DE1273737B - Anordnung zur Abstuetzung von Brennkammerwaenden mit Hilfe von Verstaerkungsstreben - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4ÜZ7WSS» PATENTAMT Int. CL:

F23m

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 24 k-5/01

Nummer: 1273 737

Aktenzeichen: P 12 73 737.0-13 (C 34646)

Anmeldetag: 15. Dezember 1964

Auslegetag: 25. Juli 1968

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Anordnung von Verstärkungsstreben für aus Rohren bestehende, flüssigkeitsgekühlte Brennkammerwände. Wegen ihrer großen Ausdehnung sind solche Rohrwände schwingfähig. Sie sind beträchtlichen Kräften unterworfen, insbesondere wenn die Brennkammer druckbefeuert wird. Die Kräfte verbiegen die Rohrwände und setzen sie unter Spannung. Die Rohrwände selbst können diesen Spannungen nicht widerstehen und werden deshalb durch in senkrechtem Abstand voneinander waagerecht angeordnete Verstärkungsstreben abgestützt, die sie umgeben und eine Verbiegung verhindern. Sie können aus einzelnen Trägern, wie z. B. Doppel-T-Trägern, oder aus verstrebten Trägern hergestellt werden.

Die Rohrwände stehen im Wärmeaustausch mit den Verbrennungsgasen und haben deshalb eine hohe Temperatur, während dagegen die den Einwirkungen der Atmosphäre ausgesetzten Verstärkungsstreben eine verhältnismäßig niedrige Tem- ao peratur haben. Deshalb dehnen sich die Rohrwände viel stärker aus als die Verstärkungsstreben. Die Befestigung der Verstärkungsstreben an den Rohrwänden und untereinander muß so ausgebildet sein, daß ein die Belastung aufnehmendes Gefüge gebildet wird, das auch eine Relativbewegung zwischen den Rohrwänden und Verstärkungsstreben ermöglicht.

Die Verstärkungsstreben sind meist durch irgendwelche Vorrichtungen mit den Rohrwänden so verbunden, daß die auf sie wirkenden Kräfte auf die Verstärkungsstreben übertragen werden. Auf die Enden jeder Verstärkungsstrebe wirkt deshalb eine Reaktionskraft, die aufgenommen werden muß. Meist geschieht das bisher dadurch, daß die Verstärkungsstreben an den Ecken unter sich und/oder mit Rohrwänden selbst verbunden sind (deutsche Auslegeschrift 1 146 499, britische Patentschrift 870 735 und USA.-Patentschrift 2 773 487). Dadurch werden in den Rohrwänden beträchtliche Spannungen erzeugt. Außerdem sind Anordnungen verwendet worden, bei denen die Kräfte durch Streben übertragen werden, die über ihre ganze Länge an den Rohren angeschweißt waren (deutsche Patentschrift 975 739). In diesem Fall bilden die Streben und die Rohrwände ein einheitliches Zugglied.

Solche Anordnungen reichen für verhältnismäßig kleine oder solche Brennkammern aus, die mit keinem oder nur geringem Druck arbeiten und bei denen die auftretenden Spannungen klein sind. Bei großen, modernen und unter höherem Gasdruck stehenden Brennkammern aber sind die in den Rohrwänden auftretenden Spannungen untragbar.

Anordnung zur Abstützung

von Brennkammerwänden mit Hilfe

von Verstärkungsstreben

Anmelder:

Combustion Engineering, Inc., Windsor, Conn.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,

7000 Stuttgart 1, Rotebühlstr. 70

Als Erfinder benannt:

Frederick Henry Engelhardt, Rocky Hill, Conn.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 30. Dezember 1963
(334 229)

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Anordnung von Verstärkungsstreben zu schaffen, die die Spannungen in den Rohrwänden auf ein Mindestmaß verringert. Die Erfindung geht dabei von der neuen Überlegung aus, daß sich die Rohrwände und die Verstärkungsstreben frei in verschiedenem Ausmaß ausdehnen können.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Enden eines jeden Paares von Verstärkungsstreben durch Spannstäbe miteinander verbunden sind, die vorzugsweise durch Stützen im Abstand von und gleitfähig gegenüber den ihnen parallelen Rohrwänden gehalten sind.

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dar. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine flüssigkeitsgekühlte Brennkammer mit der neuartigen Befestigungsanordnung für die Verstärkungsstreben nach der Erfindung,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht einer der Brennkammerecken von Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt längs Linie 3-3 in Fig. 1,
Fig. 4 einen Schnitt längs Linie4-4 in Fig. 1,
Fi g. 5 einen Schnitt längs Linie 5-5 in Fi g. 1,
F i g. 6 einen Schnitt längs Linie 6-6 in F i g. 1,

809 587/75

F i g. 7 im Schnitt eine abgewandelte Klammerkonstruktion,

F i g. 8 A und 8 B schematisch die Lage der Bauteile an einer Ecke der Brennkammer in kaltem und heißem Zustand.

Das in den F i g. 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel besteht aus einer Brennkammer 10, welche sich aus senkrecht gerichteten und nebeneinander angeordneten Rohren zusammensetzt. Sie sind durch Flossen 12 miteinander verbunden, die mit benachbarten Rohren verschweißt sind. Sie bilden die Rohrwände 13,14,15 und 16 der Brennkammer 10. In großen Dampferzeugern können sie ungefähr 27 m lang sein. Wenn die Einheit druckbefeuert wird oder unnormale Betriebsbedingungen auftreten, können sich, falls sie nicht abgestützt sind, die Rohrwände verbiegen, da auf sie beträchtliche Drücke wirken.

Zur Verhinderung einer Verbiegung der Rohrwände sind versteifende, querliegende Verstärkungsstreben 17 und 18 mit ihnen verbunden, die in ver- ao schiedenen Höhen angeordnet sind. In dem Ausführungsbeispiel werden die Verstärkungsstreben 17, welche die Rohrwände 15 und 16 stützen, von einem einzigen Doppel-T-Träger gebildet. Die Verstärkungsstreben 18, welche die Rohrwände 13 und 14 stützen, bestehen aus verstrebten Trägern.

Die Verstärkungsstreben werden durch Halterungen 19 und 20 an den Rohrwänden aufgehängt. Wie zuvor erwähnt, müssen die Verstärkungsstreben so angebracht sein, daß sie sich relativ zu den Rohrwänden wegen der verschiedenen Wärmeausdehnung bewegen können. Die in der Mitte der Rohrwände angeordneten Halterungen 20 sind starr und legen die Mittelpunkte der Verstärkungsstreben auf die jeder Rohrwand. Die Halterungen 19 zu beiden Seiten des Mittelpunktes gestatten eine im wesentlichen parallele Bewegung der Verstärkungsstreben relativ zu den Rohrwänden.

Die Halterungen sind am besten in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Fig. 3 zeigt die bewegliche, 19, und F i g. 4 die starre Halterung 20. Jede besteht aus zwei U-förmigen Gabeln 21, von denen eine an den Rohrwänden und die andere an den Verstärkungsstreben angeschweißt ist. Durch jeden Arm jeder Gabel führt senkrecht ein Loch. Die zwei einander zugeordneten Gabeln werden durch eine Lasche 22 miteinander verbunden. An jedem Ende der Lasche befindet sich eine senkrechte Bohrung. Die Enden der Lasche 22 passen so zwischen die Arme der Gabeln, daß die Löcher fluchten. Durch diese Löcher wird ein Bolzen 23 geschoben, der so die Lasche und die Gabeln aneinander befestigt. Die Lasche 22 kann sich frei um den Bolzen 23 drehen, so daß die notwendige bewegliche Verbindung erzielt wird. Die Halterung 20 ist dieselbe wie 19, jedoch mit dem Unterschied, daß die Platten 24 zwischen den Gabeln21 angeschweißt sind (Fig. 4), um sie starr zu verbinden.

Die Halterungen sind an den Verstärkungsstreben und den Brennkammerwänden so angebracht, daß in kaltem Zustand die Halterungen 19 zu beiden Seiten der mittleren Halterung 20 gegen die Senkrechte auf die Wände und Verstärkungsstreben geneigt sind. Das an den Verstärkungsstreben angebrachte Ende der Halterung ist weiter vom Mittelpunkt als das an der Rohrwand befestigte Ende entfernt. Das ist in Fig. 1 dargestellt. Da sich die Rohrwände stärker als die Verstärkungsstreben ausdehnen, kufen die versetzten Enden der Halterungen durch einen toten Punkt und kommen in heißem Zustand bei geeigneter Einstellung dann zur Ruhe,, wenn die Halterungen um denselben Betrag wie in kaltem Zustand zu der entgegengesetzten Seite der Senkrechten geneigt sind. Die Halterungen sind deshalb so angebracht, damit die Verstärkungsstreben den gleichen Abstand von den Brennkammerwänden halten, wenn die Brennkammer erhitzt wird.

Gemäß der Erfindung werden die Verstärkungsstreben auf entgegengesetzten Seiten der Brennkammer miteinander durch eine neuartige Anordnung von Spannstäben 25 und 26 befestigt (F i g. 1). . Die Endteile der Verstärkungsstreben 17 werden durch Spannstäbe 25, die der Verstärkungsstreben 18 durch Spannstäbe 26 miteinander verbunden. Klammern 27 an jedem Ende der Doppel-T-Träger 17 verankern dort die Enden des Spannstabes 25. Ähnliche Klammern werden an den verstrebten Trägern 18 zur Befestigung der Spannstäbe 26 verwendet.

Die Spannstäbe erstrecken sich den ihnen parallelen Rohrwänden benachbart zwischen den entgegengesetzten Verstärkungsstreben. Die Spannstäbe werden durch Stützen 29 (Fig. 3) gestützt, in denen sie frei gleiten können. Deshalb können sich die Spannstäbe und Rohrwände ungehindert je nach ihren entsprechenden Temperaturen ausdehnen. So wird die Ausdehnung der Rohrwände nicht durch einen an ihnen befestigten Spannstab begrenzt, wie es bis jetzt üblich war.

Wenn in der Brennkammer ein Überdruck vorhanden ist, der die Rohrwände nach außen drückt, so wird diese Kraft über die Halterungen auf die Verstärkungsstreben übertragen. Wenn die entgegengesetzten Verstärkungsstreben in der bekannten Weise nur durch die dazwischenliegenden Rohrwände verbunden wären, so wären diese über ihre ganze Breite einer Spannung unterworfen. Zum Beispiel werden die Kräfte auf die Rohrwände 13 und 14 auf die Verstärkungsstreben 18 übertragen. Wenn diese nur mit den Brennkammerecken verbunden wären, so würden die Rohrwände 15 und 16 einer Spannung unterworfen. Bei dem Gegenstand der Erfindung nehmen jedoch die Spannstäbe an Stelle der Rohrwände die Spannungen auf.

Wenn sich die Rohrwände 13 und 14 ausdehnen, bewegen sich die Verstärkungsstreben 17 auseinander und spannen die Spannstäbe 25. Bei Bewegung der Rohrwände 15 und 16 gilt das gleiche für die Spannstäbe 26. Um die Spannung der Spannstäbe möglichst klein zu halten, sollten sich die Spannstäbe 25 um den gleichen Betrag wie die Rohrwände 13 und 14 und die Spannstäbe 26 wie die Rohrwände 15 und 16 ausdehnen. Da sich jedoch die Spannstäbe auf der Außenseite der Rohrwände befinden, ist ihre Temperatur kleiner als die mittlere Temperatur der Rohrwand, und da sie nach der Erfindung nicht auf ihrer ganzen Länge an den Rohrwänden befestigt sind, dehnen sie sich weniger als die Rohrwände aus. Zur Anpassung an die verschiedene thermische Ausdehnung und, um den Unterschied der Ausdehnungen möglichst klein zu halten, sind die Spannstäbe den Außenseiten der Rohrwände direkt benachbart angeordnet und gegen sie gleitfähig durch die Stützen 29 gelagert.

Zwischen den Spannstäben und den Verstärkungsstreben befindet sich ein Gehäuse30 (Fig. 2), das isolierendes Material 31 gegen die Rohrwände

drückt. Dieses Isoliermaterial erhöht die Temperaturdifferenz zwischen den Rohrwänden und den Verstärkungsstreben.

Beim Einstellen der Brennkammer in kaltem Zustand werden die Enden der Spannstäbe 25 und 26 nach außen gebogen (Fig. 1, 2 und 8). Der Zweck dieser Biegung wird später erläutert. Um sie zu ermöglichen, sind nahe den Enden jeder Verstärkungsstrebe Anschläge 32 zur Fixierung des Punktes, an dem die Biegung beginnt, angeordnet. An den Enden der Spannstäbe 25 und 26, welche durch die Klammern 27 und 28 geführt sind, sind Rollkufen 33 angebracht, deren gewölbte Oberfläche auf den Klammern aufliegt. Diese Rollkufen dienen dazu, eine freie Durchbiegung der Enden der Spannstäbe zu ermöglichen. Sie sind jedoch nicht notwendig und können in den meisten Fällen weggelassen werden, da die Biegung der Spannstäbe verhältnismäßig klein ist und durch ihre Biegsamkeit aufgenommen werden kann.

Wenn die Brennkammer aufgeheizt wird, dehnen sich die Rohrwände 13 und 14 beträchtlich stärker als die verstrebten Träger 18 aus, und die Spannstäbe 25 werden gestreckt. Gleichermaßen dehnen sich die Rohrwände 15 und 16 stärker als die Träger 17 aus, und die Spannstäbe 25 werden gestreckt. Sie werden anfänglich in kaltem Zustand so gebogen, daß sie bei der normalen Betriebstemperatur im wesentlichen gerade sind. Da sich die Spannstäbe 25 nicht ganz so stark wie die Rohrwände 13 und 14 ausdehnen, neigen die Rohrwände 15 und 16 in geringem Maß dazu, sich an ihren Enden etwas nach außen zu biegen. Diese Biegung erscheint ebenfalls an den Enden der Rohrwände 15 und 16, weil sich die Spannstäbe 26 nicht so stark wie sie ausdehnen. Dies ist am besten in den F i g. 8 A und 8 B dargestellt, welche eine Ecke der Brennkammer in kaltem Zustand A und in heißem Zustand B zeigen. In kaltem Zustand befinden sich die Rohrwände 114 und 115 auf den entsprechenden Mittellinien 114' und 115'. Die Spannstäbe 125 und 126 sind an ihren Enden, wie zuvor erwähnt, nach außen gebogen. Die Halterungen 119 halten die Verstärkungsstreben 117 und 118 in bestimmtem Abstand von den Rohrwänden, und die Anschläge 132 legen den Punkt fest, an dem die Durchbiegung der Spannstäbe beginnt. Wenn die Brennkammer aufgeheizt wird, setzt eine beträchtliche thermische Ausdehnung ein, und die Rohrwände bewegen sich von ihren ursprünglichen Mittellinien weg. Die F i g. 8 A und 8 B stellen dar, wie die Spannstäbe bei Erhitzung gestreckt und die Enden jeder Rohrwand nach außen gebogen werden. Die weniger starke Ausdehnung der Spannstäbe bezüglich der Rohrwände wird dadurch wenigstens teilweise ausgeglichen, daß die Spannstäbe so eingestellt sind, daß sie in heißem Zustand gerade werden, weil dadurch ihre wirksame Länge der Spannstäbe vergrößert wird. Außerdem sind die Spannstäbe anfänglich nach außen gebogen, so daß sie beim Aufheizen nicht mit den Rohrwänden in Berührung kommen.

F i g. 7 stellt eine modifizierte Form 28' der Klammer zur Befestigung der Enden der Spannstäbe an den verstrebten Trägern dar. In dieser Ausführung nimmt jede Klammer zwei Spannstäbe an Stelle eines einzigen auf. Die Zahl der an irgendeiner Stelle verwendeten Spannstäbe hängt von den gesamten auftretenden Spannungen der Größe der Spannstangen und der für sie zulässigen Spannung ab.

Die dargestellten Halterungen und die Klammern zur Verankerung der Enden der Spannstangen an den Verstärkungsstreben sind nur beispielhaft dargestellt. Gleichermaßen kann die Erfindung mit irgendwelchen Kombinationen von Verstärkungsstreben verwendet werden. Zum Beispiel könnten alle vier Verstärkungsstreben entweder verstrebte Träger oder einfach Doppel-T-Träger sein.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Abstützung von Brennkammerwänden, insbesondere für paarweise sich gegenüberliegende Rohrwände eines Dampferzeugers, bei der Verstärkungsstreben quer zur Längsrichtung der Rohre und im Abstand von ihnen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden eines jeden Paares von Verstärkungsstreben (17, 18) durch Spannstäbe (25, 26) miteinander verbunden sind, die vorzugsweise durch Stützen (29) im Abstand von und gleitfähig gegenüber den ihnen parallelen Rohrwänden gehalten sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden jedes Spannstabes von den Wänden weg nach außen bis zu ihren Verbindungspunkten mit den Verstärkerstreben gebogen sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Anschlagglieder (32) zwischen den Stützen (29) und den Stangenenden zur Festlegung des Punktes, an dem die nach außen gerichtete Biegung der Stange beginnt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 975 739; deutsche Auslegeschrift Nr. 1146 499; britische Patentschrift Nr. 870 735; USA.-Patentschrift Nr. 2 773 487.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

809 587/75 7.68 © Bundesdruckerei Berlin