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Patent Searching and Data


Title:
FLOW ELEMENT FOR GENERATING A TURBULENT SWIRLING FLOW, AND HEAT TRANSFER DEVICE COMPRISING A FLOW ELEMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/041551
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a flow element (20) for generating a turbulent flow of a fluid (6) flowing through a tube (4), in particular a tube (4) of a heat transfer device (2). The flow element can be inserted into the tube (4) and can be fixed within the tube (4), and the flow element comprises a connection section (22) for fixing the flow element (20) within the tube (4) and a swirl-generating section (24) which is connected to the connection section (22). The swirl-generating section (24) comprises at least one baffle (32) for influencing the flow of a fluid (6) flowing through the flow element (20) and/or flowing past the flow element, and the baffle (32) is curved at least in some sections. The invention additionally relates to a heat transfer device (2) comprising a flow element (20).

Inventors:
KÜNNE SÖREN (DE)
KÖNIGSTEIN EGON (DE)
SCHUCH WOLFGANG (DE)
Application Number:
PCT/EP2017/069970
Publication Date:
March 08, 2018
Filing Date:
August 07, 2017
Export Citation:
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Assignee:
AREVA GMBH (DE)
International Classes:
F28F1/40; F28F13/12
Foreign References:
CN104406441A2015-03-11
JP2002295987A2002-10-09
GB347904A1931-05-07
CN204924014U2015-12-30
DE19831191A12000-01-13
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
SCHLÖGL, Markus (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Strömungselement (20) zur Erzeugung einer turbulenten Strömung eines ein Rohr (4), insbesondere ein Rohr (4) einer Wärmeübertra- gungsvorrichtung (2) durchströmenden Fluides (6), wobei das

Strömungselement in das Rohr (4) einsetzbar und innerhalb des Rohres (4) fixierbar ist, umfassend

- einen Verbindungsabschnitt (22) zur Fixierung des Strömungselementes (20) innerhalb des Rohres (4), und

- einen mit dem Verbindungsabschnitt (22) verbundenen drallerzeugenden Abschnitt (24), wobei der drallerzeugende Abschnitt (24) zumindest ein Leitblech (32) zur Beeinflussung der Strömung eines das Strömungselement (20) durchströmenden und/oder an ihm vorbeiströmenden Fluides (6) umfasst, und wobei das Leitblech (32) zumindest abschnittsweise gekrümmt ist.

2. Strömungselement (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (22) ringförmig ausgebildet ist und ein äußerer Durchmesser des Verbindungsabschnittes (22) größer ist als ein innerer Durchmesser des Rohres (4).

3. Strömungselement (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das zumindest eine Leitblech (32) des drallerzeugenden Abschnitts (24) ausgehend von dem Verbindungsabschnitt (22) entlang des Rohres (4) und in

Strömungsrichtung (S) erstreckt.

4. Strömungselement (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungselement (20) eine sich in Strömungsrichtung (S) erstreckende Längsachse (M) aufweist und das zumindest eine Leitblech (32) spiralförmig entlang der Längsachse (M) des Strömungselementes (20) ausgebildet ist, wobei sich die Längsachse (M) des Strömungselementes (20) entlang einer Längsachse des Rohres (4) erstreckt.

5. Strömungselement (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Leitblech (32) des drallerzeugenden Abschnitts (24) mit einer ersten Längsseite (34) in einer senkrecht zu der Längsachse (M) verlaufenden Radialrichtung an einer Innenwand des Rohres (4) endet und/oder dass eine Länge des drallerzeugenden Abschnitts (24) größer ist als ein Durchmesser des Verbindungsabschnittes (22), insbesondere ein Vielfaches des Durchmessers des Verbindungsabschnittes (22) ist.

6. Strömungselement (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der drallerzeugende Abschnitt (24) einen sich entlang der Längsachse (M), insbesondere entlang der Mittellängsachse des Strömungselementes (20) erstreckenden Längsabschnitt (42) aufweist, mit dem das zumindest eine Leitblech (32) mit einer zweiten Längsseite (36) verbunden ist und um den das zumindest eine Leitblech (32) zumindest abschnittsweise gekrümmt verläuft.

7. Strömungselement (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der drallerzeugende Abschnitt (24) zumindest zwei Leitbleche (32) umfasst, die in einer Umfangs- richtung um die Mittellängsachse (M) des Strömungselementes (20) in regelmäßigem Abstand zueinander angeordnet sind.

8. Strömungselement (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungselement (20) ein Verbindungsstück zur Verbindung des Strömungselementes mit einem weiteren Strömungselement umfasst.

9. Wärmeübertragungsvorrichtung (2), insbesondere ein Rohrbündelwärmeübertrager, umfassend zumindest ein Rohr (4), das von einem ersten Fluid (6) durchströmt wird, einen das Rohr (4) umgebenden Mantelraum (8), welcher zumindest eine Einlassöffnung (28) und eine Auslassöffnung (30) aufweist und von einem zweiten Fluid (10) durchströmt wird, einen das zumindest eine Rohr (4) in dem Mantelraum (8) fixierenden Rohrboden (18), und zumindest ein Strömungselement (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches in dem zumindest einen Rohr (4) eingesetzt ist.

10. Wärmeübertragungsvorrichtung (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der drallerzeugende Abschnitt (24) des Strömungselementes (20) von dem Verbindungsabschnitt (22) ausgehend entlang des Rohres (4) in Strömungsrichtung (S) des Rohres (4) erstreckt und/oder dass das zumindest eine Strömungselement (20) an einem kalten Ende (26) des Rohres (4) und/oder in einem Bereich des Rohrbodens (18) eingebaut ist, wobei eine Länge (L) des Strömungselementes (20) einer Dicke (D) des Rohrbodens (18) entspricht.

Description:
Strömungselement zur Erzeugung einer turbulenten Drallströmung und Wärmeübertragungsvorrichtung umfassend ein Strömungselement

Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Strömungselement zur Erzeugung einer turbulenten Drallströmung eines ein Rohr durchströmenden Fluides. Ferner betrifft die Erfindung eine Wärmeübertragungsvorrichtung, insbesondere einen Rohrbündelwärmeübertrager umfassend ein Strömungselement. In Kraftwerken, beispielsweise in nukleartechnischen Anlagen sowohl mit Druckwasserreaktor als auch mit Siedewasserreaktor aber auch in konventionellen Kraftwerken, werden Wärmeübertragungsvorrichtungen eingesetzt, um den Wirkungsgrad des Kraftwerkes zu verbessern. Beispielsweise wird Dampf aus einer Turbinenanlage in einer Wärmeübertragungs- Vorrichtung, insbesondere einem Vorwärmer zur Anhebung der Temperatur bzw. zur Vorwärmung des Hauptkondensats und/oder des Speisewassers genutzt. Als Wärmeübertragungsvorrichtung kommt insbesondere ein Rohrbündelwärmeübertrager in Betracht, bei dem der Dampf in den Mantelraum eingeleitet wird und an dem von dem Kondensat bzw. Speisewas- ser durchströmten Rohr kondensiert, sodass Wärme von dem Dampf auf das Kondensat bzw. das Speisewasser übertragen wird. Der Wärmeübergang erfolgt dabei durch Kondensation des Dampfes an der Außenwand des Rohres, Wärmeleitung durch die Wand des Rohres und durch konvek- tiven Wärmeübergang an das das Rohr durchströmende Kondensat bzw. Speisewasser.

Um eine effiziente Wärmeübertragung zu gewährleisten, ist eine große Wärmeübertragungsfläche und/oder ein guter Wärmeaustausch erforder- lieh. Dies wird beispielsweise durch den Einsatz von sogenannten Drallrohren erreicht, die eine strukturierte Oberfläche aufweisen, wodurch zum einen die Wärmeübertragungsfläche vergrößert wird und zum anderen Turbulenzen in dem das Rohr durchströmenden Medium erzeugt wer- den. Der technische Aufwand, die Investitionskosten und die Stillstandszeiten zur Nachrüstung eines solchen Drallrohres sind allerdings erheblich, sodass ein Einbau in der Regel nur im Zuge einer notwendigen technischen Sanierung der Wärmeübertragungsvorrichtung oder bei Neukomponenten erfolgt, da ein Austausch der Rohre oftmals technisch schwer möglich oder zumindest unwirtschaftlich ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Bauteil anzugeben, welches eine effiziente Wärmeübertragung in einer Wärmeübertragungsvorrichtung gewährleistet und bei dem die genannten Nachteile vermieden werden. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung eine Wärmeübertragungsvorrichtung mit einem solchen Bauteil vorzuschlagen.

Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst durch ein Strömungselement mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.

Das Strömungselement zur Erzeugung einer turbulenten Strömung bzw. zur Erzeugung einer Drallströmung eines ein Rohr durchströmenden Fluides ist in das Rohr bzw. in einen Rohrabschnitt einsetzbar und innerhalb des Rohres fixierbar. Das Strömungselement umfasst einen Verbindungsabschnitt zur Fixierung des Strömungselementes innerhalb des Rohres bzw. innerhalb eines Rohrabschnittes bzw. an dem Rohr. Das Strömungselement umfasst ferner einen mit dem Verbindungsabschnitt verbundenen drallerzeugenden Abschnitt, wobei der drallerzeugende Abschnitt zumin- dest ein sich entlang des Rohres erstreckendes und zur Beeinflussung der Strömung eines das Strömungselement bzw. das Rohr durchströmenden und/oder an ihm vorbeiströmenden Fluides ausgebildetes Leitblech umfasst. Das Leitblech ist hierfür zumindest abschnittsweise gegenüber ei- ner Längsachse des Strömungselementes gekrü mmt ausgebildet, eine Längsachse des Leitbleches weicht also zumindest abschnittsweise von einer Längsachse des Strömu ngselementes ab, d ie beiden Längsachsen verlaufen also höchstens abschnittsweise parallel zueinander. Im Einbau- zustand, also wenn das Strömungselement in das Rohr bzw. in den Rohrabschnitt eingesetzt und in oder an dem Rohr fixiert ist, verläuft die Längsachse des Strömu ngselementes parallel zu einer Längsachse des Rohres bzw. des Rohrabschnittes. Ein Strömu ngselement im Sinne der Erfindung, welches nachfolgend auch als Drallerzeuger bezeichnet wird, ist ein d ie Strömung eines du rch das Rohr fl ießenden Mediums oder Flu ids beeinfl ussendes oder zu mindest teilweise behinderndes Element. Der drallerzeugende Abschnitt bzw. das Leitblech ist mit dem Verbind ungsabschnitt bzw. dem Befestigu ngsab- schnitt derart verbu nden, dass es sich im Einbauzustand, also bei innerhal b des Rohres fixiertem Strömungselement in Strömungsrichtung erstreckt.

Ein erfindungsgemäßes Strömungselement bzw. Drallerzeuger hat du rch die Konstru ktion als separate Komponente den Vorteil, dass es in einfacher Weise u nd mit geringem Aufwand in ein Rohr bzw. einen Rohrabschnitt einer Wärmeübertragu ngsvorrichtu ng eingesteckt und dort befestigt werden kann . Es ist an oder in dem Rohr bzw. in einem Rohrabschnitt fixierbar u nd kann somit in bereits bestehende Rohre eingesetzt werden . H ierbei sind verschiedenste mechanische Befestigu ngsmög lichkeiten oder andere Verbind ungstechniken denkbar. Sofern zu r Fixierung eine Verbindu ngstechnik eingesetzt wird, die mit geringem Aufwand wieder gelöst werden kann, also beispielsweise ledigl ich eine formschlüssige Verbindu ng, kann das Strömu ngselement auch wieder entfernt werden, u m bei- spielsweise lediglich das Strömungselement auszutauschen . Dadu rch ist auch ein Nachrüsten eines Strömu ngselementes in bereits bestehende Rohre oder ähnliches generell und mit geringem Aufwand mög lich . Da das Strömungselement bzw. der drallerzeugende Abschnitt zumindest abschnittweise gekrümmt ausgebildet ist, wird die Strömung des das Strömungselement passierenden Fluides derart beeinflusst, dass darin Turbulenzen oder Wirbel erzeugt werden. Das Fluid wird also mit einem Drall beaufschlagt bzw. in Rotation versetzt. Mit anderen Worten: Der drallerzeugende Abschnitt überlagert der axialen Strömung des entlang einer Längsachse des Rohres strömenden Fluides eine Umfangsgeschwindigkeit, wodurch ein Drall entsteht. Ferner ergibt sich dadurch eine höhere resultierende Geschwindigkeit. Durch die Krümmung bzw. den Verlauf des Leitbleches lassen sich Geschwindigkeit, Rotation und Drall des daran vorbeiströmenden Fluides beeinflussen. Das Strömungselement ist in verschiedensten Wärmetauschern mit wasserführenden Rohren einsetzbar. Dadurch wird der Wärmeübergang von dem Rohr an das Fluid deutlich verbessert, da die einzelnen Strömungsschichten des Fluides besser durchmischt werden und so mehr Wärme aufnehmen können. Insbesondere wird ein kontinuierlicher Austausch der Strömungsschichten um das Leitblech herum, also in der Mitte des Rohres, mit den rohrwandnahen Strömungsschichten erreicht. Durch den Einbau des Strömungselementes in ein Rohr einer Wärmeübertragungsvorrichtung werden somit deren Wärmeübertragungsleistung und damit auch der Gesamtwirkungsgrad einer Kraftwerksanlage verbessert.

Der Verbindungsabschnitt des Strömungselementes ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet und weist typischerweise einen größeren äußeren Durchmesser auf als der innere Durchmesser des Rohres, für dessen Einsatz das Strömungselement bzw. der Drallerzeuger vorgesehen ist. Dies ermöglicht eine einfache und zuverlässige Fixierung des Strömungselementes in bzw. an dem Rohr und verhindert, dass das Strömungselement weiter in das Rohr hineingedrückt wird. Beispielsweise wird das Strö- mungselement form- und kraftschlüssig in dem Rohr bzw. an einer Anschlagfläche des Rohres fixiert oder mechanisch befestigt. Zusätzlich kann der Verbindungsabschnitt insbesondere mit einem Schweißpunkt an oder in dem Rohr bzw. innerhalb eines Rohrabschnitts fixiert werden, um das Strömungselement gegen Rotation zu sichern.

Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn sich das zumindest eine Leitblech des drallerzeugenden Abschnitts ausgehend von dem Verbindungsabschnitt entlang des Rohres und in Strömungsrichtung erstreckt. Im eingebauten Zustand ist der drallerzeugende Abschnitt somit in Bezug auf die Strömungsrichtung vorwiegend hinter dem Verbindungsabschnitt bzw. Befestigungsabschnitt angeordnet. Unter Strömungsrichtung ist dabei die Richtung des Fluides entlang des Rohres, z.B. entlang einer Längsachse des Rohres bzw. eines Rohrabschnittes, also in Richtung von dem kalten zu dem warmen Ende des Rohres zu verstehen. Dadurch treten Turbulenzen und Wirbel, die durch den drallerzeugenden Abschnitt bzw. das Leitblech erzeugt werden, vorwiegend hinter dem Verbindungsabschnitt auf, sodass die Verbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt und dem Rohr dadurch nicht belastet wird.

Das Strömungselement weist eine sich in Strömungsrichtung erstreckende Längsachse auf und das zumindest eine Leitblech ist vorzugsweise spiral- förmig bzw. helixförmig entlang der Längsachse des Strömungselementes ausgebildet, wobei sich die Längsachse des Strömungselementes im Einbauzustand entlang einer Längsachse des Rohres erstreckt. Mit anderen Worten: Der drallerzeugende Abschnitt umfasst zumindest ein sich spiralförmig um eine Längsachse des Strömungselements im Einbauzustand in Strömungsrichtung windendes Leitblech. Das Leitblech wird vorzugsweise über seine gesamte Länge spiralförmig über eine oder mehrere den vollen Umfang umfassende Rotationen weitergeführt, um der Strömung einen Drall aufzuprägen. Je nach Krümmung des Leitbleches kann eine optimale Geschwindigkeitsverteilung der Strömung bzw. des Fluides bzw. eine op- timale Rotation erreicht werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform endet das zumindest eine Leitblech des drallerzeugenden Abschnittes mit einer ersten Längsseite in einer senkrecht zu der Längsachse des Strömu ngselementes, also senkrecht zu der Strömu ngsrichtung verlaufenden Radial richtung mit einer ersten Längsseite an einer Innenwand, also einer inneren Umfangsfläche des Rohres. Mit anderen Worten : Eine Breite des Leitbleches, welches im 5 u ngekrü mmten Zustand eine rechteckige Form aufweist, ist ü ber die gesamte Länge des Leitbleches konstant. Die erste Längsseite des Leitbleches l iegt über die gesamte Länge des Strömungselementes an der Innenwand des Rohres an, sodass kein Spalt zwischen Strömu ngselement bzw. Leitblech und der Innenwand vorhanden ist. Dies erhöht den Stroit) mungswiderstand im Inneren des Rohres, sodass d ie Innenwand des Rohres schneller u mströmt wird, was wiederum den Wärmeaustausch verbessert.

Ein weiterer Vorteil des Strömu ngselements besteht darin, dass dessen 15 Du rchmesser und Länge je nach Einsatzzweck variiert werden kann . Um eine optimale Beeinfl ussu ng der Strömung zu erreichen, ist eine Länge des drallerzeugenden Abschnittes vorzugsweise größer als ein Du rchmesser des Verbindu ngsabschnittes, insbesondere ein Vielfaches des Durchmessers des Verbindu ngsabschnittes. Die Länge des d ral lerzeugenden 20 Abschnittes ist ferner klein, insbesondere um ein Vielfaches kleines als die Länge des gesamten Rohres, beispielsweise das Rohr eines Wärmetauschers.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der dral lerzeugende 25 Abschnitt einen sich im Einbauzustand in Strömu ngsrichtu ng u nd entlang der Längsachse, insbesondere entlang der Mittellängsachse des Strömu ngselementes erstreckenden Längsabschnitt, insbesondere einen stab- förmigen Längsabschnitt auf, mit dem das zu mindest eine Leitblech mit einer zweiten Längsseite verbu nden ist u nd um den das zu mindest eine 30 Leitblech zu mindest abschnittsweise gekrü mmt verläuft. Der Längsabschnitt erstreckt sich entlang einer Längsachse, insbesondere entlang der Mittel längsachse des Strömungselementes. Das Leitblech erstreckt sich somit ausgehend von dem Längsabschnitt in Rad ialrichtung des Strö- mungselementes. Mit der ersten Längsseite und/oder dem ersten Endabschnitt ist das Leitblech mit dem Verbindungsabschnitt verbunden. Durch den Längsabschnitt wird das Strömungselement bzw. insbesondere das Leitblech zusätzlich stabilisiert.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der drallerzeugende Abschnitt zumindest zwei Leitbleche, die in einer Umfangsrichtung um die Mittellängsachse des Strömungselementes in regelmäßigem Abstand zueinander angeordnet sind. Mit anderen Worten : Die zwei oder mehreren Leitbleche sind gleichmäßig um die Mittellängsachse verteilt und jeweils zumindest abschnittsweise gekrümmt, wobei die zwei oder mehreren Leitbleche dabei vorzugsweise über ihre gesamte Länge parallel zueinander verlaufen. Prinzipiell kann das Strömungselement als Einzelkomponente verwendet werden. Bei einer vorteilhaften Variante umfasst das Strömungselement jedoch ein Verbindungsstück, insbesondere ein plattenförmiges Verbindungsstück zur Verbindung des Strömungselementes mit einem weiteren Strömungselement. Die einzelnen Strömungselemente können beispiels- weise mit ihren jeweiligen Verbindungsabschnitten bzw. Befestigungsabschnitten an dem Verbindungsstück angeordnet und befestigt werden, sodass diese als Ganzes in eine Wärmeübertragungsvorrichtung eingesetzt werden können, wobei beispielsweise jedes Strömungselement in einem Rohr eingesetzt wird. Dadurch wird eine Anordnung mit zumindest einem ersten und einem zweiten Strömungselement gebildet, welche über das Verbindungsstück miteinander verbunden sind.

Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst durch eine Wärmeübertragungsvorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 9. Vorteilhafte Ausge- staltungen und Weiterbildungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Wärmeübertragungsvorrichtung, insbesondere ein Rohrbündelwärmeübertrager, umfasst zumindest ein Rohr, das von einem ersten Fluid, insbesondere Wasser durchströmt wird, einen das Rohr umgebenden Mantelraum, welcher zumindest eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung aufweist und von einem zweiten Fluid, insbesondere Dampf, durchströmt wird, einen das Rohr in dem Mantelraum fixierenden Rohrboden, und zumindest ein Strömungselement mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen, welches in dem zumindest einen Rohr eingesetzt ist. Der Mantelraum ist oberseitig von dem Rohrboden verschlossen. Oberhalb des Rohr- bodens befindet sich eine Wasserkammer, die eine Einlassöffnung bzw. Einlasskammer für das erste Fluid und eine Auslassöffnung bzw. Auslasskammer für das erste Fluid aufweist.

Die Wärmeübertragungsvorrichtung, insbesondere der Rohrbündelwärme- Übertrager ist beispielsweise ein Hochdruck- oder Niederdruckvorwärmer. Generell ist das Strömungselement in verschiedensten Wärmetauschern mit Wasser, beispielweise Speisewasser, Kondensat oder Kühlwasser, führenden Rohren einsetzbar und kann sowohl in konventionellen als auch in nukleartechnischen Kraftwerken eingesetzt werden.

Die Wärmeübertragung der Wärmeübertragungsvorrichtung und somit der Gesamtwirkungsgrad des Kraftwerkes wird durch das Strömungselement entscheidend verbessert. Im Einbauzustand erstreckt sich der drallerzeugende Abschnitt des Strömungselementes von dem an dem Rohr bzw. an einer Innenwand des Rohres befestigten Verbindungsabschnitt bzw. Befestigungsabschnitt ausgehend vorzugsweise in Strömungsrichtung des Rohres bzw. entlang einer Längsachse des Rohres, genauer des Rohrabschnittes, in welchen das Strömungselement eingesetzt ist.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist das zumindest eine Strömungselement an einem kalten Ende des Rohres und/oder in einem Bereich des Rohrbodens eingebaut, wobei eine Länge des Strömungselementes zumindest einer Dicke des Rohrbodens entspricht. Unter kaltem Ende des Rohres ist dasjenige Ende zu verstehen, an welchem das erste Fluid vor der Erwärmung in das Rohr eintritt. Das erste Fluid wird somit bereits zu Beginn der Wärmeübertragungsvorrichtung mit einem Drall beaufschlagt. Eine der Dicke des Rohrbodens entsprechende Länge des Strömungselementes hat den Vorteil, dass der Drall im Rohrboden nicht abgeschwächt wird . Im Vergleich zu der Länge des Rohres ist die Länge des Strömungselementes klein. Mit anderen Worten : Das Strömungselement erstreckt sich lediglich über einen Teil des Rohres bzw. über einen Rohrabschnitt.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils in einer schematischen Darstellung :

FIG 1 einen Längsschnitt einer Wärmeübertragungsvorrichtung,

FIG 2 ein Strömungselement zur Erzeugung einer turbulenten Strö- mung eines ein Rohr durchströmenden Fluides.

Fig. 1 zeigt eine Wärmeübertragungsvorrichtung 2, vorliegend einen als Rohrbündelwärmeübertrager ausgebildeten Vorwärmer, der in einer kraftwerkstechnischen Anlage zur Erwärmung von Speisewasser oder Kondensat vor Zuführung desselben in einen Dampferzeuger unter Verwendung des Dampfs aus einer Turbinenanlage dient. Die Wärmeübertragungsvorrichtung 2 umfasst mehrere U-förmige Rohre 4, von denen in Fig. 1 lediglich eines gezeigt ist. Das Rohr 4 wird von einem ersten Fluid 6, vorliegend dem Speisewasser durchströmt. Das Rohr 4 ist von einem Mantelraum 8 umgeben, der nahezu vollständig als Hohlzylinder ausgebildet ist. Der Mantelraum 8 wird von einem zweiten Fluid 10, vorliegend Dampf aus der Turbinenanlage durchströmt. Oberseitig ist der Mantelraum 8 von einem Rohrboden 18 verschlossen. Darüber befindet sich eine mit einem Deckel 12 verschlossene Wasserkammer, welche einen Einlass bzw. eine Einlassöffnung 14 zur Einleitung und einen Auslass bzw. eine Auslassöffnung 16 zum Auslass des Speisewassers aufweist. Das Rohr 4 ist innerhalb des Mantelraums 8 an dem Rohrboden 18 fixiert und wird von diesem ausgehend durch abgedichtete Öffnungen in den Mantelraum 8 hinein bzw. aus diesem herausgeführt, um das kalte Speisewasser ein- bzw. das vorgewärmte Speisewasser abzuleiten. Über eine Einlassöffnung 28, genauer eine Dampfeintrittsöffnung bzw. ein Dampfeintrittsstutzen wird Dampf in den Mantelraum 8 eingeleitet. Über eine Auslassöffnung 30, genauer eine Kondensataustrittsöffnung bzw. einen Kondensataustrittsstutzen verlässt das anfallende Kondensat den Mantelraum 8.

In das Rohr 4 bzw. in einen Rohrabschnitt des Rohres 4 ist ein Strömungselement 20 eingesetzt und fixiert (siehe gestrichelt umrandeter Bereich). Das Strömungselement 20 dient zur Erzeugung einer turbulenten Strömung des ersten Fluides 6, vorliegend des Speisewassers, welches das Rohr 4 der Wärmeübertragungsvorrichtung 2 durchströmt, um den Wärmeübertrag von dem zweiten Fluid 10 auf das erste Fluid 6, vorliegend dem Dampf auf das Speisewasser, zu verbessern.

Das Strömungselement 20 weist einen Verbindungsabschnitt 22 zur Fixierung des Strömungselementes 20 innerhalb des Rohres 4 bzw. des Rohrabschnittes und einen drallerzeugenden Abschnitt 24 auf (siehe auch Fig. 2), welcher mit dem Verbindungsabschnitt 22 verbunden ist. Vorliegend ist das Strömungselement 20 bzw. der Verbindungsabschnitt 22 beispielhaft form- und kraftschlüssig in dem Rohr 4 bzw. an einer Anschlagfläche des Rohres 4 gehalten, um ein Hineinrutschen des Strömungselementes in das Rohr zu vermeiden. Zusätzlich ist das Strömungselement 20 bzw. der Verbindungsabschnitt 22 punktförmig mit dem Rohr verschweißt und dadurch gegen Rotation gesichert.

Gemäß Fig. 1 ist das Strömungselement 20 derart in dem Rohr 4 angeordnet, dass der drallerzeugende Abschnitt 24 des Strömungselementes 20 von dem Verbind ungsabschnitt 22 ausgehend entlang des Rohres 4 in Strömu ngsrichtung S des Rohres 4 bzw. des Flu ides 6 erstreckt. Ferner ist das Strömu ngselement 20 an einem kalten Ende 26 des Rohres 4 angeord net, also an demjenigen Ende an welchem das kalte Speisewasser bzw. das dieses fü hrende Rohr 4 in den Mantel rau m 8 eintritt.

Das Strömungselement 20 ist zudem in einem Bereich des Rohrbodens 18 in das Rohr 4 eingeba ut, wobei eine Länge L des Strömungselementes 20 zu mindest einer Dicke D des Rohrbodens 18 entspricht, um eine Ab- Schwächung des Dralls du rch den Rohrboden 18 zu vermeiden. Vorliegend entspricht die Länge L des Strömu ngselementes 20 der Dicke D des Rohrbodens 18.

In Fig . 2 ist das Strömungselement 20 in einer vergrößerten Ansicht dar- gestel lt. Der Verbindu ngsabschnitt 22 des Strömu ngselementes 20 ist ringförmig ausgebildet. Der dral lerzeugende Abschnitt 24 u mfasst beispiel haft drei Leitbleche 32 zu r Beeinflussu ng der Strömung des das Strömu ngselement 20 du rchströmenden und/oder an ihm vorbeiströmenden ersten Flu ides 6 bzw. des Speisewassers. Das Leitblech 32 erstreckt sich im Einbauzustand (siehe Fig . 1) ausgehend von dem Verbindu ngsabschnitt 22 entlang des Rohres 4 und in Strömungsrichtung S. Eine Länge des drallerzeugenden Abschnitts 24 ist größer als ein Durchmesser des Verbindu ngsabschnittes 22, vorl iegend etwa dreimal so lang wie der Du rchmesser des Verbind ungsabschnittes 22 ist. Die Länge kann ein Viel- faches des Durchmessers betragen .

Jedes der drei Leitbleche 32 ist in Bezug auf die Längsachse M des Strömu ngselementes, d ie sich im Einbauzustand in Strömu ngsrichtung S u nd parallel zu einer Längsachse des Rohres bzw. des Rohrabschnittes, ent- lang dessen sich das Strömu ngselement erstreckt, gekrümmt u nd weist eine spiralförmige Form auf. Dadurch wird das erste Flu id 6 mit einem Dral l beaufschlagt, sodass Verwirbelungen entstehen u nd das erste Fl uid 6 anschließend mit höherer Geschwindigkeit das Rohr 4 passiert. Dadu rch möglicherweise entstehende Druckverluste innerhalb des ersten Fluides 6 können beispielsweise durch Drosselreserven an der Speisewasserpumpe, welche das Speisewasser durch die Wärmeübertragungsvorrichtung 2 fördert, ausgeglichen werden.

Der drallerzeugende Abschnitt 24 bzw. die Leitbleche 32 sind an einer Innenseite des als Ring ausgebildeten Verbindungsabschnittes 22 mit diesem verbunden bzw. an diesem fixiert, beispielsweise verschweißt. Der drallerzeugende Abschnitt 24 bzw. die Leitbleche 32 enden im Einbauzu- stand mit einer ersten Längsseite 34 an der Innenwand des Rohres 4 und liegen spaltfrei an dieser an.

Ein erster Endabschnitt 38 jedes Leitbleches 32 und ein zweiter, in Längsrichtung von dem ersten Endabschnitt 38 beabstandeter zweiter Endab- schnitt 40 jedes Leitbleches 32 sind jeweils in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet, hier um einen Winkel α von 120°. Zudem sind die drei Leitbleche 32 in einer Umfangsrichtung um die Längsachse M in regelmäßigem Abstand zueinander angeordnet. Im Falle der drei Leitbleche 32 ist somit der erste Endabschnitt 38 eines ersten Leitbleches 32 und ein zweiter Endabschnitt 38 des in Umfangsrichtung benachbarten Leitbleches 32 in Längsrichtung des Strömungselementes fluchtend zueinander angeordnet.

Um das Strömungselement 20 zudem zu stabilisieren und die mehreren Leitbleche 32 fixieren zu können, weist der drallerzeugende Abschnitt 24 einen sich entlang der Längsachse M, insbesondere entlang der Mittellängsachse des Strömungselementes 20 erstreckenden und stabförmigen Längsabschnitt 42 auf. Jedes der Leitbleche 32 ist mit einer zweiten Längsseite 36 mit dem Längsabschnitt 42 verbunden und verläuft spiral- förmig um den Längsabschnitt 42.

Um mehrere Strömungselemente in benachbarte Rohre 4 einer Wärmeübertragungsvorrichtung 2 einsetzen zu können, kann das Strömungsele- ment ein Verbindungsstück (nicht gezeigt) umfassen, über welches die zwei oder mehr Strömungselemente 20 miteinander verbunden werden können.

Bezugszeichenliste

2 Wärmeü bertragu ngsvorrichtung

4 Rohr

6 erstes Fl uid

8 Mantel rau m

10 zweites Fl uid

12 Deckel der Wasserkammer

14 Einlass Speisewasser/Kondensat

16 Auslass Speisewasser/Kondensat

18 Rohrboden

20 Strömu ngselement

22 Verbind ungsabschnitt

24 drallerzeugender Abschnitt

26 kaltes Ende des Rohres

28 Eintritt Dampf

30 Austritt Kondensat

32 Leitblech

34 erste Längsseite eines Leitbleches

36 zweite Lä ngsseite eines Leitbleches

38 erster Endabschnitt eines Leitbleches

40 zweiter Endabschnitt eines Leitbleches

42 Längsabschnitt α Winkel zwischen erstem und zweitem Endabschnitt

5 Strömu ngsrichtung im Rohr

M Längsachse des Strömu ngselementes

L Länge des Strömungselementes

D Dicke des Rohrbodens