CN1079283A - 用于膜式水冷壁端部连接的锅炉支架系统 - Google Patents

Abstract

一种膜式水冷壁的支架系统，该水冷壁有一个第 一壁段，第一壁段与一个第二壁段以一个角度相交构 成壁角。此支架系统利用膜式水冷壁结构固有的承 载能力，以简化或省去以前在这些位置使用的结构零 件。一些实施例只采用膜式水冷壁的壁角设计形式， 或与壁角加强板和/或加强件组合，以便将燃气压力 载荷分配给相邻的膜式水冷壁管屏。此外还提供了 仅适用于瞬时过压状态的加强装置。

Description

本发明总的来说是有关锅炉中所谓膜式水冷壁（即管壁）的支承结构，具体而言，是有关一种用于支承膜式水冷壁的新颖有效的支架系统，采用此系统可减少管子损坏，尤其是在锅炉起动和冷却时容易发生这种损坏。

锅炉支架系统是由加强锅炉水冷壁的轧制的钢件和/或桁架构成。锅炉水冷壁承受随当地大气压变化而可正可负的燃气压力。燃气压力通过用杆、梁、板连接相对壁上的支架来承受，以平衡增压燃烧产生的拉伸负荷或平衡通风燃烧产生的压缩负荷。炉壁的热膨胀通常通过在梁、杆或板与支架之间进行连接的连杆、带槽件、螺栓和销子的各种设计来适应。这方面的一般性讨论读者可参见Babcock    &    Wilcox公司1975年出版的《蒸汽：它的产生和用途》（STEAM：Its    Generation    and    Use）第12和16章。

参见本文的图1和2可简要地讨论一下与本发明有关的结构。图1和2是“冷”态下传统锅炉一个壁角结构的透视图。所谓“冷”态是指锅炉的压力部件和结构元件处于环境温度条件下。第一个壁段10和另一个壁段12以一个角度相交形成壁角14。每个壁段10、12由多根直立的管16组成。管16用膜板18互相隔开并彼此焊接在一起。当锅炉工作时，液体通过管16输送，以带走来自燃气的热量。一个支架系统配备在壁段10、12的外侧，支架系统由每个壁段10、12的至少一个支架20、22所组成。在一种实际的锅炉结构中，支架20、22是沿壁段10、12的垂直高度每隔一定距离重复设置的。支架20、22抵抗锅炉处于稳态或过渡工作状态时壁段10、12所受到的弯曲力。这些弯曲力是由于例如风和地震引起的外载荷和锅炉中气体侧压力造成的。气体侧压力随当地大气压变化而可正可负。

支承凸耳24和支板26构成的托脚装置与各支架20、22的内凸缘28连接。托脚装置24、26和支架20、22之间可相对滑动，以适应热膨胀。

在图1中，两条连续的系杆或板30焊在各支板26的边缘上。由一些“L”形连接凸块32组成的连接装置，焊在构成各壁段10、12的某些沿水平方向隔开的管子16外表面上。成对的连接凸块32面对面地焊接，以构成一个缝，缝中严密地装入连续系杆或板30。连接装置也可以由一对夹子和一个系杆销组成，其中一个夹子在连续系杆或板30上面，另一个在其下面。夹子焊在两根相邻管16上，构成一个环，它伸出连续系杆或板30外表面。当系杆销插在所述环和连续系杆30之间时，连续系杆靠在壁段10、12上被固定就位。因此连接装置支承着支架20、22的重量，实际上支架悬挂在壁段10、12上。

一个端部连接角拉撑34横跨壁角14，并焊在连续系杆或板30上。一个端部支架连接托架36焊在各支架20、22靠近壁角14的端头上。一对端部连杆38通过销子40可枢转地连接在端部连接角拉撑34和各端部支架连接托架36之间。每个零件34、36、38中均设有适当的圆孔，以允许壁段10、12热膨胀。为了说明，图1和2表示壁角结构处于水冷壁段10、12膨胀前的“冷”态。在这一状态下，各连杆38与其支架20、22边缘构成一个小的锐角（边缘垂直于壁段10、12的平面延伸）。在“热”态下，各连杆38将大体平行于其支架20、22的边缘延伸，而来自例如壁段10的力将传给另一个相连的壁段12的支架22。

由焊接的膜式管屏（管子按不同的几何型式焊在一起）构成的炉壁，可用来平衡相对壁之间的燃气压力载荷，以代替杆、梁和/或板。参见图2，这样的一种设计采用了短系杆42（用一块焊在相邻炉壁上的短杆替代连续系杆）将支架与承受支架系统拉伸或压缩载荷的相邻膜式水冷壁相连。因此图2与图1不同，在图1中两条连续系杆或板30被与系杆42分开的支承杆或板30′所替代。在壁角14处，系杆42焊在构成壁段10的管子16上。在壁段12上仍然设一条连续系杆或板30。

在膜式水冷壁上设连续系杆或板的支架系统要承受系杆和水冷壁之间的温差，在锅炉起动或冷却时的瞬变工作状态下，这一温差足以在水冷壁中和/或支架系统中造成损坏。

具有短系杆的支架系统由温差带来的问题较小，但它难以甚至有时不可能通过短杆将大的集中的燃气压力载荷从轧制件传给相邻的膜式水冷壁。

一些支架和膜式水冷壁的连接结构公开在美国专利4721069、4499860、4395860和4059075中。这些参考文件中公开了适应膜式水冷壁膨胀和收缩的机构，然而它们没有提出一种可防止邻近壁角处的壁发生损坏的结构。

膜式水冷壁的壁角支承结构公开于美国专利4008691和3479994中，它们包括横跨壁角的刚性结构。

本发明的目的是要避免（1）管子损坏，（2）支架系统零部件破坏，这种破坏是在锅炉起动和冷却时的温差使膜式水冷壁和支架系统之间产生相对运动引起的。

为达到这一目的，按照本发明的一个方面，利用膜式水冷壁结构固有的承载能力，来简化或取消以前在这一位置需要采用的结构零件。本发明的一些实施例仅利用膜式水冷壁的壁角结构，将燃气压力载荷从一个壁传给另一个相邻壁。在有些情况下，有必要加强锅炉膜式水冷壁和将燃气压力载荷控制在膜式水冷壁上，以避免由于在膜式水冷壁和系统的支架之间不同的膨胀-收缩位移而带来的破坏。本发明的其他一些方面包括，用单个或多块几何形状不同的角板和加强件，加强膜式水冷壁的壁角结构，以便于将燃气压力载荷分配给相邻的膜式水冷壁管屏。另外一些方面包括，配置仅在瞬时超压状态下才起作用的加强结构。

对于锅炉制造者和使用锅炉的工业部门而言，一个永恒的目标是要提高他们的能量生产设备的有效性。管子损坏时需要拆卸锅炉进行修理，这自然是费用很大的，尤其是会降低能量生产。避免管子损坏是提高锅炉有效性的主要内容。本发明可以减少或避免在起动和冷却时，由于温度导致锅炉炉壁和支架系统之间位移不同引起应力水平超限而使锅炉膜式水冷壁中的管子损坏。同样可以减少或避免支架系统零部件的损坏。本发明对具有强迫冷却能力的直流锅炉有最大的作用。但本发明亦适用于自然循环锅炉亦即汽包式锅炉中，因为在汽包式锅炉的膜式水冷壁中也发生过管子损坏。本发明既可用于新型锅炉，也可用于改造现有的锅炉，或作为目前在工业部门中普遍进行的大规模升级工作的一部分。

因此，本发明的一个方面是提供一种蒸汽锅炉膜式水冷壁的支架系统，此水冷壁具有一个第一壁段，第一壁段以一个角度与一个第二个壁段相交构成壁角。所述支架系统只利用膜式水冷壁结构固有的承载能力，以便于将燃气压力载荷分配给相邻的膜式水冷壁管屏。每个炉壁段上至少有一个支架，它横跨在壁段的至少一部分上。托脚装置与各支架相连接，并朝各相应的壁段延伸。支承杆与各支架的托脚装置连接，各支承杆至少与各相应壁段的部分长度连接，各支承杆的一端邻近壁角但与壁角相隔一定距离，所以第一壁段的支承杆与第二壁段的支承杆彼此留有一定间距。最后，连接装置固定在各壁段上，并与各相应的支承杆连接在一起，以允许各壁段和各支承杆之间有侧向移动，用于将趋于使各壁段弯曲的弯曲力传给各相应的抵抗此弯曲力的支架，以及将各支架的重量传给相应的壁段，以便将各支架支承在相应的壁段上。

本发明另一个方面是配备一种焊在水冷壁上并围绕壁角的壁角板，以加强壁角和在第一和第二壁段之间传力。本发明的另一个方面是采用带槽的端部连接角拉撑;一对带槽的端部支架连接托板;以及一对端部连杆，它们只是在瞬时过压状态下才用于从一个支架向另一个支架传递载荷，而在正常的蒸汽锅炉工作状态下不传递载荷。

表现本发明新颖性的各种特征，在作为本公开文件一部分的权利要求中详细指出。为了更好地理解本发明、它的工作优点和使用后可获得的特殊效果，可参照附图和说明，其中用图表示了本发明的一些最佳实施例。其中：

图1是现有技术中传统的支架系统壁角结构透视图，图中所示为处于“冷”态，采用了围绕由两个壁段构成的壁角的连续系杆;

图2是现有技术中传统的支架系统壁角结构透视图，图中所示为处于“冷”态，采用围绕壁角的不连续系杆;

图3、3A、3B和3C是本发明的几个实施例的透视图，表示本发明几个方面的各种组合形式;

图4是本发明另一种实施例的透视图，图中所示为处于“热”态;

图5、6、7、8和9是图3和3B中壁角加强板不同几何形状的侧面图，壁角加强板的另一侧与之成镜面对称;

图10是本发明另一种实施例的与图3、3A、3B和3C类似的透视图，其中带槽的连杆直接连接在支架之间，以提供仅在瞬时过压状态下才起作用的加强结构;

图11是本发明另一种实施例的类似于图2的仍处于“冷”态的透视图，其中，支架端部连接的带槽连杆系统提供了仅在瞬时过压状态才起作用的加强结构;以及

图12是图11所示实施例中用于在膜式水冷壁的壁角结构处连接支架端部的连杆和连接件的剖面图。

在各附图中，相同的数字表示相同的零件。具体而言，图3所表示的本发明实施例中包括一个膜式水冷壁的支架系统，该水冷壁的第一个壁段10与第二个壁段12以一个角度相交构成壁角14，该支架系统利用了膜式水冷壁结构固有的承载能力。每个壁段均由多根直立管16组成，管子互相间隔一定距离，并通过焊在相邻管子16之间的膜板18彼此焊在一起。

本发明的支架系统对每个壁段10、12至少有一个支架20、22。在一种实际的锅炉结构中，支架20、22沿壁段10、12的垂直高度每隔一定距离重复设置。支架20、22用来抵抗在锅炉稳态和过渡（瞬变）工作状态下，尤其是在锅炉起动和冷却时，壁段10、12所受的弯曲力。这些弯曲力是由于外载荷，例如风和地震，以及锅炉气体侧压力造成的，该侧压力随当地大气压力的变化而可正可负。

凸耳24和支板26构成的托脚装置与各支架20、22的内凸缘28连接。托脚装置24、26和支架20、22之间可侧向相对滑移，以便适应热膨胀。

支承杆30′焊在各支板26的内边缘上。由一些“L”形连接凸块32组成的连接装置，焊在构成各壁段10、12的某些沿水平方向分隔开的管子16的外表面上。连接凸块32面对面成对地焊接，以构成一个缝，支承杆30′就装在此缝中并可紧密地滑动。以此方式，既可适应支承杆30′和壁段10、12之间侧向滑移，同时仍然可以在壁段10、12和支架20、22之间传递弯曲力。连接凸耳32还支承着支架20、22的重量，实际上支架20、22是挂在壁段10、12上的。图3A表示本发明的另一个方面，即具有加强件46、48，它们连接在构成壁段10、12的管子外表面上，并延伸至壁段10、12的壁角14所在的位置50。图3B表示本发明另一个方面，即设置了在第一和第二壁段10、12之间跨越壁角14的传力装置。如图所示，一个或多个简单的“L”形加强角板44，沿壁角14在垂直方向上互相隔开一定距离的地方，焊在构成壁段10、12的管子16上，并包在壁角14上以便支承它。图3C表示如何能将图3、3A和3B的各种特征组合在一起。易于理解，这些方面的特征的各种组合，可以包括或不包括其中的某些特征。

图4表示本发明的另一种处于“热”态下的实施例。如图所示，角板52焊在构成壁角14的管子16的外表面上。两对角撑板54、56焊在角板52的外表面上。每对角撑板54、56通过销子60可枢转地连接在一对连杆58上。每对连杆58的另一端可枢转地通过另一个销子60连接在端部支架连接托架62上，托架62则焊在支架20、22的外凸缘上。连杆58可枢转地连接在销子60上。

图5至9表示角板44的各种实施例。图5中的角板44有一个成矩形边的外伸部分44a，图9中的角板有一个制成曲线边的外伸部分44b。相反，图7和8所示的实施例分别具有矩形和曲线边的凹入部分44c、44d。

图6表示分成两部分的角板44，它包括一个在垂直方向上较短的上部“L”形角板44e和垂直方向上较长的下部角板44f。角板44e、44f的每一部分，通过在构成壁角14的管子16外表上多处焊接而固定在水冷壁的壁角上。如果需要，较长的角板44f也可以在较短的角板44e的上方。

图10表示与图3所示相似的本发明另一种实施例，其中增设了加强件，它仅用以适应瞬时的过压状态。一对带槽的支架连杆64跨过壁角14并直接连到支架20、22上。连杆64的两端各制有槽66，槽中装入销子68，销子68在可以作小量移动和转动的情况下，将各连杆64与支架20、22连接起来。图10表示结构处于正常的蒸汽锅炉工作状态下，销子68被大体定位于各槽66长度的中央。因此，连杆64只是在出现瞬时过压状态时，将来自一个支架20的载荷传向另一个支架22。这种型式的带槽支架连杆系统，在先有技术中已用于切向水冷壁结构中，然而就本发明人所知，这一结构还未曾见用于膜式水冷壁结构。

图11和12表示本发明另一种实施例。此结构与图2所示的多少有些相似，但图11和12所提供的实施例，在形式上类似于上面在图10中所公开的那样，设置了仅用作瞬时过压状态的加强件。有槽的端部连接角拉撑70横跨壁角14，并焊在一对壁角板42上，壁角板42在壁角14处互相焊在一起，并焊在构成壁段10、12的管子16上。有槽的端部支架连接托架72焊在各支架20、22靠近壁角14的端头上。槽74制在有槽的端部连接角拉撑70和有槽的端部支架连接托架72上，槽中装有可在其中滑移的销子40，以固定各对端部连杆38。此外，销子40定位于槽74中央，所以来自壁段10、12的任何载荷，只是在瞬时过压状态下才传递给支架20、22。

虽然用图例详细表示和说明了本发明申请的实质，但人们应当理解为，本发明可以具体表示为其它形式而不脱离此基本原则。

Claims (13)

1、用于蒸汽锅炉膜式水冷壁的支架系统，该水冷壁有一个第一壁段，第一壁段与一个第二壁段以一个角度相交构成壁角，该支架系统仅利用膜式水冷壁结构固有的承载能力，以便于从一个壁段到另一个壁段分配燃气压力载荷，此系统包括：

沿各壁段的至少一部分延伸的至少一个支架；

托脚装置，它与各支架相连接，并朝各相应的壁段延伸；

与各支架的托脚装置相连接的支承杆，各支承杆至少与各相应壁段的部分长度连接，各支承杆均有一个邻近壁角的一端，此端与壁角离开一定距离，使得第一壁段的支承杆与第二壁段的支承杆彼此间有一定的距离；

固定在各壁段上的连接装置，此连接装置与各相应的支承杆连接在一起，以允许各壁段和各支承杆之间有侧向移动，并用于将趋于使各壁段弯曲的弯曲力传给相应的抵抗此弯曲力的支架，以及将各支架的重量传给相应的壁段，从而将各支架支承在相应的壁段上。

2、按照权利要求1所述的支架系统，其特征是还包括一个“L”形角板，它焊在水冷壁上并绕壁角延伸，以加强壁角和在第一和第二壁段之间传力。

3、按照权利要求2所述的支架系统，其特征是，“L”形角板的各臂有两个相对的垂直边和一个矩形边的外伸部分。

4、按照权利要求2所述的支架系统，其特征是，“L”形角板的各臂有两个相对的垂直边和一个曲线边的外伸部分。

5、按照权利要求2所述的支架系统，其特征是，“L”形角板的各臂有两个相对的垂直边和一个矩形边的凹入部分。

6、按照权利要求2所述的支架系统，其特征是，“L”形角板的各臂有两个相对的垂直边和一个曲线边的凹入部分。

7、按照权利要求2所述的支架系统，其特征是：“L”形角板由一个上部“L”形角板和一个下部“L”形角板组成。

8、按照权利要求2所述的支架系统，其特征是，上部和下部“L”形角板之一长于另一个。

9、按照权利要求2所述的支架系统，其特征是还包括沿各水冷壁段全宽延伸的至少一个加强件，以进一步加强各壁段，加强件在壁角处互相不连接。

10、按照权利要求1所述的支架系统，其特征是还包括沿各水冷壁段的全宽延伸的至少一个加强件，以进一步加强各壁段，加强件在壁角处互相不连接。

11、按照权利要求1所述的支架系统，其特征是还包括：焊在水冷壁上并围绕壁角的一个“L”形角板，用于在第一和第二壁段之间传力;焊接在该角板的外表面上的第一和第二角撑板;一对连杆，每一根在一端通过销子可转动地连接在各角撑板上，其另一端通过另一个销子可转动地连接在端部支架连接托架上，连接托架则焊在各支架外凸缘上。

12、按照权利要求1所述的支架系统，其特征是，它还在壁角处设置仅在瞬时过压状态才起作用的加强装置，包括：一对有槽的支架互连杆，它通过销子与各支架直接相连，每根互连杆在其各端部设有适合装入销子的槽，选择槽的长度，使载荷仅在瞬时过压状态才通过互连杆从一个支架传往另一个支架，而在正常的蒸汽锅炉工作过程中不传递载荷。

13、用于蒸汽锅炉膜式水冷壁的支架系统，该水冷壁具有一个第一壁段，第一壁段与一个第二壁段以一个角度相交构成壁角，该支架系统仅利用膜式水冷壁结构固有的承载能力，以便于从一个壁段到另一个壁段分配燃气压力载荷，以及该系统还设有只在瞬时过压状态才起作用的加强装置，此系统包括：

沿各壁段的至少一部分延伸的至少一个支架;

托脚装置，它与各支架相连接，并朝各相应的壁段延伸;

与各支架的托脚装置相连接的支承杆，各支承杆至少与各相应壁段的部分长度连接，各支承杆均有一个邻近壁角的一端，此端与壁角离开一定距离，使得第一壁段的支承杆与第二壁段的支承杆彼此间有一定距离;

固定在各壁段上的连接装置，它与各相应的支承杆连接在一起，以允许各壁段和各支承杆之间有侧向移动，它用于将趋于使各壁段弯曲的弯曲力传给相应的抵抗此弯曲力的支架，以及将各支架的重量传给相应的壁段，从而将各支架支承在相应的壁段上，它还设有仅在瞬时过压状态才起作用的加强装置;

一对壁角板，它们在壁角处互相焊在一起，并焊在构成壁段的管子上，壁角板与各壁段相应的支承杆排成一直线;

有槽的端部连接角拉撑，它在壁角处焊在一对壁角板上;

一对有槽的端部支架连接托架，它们各有一端焊在各支架靠近壁角的端头上;以及

一对端部连杆，其一端通过销子与在有槽的端部连接角拉撑上的槽相连，它们的另一端通过销子与在有槽的端部支架连接托架上的槽相连，这些槽的长度应选择为使载荷仅在瞬时过压状态才从一个支架通过连杆传递给另一个支架，而在正常的蒸汽锅炉工作过程中不传递载荷。

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