf diese Weise kann die Strömungsgeschwindigkeit im Außenraum beliebig variiert werden.

Strömungsleitvorrichtungen nach der Erfindung ergeben eine gleichmäßige Querströmung, ohne daß die Strömungsrichtung mehrmals brüsk geändert wird.
Mit Strömungsleitvorrichtungen nach der Erfindung entstehen keine Zonen mit erheblich verringerter Geschwindigkeit.

Stromungsvorrichtungen nach der Erfindung ergeben erhebliche Vorteile gegenüber den bisher bekannten Leitvorrichtungen.

Die Geschwindigkeit ist über den Strömungsweg gleichmäßig verteilt und der Wärmeübergang wird bei gleichem Druckverlust wesentlich größen

Die Gefahr der Rückstandsbildung ist sehr stark re-

29 Ol

duzierL

Durch Vergrößerung oder Verkleinerung der Kreisausschnittscheibenabstände längs des Strömungsweges können die Volumenänderungen des Mediums beim Durchströmen des Außenraumes des Rohrbündelapparates so ausgeglichen werden, daß die Strömungsgeschwindigkeit den für den Wärmeübergang günstigsten Wert beibehält

Bei Anwendung der Erfindung zum Bau von Kondensatoren oder Verdampfern kann zum Beispie! der mittlere Wärmeübergang bei Kondensatoren wesentlich gesteigert werden.

Eine beispielsweise Ausführungsform einer Strömungsleitvorrichtung nach Erfindung ist in den Zeichnungen F i g. 1 bis 4 dargestellt In

F i g. 1 ist eine Kreisausschnittscheibe in Aufsicht mit einem Ausschnittwinkel von 60° dargestellt

F i g. 2 stellt eine Abstandsstütze dar, um die Kreisausichnittscheibe in entsprechendem Abstand festzuhalten.

F i g. 3 stellt einen Querschnitt durch einen Rohrbündelapparat quer zur Achse dar, in dem der besseren Übersicht wegen nur drei Krusausschnittscheiben eingezeichnet sind.

F i g. 4 zeigt einen Schnitt nach der in F i g. 3 dargestellten Schnittfläche E-E

Die drei in F i g. 3 dargestellten Kreisausschnittscheiben besitzen die Bezeichnung 1, 2 und 3, wobei die Kreisausschnittscheibe 2 in einem durch die Abstandsstütze 4 bestimmten Abstand höher liegt als die Kreisausschnittscheibe 1.

Die Kreisausschnittscheibe 3 ist ebenfalls um denselben Abstand höher als die Kreisausschnittscheibe 2.

Die Höhersetzung der um 60° verdrehten nächsten Kreisausschnittscheibe wiederholt sich über die ganze Länge der Strömungsleitvorrichtung.

Die Kreisausschnittscheibe 3 gemäß F i g. 1 besitzt drei Bohrungen 16 für den Durchlaß der Rohre 5 und sechs Bohrungen 14, in welche die Zapfen 15 der Abstandsstützen 4 eingepreßt werden.

In F i g. 3 sind die Abstandsstützen 4, die in die Kreisausschnittscheibe 3 eingepreßt sind, auf einer Seite geschnitten dargestellt Dadurch wird ersichtlich, daß die Abstandsstützen den Zwischenraum zwischen den Rohren 5 und zwischen den Rohren 5 und dem Mantel 6 verdecken, so daß das Medium gezwungen ist, der wendeltreppenförmigen Anordnung der Kreisausschnittscheiben zu folgen.

Die Abstandsstützen zwischen den Kreisausschnitscheiben können so angeordnet werden, daß sie den freien Raum zwischen den Röhren und den Kreisausschnittscheiben von Stufe zu Stufe in der Stufenhöhe verdecken, so daß das Medium gezwungen ist, den Außenraum drallförmig zu durchströmen.

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Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (2)

29 Ol 910 Patentansprüche:

1. Strömungsleitvorrichtung für die Strömung im Außenraum von Rohrbündelapparaten, wobei Kreisausschnittscheiben mit einem Zentrumswinkel von maximal 180° mit gegenseitigem axialen Abstand und jeweils etwa um die Größe des Zentrumswinkels gedreht so angeordnet sind, daß eine wendeltreppenartige Führung für das im Außenraum strömende Medium entsteht und die Durchströmungsmöglichkeit zwischen den Kreisausschnittscheiben und den Rohren verhindert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisausschnittscheiben (1) durch Abstandsstützen (4) in axialem Abstand gehalten werden, die einen runden Querschnitt aufweisen.

2. Strömungsleitvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Abstände zwischen den Kreisausschnittscheiben (1) längs der Strömung kleiner oder größer werden.