Druckgaskühler, insbesondere für Kompressoren

Beschreibung

Beschreibung:

[0001] Die Erfindung betrifft einen Druckgaskühler, insbesondere für Kompressoren, mit einem Rohrbündel aus parallelen Kühlrohren für die Durchleitung einer Kühlflüssigkeit und mit einem zylindrischen Gehäuse, das an seinem einen Ende geschlossen ist und an seinem anderen Ende eine stirnseitige Öffnung zum Einsetzen des Rohrbündels aufweist, wobei die Kühlrohre einseitig an einen Rohrboden eines in der stirnseitigen Öffnung des Gehäuses befestigbaren Kopfstückes angeschlossen sind und wobei am Umfang des Gehäuses Stutzen für einen Gaseinlass und einen Gasauslass angeordnet sind, die in Gehäuselängsrichtung voneinander beabstandet sind. Ein solcher Druckgaskühler ist beispielsweise aus der DE 198 32 222 A1 bekannt.

[0002] Der Druckgaskühler kann beispielsweise in mehrstufigen Verdichteranlagen als Zwischenkühler eingesetzt werden, um das verdichtete Gas zwischen zwei Kompressorstufen auf einen neuen Ansaugzustand abzukühlen. Der Druckgaskühler ist seiner Bauart nach ein Rohrbündelwärmetauscher. Das Kopfstück weist Anschlüsse für Zuführung von Kühlflüssigkeit und den Auslass von Kühlflüssigkeit auf. An dem zum Kopfstück abgewandten Ende der Kühlrohre ist eine Einrichtung vorgesehen, um die Kühlflüssigkeit umzulenken. Die Strömungsrichtung des Gases ist überwiegend quer zu den Kühlrohren des Rohrbündels ausgerichtet, wobei sich bzgl. der Wärmeübertragung zwischen Kühlflüssigkeit und Gas auch eine Mischform aus Kreuzstrom, Gegenstrom und Gleichstrom einstellen kann. Die Stutzen für den Gaseinlass und den Gasauslass können individuell am Gehäusemantel angeordnet werden, und zwar unter Berücksichtigung der an einen Kompressor angeschlossenen Verrohrung.

[0003] Druckgaskühler des beschriebenen Aufbaus haben sich an sich bewährt. Die Erfindung befasst sich mit der Aufgabe, die Strömungsverteilung und Strömungsführung des Gases innerhalb des Apparates zu optimieren. Das Wärmeübertragungsverhalten soll weiter verbessert und der gasseitige Strömungsdruckverlust reduziert werden.

[0004] Ausgehend von einem Druckgaskühler mit den eingangs beschriebenen Merkmalen wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Kühlrohre des Rohrbündels unter einem Anstellwinkel von 2° bis 10° schräg zur Längsachse des zylindrischen Gehäuses ausgerichtet sind und dass zumindest der Gaseinlass-Stutzen an einem Gehäuseabschnitt angeordnet ist, der infolge der Schrägstellung der Kühlrohre von dem Rohrbündel weiter beabstandet ist als der in Umfangsrichtung gegenüberliegende Gehäuseabschnitt. Dabei ist vorzugsweise zumindest die Mittelachse des Gaseinlass-Stutzens mit einem radialen Versatz quer zur Längsachse des Gehäuses ausgerichtet.

[0005] Die erfindungsgemäßen Maßnahmen bewirken eine verbesserte und druckverlustärmere Anströmung des Rohrbündels. Ferner lassen sich höhere Gasgeschwindigkeiten durch das Rohrbündel realisieren, so dass eine kompaktere Bauweise des Druckgaskühlers möglich ist. Insgesamt verbessert sich auch das Wärmeübertragungsverhalten des Apparates.

[0006] Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind beide Stutzen für den Gaseinlass und den Gasauslass an Gehäuseabschnitten des Gehäusemantels angeordnet, die infolge der Schrägstellung der Kühlrohre von dem Rohrbündel weiter beabstandet sind als die in Umfangsrichtung jeweils gegenüberliegenden Gehäuseabschnitte, wobei die Mittelachse beider Stutzen jeweils mit einem radialen Versatz quer zur Längsachse des Gehäuses ausgerichtet ist. Die Schrägstellung des Rohrbündels schafft einen größeren Freiraum sowohl im Einströmbereich des Gases als auch im Ausströmbereich. Dadurch, dass die Mittelachse der Stutzen jeweils mit einem radialen Versatz quer zur Längsachse des Gehäuses ausgerichtet ist, wird eine Rotationsströmung des das Gehäuse durchströmenden Gases angeregt.

[0007] Das Kopfstück weist vorzugsweise eine an den Mantel des Gehäuses befestigbare Stirnplatte mit einem Einlass für Kühlflüssigkeit und einen Kühlflüssigkeitsauslass sowie einen in Kammern unterteilten Flüssigkeitsraum auf. Die Stirnplatte und der Flüssigkeitsraum bilden dabei zweckmäßig eine als Schweißkonstruktion ausgebildete Einheit, an der der Rohrboden lösbar befestigt ist. Das Rohrbündel mit dem daran angeschlossenen Kopfstück bilden einen austauschbaren Einsatz des Druckgaskühlers, der beispielsweise zu Reinigungszwecken ausgebaut werden kann. Das Gehäuse und das austauschbare Rohrbündel können individuell an unterschiedlich große Kompressoren einer Verdichterbaureihe angepasst werden. Dabei kann auch der die Schrägstellung des Rohrbündels betreffende Anstellwinkel unter Beibehaltung sowohl des konstruktiven Aufbaus des Gehäusemantels als auch des Rohrbündels korrigiert und optimiert werden.

[0008] Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch

Fig. 1

einen Druckgaskühler für einen Kompressor, insbesondere einen Turbo- verdichter,

Fig. 2

den Schnitt A-A aus Fig. 1 und

Fig. 3

den Schnitt B-B aus Fig. 1.

[0009] Der in den Figuren dargestellte Druckgaskühler ist seiner Bauart nach ein Rohrbündelwärmetauscher. Er besteht in seinem grundsätzlichen Aufbau aus einem Rohrbündel 1 aus parallelen Kühlrohren 2 für die Durchleitung einer Kühlflüssigkeit und einem zylindrischen Gehäuse 3, das an seinem einen Ende geschlossen ist und an seinem anderen Ende eine stirnseitige Öffnung 4 zum Einsetzen des Rohrbündels 1 aufweist. Die Kühlrohre 2 sind einseitig an einen Rohrboden 5 eines in der stirnseitigen Öffnung 4 des Gehäuses 3 befestigbaren Kopfstückes 6 angeschlossen, welches einen Einlass 7 für die Kühlflüssigkeit sowie einen Auslass 8 für die Kühlflüssigkeit aufweist. An dem von dem Kopfstück 6 abgewandten Ende der Kühlrohre ist eine in an sich bekannter Weise ausgebildete Strömungsumlenkung 9 vorgesehen, so dass jeweils eine gleiche Anzahl von Kühlrohren 2 in der einen Strömungsrichtung und der anderen Strömungsrichtung durchströmt werden. Am Umfang des Gehäuses 3 sind Stutzen 10, 11 für ein Gaseinlass und ein Gasauslass angeordnet, die in Gehäuselängsrichtung voneinander beabstandet sind.

[0010] Insbesondere der Schnittdarstellung in Fig. 2 entnimmt man, dass die Kühlrohre 2 des Rohrbündels 1 unter einem Anstellwinkel α von 2 bis 10° schräg zur Längsachse 12 des zylindrischen Gehäuses 3 ausgerichtet sind. Ferner wurde in den Fig. 1 und 2 angedeutet, dass beide Stutzen 10, 11 für den Gaseinlass und den Gasauslass an Gehäuseabschnitten angeordnet sind, die infolge der Schrägestellung der Kühlrohre 2 von dem Rohrbündel 1 weiter beabstandet sind als die in Umfangsrichtung jeweils gegenüberliegenden Gehäuseabschnitte und dass die Mittelachse dieser Stutzen 10, 11 jeweils mit einem radialen Versatz s₁, s₂ quer zur Längsachse 12 des Gehäuses 3 ausgerichtet ist.

[0011] Das Kopfstück 6 weist eine an dem Mantel des Gehäuses 3 befestigbare Stirnplatte 13 mit einem Einlass 7 für Kühlflüssigkeit und einen Kühlflüssigkeitsauslass 8 sowie einen in Kammern 15, 16 unterteilten Flüssigkeitsraum auf. Die Stirnplatte 13 und der Flüssigkeitsraum 14 bilden zweckmäßig eine als Schweißkonstruktion ausgebildete Einheit 17, an der der Rohrboden 5 lösbar befestigt ist.

[0012] Durch die erfindungsgemäße Schrägstellung des Rohrbündels 1 innerhalb des Gehäuses 3, insbesondere in Verbindung mit der beschriebenen Anordnung der Stutzen 10, 11 für den Gaseinlass und Gasauslass, kann die Strömungsverteilung und Strömungsführung des Gases durch das Rohrbündel 1 verbessert werden. Im Vergleich zu einem Druckgaskühler gleichen Aufbaus und gleicher Größe, dessen Rohrbündel 1 in der Längsachse des Gehäuses und parallel zu dieser angeordnet ist, lassen sich höhere Gasgeschwindigkeiten bei gleichem Strömungsdruckverlust realisieren. Insgesamt kann das Wärmeübertragungsverhalten verbessert werden.

Ansprüche

1. Druckgaskühler, insbesondere für Kompressoren, mit
einem Rohrbündel (1) aus parallelen Kühlrohren (2) für die Durchleitung einer Kühlflüssigkeit und
einem zylindrischen Gehäuse (3), das an seinem einen Ende geschlossen ist und an seinem anderen Ende eine stirnseitige Öffnung (4) zum Einsetzen des Rohrbündels (1) aufweist,
wobei die Kühlrohre (2) einseitig an einen Rohrboden (5) eines in der stirnseitigen Öffnung (4) des Gehäuses (3) befestigbaren Kopfstückes (6) angeschlossen sind und wobei am Umfang des Gehäuses (3) Stutzen (10, 11) für einen Gaseinlass und einen Gasauslass angeordnet sind, die in Gehäuselängsrichtung voneinander beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrohre (2) des Rohrbündels (1) unter einem Anstellwinkel α von 2° bis 10° schräg zur Längsachse (12) des zylindrischen Gehäuses ausgerichtet sind und dass zumindest der Gaseinlass-Stutzen (10) an einem Gehäuseabschnitt angeordnet ist, der infolge der Schrägstellung der Kühlrohre (2) von dem Rohrbündel (1) weiter beabstandet ist als der in Umfangsrichtung gegenüberliegende Gehäuseabschnitt.

2. Druckgaskühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Mittelachse des Gaseinlass-Stutzens (10) mit einem radialen Versatz (s₁) quer zur Längsachse (12) des Gehäuses (3) ausgerichtet ist.

3. Druckgaskühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Stutzen (10, 11) für den Gaseinlass und den Gasauslass an Gehäuseabschnitten angeordnet sind, die infolge der Schrägstellung der Kühlrohre (2) von dem Rohrbündel (1) weiter beabstandet sind als die in Umfangsrichtung jeweils gegenüberliegenden Gehäuseabschnitte und dass die Mittelachse der Stutzen (10, 11) jeweils mit einem radialen Versatz (s₁, s₂) quer zur Längsachse (12) des Gehäuses (3) ausgerichtet ist.

4. Druckgaskühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfstück (6) eine an dem Mantel des Gehäuses (3) befestigbare Stirnplatte (13) mit einem Einlass (7) für Kühlflüssigkeit und ein Kühlflüssigkeitsauslass (8) sowie einen in Kammern (15, 16) unterteilten Flüssigkeitsraum (14) aufweist.

5. Druckgaskühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnplatte (13) und der Flüssigkeitsraum (14) eine als Schweißkonstruktion ausgebildete Einheit (17) bilden, an der der Rohrboden (5) lösbar befestigt ist.

Claims

1. A pressurized-gas cooler, in particular for compressors, comprising
a tube bundle (1) from parallel cooling tubes (2) for passing through a coolant, and
a cylindrical housing (3) that is closed at its one end and has at its other end a front-side opening (4) for inserting the tube bundle (1),
wherein the cooling tubes (2) are connected on one side to a tube sheet (5) of a head piece (6) that can be fastened in the front-side opening (4) of the housing (3), and wherein on the circumference of the housing (3), nozzles (10, 11) are arranged for a gas inlet and a gas outlet which are spaced apart from each other in the longitudinal direction of the housing, characterized in that the cooling tubes (2) of the tube bundle (1) are aligned at an angle of attack α of from 2° to 10° inclined to the longitudinal axis (12) of the cylindrical housing, and that at least the gas inlet nozzle (10) is arranged on a housing section that, due to the inclined position of the cooling tubes (2), is spaced farther apart from the tube bundle (1) than the housing section opposing in the circumferential direction.

2. The pressurized-gas cooler according to claim 1, characterized in that at least the centre axis of the gas inlet nozzle (10) is aligned such that it exhibits a radial offset (s₁) transverse to the longitudinal axis (12) of the housing (3).

3. The pressurized-gas cooler according to claim 1, characterized in that both nozzles (10, 11) for the gas inlet and the gas outlet are arranged on housing sections which, due to the inclined position of the cooling tubes (2), are spaced farther apart from the tube bundle (1) than the housing sections opposing in each case in the circumferential direction, and that the centre axes of both nozzles (10, 11) are in each case aligned such that they exhibit a radial offset (s₁, s₂) transverse to the longitudinal axis (12) of the housing (3).

4. The pressurized-gas cooler according to any one of the claims 1 to 3, characterized in that the head piece (6) has an end plate (13) that can be fastened to the shell of the housing (3) and that has an inlet (7) for coolant and a coolant outlet (8) as well as a fluid chamber (14) divided into compartments (15, 16).

5. The pressurized-gas cooler according to claim 4, characterized in that the end plate (13) and the fluid chamber (14) form a unit (17) that is configured as a welded construction to which the tube sheet (5) is fastened in a detachable manner.

Revendications

1. Refroidisseur de gaz sous pression, en particulier pour des compresseurs avec
un faisceau de tubes (1) composé de tubes de refroidissement (2) parallèles pour le passage guidé d'un liquide réfrigérant et
une enveloppe cylindrique (3) qui est fermée à une de ses extrémités et présente à son autre extrémité une ouverture (4) frontale pour introduire ledit faisceau de tubes (1)
les tubes de refroidissement (2) étant raccordés d'un côté à une plaque tubulaire (5) d'une pièce de tête (6) fixable dans l'ouverture (4) frontale de l'enveloppe (3) et des tubulures (10, 11) pour une entrée et une sortie de gaz étant disposées sur la périphérie de l'enveloppe (3), qui sont distantes l'une de l'autre dans le sens longitudinale de l'enveloppe, caractérisé en ce que les tubes de refroidissement (2) du faisceau de tubes (1) sont orientés dans un angle d'incidence α de 2° à 10° en diagonale à l'axe longitudinal (12) de l'enveloppe cylindrique et en ce qu'au moins la tubulure d'entrée de gaz (10) est disposée sur une section d'enveloppe qui est plus éloignée du faisceau de tubes (1) en raison de l'inclinaison des tubes de refroidissement (2) que la section d'enveloppe opposée dans le sens périphérique.

2. Refroidisseur de gaz sous pression selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins l'axe central de la tubulure d'entrée de gaz (10) est orienté avec un déport radial (s₁) transversalement à l'axe longitudinal (12) de l'enveloppe (3).

3. Refroidisseur de gaz sous pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux tubulures (10, 11) pour l'entrée et la sortie de gaz sont disposées sur les sections d'enveloppe qui sont, en raison de l'inclinaison des tubes de refroidissement (2), plus éloignées du faisceau de tubes (1) que les sections d'enveloppe à chaque fois opposées dans le sens périphérique et en ce que l'axe central des tubulures (10, 11) est à chaque fois orienté avec un déport radial (s₁, s₂) transversalement à l'axe longitudinal (12) de l'enveloppe (3).

4. Refroidisseur de gaz sous pression selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pièce de tête (6) présente une plaque avant (13) fixable au chemisage de l'enveloppe (3) avec une entrée d'admission (7) pour liquide réfrigérant et une sortie de liquide réfrigérant (8) ainsi qu'un compartiment de liquide (14) subdivisé en chambres (15, 16).

5. Refroidisseur de gaz sous pression selon la revendication 4, caractérisé en ce que la plaque avant (13) et le compartiment de liquide (14) forment une unité (17) constituée comme une construction soudée sur laquelle le plaque tubulaire (5) est fixée de façon amovible.

Zeichnung