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Schornstein mit Stahlstützturm Die Erfindung betrifft einen Schornstein
mit einem Stahlstützturm und einem in diesem angeordneten, mit Feuerungen in Verbindung
stehenden einzigen Rauchgasrohr aus Stahl.
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Schornsteine, die die Rauchgase einer Mehrzahl von Feuerungen über
ein einziges Rauchgasrohr ins Freie ableiten, werden als Sammelschornsteine bezeichnet.
Wenn große Rauchgasmengen, z.B.
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von einer Mehrzahl von Großkesseln eines Wärmekraftwerkes od.dgl.
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abgeführt werden, so muß das Rauchgasrohr einen sehr großen Durchmesser
haben.
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Sollen beispielsweise die Rauchgase von drei 1000 FN-Blöcken unter
üblichen Gasableitungsbedingungen gesammelt und ins Freie abgeführt werden, so muß
das Rauchgasrohr einen Querschnitt von einigen Dutzend Quadratmetern haben.
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Der große Durchmesser des Rauchgasrohres führt notwendigerweise zu
einer erhöhten Starrheit dieses Rohres und zu einem erhöhten Biegemoment. Umgekehrt
neigt das Maß der Widerstandskraft des Rauchgasrohres gegen Knickung oder Biegung
(Biegewiderstand) mit
steigendem Durchmesser zu einem Abfallen.
D.h., das Stahlrauchrohr muß aus sehr starken Platten gefertigt werden, wodurch
das Gewicht des verwendeten Stahls so groß werden muß, daß die Fabrikation, Bearbeitung,
der Zusammenbau und die Errichtung an der Baustelle schwierig werden.
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Schornsteine mit einem Stahlstützturm, die ein auf einem Fundament
aufrecht stehendes Rauchgasrohr haben, das von einem Stahlturm umgeben ist, der
das Rauchgasrohr abstützt, sind bekannt. Bei einem Schornstein dieser Art hat das
Rauchgasrohr die Kraft, sein eigenes Gewicht zu tragen, und es bringt einen Teil
der Kraft gegen seine Biegung selbst auf. Der das Rauchgasrohr umgebende Stahlturm
hat die Kraft, sein eigenes Gewicht zu tragen und seiner Biegung zu widerstehen,
und er hat auch die Kraft, die notwendig ist, um die Biegung des von ihm gestützen
Rauchgasrohres zu beschränken. Der hier verwendete Ausdruck: "hat die Kraft sein
eigenes Gewicht zu tragen", bedeutet die Kraft, mit der ein horizontaler Querschnitt
auf einer gegebenen Höhe des Rauchgasrohres mit Sicherheit das Gewicht des darüberliegenden
Schonnsteinabschnitts bis zur Schornsteinmündung tragen oder aufnehmen kann. Je
größer der Abstand zwischen der Schornsteinmündung und dem horizontalen Querschnitt
ist, desto größer ist das Gewicht, das dieser Querschnitt aufnehmen muß, und damit
steigt die für den jeweiligen horizontalen Querschnitt notwendige Kraft an. Die
Kraft des horizontalen Querschnitts gegenüber dem darüberliegenden Teil des Rauchgasrohres
ist direkt proportional zu der Querschnittsfläche der verwendeten Rauchgasrohrelemente.
Deshalb muß ein Rauchgasrohr mit durchaus gleichem Durchmesser für eine zusätz-Kraft
aus Teilen oder Platten gefertigt werden, die stark oder dick genug sind, eine zusätzliche,
den Erfordernissen entsprechende Querschnittsfläche zu liefern.
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Das Biegemoment, das äußere horizontale Kräfte, z.B. Schwingungen
durch Wind oder ein Erdbeben, auf das Rauchgasrohr ausüben, ist
nahe
dem unteren Ende des Rauchgasrohres am stärksten, wie die Kurven D in den Fig. 12
und 14 zeigen. Die Größe oder Stärke dieses Biegemomentes wächst im direkten Verhältnis
zur Höhe des auf dem Fundament befestigten Rauchgasrohres an. Wie es mit der Kraft
gegen das Eigengewicht des Rauchgasrohres der Fall ist, so wird die dem Biegemoment
entgegenwirkende Kraft im Verhältnis zur Querschnittsfläche der in einer gegebenen
Höhe des Rauch -gasrohres erforderlichen Teile berechnet, und damit steigt folglich
die gesamte Plattenstärke an. Das heißt mit anderen Worten, daß die gesamte Plattenstärke
zu einem vorgegebenen Teil oder Abschnitt des Rauchgasrohres als die Summe der Plattenstärke
betrachtet wird, die notwendig ist, um das Eigengewicht des Rauchgasrohres zu tragen
und um der Biegung zu widerstehen.
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Aus den hier angeführten Gründen mußten zum Bau von üblichen Schornsteinen
mit Stahlstützturm sehr dicke Platten verwendet werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Schwierigkeiten
und Nachteile bei einem Schornstein der eingangs genannten Gattung zu vermeiden
oder zu beseitigen, so daß es möglich ist, einen Schornstein mit Stahlstützturm
zu schaffen, der einen großen Durchmesser und eine große Höhe haben kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß
das Rauchgasrohr aus einem unteren, auf einem Fundament aufrecht stehenden Abschnitt
und einem mit dessen oberen Ende über einen Dehnungskörper verbundenen oberen Abschnitt
besteht, dessen Wände am Fachwerk des Stahlstützturmes befestigt sind.
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Wie die folgende Beschreibung eines Äusführungsbeispiels des Erfindungsgegenstandes
zeigt, wird die gestellte Aufgabe damit gelöst.
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Fig. 1 ist eine Ansicht eines Schornsteines gemäß der Erfindung.
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Fig. 2 bis 4 zeigen Horizontalschnitte in verschiedenen Höhen
des
Schornsteins nach den Linien II-II, III-III und IV-IV in Fig. 1.
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Fig. 5 ist eine Ansicht des Rauchgasrohres ohne den in Fig. 1 gezeigten
Stahlstützturm.
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Fig. 6 ist eine Teilseitenansicht in vergrößertem Maßstab nach der
Linie VI-VI in Fig. 4 Fig. 7 zeigt einen Schnitt nach der Linie VII-VII in der Fig.
6.
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Fig. 8 zeigt den Horizontalschnitt nach der Linie VIII-VIII in Fig.
6.
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Fig. 9 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Verbindungsstelle
zwischen dem oberen und unteren Abschnitt des Rauchgasrohres.
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Fig. 10 ist ein abgebrochener Schnitt nach der Linie X-X in der Fig.
9.
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Fig. 11 zeigt in teilweise aufgebrochener Darstellung den unteren
Teil des Rauchgasrohres.
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Fig. 12 ist eine graphische Darstellung der auf den Schornstein nach
den Fig. 1 - II einwirkenden Momente im Vergleich zu einem üblichen Schornstein.
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Fig. 13 zeigt eine Ansicht des unteren Teils des Rauchgasrohres in
einer abgewandelten Ausführungsform.
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Fig. 14 ist eine graphische Darstellung der auf einen erfindungsgemäßen
Schornstein gemäß der Ausführungsform nach Fig.13 einwirkenden Momente im Vergleich
zu einem üblichen Schornstein.
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Der Schornstein nach Fig. 1 besteht aus einem Stahlstützturm 1 und
einem einzigen Sammelrauchgasrohr 2, das über Füchse 2' mit drei Feuerungen A, B
und C (Fig. 2) in Verbindung steht.
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Der Stahlstützturm hat, wie die Fig. 2 bis 4 zeigen, eine
achteckige
Form, wobei sich acht Vertikalstiltzen 3 über die gesamte EIöhe des Turmes erstrecken.
Wie Fig. 5 zeigt, besteht das Rauchgasrohr 2 aus einem unteren Abschnitt 5 von zylindrischem
Querschnitt, der aufrecht auf einem Fundament 4 steht und innerhalb des Stahlstützturmes
1 gehalten ist, sowie aus einem oberen Abschnitt 7 von achteckigem Querschnitt,
der acht vertikale Seitenwände 6 aufweist, die am oberen Fachwerk des Turmes 1 in
tibereinstimmung mit dessen in Fig. 4 gezeigter Querschnittsausbildung befestigt
sind. Das untere Ende des achteckigen oberen Abschnitt 7 ist mit einem Ubergangsstück
8 versehen, durch das in Verbindung mit einem Dehnkörper 9 das unteren Ende des
oberen Abschnitts 7 mit dem oberen Ende des unteren zylindrischen Abschnitts 5 verbunden
ist. Die Seitenwände 6 sind, wie die Fig. 6 - 8 zeigen, mit dem achteckigen Stahlstützturm
1 einstückig verbunden, in dem horizontale und vertikale Flansche 11 an der Außenseite
der Wände mit zu diesem hingerichteten inneren Seiten der Vertikalstützen 3, die
außen am Turn 1 vorgesehen sind, und mit inneren Seiten von zwischen den vertikalen
Stützen 3 angeordneten Horizontalstreben 10 verschweißt sind. Acht derartige Wände
sind an ihren Seitenkanten miteinander verbunden, so daß sie den oberen Abschnitt
7 des Rauchgasrohres mit achteckigem Querschnitt bilden.
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Die Wünde 6 sind an ihren Außenseiten zusätzlich mit Versteifungen
12 versehen und haben eine innere Auskleidung 13. Wie Fig.9 zeigt, besteht das Ubergangsstück
8 am unteren Ende des oberen Rauchgasrohrabschnitts 7 aus einer Mehrzahl von dreieckförmigen,
auf ihrer Spitze stehenden Platten 14, die sich von den Wänden 6 aus nach unten
erstrecken und mit einer entsprechenden Anzahl von dreieckförmigen Platten 15 abwechseln,
die in einen Kreis übergehen, der den gleichen Durchmesser hat wie der den unteren
Abschnitt des Rauchgasrohres bildende Zylinder. Das Ubergangsstück 8, das auf diese
Weise abgerundet ist, wird durch einen Ring 16 verstärkt und hat einen kurzen Zylinderteil
17, dessen unteres Ende mit dem oberen Ende des unteren Rauchgasrohrabschnitts 5
durch den Dehnkörper 9 verbunden ist.
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Wie Fig. 10 zeigt, besteht der Dehnkörper 9 aus einem Faltenbalg 20
aus rostfreiem Stahl, der einen Flansch 18 am unteren Ende 17 des oberen Rauchgasrohrabschnitts
7 und einen Flansch 19 am oberen Ende des unteren Rauchgasrohrabschnitts 5, eine
weiche Wärmeisolierung 21, z.B. Glaswolle, die die Außenoberfläche des Faltenbalgs
abdeckt, einen Abdeckring 22 für die Isolierung,der fest mit dem unteren Ende 17
der Außenwand des oberen Rauchgasrohrabschnitts 7 verbunden ist, und einen inneren
Ring 23, der an das obere Ende des Faltenbalgs 20 innen angeschweißt ist, aufweist.
Der innere Ring 23 dient dazu, die Rillen im Faltenbalg abzudecken und das Absetzen
von Wasser bew. Feuchtigkeit an den Rillenwänden zu verhindern.
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Der untere Abschnitt 5 des Rauchgasrohres ist, wie Fig. 11 zeigt aufrecht
und schwenkbar von einem Kalottenlager 24 auf dem Fundament 4 getragen. Das Kalottenlager
24 kann nicht nur konvex, sondern, wenn es notwendig oder wünschenswert erscheint,
auch konkav ausgebildet sein. Nahe dem oberen Ende des unteren Rauchgasrohrabschnitts
5 ist ein Ring 25 befestigt (Fig. 9), der vertikale Nuten 26 aufweist, in denen
gleitend vertiekale Stützglieder 27 aufgenommen sind, die am Fachwerk des Stützturmes
vorgesehen sind, so daß das Rauchgasrohr 5 vom Turm ohne Rück.
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sicht auf Expansions- oder Kontraktionsbewegungen gestützt werden
kann.
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Das Rauchgasrohr ist, wie die vorhergehende Beschreibung erkennen
läßt, erfinBungsgemäß so konstruiert, daß das Gewicht des unteren Rauchgasrohrabschnitts
5 vom Fundament 4 getragen wird, während das Fachwerk des Stahlstützturmes 1 das
Gewicht des oberen Rauchgasrohrabschnitts 7 trägt. Durch die vertikale Verschiebemöglichkeit
der ineinandergreifenden Teile 26,27 kann der untere Schornsteinabschnitt 5 eine
längsgerichtete Dehnbewegung gegenüber dem Turm 1 ausführen, die auch durch die
Verformbarkeit des Dehnungskörpers 9 ermöglicht wird. Andererseits wird die Ausdehnung
des oberen Rauchgasrohrabschnitts 7
durch die Querschnittsbelastung
der am Fachwerk des Stahlstützturmes befestigten Wände 6 in jeder besonderen Höhe
kompensiert.
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Es ist klar, daß der Stahlstützturmi für das Rauchgasrohr irgendeine
gewünschte Ausbildunghaben kann und daß die am Fachwerk des oberen Teiles des Turmes
befestigten Wände 6 aus einer geeigneten Anzahl von ebenen Platten -aber auch von
gekrümmten Platten - bestehen können, so daß der obere Abschnitt 7 des Rauchgasrohres
einen Querschnitt in Polygonform oder von nahezu Kreisform oder von exakter Kreisform
haben kann.
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Bei der beschriebenen Ausbildung sind die den oberen Abschnitt 7 des
Rauchgasrohres bildenden Wände 6 im allgemeinen an dem Fachwerk des Stüztturmes
an eineN eineiuunten Anzahl von Punkten befestigt, so daß die Wände mit dem Turm
praktisch einstückig sind. Folglich müssen sowohl das Gewicht des Stahlturmes wie
auch dessen erforderliche Kraft anwachsen, während die Wände 6 nicht für die Kraft
ausgelegt zu sein brauchen, daß sie ihr eigenes Gewicht tragen und der Biegung widerstehen
können. Aus diesem Grund können für die Wände wesentlich dUnnere Platten verwendet
werden, als es bisher möglich war.
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Nimmt man an, daß die Gesamthöhe des Rauchgasrohres 300 m beträgt,
so benötigt ein übliches Rauchgasrohr, um sich bei 300 m Höhe selbst zu tragen,
eine ausreichende Stärke am unteren Ende, wobei zu dem Eigengewicht dieser hohen
Konstruktion noch das Biegemoment hinzukommt. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung
wird der obere Abschnitt des Rauchgasrohres in dem in Fig. 5 gezeigten Verhältnis
am Stahlstützturm befestigt, der als umgebende Wand dient, so daß die selbststehende
Höhe des Rauchgasrohres, die auf dem Fundament ruht, nur 150 m oder etwa die Hälfte
der Gesamthöhe ist, nämlich nur der untere Rauchgasrohrabschnitt. Anders ausgedrückt
heißt das, der Rauchgasrohrabschnitt nahe dem unteren Ende muß nur eine ausreichende
Stärke haben, um etwa die Hälfte des Gewichts, das ein übliches Rauchgasrohr in
diesem Bereich trägt, aufzunehmen und der Biegung
zu widerstehen.
Deshalb kann der untere Rauchgasrohrabschnitt aus dünn / Latten gefertigt werden,
als es bisher der Fall war.
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Gemäß der Erfindung können für den oberen Abschnitt des Rauchgasrohres
dünnere Platten verwendet werden, weil, wie schon gesagt wurde, der obere Abschnitt
am Fachwerk des Stahlstützturmes befestigt und von diesem getragen ist, so daß der
obere Abschnitt nicht, wie es bei bekannten Konstruktionen der Fall ist, mit Rücksicht
auf sein Eigengewicht und auf seinen Biegewiderstand ausgelegt zu werden braucht.
Infolgedessen sind die Gewichtsinkremente und die Belastung, die der Turm aufnehmen
muß, relativ klein, und das gesamte Gewicht des im oberen Abschnitt des Schornsteins
verwendeten Stahls kann mit Vorteil vermindert werden.
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Andererseits muß der untere Abschnitt 5 des Rauchgasrohres dessen
im Verhältnis zu seiner Länge vermindertes Gewicht tragen, so daß die Kraft nur
etwa halb so groß zu sein braucht gegenüber der bei einer über die ganze Länge durchgehenden
üblichen Konstruktion notwendigen Kraft.
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Ferner wird durch die Art der Auflagerung, wie sie Fig. 11 zeigt,
die Intensität des im unteren Abschnitt 5 des Rauchgasrohres hervorgerufenen Biegemoments
merklich vermindert, wie in Fig. 12 graphisch dargestellt ist. In dieser Darstellung
sind die Höhe H des Rauchgasrohres als Ordinate und das Biegemoment M als Abszisse
aufgetragen. Die Kurve D gibt die Tendenz des Biegemoments eines üblichen Rauchgasrohres
an, das über die ganze Höhe fest ausgebildet ist, während die Kurve E die Tendenz
des Biegemoments im unteren Rauchgasrohrabschnitt 5 gemäß der Erfindung wiedergibt.
Wie zu erkennen ist, ist der untere Abschnitt 5 des Rauchgasrohres beträchtlich
vorder Belastungsaufnahme gegenüber seinem Eigengewicht und der Biegung befreit,
was eine Verminderung des für diese Konstruktion notwendigen Gewichts an Stahl ermöglicht.
Diese Vorteile
treten mit einer Vergrößerung in der Höhe des Schornsteins
mehr und mehr hervor. Auch sind diese Vorteile mehr fühlbar oder greifbar, wenn
die Erfindung auf Kauchgasrohre mit größeren Durchmessern, erhöhter Starrheit und
erhöhtem Biegemoment sowie geringerer Knickbeanspruchung angewendet wird. Als Folge
dessen wird mit dem Erfindungsvorschlag vorteilhafterweise entweder ein Schornstein
mit Stahlstützturm und einstückigem Rauchgasrohr oder ein extrem hoher, einen großen
Durchmesser aufweisender Sammelschornstein mit einem vermehrt stabilen und wirtschaftlichen
Aufbau geschaffen.
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In Fig. 13 ist eine abgewandelte Ausführungsform für die Befesti-Uung
des unteren Endes des unteren Hauchgasrohrabschnitts 5 auf dem Fundament 4 gezeigt,
der mit diesem fest verbunden ist.
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Der obere Abschnitt wird an verschiedenen Punkten vom Stahlstützturm
1 getragen. Auch hierbei braucht die Kraft, die der untere Abschnitt 5 haben muß,
um sein eigenes Gewicht zu tragen, nur etwa halb so groß zu sein , wie es zum Tragen
des gesamten Rauchgasrohres der Fall sein müßte.
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In Fig. 14 sind die Schornsteinhöhe EI als Ordinate und das Biegemoment
als Abszisse aufgetragen. Die Intensität Et des Biegemoments im Rauchgasrohr 5 gibt
die Tendenz eines geringeren Kraftaufwands ähnlich der Kurve E in Fig. 12 im Vergleich
mit der Tendenz D für ein Rauchgasrohr der üblichen, über die ganze Ilöhe festen
Art an.
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Wie die Beschreibung erkennen läßt, wird durch die Erfindung ein großer,
überhoher Schornstein mit Stahlstützturm geschaffen, der von einer stabilen und
wirtschaftlichen Konstruktion ist, wobei ein einziges Rauchgasrohr innerhalb eines
Stahlstützturmes angeordnet ist, das aus einem unteren, aufrecht auf einem Fundament
stehenden Abschnitt und aus einem oberen Abschnitt von mit dem Fachwerk des Turmes
verbundenen Wänden besteht, wobei der obere und der untere Abschnitt des Rauchgasrohres
miteinander durch einen Dehnkörper verbunden sind.
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Patentansprüche: ~