Oberflächenkondensator

Abstract

 Oberflächenkondensator mit einem Mantel, der im Wesentlichen aus Seitenwänden und Rohrböden (1) besteht, deren Innenwände einen Dampfraum begrenzen. In dem Dampfraum sind Rohrbündel (2) angeordnet, welche durch eine oder mehrere Mittelgassen (3) voneinander getrennt sind. Auf der dem Dampfraum abgewandten Seite sind Wasserkammern (4) zwischen zwei Halbschalen (6, 9) gebildet, die der Umlenkung von Kühlwasser dienen. Die innere Halbschale (6) ist mit dem Rohrboden (1) unter Bildung eines Innenraums (7) wasserdicht verbunden. Gestalt und Anordnung der Halbschale (6) und gegebenenfalls der Halbschale (9) sind derart gawählt, dass sie dem Konturverlauf der Rohrbündel (2) weitgehend folgen. Hierdurch wird der Rohrboden (1) mechanisch entlastet.

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft einen Oberflächenkondensator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

[0002] Ein derartiger Oberflächenkondensator ist dem Grunde nach aus der EP 0 561 012 B1 bekannt. Er besitzt einen Mantel, der im Wesentlichen aus Seitenwänden und Rohrböden besteht, deren Innenwände einen Dampfraum begrenzen. Zwischen den Rohrböden erstrecken sich Rohrbündel, die durch eine oder mehrere Mittelgassen voneinander getrennt sind. Auf der dem Dampfraum abgewandten Seite der Rohrböden sind Wasserkammern angebracht.

[0003] Solche Oberflächenkondensatoren dienen in Dampfkraftwerken zur Abkühlung und Kondensierung des gebildeten Dampfes. Dies wird dadurch erreicht, dass der Dampf in den Dampfraum eingeleitet und an den gekühlten Rohren der Rohrbündel abgekühlt wird, bis er an diesen kondensiert und als Kondensat heruntertropft. Anschließend wird das Kondensat gesammelt und dem Dampfkreislauf zugeführt.

[0004] Um die Rohre zu kühlen wird durch diese Kühlwasser hindurchgeleitet. Die Einspeisung erfolgt beispielsweise über eine von zwei gegenüberliegenden Wasserkammern. Von dort wird das Wasser über die Rohre der Rohrbündel in die gegenüberliegende Wasserkammer geleitet, aus der es dann nach außen austritt.

[0005] Auch ist bekannt, eine der beiden Wasserkammern sowohl als Zuführ- als auch als Austrittskammer für das Kühlwasser auszubilden. Hierfür wird diese Wasserkammer mit einer Wandung versehen, die die Zuführkammer von der Austrittskammer trennt, denen jeweils ein Rohrbündel zugeordnet ist. Die gegenüberliegende Wasserkammer dient der Umlenkung des aus dem einen Rohrbündel austretenden Kühlwassers und der anschließenden Einspeisung in das andere Rohrbündel. Diese Wasserkammer ist zwischen zwei zylindrische Halbschalen gebildet, die am Rohrboden befestigt sind.

[0006] Die Umlenkung des Kühlwassers und dessen Druck erzeugen eine hohe mechanische Belastung, die insbesondere vom Rohrboden aufgenommen werden muss. Hierzu ist es erforderlich, in denjenigen Bereichen, in denen aufgrund der Anordnung und Form der Rohrbündel keine Rohre als Abstützung zwischen den beiden gegenüberliegenden Rohrböden vorhanden sind, also beispielsweise im Bereich der Mittelgassen oder seitlich der Rohrbündel, zusätzliche, festigkeitserhöhende Maßnahmen vorzusehen. Häufig werden dort dicke Verstärkungsrippen am Rohrboden oder Stützstreben, die sich innerhalb des Dampfraumes zwischen den gegenüberliegenden Rohrböden erstrecken, angebracht. Derartige Maßnahmen sind sehr teuer und verhindern die optimale Durchdringung des Dampfraumes mit Dampf, was zu einem schlechten Wirkungsgrad des Oberflächenkondensators führt.

Darstellung der Erfindung

[0007] Die Erfindung versucht, diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, einen Oberflächenkondensator zu schaffen, der ohne großen technischen Aufwand die Belastung des Rohrbodens, speziell im Mittelgassenbereich, senkt und dabei den Wirkungsgrad des Oberflächenkondensators zusätzlich erhöht.

[0008] Erfindungsgemäß wird dies durch einen Oberflächenkondensator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht, wonach die innere Halbschale mit dem Rohrboden einen Innenraum bildend wasserdicht verbunden ist. Darüberhinaus ist sie derart gestaltet und angeordnet, dass sie dem Konturverlauf der Rohrbündel im Mittelgassenbereich weitgehend folgt. Damit gelingt es, auf die zusätzlichen, festigkeitserhöhenden Einbauten im Dampfraum vollständig zu verzichten, da die mechanische Belastung, die von der Halbschale auf den Rohrboden ausgeübt wird, in denjenigen Bereichen erfolgt, in denen die Rohre der Rohrbündel als zusätzliche Abstützung zwischen den beiden gegenüberliegenden Rohrböden zur Verfügung stehen. Der Rohrboden wird im Bereich der Mittelgasse nicht mehr unmittelbar über den Kühlwasserdruck beaufschlagt, so dass lediglich das im Dampfraum herrschende Vakuum aufgefangen werden muss.

[0009] In konsequenter Anwendung der Erfindungsidee ist weiterhin auch die äußere Halbschale so gestaltet und angeordnet, dass sie dem Konturverlauf der Rohrbündel auf den dem Mittelgassenbereich abgewandten Seiten weitgehend folgt. Auch hier erfolgt die Krafteinleitung auf den Rohrboden in dem Bereich, der durch die Rohre des Rohrbündels abgestützt ist. Die seitlichen Bereiche hingegen bleiben wiederum weitgehend frei von Belastungen durch den Kühlwasserdruck.

[0010] In einer konkreten Umsetzung bei einem Oberflächenkondensator mit Rohrbündeln mit V-förmigen Grundriss sind die Halbschalen konisch gestaltet. Diese Form gewährleistet die Anordnung der Halbschalen entsprechend dem Konturverlauf der Rohrbündel und ist zudem besonders einfach herstellbar.

[0011] Ferner ist es vorteilhaft, den an der inneren Halbschale gebildeten Innenraum zugänglich auszubilden, wodurch die Möglichkeit gegeben ist, den Innenraum einer Entlüftung, einer Entwässerung oder einer Überprüfung, insbesondere auf Risse in der Halbschale bzw. im Rohrboden zu unterziehen. Beispielsweise lässt sich durch eine entsprechende Zugangsöffnung die Luft im Innenraum durch möglichst kondensarme, trockene Luft ersetzen, wodurch ein Niederschlagen der Luftfeuchtigkeit im Innenraum und die daraus resultierende Korrosion weitgehend ausgeschlossen ist.

[0012] Konkret wird eine verschließbare Zugangsöffnung im Mittelgassenbereich des Rohrbodens vorgesehen, durch welche ein Zugang vom Dampfraum in den Innenraum der Halbschale gegeben ist. Damit ist es auch möglich, im Rahmen einer Überprüfung des Dampfraumes auch den Innenraum an der Halbschale auf Dichtigkeit, Rissbildung usw. zu überprüfen. Diese Anordnung der Zugangsöffnung erweist sich als besonders geeignet, da dort die geringste Belastung auftritt.

[0013] Schließlich erweist es sich als zweckmäßig, die Halbschalen mit dem Rohrboden zu verschweißen, was einerseits zu einer besonderen besonders widerstandsfähigen und wasserdichten Verbindung mit dem Rohrboden führt, andererseits eine vergleichsweise einfache Demontage zu Reparaturzwecken zulässt. Das Verschweißen erweist sich dann als besonders geeignet, wenn sowohl die Halbschalen als auch der Rohrboden bzw. Rohrbodenplattierung aus demselben Material, beispielsweise aus Titan oder nicht rostendem, legiertem Stahl bestehen.

[0014] Es ist auch möglich, den Innenraum mit geschäumten Material zu füllen, wobei dies sowohl teilweise als auch vollständig erfolgen kann. Durch das geschäumte Material gelingt es, die mechanische Steifigkeit zu erhöhen und zusätzlich die Ausbildung von Kondensat im Innenraum zu verringern, was die Gefahr einer Korrosion der Halbschale bzw. des Rohrbodens im Mittelgassenbereich deutlich reduziert. Wird der Innenraum nicht vollständig mit geschäumten Material gefüllt, so kann der nicht gefüllte Bereich auf Beschädigungen untersucht werden. Wird der gesamte Innenraum mit geschäumten Material ausgefüllt, so steht dieser Bereich einer derartigen Untersuchung nicht mehr zur Verfügung, erhält jedoch eine maximale Festigkeit.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

[0015] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Rohrbündeln schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1

Einen Rohrboden mit Mittelgassenbereich und

Fig. 2

einen gestuften Querschnitt gemäß Fig. 1 durch den Rohrboden mit angesetzter Wasserkammer.

[0016] Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind von der Anlage beispielsweise die Dampf- und die Wasserzuführung, die Befestigung der Rohre, die Seitenwände und dergleichen. Die Strömungsrichtung des Kühlwassers ist mit Pfeilen angedeutet.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0017] Oberflächenkondensatoren mit einer Anordnung von kühlwasserdurchströmten Rohren in mehreren Rohrbündeln, welche maßgebend für die kastenartige, hier einen rechteckigen Grundriss aufweisende Grundform des Mantels, sind, sind aus dem eingangs beschriebenen Stand der Technik bekannt, auf den insoweit Bezug genommen wird. Der Mantel bildet die äußere Begrenzung des Dampfraumes des Kondensators und setzt sich zusammen aus Seitenwänden und Rohrböden 1. Die einzelnen Rohrbündel 2, welche aus bis zu je 2000 Rohren 5 bestehen und eine Höhe von 5 m erreichen können, sind in Rohrlängsrichtung in nicht dargestellten Stützplatten geführt Diese Rohre 5 sind an ihren beiden Enden in den Rohrboden 1 eingeschweißt und/oder eingewalzt. An dem Rohrboden 1 ist auf der dem Dampfraum abgewandten Seite eine Wasserkammer 4 zur Umlenkung von Kühlwasser vorgesehen. Zwischen den Rohrbündeln 2 verbleibt ein V-förmiger Zwischenraum, der als Mittelgasse 3 bezeichnet ist.

[0018] Ein solcher Kondensator weist den Vorteil auf, dass durch die lockere Anordnung der Rohrbündel 2 alle Rohre 5 eines Rohrbündels 2 ohne merklichen Druckverlust mit Dampf beaufschlagt werden können. Andererseits bedingt die Ausbildung der Mittelgasse 3 eine besondere Belastung des Rohrbodens 1 in dem Mittelgassenbereich 3a. Da der Mittelgassenbereich 3a nicht durch Rohre 5 abgestützt ist, ist dieser Bereich des Rohrbodens 1 durch den anstehenden Wasserdruck des Kühlwassers besonders gefährdet.

[0019] Gemäß der Erfindung wird nunmehr wenigstens eine Halbschale 6 angeordnet, die mit dem Rohrboden 1 einen Innenraum 7 bildend, wasserdicht verbunden ist. Dabei ist die Halbschale 6 im Mittelgassenbereich 3a des Rohrbodens 1 derart angeordnet und ausgeformt, dass die Halbschale 6 dem Konturverlauf der Rohrbündel 2 folgt. Somit wird der Druck des Kühlwassers aufgenommen und der durch die Halbschale 6 abgedeckte Mittelgassenbereich 3a vor einer direkten Druckbeaufschlagung geschützt ist.

[0020] Dabei werden die Kräfte auf die Halbschale 6, welche als Halbkegelstumpf ausgebildet ist, auf den Randbereich des Mittelgassenbereichs 3a abgeleitet, wo eine Abstützung der Rohre 5 aus dem Randbereich der Rohrbündel 2 wirksam ist.

[0021] In vergleichbarer Weise ist eine äußere Halbschale 9 ausgebildet und angeordnet, welche dem Konturverlauf der Rohrbündels 2 auf der dem Mittelgassenbereich 3a abgewandten Seite folgt.

[0022] Damit kann der Dampfraum mit den darin befindlichen Rohrbündeln 2 für die Abkühlung und die Kondensation des Dampfes optimal gestaltet werden, da keine festigkeitserhöhenden Einbauten mehr erforderlich sind. Dies führt zu einem verbesserten Wirkungsgrad bei der Kühlung.

[0023] Am unteren Ende des geschützten Mittelgassenbereichs 3a ist eine Öffnung 8 dargestellt, durch welche der Innenraum 7 entwässert werden kann. Die Entwässerung kann in den Dampfraum hinein erfolgen, wo das Kondensat des Innenraums 7 dem Kondensat des Dampfkreislaufes zugeführt wird. Dadurch ist stets eine dauerhafte und ausreichende Entwässerung gewährleistet.

[0024] Die Wasserkammer 4 ist somit im Wesentlichen durch die beiden Halbschalten 6, 9 gebildet. Die Halbschale 9 ist mit dem Rohrboden 1 mittels eines Flansches 10 befestigt. Die beiden Halbschalen 6, 9 sind so geformt, dass der durch sie gebildete Strömungskanal entlang des Strömungsweges eine weitgehend gleichmäßige Breite aufweist. Durch diese Ausbildung ist erreicht, dass das Kühlwasser optimal von dem einen Rohrbündel 2 über den Strömungskanal zum anderen Rohrbündel 2 umgelenkt wird. Die lokale Strömungskanalbreite entspricht dem lokalen Abstand der Halbschalen 8, 9 und damit der lokalen Breite der Rohrbündel 2.

[0025] Der Rohrboden 1 und die Halbschalen 6, 9 sind beispielsweise aus Titan gefertigt, wobei zumindest die Halbschale 6 mit dem Rohrboden 1 verschweißt ist. Dadurch ist eine wasserdichte, dauerhafte und sehr widerstandsfähige Verbindung zwischen der Halbschale 6 und dem Rohrboden 1 gegeben, die sich erforderlichenfalls vergleichsweise einfach lösen lässt.

[0026] Aus dem Vorstehenden ergibt sich eine verblüffend einfache Möglichkeit zur optimalen Gestaltung einer Wasserkammer. Es versteht sich von selbst, dass dieses Konzept auf an sich beliebig geformte Rohrbündel und Mittelgassen übertragen werden kann.

Bezugszeichenliste

[0027] 

1

Rohrboden

2

Rohrbündel

3

Mittelgasse

3a

Mittelgassenbereich

4

Wasserkammer

5

Rohr

6

innere Halbschale

7

Innenraum

8

Entwässerungsöffnung

9

äußere Halbschale

10

Wasserkammerflansch

Ansprüche

1. Oberflächenkondensator mit einem Mantel, der im Wesentlichen aus Seitenwänden und Rohrböden besteht, deren Innenwände einen Dampfraum begrenzen, mit Rohrbündeln, die sich im Dampfraum zwischen den Rohrböden erstrecken und die durch eine oder mehrere Mittelgassen voneinander getrennt sind, mit Wasserkammern, die jeweils zwischen zwei Halbschalen gebildet sind, die an einem der Rohrböden angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass die (innere) Halbschale (6) mit dem Rohrboden (1) einen Innenraum (7) bildend, wasserdicht verbunden ist, sowie derart gestaltet und angeordnet ist, dass sie dem Konturverlauf der Rohrbündel (2) im Mittelgassenbereich (3a) weitgehend folgt.

2. Oberflächenkondensator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die (äußere) Halbschale (9) derart gestaltet und angeordnet ist, dass sie dem Konturverlauf der Rohrbündel (2) auf den dem Mittelgassenbereich (3a) abgewandten Seiten weitgehend folgt.

3. Oberflächenkondensator nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschalen (6, 9) konisch nach Art eines Kegelstumpfabschnittes gestaltet sind.

4. Oberflächenkondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (7) entlüftbar und/oder entwässerbar ausgebildet ist.

5. Oberflächenkondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschalen (6, 9) mit dem Rohrboden (1) verschweißt sind.

6. Oberflächenkondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (7) mit geschäumtem Material weitgehend vollständig gefüllt ist.

Zeichnung