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Von außen beheiztes Hochdruckrohr Die vorliegende Erfindung betrifft
eine weitere Ausbildung der in dem Patent 544 972
behandelten= Einrichtung
zum Schutze vcn Hochdruckheizrohren und will erreichen, daß solche Rohre in jeder
beliebigen Lage und in jeder Länge gegen hohe Wärmespannungen und bleibende Dehnungen
geschützt werden können. Auf diese Weise soll die Anwendung der behandelten Hochdruckrohre
auch bei Dampferzeugungs-, Überhitzet- und Heizanlagen ermöglicht werden.
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Würde man hierfür nach dern Hauptpatent eitlen Außenmantel und eine
Zwischenschicht aus Weichmetall anwenden, so würden folgende Mängel auftreten: Denkt
man sich das Weichmetall, den Raum zwischen Schutzrohr und Hochdruckrohr bis zu
einer gewissen Höhe füllend, und stellt man die Tatsache in Rechnung, daß der Übergang
aus dem festen in den flüssigen Zustand mit einer Volumenzunahme verbunden ist,
so kann das Verflüssigen nur dann ohne Schaden für das Schutzrohr vor sich gehen,
wenn es von oben nach unten erfolgt. Tatsächlich vollzieht sich aber dieser Vorgang
bei den üblichen Ofenkonstruktionen von unten aus. Es muß daher ein Druck entstehen,
der die darüber befindlichen festen Schichten vor sich herzuschieben versucht. Die
Größe dieses Druckes hängt in bekannter Weise von dem Fließvermögen des Weichmetalls
unter den jeweiligen Bedingungen ab; sie kann bei langen Schichten noch festen Metalls
erhebliche Werte annehmen.
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Aber auch schon im festen Zustand kann durch das Verhalten der Weichmetallschicht
ein Spannungssprung auftreten. Die federnden Dehnungen, die das Hochdruckrohr durch
den Innendruck erleidet, pressen das Weichmetall gegen das Schutzrohr. Die bei einem
bestimmten Innendruck im Hochdruckrohr demgemäß verursachten Ringspannungen sind
abhängig von der Wandstärke des Rohres. Je stärker die Rohrwand ist, um so niedriger
sind die in ihr auftretenden Spannungen. Solange nun das Hochdruckrohr über die
es umgebende Weichmetallschicht in kraftschlüssigem Kontakt mit dem Außenrohr steht,
sind diese Spannungen in der Hochdruckrohrwand noch gering. Im Augenblick des Schmelzens
wird aber eine plötzliche Spannungssteigerung auftreten, da nunmehr nur noch die
eigentliche Wand des Hochdruckröhres den Innendruck auszuhalten hat. Dieser Spannungssprung
wird vermieden, wenn man den Abstand zwischen Schutzrohr und Innenrohr so weit verkleinert,
daß die dazwischenliegende und bei den Arbeitstemperaturen flüssig werdende Weichmetallschicht
durch kapillare Kräfte und innere Reibung an den
Rohrwandungen festgehalten
wird. Das Metall erstarrt dann bei gelegentlichem Abkühlen an der Stelle, an -der-
es sich im flüssigen Zustand befindet, und führt keine nennenswerte Bewegung in
Richtung der Rohrachse aus. Die Schrumpfung findet nur in radialer Richtung statt.
Das Metall erstarrt zuerst an dem stark wärmeableitenden Innenrohr und kristallisiert
schließlich vollkommen daran an, so daß sich zwischen dem Schutzrohr und Weichmetall
ein dein Schwindmaß entsprechender dünner Luftspalt bildet.
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Die Stärke der anzuwendenden Weichmetallschicht richtet sich nach
der Art des benutzten Metalls, und die Wahl des Metalls richtet sich wieder nach
der Arbeitstemperatur, welche im Betrieb auftritt. Bisher wurde mit einer Legierung
von Blei und etwas Aluminium gearbeitet, für welche ein Spalt von einem Milliineter
in genügender Weise kapillar wirkt. Das Temperaturgefälle kann bei der Verwendung
von Zwischenmetallschichten kapillarer Dicke nicht beliebig geteilt werden, man
kann es aber mit Sicherheit auf die Hälfte für jeden Rohrteil herabdrücken.
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Eine derartige Einrichtung arbeitet in folgender Weise. Befindet sie
sich vor dem Heizen in Ruhe und haben alle Teile z. B. eine Temperatur von 2oo°
C, so befindet sich zwischen dem Weichmetall und dem Schutzrohr ein Luftspalt von
l@loo mm. Wird nun angeheizt, so beginnt der normale Wärmetransport mit der Wärmeleifizahl
des Eisens vom Schutzrohr zur starren Weichmetallschicht erst, wenn das Schutzrohr
die Temperatur von 32o° erreicht hat, weil es erst dann durch Leitung und Strahlung
den Luftspalt mit dem Wert der Wärmeleitzahl des Eisens überbrücken kann. Diese
Temperaturdifferenz voll 12o° C beginnt mit steigender Innentemperatur zu sinken
und trifft sich mit den # Temperaturen des Schutzrohres, welche eintreten, wenn
das Weichmetall flüssig wird, bei etwa 300° C Innentemperatur. Nennenswerte Wärmespannungen
hat das Schutzrohr nicht auszuhalten, weil es dünnwandig ist und einen größeren
Durchmesser hat als das Hochdruckrohr. Seine spannungslose Ausdehnung durch die
Wärme sorgt weiter dafür, daß federnde Dehnungen des Hochdruckrohres seine Innenwandung
mit Hilfe der Weichmetallschicht nicht erreichen und diese immer genügend Raum am
Ort behält zur Ausdehnung und zum Schmelzen. Die Weichmetallschicht darf nur unter
Luftabschluß arbeiten.
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Liegen die Betriebstemperaturen weit über dem Schmelzpunkt des Metalles,
so muß für eine entsprechende Ausdehnung Raum gelassen werden. Der Dampfdruck der
bisher verwandten Legierung ist bei 5oo° C praktisch gleich Null.
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Mit den erwähnten technischen Fortschritten, welche durch den günstigen
Erstarrungsverlauf kapillarer Zwischenmetallschichten erreicht werden, ist auch
noch der wirtschaftliche Vorteil des geringen Verbrauchs an Metall verbunden.