Aufgabenstellung und Berechnungsziel
Das Modul SPIE erstellt Rohrspiegel für Rohrbündel-Wärmeübertrager – also die vollständige Belegung des Rohrbodens mit Rohren, Zugankern, Blindrohren und Dichtungsstreifen. Wer einen Rohrbündelapparat konstruiert, muss den Rohrspiegel berechnen, bevor thermische Nachrechnung, Rohrbodenauslegung und Fertigungszeichnung beginnen können: Rohranzahl, Rohrteilung, Teilungswinkel (30°, 45°, 60° oder 90°), Gassenbreiten für Mehrgänger-Ausführungen und die Lage der Umlenkbleche bestimmen unmittelbar die Übertragungsfläche und das mantelseitige Strömungsbild.
SPIE kombiniert einen graphischen und einen numerischen Teil: Der Rohrspiegel lässt sich mit bis zu 30 000 Rohren darstellen, und jedes einzelne Rohr kann editiert, gelöscht oder durch einen Zuganker bzw. ein Blindrohr ersetzt werden. Aus der Belegung ermittelt das Programm unter anderem die gesamte Übertragungsfläche, die ausgeführte Bündellänge, die Anzahl und den Abstand der Umlenkbleche (einschließlich des Abstands Rohrboden – erstes Umlenkblech) sowie die Bohrungsdurchmesser in den Umlenkblechen.
In der Praxis dient das Modul als Bindeglied zwischen thermischer Auslegung und mechanischer Konstruktion: Segmentblech- und Disk-and-Doughnut-Umlenkungen, rohr- und mantelseitige Gängigkeit, Dichtungsstreifenpaare gegen Bypass-Strömung und die Rohrzahl im Fenster werden konsistent in einem Modell erfasst und an nachgelagerte Berechnungen übergeben.
So läuft die Berechnung ab
- Grundgeometrie festlegen: Zunächst werden Manteldurchmesser, Rohraußendurchmesser, Rohrteilung und Teilungswinkel definiert. Daraus erzeugt das Modul einen ersten, vollständig belegten Rohrspiegel als Ausgangsbasis.
- Gängigkeit und Gassen definieren: Die Anzahl der rohrseitigen und mantelseitigen Gänge wird gewählt; das Programm legt die zugehörigen Trenngassen (Tube Lanes) in den Rohrspiegel und entfernt die dort liegenden Rohrpositionen.
- Rohrspiegel im Detail bearbeiten: Im graphischen Editor werden einzelne Rohre gesetzt oder gelöscht, Zuganker und Blindrohre platziert und bei Bedarf Dichtungsstreifenpaare gegen die Bypass-Strömung zwischen Bündel und Mantel vorgesehen.
- Umlenkbleche anordnen: Typ (Segmentbleche oder Disk-and-Doughnut), Fensterhöhe, zentraler Umlenkblechabstand und der Abstand Rohrboden – erstes Umlenkblech werden festgelegt; daraus folgen die Anzahl der Umlenkbleche je mantelseitigem Gang und die Rohranzahl im Fenster.
- Ergebnisse übernehmen: Das Modul liefert Rohranzahl, gesamte Übertragungsfläche, ausgeführte Bündellänge und die Bohrung im Umlenkblech. Diese Daten werden an die thermische Nachrechnung und die mechanische Auslegung (z. B. Rohrboden) übergeben.
Eingabegrößen
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Gesamte Oberfläche | Ages | m² |
| Mantelinnendurchmesser | Di | m |
| Durchmesser des Spiralumlenkbleches | DSpU | m |
| Bündeldurchmesser im Bereich der Querströmungszone | DB | m |
| Höhe des Ausschnittes aus den Umlenkblechen | H | m |
| Rohraußendurchmesser | da | m |
| Rohrinnendurchmesser | di | m |
| Rohrteilung quer zur Strömungsrichtung | s1 | m |
| Rohrteilung längs in Strömungsrichtung | s2 | m |
| Anzahl der rohrseitigen Durchgänge | rohrseitig | - |
| Anzahl der durchströmten Rohre | n | - |
| Anzahl der Rohre, Blindrohre und Zuganker im oberen und unteren Fenster | nF | - |
| Anzahl der Randrohre erforderlich/vorhanden | RR / | - |
| Anzahl der Rohrreihen in der Fensterzone | nR,F | - |
| Anzahl der Rohrreihen in der Querströmungszone | nW | - |
| Anzahl der Rohrreihen in der Endzone | nW,E | - |
| _Rohre im 1. Durchgang | Durchgang | - |
| _Rohre im 2. Durchgang | Durchgang | - |
| _Rohre im 3. Durchgang | Durchgang | - |
| _Rohre im 4. Durchgang | Durchgang | - |
| _Rohre im 5. Durchgang | Durchgang | - |
| _Rohre im 6. Durchgang | Durchgang | - |
| _Rohre im 7. Durchgang | Durchgang | - |
| _Rohre im 8. Durchgang | Durchgang | - |
Berechnungsoptionen
Rating / Simulation oder Design
Rating / Simulation · Design
Anordnung um Zentralrohr ->0
um das Zentralrohr · um 1/2-Teilung versetzt
Fensterhöhe anpassen J / N
Ja · Nein
Keine Rohre in den Fenstern?
Nein · Ja
Nocken im Spiegel berücksichtigen?
Nein · Ja
Häufige Fragen
Welchen Einfluss hat der Teilungswinkel auf die Auslegung des Rohrbündels?
Bei 30°- und 60°-Teilung (Dreiecksanordnung) lassen sich bei gleichem Manteldurchmesser mehr Rohre unterbringen, also mehr Fläche auf gleichem Bauraum. 45°- und 90°-Teilung (quadratisch bzw. gedreht quadratisch) lassen dagegen Reinigungsgassen zwischen den Rohrreihen frei und sind bei verschmutzenden Medien auf der Mantelseite oder bei mechanischer Reinigung vorzuziehen. Der Teilungswinkel beeinflusst außerdem den mantelseitigen Druckverlust und den Wärmeübergang.
Wozu dienen Blindrohre und Dichtungsstreifen im Rohrspiegel?
Blindrohre (Dummy Tubes) sind nicht durchströmte Rohre, die Lücken im Bündel füllen – etwa in den Gassen von Mehrgänger-Apparaten – und so unerwünschte Bypass-Strömungen auf der Mantelseite reduzieren. Dichtungsstreifenpaare (Sealing Strips) verschließen den Ringspalt zwischen äußerster Rohrreihe und Mantel; ohne sie strömt ein erheblicher Teil des mantelseitigen Massenstroms wirkungslos am Bündel vorbei und der tatsächliche Wärmeübergang bleibt hinter der Rechnung zurück.
Warum ist der Abstand Rohrboden – erstes Umlenkblech gesondert einstellbar?
Im Ein- und Austrittsbereich müssen die Stutzen samt eventueller Prallplatten Platz finden; das erste bzw. letzte Umlenkblechfeld ist deshalb meist länger als der zentrale Umlenkblechabstand. Für die thermische Nachrechnung (z. B. nach der Zellenmethode oder Bell-Delaware) müssen diese Randfelder korrekt erfasst sein, weil dort geringere Quergeschwindigkeiten und damit schlechterer Wärmeübergang herrschen.
Welche Rolle spielt die Bohrung im Umlenkblech?
Der Bohrungsdurchmesser im Umlenkblech ist geringfügig größer als der Rohraußendurchmesser (typisch nach TEMA-Toleranzen). Das Spiel bestimmt die Leckströme durch die Umlenkblechbohrungen, die den mantelseitigen Wärmeübergang mindern, aber auch den Druckverlust senken – und es beeinflusst die schwingungstechnische Abstützung der Rohre.