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Die Erfindung betrifft ein Hochtemperaturfluidtransportsystem in modularer Bauweise, das insbesondere für eine vertikale Ausrichtung vorgesehen ist. Das System weist ein rohrförmiges Außenwandungsmodul sowie ein rohrförmiges Innenwandungsmodul mit vollumfänglich angeordneter thermischer Isolierung auf der Außenseite auf. Die rohrförmigen Module sind koaxial zu einer Längsachse angeordnet. Des Weiteren betrifft die Erfindung Lagerungen und ein Innenwandungsmodul des Hochtemperaturfluidtransportsystems.
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Hochtemperaturfluidtransportsysteme kommen insbesondere in der Energie- und Prozesstechnik zum Einsatz. Gattungsgemäße Fluidtransportsysteme und Rohrleitungen für Fluide mit hohen Temperaturen beruhen auf unterschiedlichen Konzepten.
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Ein erstes Konzept basiert auf der sogenannten „innenisolierten Bauart”, bei der mittels Ausmauerung und/oder Verkleidung mit faserartiger oder gegossener Isolierung eine Trennung zwischen dem Fluid und den die Integrität des Transportsystems gewährleistenden Komponenten realisiert wird. Bei einem zweiten Konzept wird sowohl die Fluidführung als auch die Transportleitungsintegrität über die Auswahl hochwarmfester Rohrwerkstoffe gewährleistet.
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Eine Kombination der beiden aufgeführten Konzepte führt zur Ausgestaltung des Fluidtransportsystems mit einer metallischen Oberfläche, beispielsweise bestehend aus metallischen Platten, Kacheln oder Schuppen, die mittels entsprechender Befestigungstechnologie auf einer fest mit der außenliegenden Wandung verbundenen Innenisolierung positioniert ist.
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Ein drittes Konzept zum Stand der Technik gehörender Fluidtransportsysteme und Rohrleitungen für Fluide mit hohen Temperaturen und Drücken kommt beispielsweise in Turbinen zum Einsatz und wird mittels einer zweischaligen Ausführung umgesetzt, bei der eine Entkopplung von thermischer und mechanischer Belastung erfolgt. Mit der zweischaligen Ausführung des Systems ist es möglich, die hochwarmfest auszuführende Komponente, die die thermische Belastung kompensiert, dünnwandig auszubilden. Die thermisch weniger beanspruchte, aber druckbelastete Komponente wird dickwandig ausgeführt, um die mechanische Belastung aufzunehmen. Die druckbelastete Komponente weist aufgrund der geringeren thermischen Belastung auch geringere Anforderungen an den Werkstoff auf.
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Dieses dritte Konzept für Hochtemperaturfluidtransportsysteme wird im Stand der Technik lediglich als integraler Bestandteil von Maschinen und Anlagen zum Überwinden kurzer Distanzen realisiert.
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Aus der
DE 601 19 779 T2 geht ein Verbundrohr hervor, das ein inneres, nicht druckbelastetes Rohr aufweist. Das nicht druckbelastete Rohr ist koaxial innerhalb eines äußeren druckbelasteten Rohres angeordnet und ist mit einer Reihe von Durchgangsbohrungen versehen, um den Druckausgleich für die innere Rohrwandung zu gewährleisten. Das Verbundrohr umfasst eine um das innere Rohr angeordnete Isolierschicht, die das äußere Rohr vom inneren Rohr isoliert. Die Isolierung, die innerhalb des äußeren Rohres durch Stützstrukturen gehalten wird, und das äußere Rohr bilden einen Fluidkanal. Die Enden der Isolationskomponenten sind mittels Dehnungsausgleichern aneinandergekoppelt. Teilabschnitte des Verbundrohres werden an den durch die aneinandergrenzende Anordnung in Längsrichtung des Verbundrohres entstehenden Anschlusskanten miteinander verschweißt.
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Hochtemperaturfluidtransportsysteme, bei denen die Innenisolierung im direkten Kontakt mit einem strömenden oder ruhenden Fluid steht, unterliegen allerdings dem Risiko einer Ablösung, Auswaschung oder sonstigen Schädigung der Isolierung oder Ausmauerung. Die aus dem Verbund der Isolierung gelösten Elemente führen zur Partikel- oder Projektilbeladung des Fluidstromes. Dadurch ergibt sich zum einen eine Gefährdung von in Strömungsrichtung nachfolgenden Anlagenteilen durch Erosion, Fremdkörpereinschlag oder ähnlichen Vorgängen. Zum anderen werden die Tragfähigkeit und die Schutzwirkung des Fluidtransportsystems, beispielsweise der Isolierung und/oder der Ausmauerung, verringert. Maximal zulässige Strömungsgeschwindigkeiten des Fluids erhöhen zudem den notwendigen Strömungsquerschnitt und somit den Installationsaufwand.
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Aus hochwertigen und temperaturbeständigen Werkstoffen bestehende Hochtemperaturfluidtransportsysteme lassen zwar hohe Strömungsgeschwindigkeiten des Fluids und damit auch kleine Strömungsquerschnitte zu, benötigen aber aufgrund der auftretenden Wärmedehnung Vorrichtungen zum Dehnungsausgleich. Speziell in unter Überdruck stehenden Fluidtransportsystemen kann meist nur ein U-Bogen-Dehnungsausgleich zum Einsatz kommen, da zum Beispiel Wellrohrkompensatoren gegenüber gleichzeitiger mechanischer und thermischer Beanspruchung nicht ausreichend hoch belastbar sind. Bei der Verwendung von U-Bogen-Dehnungsausgleichen erreicht die Leitungslänge des Systems zum Fluidtransport jedoch nachteilig ein Vielfaches der ursprünglich zu überbrückenden Distanz. Zudem sind sämtliche verfügbaren Werkstoffe hinsichtlich der Temperatur, dem Druck und der Lebensdauer, insbesondere bei zyklischer Beanspruchung, nur begrenzt einsetzbar. Die Grenzen werden jedoch durch die Anforderungen moderner verfahrenstechnischer Anlagen übertroffen.
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In der
WO 01/02702 A1 wird ein Bauteil zur Führung eines unter einem Druck stehenden heißen Mediums beschrieben. Dabei wird der Heißbereich des Bauteils, in dem das heiße, unter hohem Druck stehende Medium geführt wird, koaxial von einem Kaltbereich umgeben. Das Medium im Kaltbereich weist bevorzugt den gleichen Druck wie das Heißmedium auf. Damit ergibt sich eine Entlastung einer den Kaltbereich vom Heißbereich abgrenzenden Trennwand in Form eines Innenrohres und somit eine Ausbildung des Bauteils mit geringen Wandstärken. Die auf der Außenseite, der Innenseite oder im Inneren mit einer Wärmeisolierung versehene Trennwand dient der Aufnahme der thermischen Belastung und ist durch den von innen wirkenden Druck bei gleichzeitig wirkendem Gegendruck von außen nicht druckbelastet. Die den Kaltbereich nach außen abgrenzende Wandung in Form eines Außenrohres ist druck-, aber nicht temperaturbelastet. Der Heißbereich ist gegenüber dem Kaltbereich durch den Einbau geeigneter Dehnungsausgleicher, zum Beispiel balgförmiger Wandbereiche, wärmebeweglich ausgebildet. Zudem ist das Innenrohr am Außenrohr entlang der Rohrleitungsachse beweglich derart abgestützt, dass eine axiale und radiale Wärmebewegung möglich ist.
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Aus der
US 2,468,902 A geht ein doppelwandiges Rohr zum Transport von heißen Gasen und Dämpfen unter hohen Drücken hervor. Der Raum zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr ist mit wärmeisolierendem Material ausgefüllt. Das Rohr ist mit Mitteln zum Druckausgleich zwischen dem Raum im Innenrohr und dem mit dem Isolationsmaterial versehenen Zwischenraum in Form von Bohrungen bzw. Löchern in der Innenrohrwandung ausgebildet. Im Raum zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr ist ein zusätzliches Zwischenrohr angeordnet. Die Wandungen der Rohre sind koaxial zueinander ausgerichtet.
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Die Wandungen des Innenrohres und des Zwischenrohres sind in Längsrichtung jeweils zweigeteilt, wobei ein erster Teil der Wandungen mit Bohrungen versehen ist und ein zweiter Teil eine geschlossene Wandung aufweist. Beide Wandungselemente sind jeweils derart ausgebildet, dass sie mit ihren aneinandergrenzenden Enden ineinander steckbar sind. Die Wandung des ersten Elementes umgreift im montierten Zustand die Wandung des zweiten Elementes im Bereich der Überlappung vollumfänglich. Der Überlappungsbereich ist dergestalt, dass die zwei Elemente in Längsrichtung des Rohres freibeweglich sind, um auftretende Wärmeausdehnungen auszugleichen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung für den Transport eines Hochtemperaturfluids über große Distanzen zur Verfügung zu stellen, in der das Hochtemperaturfluid unter minimalen Druckverlusten und minimalen Wärmeverlusten transportiert werden kann. Die Vorrichtung sollte über eine hohe thermische Elastizität verfügen, skalierbar und robust sein sowie für hohe Anlagenparameter, wie hohe Temperaturen, hohe Drücke und hohe Strömungsgeschwindigkeiten des Fluids, bei gleichzeitiger Sicherheit gegen Fremdkörperbeladung des Fluidstromes ausgelegt sein. Zudem sollte die Vorrichtung eine hohe Lebensdauer gewährleisten und gut montierbar sowie demontierbar sein, was die Möglichkeit einer einfachen Wartung und Instandhaltung garantiert. Die Vorrichtung sollte damit kostengünstig zu errichten und zu unterhalten sein.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein modular ausgebildetes Hochtemperaturfluidtransportsystem gelöst, das insbesondere für eine vertikale Ausrichtung vorgesehen ist. Das Hochtemperaturfluidtransportsystem weist ein rohrförmiges Außenwandungsmodul mit einer druckbelastbaren Wandung sowie ein rohrförmiges Innenwandungsmodul mit einer thermisch belastbaren Wandung auf. Die thermisch belastbare Wandung des Innenwandungsmoduls ist auf der Außenseite vollumfänglich von einer anliegenden thermischen Isolierung umgeben.
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Die Wandungen des Außenwandungsmoduls und des Innenwandungsmoduls sind koaxial zu einer Längsachse des Systems angeordnet, wobei zwischen der Außenseite der Isolierung des Innenwandungsmoduls und der Innenseite der Wandung des Außenwandungsmoduls ein Spalt ausgebildet ist.
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Die Außenisolierung der Wandung des Innenwandungsmoduls, in dem das Hochtemperaturfluid strömt, ist zur Abschirmung der Wandung des Außenwandungsmoduls von hohen Temperaturen vorgesehen. Die Trennung von temperatur- und druckbedingter Beanspruchung durch die koaxiale Anordnung der außenliegenden druckbeaufschlagbaren Wandung, die für einen Überdruck von 2 bar bis 15 bar dimensioniert ist, und der innenliegenden temperaturbelastbaren Wandung, die für Temperaturen von 400°C bis 800°C ausgelegt ist, hat den Vorteil, dass für die dickwandigeren Außenwandungsmodule kostengünstigere Werkstoffe einsetzbar sind und die Innenwandungsmodule aus hochlegierten Werkstoffen dünnwandig zu fertigen sind. Der koaxiale Spalt zwischen der Isolierung des Innenwandungsmoduls und der Wandung des Außenwandungsmoduls ermöglicht zudem eine Kühlmittelzufuhr und einen Kühlmitteltransport über die gesamte Leitungslänge des Hochtemperaturfluidtransportsystems.
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Die rohrförmigen Außenwandungsmodule und Innenwandungsmodule sind bevorzugt hohlzylindrisch ausgebildet, so dass der Spalt zwischen der Isolierung des Innenwandungsmoduls, die vorteilhaft eine konstante Stärke aufweist, und der Wandung des Außenwandungsmoduls einen gleichförmigen Querschnitt in Form eines Ringraums bildet.
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Nach der Konzeption der Erfindung sind an den Stirnseiten der Wandung und der Isolierung des Innenwandungsmoduls jeweils ineinander steckbare Verbindungen ausgebildet. Die in Richtung der Längsachse beweglichen Verbindungen ermöglichen eine Relativbewegung einander angrenzender Innenwandungsmodule. Das Außenwandungsmodul weist an den Stirnseiten Flansche für eine lösbare Verbindung einander angrenzender Außenwandungsmodule auf.
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Die Flanschverbindungen der Außenwandungsmodule gewährleisten eine hermetische Abdichtung des zu transportierenden Fluids im Inneren gegenüber der Umgebung. Auftretende Wärmedehnungen der Außenwandungsmodule werden durch zwischengeschaltete Axialkompensatoren, beispielsweise Wellrohrkompensatoren, ausgeglichen.
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Erfindungsgemäß sind Lagerungen zur beweglichen Halterung des Innenwandungsmoduls innerhalb des Außenwandungsmoduls vorgesehen. Die Lagerungen sind dabei als axiale Festlagerungen beziehungsweise als axiale Loslagerungen ausgebildet. Die Bezeichnungen „axial”, „radial” und „Umfang” beziehen sich nachfolgend auf die Längsachse des Hochtemperaturfluidtransportsystems und auf eine Relativbewegung der Innenwandungsmodule gegenüber der Außenwandungsmodule, die im Wesentlichen auf unterschiedliche Wärmedehnungen der Module zurückzuführen sind.
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Unter axialen Festlagerungen sind somit Lagerungen zu verstehen, die eine Relativbewegung des Innenwandungsmoduls gegenüber dem Außenwandungsmodul in axialer Richtung, das heißt eine axiale Verschiebung der Module zueinander, verhindern. Die axialen Loslagerungen lassen im Gegensatz zu den axialen Festlagerungen eine axiale Verschiebung zu. Sowohl die Festlagerungen als auch die Loslagerungen ermöglichen eine Relativbewegung der Module in radialer Richtung und verhindern die Relativbewegung der Module in Umfangsrichtung, so dass die Innenwandungsmodule in Bezug zu den Außenwandungsmodulen bezüglich der Längsachse des Hochtemperaturfluidtransportsystems nicht verdrehbar sind. Die Lagerungen zentrieren die Innenwandungsmodule konzentrisch innerhalb der Außenwandungsmodule.
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Die Lagerungen sind bevorzugt in zueinander beabstandeten Ebenen senkrecht zur Längsachse gleichmäßig über den Umfang des Hochtemperaturfluidtransportsystems verteilt angeordnet. Dabei sind innerhalb einer Ebene vorteilhaft drei Lagerungen vorgesehen, wobei die Lagerungen in einer Ebene entweder als Festlagerungen oder als Loslagerungen ausgebildet sind.
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Die ineinander steckbaren, in Richtung der Längsachse beweglichen Verbindungen der Wandung und der Isolierung des Innenwandungsmoduls ermöglichen die Relativbewegung und damit die axiale Dehnung einander angrenzender Innenwandungsmodule von einer Ebene mit Festlagerungen bis zum benachbarten Innenwandungsmodul.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Innenwandungsmodul zwei Ebenen mit Lagerungen, das heißt jeweils eine Ebene mit Festlagerungen und eine Ebene mit Loslagerungen, auf.
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Von besonderem Vorteil ist, dass das Außenwandungsmodul in einer Länge ausgebildet ist, die einem ganzzahligen Vielfachen der Länge eines Innenwandungsmoduls entspricht. Damit ist das erfindungsgemäße Hochtemperaturfluidtransportsystem einfach skalierbar und für die Zusammensetzung in sehr variablen Leitungslängen uneingeschränkt einsetzbar.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung weisen besonders für ein Hochtemperaturfluidtransportsystem, umfassend ein Außenwandungsmodul sowie ein Innenwandungsmodul jeweils mit einer rohrförmigen Wandung, die koaxial zu einer Längsachse angeordnet sind, geeignete Lagerungen Befestigungselemente, Verbindungselemente sowie Halteelemente mit Anschlusselementen auf.
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Die Befestigungselemente sind an der Außenseite der Wandung des Außenwandungsmoduls senkrecht zur Längsachse des Hochtemperaturfluidtransportsystems angeordnet und hohlzylindrisch ausgebildet. Die Halteelemente sind dabei an der Außenseite der bevorzugt hohlzylindrischen Wandung des Innenwandungsmoduls ebenfalls senkrecht zur Längsachse angeordnet und erstrecken sich durch die Isolierung des Innenwandungsmoduls hindurch in den Spalt, der von der ebenfalls bevorzugt hohlzylindrisch ausgebildeten Wandung des Außenwandungsmoduls sowie der Außenseite der Isolierung des Innenwandungsmoduls gebildet wird.
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Die Anschlusselemente sind vorteilhaft zur Integration von mit Durchgangsöffnungen versehenen Aufnahmeelementen ausgebildet.
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Die Aufnahmeelemente und die innerhalb der Befestigungselemente angeordneten Verbindungselemente stehen im montierten Zustand miteinander in Eingriff.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die im montierten Zustand des Hochtemperaturfluidtransportsystems ineinandergreifenden Verbindungselemente und Aufnahmeelemente beweglich zueinander ausgebildet und weisen an den Kontaktstellen Gleitflächen auf.
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Die Lagerungen sind zudem vorteilhaft federvorgespannt ausgebildet, so dass das Innenwandungsmodul innerhalb des Außenwandungsmoduls mechanisch entkoppelt gehaltert ist. Relativbewegungen zwischen Innenwandungsmodul und Außenwandungsmodul werden durch die Bewegungen der Federn kompensiert.
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Die federvorgespannten Lagerungen der Innenwandungsmodule im Inneren der Außenwandungsmodule ermöglichen zum einen eine ungehinderte, ungleiche Wärmedehnung der Module, auch bei großen Systemlängen des Hochtemperaturfluidtransportsystems, sowie zum anderen eine Dämpfung von auftretenden Schwingungen und damit eine lange Lebensdauer bei nunmehr geringeren Beanspruchungen.
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Nach einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung weist besonders ein für ein Hochtemperaturfluidtransportsystem geeignetes Innenwandungsmodul eine rohrförmige, bevorzugt hohlzylindrische Wandung mit einer auf der Außenseite vollumfänglich angeordneten thermischen Isolierung auf. Die Wandung ist dabei an einem ersten Ende bezüglich einer Längsachse des Innenwandungsmoduls als Steckverbindung mit einer Auskragung versehen. Im Bereich der Auskragung ist der Innendurchmesser der Wandung größer als der Außendurchmesser der Wandung am zweiten Ende, das heißt der Innendurchmesser der Wandung am ersten Ende entspricht dem Außendurchmesser der Wandung am zweiten Ende zuzüglich einer erforderlichen Toleranz, beispielsweise zur Integration von Dichtelementen, so dass eine Vielzahl von Innenwandungsmodulen zu einer langgestreckten Leitung zusammensteckbar sind. Die Ausbildung der Steckverbindungen mit miteinander korrespondierendem Innendurchmesser der Wandung im Bereich der Auskragung am ersten Ende und Außendurchmesser der Wandung am zweiten Ende des Innenwandungsmoduls ermöglicht sowohl ein einfaches Ineinanderschieben angrenzender Innenwandungsmodule während der Montage als auch eine axiale Dehnung der Wandungen während des Betriebes.
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An der Außenseite der Wandung des Innenwandungsmoduls sind Halteelemente als Komponenten von Lagerungen, in zueinander beabstandeten Ebenen senkrecht zur Längsachse des Innenwandungsmoduls gleichmäßig über den Umfang verteilt, angeordnet. Die sich durch die Isolierung des Innenwandungsmoduls erstreckenden Halteelemente weisen an den freien Enden Anschlusselemente auf.
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Zudem weist das Innenwandungsmodul vorteilhaft in Richtung der Längsachse ausgerichtete Tragelemente auf. Die Tragelemente verbinden dabei die Halteelemente benachbarter, zueinander beabstandeter Ebenen an den Anschlusselementen miteinander.
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Die Tragelemente sind bevorzugt stabförmig und in Längsrichtung durch Federn unterbrochen ausgebildet.
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Die Isolierung des Innenwandungsmoduls weist an den Stirnseiten vorteilhaft Steckprofile auf. Die an den gegenüberliegenden Stirnseiten der Isolierung angeordneten Steckprofile sind dabei ineinander steckbar und beweglich zueinander ausgebildet.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Steckverbindungen mit federnden Dichtungen versehen und gasdurchlässig ausgebildet. Als Dichtungen werden dabei vorteilhaft entweder Bürstendichtungen oder in Gasturbinen herkömmlich eingesetzte Dichtungen verwendet. Die Steckverbindungen mit federnden Dichtungen als gasdurchlässiger Schiebesitz ermöglichen beispielsweise einen definierten Kühlmittelzufluss von der Außenseite in das Innere des Innenwandungsmoduls und damit zur Hauptströmung des Hochtemperaturfluids zur Kühlung der Dichtelemente.
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Nach einer alternativen Ausgestaltung weisen die Steckverbindungen Dichtungen auf und sind gasundurchlässig ausgebildet.
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Zusammenfassend ist festzustellen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung für den Hochtemperaturfluidtransport wesentliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik aufweist. Die Vorrichtung ermöglicht als druckführendes System mit modularem Aufbau der koaxial zueinander angeordneten Hauptkomponenten Außenwandungsmodul und Innenwandungsmodul mit Außenisolierung den Transport großer Stoffströme eines Hochtemperaturfluids über eine große Distanz von bis zu 100 m und darüber:
- – bei sehr hohen Anlagenparametern, wie hohem Druck und hoher Temperatur, das heißt bei Temperaturen der Stoffströme, die über den Grenzwerten herkömmlicher Kraftwerks- und Prozessrohrleitungen liegen,
- – bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten und geringen Strömungsquerschnitten,
- – bei kürzestmöglichen Leitungslängen und damit geringen Druckverlusten,
- – bei signifikant verringerter Gefahr von Fremdkörperbeladung im Fluidstrom, die zu erheblichen Schäden bis hin zum Totalausfall der dem Hochtemperaturfluidtransportsystem nachgeschalteten Anlagen, wie beispielsweise einer Gasturbine, führen könnte, wenn das aufgeheizte Fluid bei der Strömung durch das Hochtemperaturfluidtransportsystem mit kleinen, beispielsweise von der Wandung gelösten Teilen versetzt wird,
- – bei erhöhter Gefährdungssicherheit durch ein geringes eingeschlossenes Volumen aufgrund des Verzichts auf das Volumen erhöhende Vorrichtungen zum Ausgleich von Wärmedehnungen, wie U-Bogen-Dehnungsausgleicher,
- – mit federvorgespannter Befestigung und optionaler Dämpfung zur Unterdrückung der Schwingungs- und Schallanregung.
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Der modulare Aufbau ermöglicht zudem eine schnelle Endmontage, insbesondere bei vertikal ausgerichteten Fluidtransportsystemen, und gewährleistet schon vor dem Baustellentransport eine sehr gute Qualitätssicherung. Des Weiteren gewährleistet die Ausbildung der Außenwandungsmodule mit Flanschen eine einfache Inspektion, beispielsweise der Lagerungen und Steckverbindungen sowie der inneren Oberflächenbereiche der Innenwandungs- und Außenwandungsmodule.
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Die federvorgespannte Befestigung der Innenwandungsmodule innerhalb der Außenwandungsmodule und die ungehinderte Wärmedehnung auch bei sehr großen Systemlängen ermöglichen eine lange Lebensdauer bei geringen Beanspruchungen.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
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1: Aufstellungsschema eines solarhybridbetriebenen Gas- und Dampfkraftwerkes,
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2: Ansicht von unten in ein Modul des vertikal ausgerichteten Hochtemperaturfluidtransportsystems im montierten Zustand,
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3: Schnittdarstellung des vertikal ausgerichteten Hochtemperaturfluidtransportsystems im montierten Zustand,
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4: Detailansicht der Festlagerung als Halterung des Innenwandungsmoduls innerhalb des Außenwandungsmoduls in Schnittdarstellung,
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5: Verbindungselement als Komponente der Festlagerung nach 4,
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6: Aufnahmeelement als Komponente der Festlagerung nach 4,
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7: Detailansicht einer alternativen Ausgestaltung der Festlagerung in Schnittdarstellung,
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8: Verbindungselement als Komponente der alternativen Ausgestaltung der Festlagerung nach 7,
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9 Aufnahmeelement als Komponente der alternativen Ausgestaltung der Festlagerung nach 7,
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10: Detailansicht der federvorgespannten Loslagerung als Halterung des Innenwandungsmoduls innerhalb des Außenwandungsmoduls in Schnittdarstellung,
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11: Verbindungselement als Komponente der Loslagerung nach 10,
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12: Aufnahmeelement als Komponente der Loslagerung nach 10,
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13: Detailansicht einer alternativen Ausgestaltung der federvorgespannten Loslagerung in Schnittdarstellung,
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14: Verbindungselement als Komponente der alternativen Ausgestaltung der Loslagerung nach 13,
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15: Aufnahmeelement als Komponente der alternativen Ausgestaltung der Loslagerung nach 13,
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16: Innenwandungsmodul ohne Isolierung und
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17: Modul des vertikal ausgerichteten Hochtemperaturfluidtransportsystems im vormontierten Zustand.
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In 1, die eine mögliche Anwendung des erfindungsgemäßen Hochtemperaturfluidtransportsystems 1 in solarthermischen und Solar-Hybrid-Kraftwerken zeigt, ist ein Aufstellungsschema eines solarhybridbetriebenen Gas- und Dampfkraftwerkes 5 mit einem primären solaren Wärmeträgerkreislauf 1 dargestellt. Dabei wird ein unter Druck stehender Fluidstrom zu den Receivern 2 im Kopf des Solarturms eines Solarturmkraftwerkes transportiert, dort auf eine Temperatur von über 700°C aufgeheizt und zu einem oder mehreren in Bodennähe angeordneten Wärmeübertragern 4 zwecks Wärmeeinkopplung in einen Kraftwerksprozess transportiert.
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Die solare Energie wird über optische Mittel zu einem Receiver 2, insbesondere Turmreceiver 2, geleitet und als Wärme auf das Wärmeträgermedium im Wärmeträgerkreislauf 1 übertragen. Die vom Wärmeträgermedium innerhalb des geschlossenen Wärmeträgerkreislaufes 1 im Turmreceiver 2 aufgenommene Solarwärme wird anschließend in einem Gasturbinenwärmeübertrager 4, der zwischen einem Verdichter 6 und einer Brennkammer 7 der Gasturbinenanlage und in Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums nach dem Turmreceiver 2 des Wärmeträgerkreislaufs 1 angeordnet ist, an die Gasturbinenanlage des Kraftwerkes übertragen.
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Die vom Verdichter 6 komprimierte Verbrennungsluft wird dabei im Gasturbinenwärmeübertrager 4 erwärmt und im erwärmten Zustand der Brennkammer 7 zugeführt. Auf diese Weise wird der spezifische Brennstoffwärmeverbrauch im Gasturbinenprozess verringert.
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Das gasförmige Wärmeträgermedium, wie Luft, Kohlendioxid, Helium oder Stickstoff, strömt unter einem Überdruck, der von außen mit Hilfe eines Druckhaltesystems aufgeprägt wird. Ein Umlaufgebläse 3 bewirkt einen Druckunterschied und damit die Strömung des Wärmeträgermediums und ist wegen des spezifisch geringsten Energieaufwandes und der das Material schonenden Temperaturen sinnvollerweise an der kältesten Stelle des Wärmeträgerkreislaufes 1 angeordnet.
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2 zeigt das erfindungsgemäße Modul des vertikal ausgerichteten Hochtemperaturfluidtransportsystems 1 im montierten Zustand in einer Ansicht von unten. Die Hauptkomponenten Innenwandungsmodul 11 und Außenwandungsmodul 8 sind koaxial derart ineinander montiert, dass ein ringförmiger Spalt 14 ausgebildet ist. Der Ringraum 14 weist an seinem Umfang bevorzugt eine gleichmäßige Breite auf.
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Innerhalb des an der Außenseite wärmeisolierten Innenwandungsmoduls 11 strömt das heiße, unter hohem Druck stehende Hochtemperaturfluid mit Temperaturen im Bereich von 400°C bis 800°C bei Drücken von 3 bar bis 16 bar. Innerhalb des Ringraumes 14 strömt ein Fluid unter gegenüber dem Hochtemperaturfluid im Inneren des Innenwandungsmoduls 11 geringem Überdruck von bis zu 1 bar. Das Fluid im Ringraum 14 strömt somit bei Drücken von 4 bar bis 20 bar und Temperaturen im Bereich von 20°C bis 100°C. Das Fluid im Ringraum 14 kann jedoch auch Werte von bis zu 300°C aufweisen. Infolge der angegebenen Druckverhältnisse wird die Wandung 12 des Innenwandungsmoduls 11 druckentlastet und ist mit vergleichsweise geringer Wandstärke ausführbar, die vorteilhaft lediglich zwischen 4 mm bis 5 mm beträgt. Im Gegensatz dazu ist die Wandung 9 des Außenwandungsmoduls 8 abhängig vom inneren Überdruck vorteilhaft mit einer Wandstärke von mindestens 10 mm und bevorzugt im Bereich von 10 mm bis 15 mm ausgebildet. Eine auf der Außenseite des Innenwandungsmoduls 11 angeordnete Isolierung 13 zur Abschirmung des Außenwandungsmoduls 8 gegenüber hohen Temperaturen bewirkt einen großen Temperaturgradienten zwischen den Fluiden im Inneren des Innenwandungsmoduls 11 und im Ringraum 14 um die Isolierung 13. Das dementsprechend im Verhältnis zum Hochtemperaturfluid kühle Fluid im Ringraum 14 wird auch als Kühlmedium bezeichnet.
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Das druckbeaufschlagte Außenwandungsmodul 8 ist gegenüber der mit dem Außenwandungsmodul 8 in direktem Kontakt stehenden Umgebung hermetisch dicht ausgeführt. Nach einer besonderen Ausgestaltung ist auch das Außenwandungsmodul 8 an der Außenseite isoliert.
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Die koaxiale Anordnung des Innenwandungsmoduls 11 innerhalb des Außenwandungsmoduls 8 wird über spezielle Haltemittel gewährleistet. Die in 2 gezeigten Haltemittel umfassen gleichmäßig am Umfang des Moduls angeordnete Lagerungen 18. Die sternförmige Ausrichtung von drei Lagerungen 18 stellt die Anordnung mit der geringst möglichen Anzahl von Haltepunkten bei Gewährleistung eines über den Umfang konstanten Ringraumes 14 dar.
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In 3 ist das vertikal ausgerichtete Hochtemperaturfluidtransportsystem 1 mit montierten Innenwandungsmodul 11 und Außenwandungsmodul 8 im Schnitt dargestellt.
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Das Innenwandungsmodul 11 umfasst eine hohlzylindrische, gleichmäßig starke Wandung 12 in Form eines Rohres und weist an einem Ende in Richtung der Längsachse 24 des Moduls eine Aufweitung beziehungsweise Auskragung 15 auf. Der Bereich der Auskragung 15 ist mit der gleichen Wandstärke wie die Wandung 12 ausgebildet und um den Betrag der Wandstärke zuzüglich einer Toleranz, insbesondere zur Integration von Dichtelementen, aufgeweitet. Der Außendurchmesser der Wandung 12 korrespondiert dabei mit dem Innendurchmesser im Bereich der Auskragung 15.
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Die Ausgestaltung der Wandungen 12 der Innenwandungsmodule 11 als Steckverbindungen 16 ermöglicht das Zusammenstecken von Innenwandungsmodulen 11 zu einer langgestreckten Leitung, das heißt zum einen ein einfaches Ineinanderschieben angrenzender Module während der Montage des Hochtemperaturfluidtransportsystems 1 und zum anderen die axiale Dehnung der Wandung 12 während des Betriebes. Die zusätzliche Toleranz zwischen dem Außendurchmesser der Wandung 12 und dem Innendurchmesser im Bereich der Auskragung 15 bewirkt außerdem einen Spalt innerhalb der Steckverbindung 16, so dass sich die ineinandergeschoben angeordneten Innenwandungsmodule 11 bei gegenläufigen Bewegungen nicht verkanten oder verklemmen. Dadurch werden ansonsten zusätzlich erzeugte Spannungen verhindert.
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Die Steckverbindungen 16 sind vorteilhaft mit federnden Dichtungen versehen, die zum Beispiel in Form von Bürstendichtungen in Gasturbinen zur Anwendung kommen, und ermöglichen je nach Ausgestaltung des Hochtemperaturfluidtransportsystems 1 einen definierten Kühlmittelzufluss zur Hauptströmung für die Kühlung der Dichtelemente. Die Steckverbindungen 16 werden in diesem Falle deshalb auch als gasdurchlässiger Schiebesitz bezeichnet.
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Die Wandung 12 des Innenwandungsmoduls 11 ist mit einer über den Umfang gleichmäßig starken Isolierung 13 versehen, die lediglich an den Stellen der Aufhängung beziehungsweise Halterung durchbrochen ist. Die gleichmäßig am Umfang der Wandung 12 sternförmig ausgerichteten Halteelemente 20 sind Komponenten der Lagerungen 18, 19, die das Innenwandungsmodul 11 mit dem Außenwandungsmodul 8 verbinden und damit das Innenwandungsmodul 11 stützen. Die Halteelemente 20 sind in Richtung der Längsachse 24 in regelmäßigen Abständen angeordnet. Bei der Ausgestaltung nach 3 gehören die in einer horizontalen Ebene direkt unterhalb der Auskragung 15 angeordneten Halteelemente 20 zu einer Festlagerung 18 und die dazu in Richtung der Längsachse 24 beabstandet und benachbart angeordneten sowie zum selben Innenwandungsmodul 11 zugeordneten Halteelemente 20 zu einer Loslagerung 19 des Hochtemperaturfluidtransportsystems 1.
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Die Isolierung 13 weist an den Stirnseiten Steckprofile 17 auf, die an den gegenüberliegenden Stirnseiten derart ausgebildet sind, dass sie im montierten Zustand korrespondierend ineinander steckbar ausgebildet sind und damit eine ausreichende Wärmeisolierung gewährleisten. Ebenso wie die Gestaltung der Steckverbindungen 16 ermöglichen auch die Steckprofile 17 das einfache Ineinanderschieben angrenzender Innenwandungsmodule 11 während der Montage und deren axiale Dehnung während des Betriebes.
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Zwischen der Isolierung 13 und der Wandung 12 des Außenwandungsmoduls 8 wird der koaxiale Spalt beziehungsweise Ringraum 14 gebildet, der sich über die gesamte Länge des Moduls und im montierten Zustand über die gesamte Länge des Hochtemperaturfluidtransportsystems 1 erstreckt. Damit ist es möglich, über die gesamte Leitungslänge des Systems Kühlmedium zuzuführen und/oder zu transportieren. Einerseits kann bei technisch dichter Ausführung der Innenwandungsmodule 11 das Kühlmedium an einem Ende der Leitung eingespeist, durch den Ringraum 14 durchgeführt und am anderen Ende der Leitung entnommen werden, wobei eine Vermischung des Kühlmediums mit dem heißen Fluid im Inneren der Innenwandungsmodule 11 minimiert oder gegebenenfalls ausgeschlossen wird.
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Andererseits sind der von der Wandung 12 des Innenwandungsmoduls 11 umschlossene Raum und der Ringraum 14 über die gasdurchlässigen Schiebesitze als undichte Steckverbindungen 16 der Innenwandungsmodule 11 derart miteinander verbunden, dass sich das Kühlmedium mit dem heißen Fluid vermischt. Allerdings ist die Vermischung auch dabei sehr gering, da zum Druckausgleich zwischen dem von der Wandung 12 umschlossenen Raum und dem Ringraum 14 nur wenig heißes Fluid aus dem Innenwandungsmodul 11 austritt.
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Bei beiden alternativen Ausgestaltungen können das im Ringraum 14 strömende Kühlmedium und das heiße Fluid innerhalb des Innenwandungsmoduls 11 entweder verschiedene Fluide sein oder es handelt sich bevorzugt um ein Fluid mit anderen Zustandsparametern, insbesondere unterschiedlichen Temperaturen.
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Das Außenwandungsmodul 8 umfasst eine hohlzylindrische Wandung 9 in Form eines Rohres und weist an den Enden in Richtung der Längsachse 24 des Moduls jeweils Flansche 10 auf. Bei der Montage des Hochtemperaturfluidtransportsystems 1 werden die Außenwandungsmodule 8 an ihren Stirnseiten mit den Flanschen 10 einander angrenzend miteinander lösbar verbunden. Die lösbare Verbindung ermöglicht vorteilhaft eine einfache Montage sowie Demontage und damit eine günstige Inspektion sowie Wartung mit gegebenenfalls Austausch einzelner Komponenten. Möglicherweise auftretende Wärmedehnungen sind durch zwischengeschaltete Axialkompensatoren (nicht dargestellt), zum Beispiel in Form von Wellrohrkompensatoren, ausgleichbar.
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Das Außenwandungsmodul 8 weist mit den Halteelementen 20 des Innenwandungsmoduls 11 korrespondierende Haltemittel auf, die in ihrer Gesamtheit Lagerungen 18, 19 bilden. Dabei sind die Festlagerungen 18 für eine in Richtung der Längsachse 24 starre unbewegliche Verbindung der Innenwandungsmodule 11 innerhalb der Außenwandungsmodule 8 vorgesehen und werden als axiale Festlager bezeichnet. Bei der vertikalen Ausrichtung des Hochtemperaturfluidtransportsystems 1 nach 3 sind die Innenwandungsmodule 11 über die Festlagerungen 18 in den Außenwandungsmodulen 8 aufgehängt. Über die Festlagerungen 18 wird dabei insbesondere die Gewichtskraft der Innenwandungsmodule 11 an die Außenwandungsmodule 8 übertragen.
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Neben den axialen Festlagerungen 18 werden die Innenwandungsmodule 11 über axiale Loslagerungen 19 im Außenwandungsmodul 8 gehaltert. Die Loslagerungen 19 ermöglichen in Kombination mit der Steckverbindung 16 eine axiale, insbesondere durch Wärmedehnung auftretende Bewegung des Innenwandungsmoduls 11 von der Festlagerung 18 bis zum nächsten, angrenzenden Innenwandungsmodul 11.
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Die Halteelemente 20 der Innenwandungsmodule 11 sind im Bereich außerhalb der Isolierung 13, das heißt innerhalb des Ringraumes 14, zusätzlich über in Richtung der Längsachse 24 ausgerichtete Tragelemente 21 verbunden. Die stabförmigen Tragelemente 21, die innerhalb der Atmosphäre des Kühlmediums beziehungsweise des kühlen Fluids angeordnet und damit thermisch nicht belastet sind, sind für die zusätzliche Aufnahme von Lasten und zur Lastverteilung vorgesehen. Die ansonsten lediglich über die Halteelemente 20 der Festlagerungen 18 an das Außenwandungsmodul 8 abgeführten Gewichtskräfte der Innenwandungsmodule 11 werden mittels der Tragelemente 21 auch auf die Halteelemente 20 der Loslagerungen 19 verteilt. Damit werden die Halteelemente 20 der Festlagerungen 18, insbesondere deren Anbindung an die Wandung 12, entlastet. Die Spannungen im Bereich der auch thermisch belasteten Anbindung werden verringert.
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Die Tragelemente 21 sind dabei vorteilhaft durch Federn 22 unterbrochen, die zum einen die axiale Dehnung der Innenwandungsmodule 11, insbesondere zwischen der Festlagerung 18 und der Loslagerung 19, gewährleisten und zum anderen im Falle der Dehnung des Innenwandungsmoduls 11 auftretende Kräfte weiterleiten.
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Die hohlzylindrische Wandung 9 der Außenwandungsmodule 8 umfasst des Weiteren Öffnungen 23, die in Richtung der Längsachse 24 auf der Ebene der Steckverbindungen 16 der Innenwandungsmodule 11 angeordnet sind. Die Öffnungen 23 sind zur Inspektion des Hochtemperaturfluidtransportsystems 1 vorgesehen und werden auch als Revisionsöffnungen 23 bezeichnet. Durch die Revisionsöffnungen 23 sind insbesondere die gasdurchlässigen Schiebesitze der Innenwandungsmodule 11, das heißt die mit den federnden Dichtungen versehenen Steckverbindungen 16, sowie der Zustand der Isolierung 13 kontrollierbar. Die Öffnungen 23 sind zudem geeignet, die Innenwandungsmodule 11 während der Montage innerhalb der Außenwandungsmodule 8 auszurichten beziehungsweise zu justieren. Mittels der Revisionsöffnungen 23 und diversen Beobachtungsinstrumenten sind ebenso die Zustände des Hochtemperaturfluidtransportsystems 1 innerhalb des Ringraumes 14 überprüfbar. Die Öffnungen 23 werden beispielsweise durch nicht dargestellte Flansche verschlossen.
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Der modulare Aufbau des erfindungsgemäßen Systems ermöglicht eine Vorfertigung der Außenwandungsmodule 8 und der Innenwandungsmodule 11 mit Isolierung 13 in festen Längen, wobei die Länge eines Außenwandungsmoduls 8 einem ganzzahligen Vielfachen der Länge eines Innenwandungsmoduls 11 entspricht.
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4 zeigt eine Detailansicht der Festlagerung 18 als Halterung des Innenwandungsmoduls 11 innerhalb des Außenwandungsmoduls 8 in Schnittdarstellung.
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Das Halteelement 20 als Komponente der Festlagerung 18 ist fest, beispielsweise durch Schweißen, in Richtung der Längsachse 24 kurz unterhalb der Auskragung 15 mit der Wandung 12 des Innenwandungsmoduls 8 verbunden und erstreckt sich senkrecht zur Wandung 12 durch die Isolierung 13 bis in den Ringraum 14. Das Halteelement 20 ist folglich am oberen Ende des Innenwandungsmoduls 11 angeordnet und kann als T-Träger, Zylinder oder aus zusammengesetzten Formen, wie zwei mit ihren Öffnungen einander zugewandten U-Formen, ausgebildet sein. Am von der Wandung 12 abgewandten Ende weist das Halteelement 20 ein Anschlusselement 25 auf. Das Anschlusselement 25 ist hohlzylindrisch geformt und in Richtung Innenwandungsmodul 11 mit einem nach innen gerichteten Kragen ausgebildet, der als Anschlag für ein innerhalb der zylindrischen Öffnung angeordnetes Aufnahmeelement 26 dient. Am Außenumfang des Anschlusselementes 25 sind in Richtung der Längsachse 24 Öffnungen zur Aufnahme der Tragelemente 21 vorgesehen. Die Tragelemente 21 sind bevorzugt kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Anschlusselement 25 verbunden.
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Das Aufnahmeelement 26 ist ebenfalls zylindrisch geformt. Der Außendurchmesser des Aufnahmeelementes 26 entspricht dabei dem Innendurchmesser des Anschlusselementes 25, so dass das Aufnahmeelement 26 bis zum nach innen gerichteten Kragen des Anschlusselementes 25 in dieses einsteckbar ausgebildet ist. Das Aufnahmeelement 26 ist im montierten Zustand des Systems im Anschlusselement 25 versenkbar. Das Aufnahmeelement 26 weist eine Ausnehmung 28 in Form einer Durchgangsöffnung 28 auf, die sich zentral entlang der Mittelachse 27 erstreckt und zur Aufnahme eines Verbindungselementes 29 vorgesehen ist.
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In Höhe des Halteelementes 20 des Innenwandungsmoduls 11 ist an der Wandung 9 des Außenwandungsmoduls 8 ein Befestigungselement 33a angeordnet. Das Befestigungselement 33a ist dabei bevorzugt durch Schweißen mit der Wandung 9 verbunden, hohlzylindrisch geformt und erstreckt sich senkrecht zur Wandung 9 nach außen. Am äußeren losen Ende weist das Befestigungselement 33a einen von der Längsachse 30 nach außen abstehenden Kragen und am inneren, dem der Wandung 9 zugewandten Ende einen zur Längsachse 30 nach innen gerichteten Kragen als Anschlag für das Verbindungselement 29 auf. Der vom hohlzylindrischen Befestigungselement 33a umfasste Raum korrespondiert mit einer Bohrung innerhalb der Wandung 9 und stellt eine Öffnung in den Ringraum 14 bereit. Durch die derart ausgebildete Öffnung wird das Verbindungselement 29 in das Befestigungselement 33a eingeführt und reicht bis in den Ringraum 14.
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Das optional mit einer Längsbohrung 31 versehene Verbindungselement 29 ist zylindrisch ausgebildet und umfasst in Richtung der Längsachse 30 drei Abschnitte mit unterschiedlichen äußeren Abmessungen, die sich in Richtung der Längsachse 30 von außen nach innen verringern. Die ersten beiden Abschnitte sind zylindrisch geformt, wobei der erste Abschnitt einen größeren Durchmesser aufweist als der zweite Abschnitt. Zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt ist eine scharfe Kante ausgebildet. Der erste Abschnitt weist einen an der Stirnseite des Verbindungselementes 29 offenen Hohlraum 36 auf, welcher sich bis in den zweiten Abschnitt erstreckt.
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Der dritte Abschnitt weist ein Profil 32 mit einer äußeren Form auf, die mit der Form der Durchgangsöffnung 28 des Aufnahmeelementes 26 korrespondiert. Das Verbindungselement 29 ist im montierten Zustand folglich in das Aufnahmeelement 26 eingeführt und formschlüssig mit dem Aufnahmeelement 26 verbunden. Die Haltekraft beziehungsweise Gewichtskraft des Innenwandungsmoduls 11 wird somit von der Wandung 12 über das Halteelement 20 und das Anschlusselement 25 mit dem darin integrierten Aufnahmeelement 26 an das Verbindungselement 29 geleitet.
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Das Verbindungselement 29 überträgt die Kraft über einen Zentrierring 37 an das Befestigungselement 33a und damit an die Wandung 9 des Außenwandungsmoduls 8. Der Außendurchmesser des Zentrierringes 37 entspricht dabei dem Innendurchmesser des hohlzylindrischen Befestigungselementes 33a. Der Zentrierring 37, der auch als Abstandshalter 37 für das Verbindungselement 29 innerhalb des Befestigungselementes 33a vorgesehen ist, wird bei der Montage bis zum am Inneren der Wandung 9 zugewandten Ende und zur Längsachse 30 des Befestigungselementes 33a nach innen gerichteten Kragen in das Befestigungselement 33a eingeführt. Im Anschluss daran wird eine Hülse 38 mit gleichem Außendurchmesser wie der Zentrierring 37 in das Befestigungselement 33a eingeschoben.
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Der zweite beziehungsweise mittlere Abschnitt des Verbindungselementes 29 weist einen Außendurchmesser auf, der dem Innendurchmesser des Zentrierringes 37 entspricht. Im montierten Zustand ist das Verbindungselement 29 mit seinem zweiten Abschnitt innerhalb des Zentrierringes 37 angeordnet. Die scharfe Kante zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt des Verbindungselementes 29 dient als Anschlag am Zentrierring 37, so dass der Zentrierring 37 einerseits am nach innen gerichteten Kragen des Befestigungselementes 33a anschlägt, während das Verbindungselement 29 andererseits am Zentrierring 37 anschlägt.
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Das Befestigungselement 33a wird mittels eines zylindrischen Verschlusselementes 34a verschlossen, das einen äußeren Durchmesser aufweist, der dem äußeren Durchmesser des am äußeren losen Ende des Befestigungselementes 33a von der Längsachse 30 nach außen abstehenden Kragens entspricht. Das Verschlusselement 34a wird mit dem kragenartig ausgebildeten Flansch des Befestigungselementes 33a bevorzugt verschraubt.
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Die Hülse 38 weist eine derartige Länge auf, dass die Stirnflächen von Hülse 38 und Befestigungselement 33a im montierten Zustand eine ebene Fläche bilden, an der das Verschlusselement 34a anliegt. Die aneinander angrenzenden Flächen werden mit Hilfe von Dichtungen 35 gegenüber der Umgebung abgedichtet.
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Das Verschlusselement 34a ist aus zwei unterschiedlichen Abschnitten ausgebildet, wobei der zweite innenliegende Abschnitt einen geringeren Durchmesser als der erste Abschnitt aufweist. Der Durchmesser des innenliegenden Abschnittes entspricht dem Innendurchmesser der Hülse 38, so dass das Verschlusselement 34a während der Montage innerhalb der Hülse 38 zentriert wird. Das Verschlusselement 34a drückt zudem mit dem Abschnitt geringeren Durchmessers gegen das Verbindungselement 29, wobei zwischen dem Verschlusselement 34a und dem Verbindungselement 29 zusätzlich Distanzscheiben 39 vorgesehen sind. Die Kraft beim Verschließen des Befestigungselementes 33a wird vom Verschlusselement 34a über die Distanzscheiben 39 an das Verbindungselement 29 übertragen, wobei das Verbindungselement 29 gegen den Zentrierring 37 und dieser wiederum gegen den Kragen des Befestigungselementes 33a gedrückt werden. Damit wird das Verbindungselement 29 innerhalb der Festlagerung 18 fixiert.
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Die Festlagerung 18 lässt sich zum Zwecke der Revision und des Austausches von Verschleißteilen einfach demontieren. Nach dem Lösen des Verschlusselementes 34a werden die Distanzscheiben 39, die Hülse 38 sowie das Verbindungselement 29 entnommen. Anschließend lassen sich problemlos der Zentrierring 37 und das Aufnahmeelement 26 entfernen. Der Zusammenbau erfolgt in umgekehrter Reihenfolge, gegebenenfalls mit ausgetauschten beziehungsweise erneuerten Einzelkomponenten. Als Verschleißteile kommen vorrangig das Verbindungselement 29 und das Aufnahmeelement 26 in Betracht.
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In 5 wird das Verbindungselement 29 und in 6 wird das Aufnahmeelement 26 als Komponenten der Festlagerung 18 gezeigt.
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Wie bereits zu 4 beschrieben, weist das zylindrisch ausgebildete Verbindungselement 29 in Richtung der Längsachse 30 drei Abschnitte mit in radialer Richtung abnehmenden äußeren Abmessungen auf, wobei zwei Abschnitte zylindrisch geformt sind. Die äußeren Abmessungen sind bei konstantem Querschnitt in axialer Richtung bei jedem Abschnitt jeweils konstant.
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Der dritte Abschnitt ist mit einem Profil 32 ausgebildet, das mit seiner äußeren Form mit der Form der Durchgangsöffnung 28 des Aufnahmeelementes 26 korrespondiert. Die Durchgangsöffnung 28 und das Aufnahmeelement 26 weisen eine dreieckige Form auf, wobei der Querschnitt der Form des Aufnahmeelementes 26 größere äußere Abmessungen aufweist als der Querschnitt der Form des Verbindungselementes 29 und die Spitzen der dreieckigen Form des Verbindungselementes 29 abgeflacht sind, was ein günstigeres Einführen in die Durchgangsöffnung 28 des Aufnahmeelementes 26 ermöglicht.
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Bei der formschlüssigen Verbindung von Aufnahmeelement 26 und Verbindungselement 29 liegen die schräg angeordneten Dreiecksflächen 54, 55 der unterschiedlich großen, aber ähnlichen dreieckigen Formen plan aufeinander. Aufgrund der bei vertikaler Ausrichtung des Hochtemperaturfluidtransportsystems 1 in Richtung der Längsachse 24 nach unten wirkenden Gewichtskraft werden die schräg angeordneten Dreiecksflächen 54, 55 aufeinander gedrückt, so dass die Kraft ausschließlich über diese Flächen vom Aufnahmeelement 26 an das Verbindungselement 29 übertragen wird. Die dritte, horizontal ausgerichtete Dreiecksfläche ist unbelastet. Die Flächen der kleineren dreieckigen Form des Verbindungselementes 29 werden bezüglich der Flächen der größeren dreieckigen Form des Aufnahmeelementes 26 in Richtung der Längsachse 24 nach oben verschoben, so dass die Mittelachse 27 des Aufnahmeelementes 26 und die Längsachse 30 des Verbindungselementes 29 gegeneinander versetzt sind, was aus 4 deutlich wird.
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Die schräg angeordneten Dreiecksflächen 54, 55 sind gleichzeitig als Gleitflächen 54, 55 bezüglich der radialen Wärmedehnung des Innenwandungsmoduls 11 ausgebildet. Aufgrund der starren Verbindung des Verbindungselementes 29 mit dem Befestigungselement 33a und damit mit der Wandung 9 des Außenwandungsmoduls 8 sowie der sehr geringen beziehungsweise ausgeschlossenen Wärmedehnung des Außenwandungsmoduls 8 kommt es zu einer starken Relativbewegung des Innenwandungsmoduls 11 in Bezug zum Außenwandungsmodul 8, das heißt zu einer radialen Verschiebung 52. Die unterschiedliche Wärmedehnung beziehungsweise die Relativbewegung und die damit einhergehende radiale Verschiebung 52 wird auf den Gleitflächen 54, 55 kompensiert. Bei Ausdehnung des Innenwandungsmoduls 11 bewegt sich das Aufnahmeelement 26 im Verhältnis zum starren Verbindungselement 29 in Bezug auf die Längsachse 24 radial nach außen.
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7 zeigt eine Detailansicht einer alternativen Ausgestaltung der Festlagerung 18 nach 4 als Halterung des Innenwandungsmoduls 11 innerhalb des Außenwandungsmoduls 8 in Schnittdarstellung.
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Die wesentlichen Unterschiede der Festlagerungen 18 nach 4 und 7 bestehen in der Ausbildung der Befestigungselemente 33a, 33b in Verbindung mit den Verschlusselementen 34a, 34b sowie der Hülse 38.
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Am äußeren losen Ende, das heißt an dem der Wandung 9 abgewandten Ende, ist der Innendurchmesser des Befestigungselementes 33b mit einer Erweiterung ausgebildet, die für die Aufnahme und Zentrierung des Verschlusselementes 34b vorgesehen ist. Das das Befestigungselement 33b verschließende, zylindrisch ausgebildete Verschlusselement 34b weist einen maximalen äußeren Durchmesser auf, der dem äußeren Durchmesser des Befestigungselementes 33b entspricht. Das Verschlusselement 34b ist aus mehreren unterschiedlichen Abschnitten ausgebildet, wobei die äußeren Durchmesser entlang der Längsachse 30 nach innen geringer werden. Diese Ausgestaltung des Verschlusselementes 34b dient der Zentrierung innerhalb des Befestigungselementes 33b, der Zentrierung des Verbindungselementes 29 sowie als Anschlag für die Distanzscheiben 39. Die Abdichtung der Verbindung zwischen Verschlusselement 34b und Befestigungselement 33b des Hochtemperaturfluidtransportsystems 1 gegenüber der Umgebung wird mit Hilfe der Dichtungen 35 gewährleistet.
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Auf die Hülse 38 nach 4 wird in der Ausgestaltung der Festlagerung 18 nach 7 verzichtet.
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In 8 wird das Verbindungselement 29 und in 9 wird das Aufnahmeelement 26 als Komponenten der Festlagerung 18 nach 7 gezeigt. Sowohl das Verbindungselement 29 als auch das Aufnahmeelement 26 sind ähnlich ausgebildet wie die Komponenten aus den 5 und 6.
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10 zeigt die Detailansicht der federvorgespannten Loslagerung 19 als Halterung des Innenwandungsmoduls 11 innerhalb des Außenwandungsmoduls 8 in Schnittdarstellung.
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Ebenso wie bei der Ausführung der Festlagerung 18 ist das Halteelement 20 fest, beispielsweise durch Schweißen, mit der Wandung 12 des Innenwandungsmoduls 11 verbunden und senkrecht zur Wandung 12 ausgerichtet. Das Halteelement 20, das als T-Träger, Zylinder oder aus zusammengesetzten Formen, wie zwei mit ihren Öffnungen einander zugewandten U-Formen, ausgebildet sein kann, ragt durch die Isolierung 13 bis in den Ringraum 14 und weist an dieser Stelle das hohlzylindrische Anschlusselement 25 auf. Das Anschlusselement 25 ist an der zur Längsachse 24 des Hochtemperaturfluidtransportsystems 1 gerichteten Seite, das heißt in Richtung Innenwandungsmodul 11, mit einem nach innen gerichteten Kragen ausgebildet, der als Anschlag für ein innerhalb der zylindrischen Öffnung angeordnetes Aufnahmeelement 40 vorgesehen ist. Am Außenumfang des Anschlusselementes 25 sind, wie bereits zu 4 beschrieben, in Richtung der Längsachse 24 Öffnungen zur Aufnahme und Verbindung der Tragelemente 21 mit dem Anschlusselement 25 vorgesehen.
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Das Aufnahmeelement 40 ist zylindrisch ausgebildet, wobei der Außendurchmesser des Aufnahmeelementes 40 dem Innendurchmesser des Anschlusselementes 25 entspricht, so dass das Aufnahmeelement 40 bis zum nach innen gerichteten Kragen des Anschlusselementes 25 in dieses integrierbar ist und mit einer Stirnfläche am Kragen anliegt, wobei die zweite Stirnfläche 57 zur Wandung 9 des Außenwandungsmoduls 8 ausgerichtet ist. Das Aufnahmeelement 40 weist eine sich zentral erstreckende Ausnehmung 41 in Form einer Durchgangsöffnung 41 auf, die zur Aufnahme eines Verbindungselementes 42 vorgesehen ist.
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In der horizontalen Ebene des Halteelementes 20 des Innenwandungsmoduls 11 ist an der Wandung 9 des Außenwandungsmoduls 8 ein sich senkrecht zur Wandung 9 nach außen erstreckendes Befestigungselement 46a angeordnet, das bevorzugt mittels Schweißen mit der Wandung 9 verbunden und hohlzylindrisch ausgebildet ist. Der Innendurchmesser ist über die gesamte Länge konstant und weist lediglich an dem der Wandung 9 abgewandten Ende eine Erweiterung auf, die für die Aufnahme und Zentrierung eines Verschlusselementes 47 vorgesehen ist. Der vom hohlzylindrischen Befestigungselement 46a gebildete Raum korrespondiert mit einer Bohrung innerhalb der Wandung 9 und stellt eine Öffnung in den Ringraum 14 bereit. Durch die derart ausgebildete Öffnung wird das Verbindungselement 42 in das Befestigungselement 46a eingeführt und ragt in den Ringraum 14.
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Das Verbindungselement 42 ist zylindrisch sowie optional mit einer Längsbohrung 44 ausgebildet und umfasst in Richtung der Längsachse 43 drei Abschnitte mit unterschiedlichen äußeren Abmessungen, die sich in Richtung der Längsachse 43 von außen nach innen verringern. Die ersten beiden Abschnitte sind zylindrisch geformt, wobei der erste Abschnitt einen größeren Durchmesser aufweist als der zweite Abschnitt. Die Ausbildung der ersten beiden Abschnitte stimmt mit der Form des Verbindungselementes 29 der Festlagerung 18 überein. Der erste Abschnitt ist mit einem an der Stirnseite des Verbindungselementes 42 offenen Hohlraum 49 ausgebildet, welcher sich bis in den zweiten Abschnitt erstreckt.
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Der dritte Abschnitt ist als Profil 45 ausgebildet, das mit der Form der Durchgangsöffnung 41 des Aufnahmeelementes 40 korrespondiert. Das Profil 45 weist dabei einen geringeren Querschnitt als der zweite beziehungsweise mittlere Abschnitt des Verbindungselementes 42 auf, so dass am Übergang vom zweiten in den dritten Abschnitt eine zur Längsachse 43 senkrecht ausgerichtete Fläche 56 ausgebildet ist.
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Das Verbindungselement 42 ist im montierten Zustand in das Aufnahmeelement 40 derart eingeführt, dass die am Übergang vom zweiten in den dritten Abschnitt zur Längsachse 43 senkrecht ausgerichtete Fläche 56 des Verbindungselementes 42 und die Stirnfläche 57 des Aufnahmeelementes 40 aneinander anliegen.
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Das Profil 45 weist insbesondere einen quadratischen Querschnitt mit abgerundeten beziehungsweise gefasten Ecken auf, während die Durchgangsöffnung 41 als rechteckiges Langloch mit abgerundeten beziehungsweise gefasten Ecken ausgebildet ist. Dabei weisen der quadratische Querschnitt des Profils 45 und das rechteckige Langloch der Durchgangsöffnung 41 gleiche horizontale Abmessungen beziehungsweise Breiten auf, wobei die Durchgangsöffnung 41 in vertikaler Richtung eine größere Abmessung aufweist als das Profil 45. Damit wird das Verbindungselement 42 innerhalb des Aufnahmeelementes 40 horizontal gehaltert und in vertikaler Richtung, das heißt in Richtung der Längsachse 24 des Hochtemperaturfluidtransportsystems 1, geführt. Die korrespondierenden Formen des Profils 45 des Verbindungselementes 42 und der Durchgangsöffnung 41 des Aufnahmeelementes 40 ermöglichen eine axiale Verschiebung 53 zueinander.
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Dabei wird das Aufnahmeelement 40 bei radialer Wärmedehnung des Innenwandungsmoduls 11 mit der Stirnfläche 57 radial gegen die Fläche 56 des Verbindungselementes 42 gedrückt. Infolge der axialen Verschiebung 53 sind diese Flächen, über die die radial wirkende Kraft übertragen wird, als Gleitflächen 56, 57 ausgebildet.
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Die radial wirkende Kraft wird somit von der Wandung 12 des Innenwandungsmoduls 1 über das Halteelement 20 und das Anschlusselement 25 mit dem darin integrierten Aufnahmeelement 40 an das Verbindungselement 42 geleitet. Das Verbindungselement 42 überträgt die Kraft über eine Feder 50 an das Verschlusselement 47 des Befestigungselementes 46a und damit an die Wandung 9 des Außenwandungsmoduls 8.
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Der erste Abschnitt des Verbindungselementes 42 weist einen den Hohlraum 49 bildenden Innendurchmesser auf, der größer ist als der Innendurchmesser des zweiten beziehungsweise mittleren Abschnitts, so dass am Übergang des ersten Abschnitts zum zweiten Abschnitt eine senkrecht zur Längsachse 43 ausgerichtete Fläche ausgebildet ist, die als Anschlag für die Feder 50 vorgesehen ist.
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Als Gegenlager der Feder 50 ist das Verschlusselement 47 ausgebildet, wobei zwischen der Feder 50 und dem Verschlusselement 47 Distanzscheiben 51 angeordnet sind.
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Das das Befestigungselement 46a verschließende, zylindrisch ausgebildete Verschlusselement 47 weist einen maximalen äußeren Durchmesser auf, der dem äußeren Durchmesser des Befestigungselementes 46a entspricht. Das Verschlusselement 47 wird mit dem Befestigungselement 46a an dessen Stirnseite bevorzugt verschraubt und mit Hilfe von Dichtungen 48 gegenüber der Umgebung abgedichtet.
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Das Verschlusselement 47 ist aus mehreren unterschiedlichen Abschnitten ausgebildet, wobei die äußeren Durchmesser entlang der Längsachse 43 nach innen geringer werden. Diese Ausgestaltung des Verschlusselementes 47 ist für die Zentrierung innerhalb des Befestigungselementes 46a, die Zentrierung des Verbindungselementes 42 auf dem Verschlusselement 47 sowie als Anschlag für die Feder 50 vorgesehen. Die Durchmesser der ersten beiden Abschnitte entsprechen den Innendurchmessern des Befestigungselementes 33. Der Durchmesser des sich daran anschließenden Abschnittes entspricht dem Innendurchmesser des Verbindungselementes 42. Der abschließende Abschnitt des Verschlusselementes 47 weist einen äußeren Durchmesser auf, der den Innendurchmessern der Distanzscheiben 51 sowie der Feder 50 entspricht. Damit sind die Komponenten Verschlusselement 47, Distanzscheiben 51, Feder 50 und Verbindungselement 42 der Loslagerung 19 vor dem Einführen in das Befestigungselement 46a montierbar.
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Die Kraft beim Verschließen des Befestigungselementes 46a wird vom Verschlusselement 47 über die Distanzscheiben 39 an die Feder 50 und das Verbindungselement 42 übertragen, wobei das Verbindungselement 42 gegen das Aufnahmeelement 40 gedrückt wird. Damit wird das Verbindungselement 42 innerhalb der Loslagerung 19 fixiert, die federvorgespannt ist.
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Über den Federweg der Feder 50 wird eine axiale Verschiebung des Verbindungselementes 42 gewährleistet, so dass die Loslagerung 19 eine Relativbewegung des Aufnahmeelementes 40 beziehungsweise des damit starr verbundenen Innenwandungsmoduls 11 sowohl in axialer als auch in radialer Richtung ermöglicht.
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In 11 ist das Verbindungselement 42 und in 12 das Aufnahmeelement 40 als Komponente der federvorgespannten Loslagerung 19 dargestellt.
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Wie bereits zu 10 erwähnt, ist das zylindrische Verbindungselement 42 in Richtung der Längsachse 43 aus drei Abschnitten mit in radialer Richtung abnehmenden äußeren Abmessungen ausgebildet, wobei zwei Abschnitte eine zylindrische Form aufweisen. Die äußeren Abmessungen der Abschnitte, das heißt die Querschnitte, sind in Richtung der Längsachse 43 jeweils konstant. Der dritte Abschnitt weist ein Profil 45 auf, das mit seiner äußeren Form mit der Form der Durchgangsöffnung 41 des Aufnahmeelementes 40 korrespondiert.
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Die Durchgangsöffnung 41 und das Aufnahmeelement 40 sind in ihren Querschnitten rechteckig ausgebildet, wobei der Querschnitt der Form des Aufnahmeelementes 40 senkrecht zur Längsachse 43 eine größere Abmessung aufweist als der Querschnitt der Form des Verbindungselementes 42. Die Durchgangsöffnung 41 ist demzufolge als Langloch ausgebildet. Die Breite des Profils 45, das heißt die Ausdehnung senkrecht zur Längsachse 43 in horizontaler Ebene, entspricht der Breite der Durchgangsöffnung 41 des Aufnahmeelementes 40, so dass das Verbindungselement 42 innerhalb des Aufnahmeelementes 40 in Richtung der Längsachse 24 des Hochtemperaturfluidtransportsystems 1 verschiebbar ausgebildet ist, während das Verbindungselement 42 in Umfangsrichtung des Hochtemperaturfluidtransportsystems 1 fixiert ist.
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Die sich kontaktierenden Seitenflächen des Profils 45 und des Aufnahmeelementes 40 sind als Gleitflächen 58, 59 ausgebildet.
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Die infolge der vorgespannten Feder 50 und bei Wärmedehnung des Innenwandungsmoduls 11 auftretenden radial wirkenden Kräfte werden über die Stirnflächen 56, 57 geleitet. Die Stirnflächen 56, 57 stehen in ständigem Kontakt zueinander. Da sich jedoch das Aufnahmeelement 40 und das Verbindungselement 42 an den Stirnflächen 56, 57 aufgrund axialer Dehnung des Innenwandungsmoduls 11 während des Betriebes verschieben, sind diese sich berührenden Flächen als Gleitflächen 56, 57 ausgebildet.
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13 zeigt die Detailansicht einer alternativen Ausgestaltung der federvorgespannten Loslagerung 19 als Halterung des Innenwandungsmoduls 11 innerhalb des Außenwandungsmoduls 8 nach 10 in Schnittdarstellung. Die wesentlichen Unterschiede der Loslagerungen 19 nach 10 und 13 bestehen in der Ausbildung der Befestigungselemente 46a, 46b sowie der Aufnahmeelemente 40, 60 in Kombination mit den Verbindungselementen 42, 62.
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Die Ausbildung des Befestigungselementes 46b der federvorgespannten Loslagerung 19 nach 13 entspricht vorteilhaft der Ausbildung des Befestigungselementes 33b der alternativen Ausgestaltung der Festlagerung 18 nach 7. Die gleichartige Ausbildung der Befestigungselemente 33b, 46b für die Festlagerung 18 und die Loslagerung 19 ermöglicht eine einheitliche Konstruktion beziehungsweise Fertigung des Außenwandungsmoduls 8 unabhängig von der nachträglichen Integration der Lagerungen 18, 19. Auch die Verschlusselemente 34b, 47 der unterschiedlichen Lagerungen 18, 19 sind dementsprechend mit gleichen Grundformen ausgestaltet.
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Nach einer (nicht dargestellten) besonderen Ausgestaltung ist die Loslagerung 19 im Bereich der Wandung 9 mit einer zusätzlichen Dichtung versehen. Die Dichtung verhindert das Eindringen des Fluids aus dem Ringraum 14 in das Befestigungselement 46b und dient damit der Abdichtung zwischen dem Befestigungselement 46b und dem Verbindungselement 62 im Bereich des zweiten Abschnittes des Verbindungselementes 62.
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Mittels eines autopneumatischen Verspannungssystems wird der vom Ringraum 14 abgedichtete Zwischenraum zwischen Befestigungselement 46 und Verbindungselement 62 pneumatisch druckbeaufschlagt. Die Druckbeaufschlagung, die durch eine Durchgangsbohrung durch die Wandung des Befestigungselement 46b realisiert wird, bewirkt an der Stirnseite des Verbindungselementes 62 im Bereich des Verschlusselementes 47 eine Druckkraft, die in gleicher Richtung wirkt wie die Federkraft der Feder 50. Damit sind die Loslagerungen 19 mit einer zusätzlichen radialen, vom Überdruck im Ringraum 14 abhängigen Kraftverstärkung ausgebildet, mit der neben dem Bereitstellen einer pneumatischen Dämpfung zum einen dem Kraftverlust beim Bruch der Feder 50 entgegengewirkt werden kann. Zum anderen kann das autopneumatische Verspannungssystem die Feder 50 der Loslagerung 19 ersetzen.
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Sowohl das Aufnahmeelement 60 als auch das Verbindungselement 62 der federvorgespannten Loslagerung 19 nach 13 weisen die gleichen äußeren Formen auf wie das Aufnahmeelement 40 beziehungsweise das Verbindungselement 42 der Loslagerung 19 nach 10. Die Aufnahmeelemente 40, 60 und die Verbindungselemente 42, 62 unterscheiden sich dabei im Wesentlichen in der Ausgestaltung der ineinandergreifenden Elemente.
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Das Verbindungselement 62 ist zylindrisch ausgebildet und weist in Richtung der Längsachse 43 zwei Abschnitte mit unterschiedlichen äußeren Abmessungen auf, die sich in Richtung der Längsachse 43 von außen nach innen verringern.
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Im Detail sind das Verbindungselement 62 in 14 und das Aufnahmeelement 60 in 15 jeweils als Komponente der federvorgespannten Loslagerung 19 nach 13 dargestellt.
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An der Stirnseite des zweiten Abschnittes des Verbindungselementes 62, das heißt des Abschnittes mit geringerem Außendurchmesser, ist ein Profil 45 ausgebildet, das mit der Form der Ausnehmung 61 des Aufnahmeelementes 60 korrespondiert. Das keilförmige Profil 45 weist zwei in einem spitzen Winkel zueinander ausgerichtete Flächen 63 auf. Die Kanten der Flächen 63 verlaufen parallel, so dass ein im Querschnitt gleichförmiges dreieckiges Profil 45 entsteht, wobei die Spitze der dreieckigen Querschnittsfläche begradigt ist.
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Das im Querschnitt trapezförmige Profil 45 des Verbindungselementes 62 greift im montierten Zustand der Lagerung 19 in die keilförmige Ausnehmung 61 des Aufnahmeelementes 60 ein. Die keilförmige Ausnehmung 61 wird durch zwei im spitzen Winkel zueinander angeordnete Flächen 64 gebildet. Die Winkel der durch die Flächen 64 geformten Ausnehmung 61 und des dreieckigen Profils 45 weisen gleiche Werte auf, so dass die Flächen 63 des Verbindungselementes 62 und die Flächen 64 des Aufnahmeelementes 60 planparallel aufeinander liegen. Damit ermöglichen die korrespondierenden Flächen 63 des Profils 45 und die Flächen 64 der Ausnehmung 61 eine axiale Verschiebung 53 zueinander, während das Verbindungselement 62 horizontal gehaltert wird und in Umfangsrichtung des Hochtemperaturfluidtransportsystems 1 fixiert ist.
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Dabei werden die Flächen 63, 64 bei radialer Wärmedehnung des Innenwandungsmoduls 11 sowie infolge der durch die vorgespannte Feder 50 auftretenden radial wirkenden Kräfte gegeneinander gedrückt. Infolge der Möglichkeit der axialen Verschiebung 53 sind die Flächen 63, 64 als Gleitflächen 63, 64 ausgebildet.
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Aufgrund der Anordnung und der Möglichkeit der axialen Verschiebung 53 von Aufnahmeelement 60 und Verbindungselement 62 wird die Korrespondenz der Flächen 63, 64 auch als Trapezführung bezeichnet.
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16 zeigt das Innenwandungsmodul 11 ohne Isolierung.
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Wie bereits zu 3 beschrieben, weist das Innenwandungsmodul 11 eine hohlzylindrische, gleichmäßig starke Wandung 12 in Form eines Rohres und am oberen Ende eine Aufweitung beziehungsweise Auskragung 15 auf. Der Außendurchmesser der Wandung 12 entspricht dabei dem Innendurchmesser des Bereiches der Auskragung 15 zuzüglich einer Toleranz in Form eines über den Umfang gleichmäßig geformten Spaltes, so dass die Wandung 12 mit einer Steckverbindung 16 ausgebildet ist. Die derart ausgestaltete Steckverbindung 16 ermöglicht zum einen ein einfaches Zusammenfügen von Innenwandungsmodulen 11 zu einer Leitung und zum anderen den Ausgleich der axialen Dehnung der Wandung 12 während des Betriebes.
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Die Wandung 12 weist gleichmäßig an ihrem Umfang sternförmig ausgerichtete Halteelemente 20 mit Anschlusselementen 25 auf, die in Kombination mit anderen Komponenten der Lagerungen 18, 19 das Innenwandungsmodul 11 mit dem Außenwandungsmodul 8 verbinden und in Richtung der Längsachse 24 regelmäßig beabstandet angeordnet sind. Die in horizontaler Ebene direkt unterhalb der Auskragung 15 vorgesehenen Halteelemente 20 sind Komponenten einer Festlagerung 18, während die in Richtung der Längsachse 24 benachbart angeordneten Halteelemente 20 zur Loslagerung 19 des Hochtemperaturfluidtransportsystems 1 gehören.
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Die Halteelemente 20 sind parallel zur Längsachse 24 über stabförmige Tragelemente 21 verbunden, die insbesondere für die zusätzliche Aufnahme und Verteilung von Lasten zwischen den Festlagerungen 18 und den Loslagerungen 19 vorgesehen sind.
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Die Tragelemente 21 weisen in Längsrichtung Federn 22 auf, die einerseits die axiale Dehnung der Wandung 12 der Innenwandungsmodule 11 zwischen der Festlagerung 18 und der Loslagerung 19 ermöglichen und dabei andererseits die Kräfte zwischen den Lagerungen 18, 19 übertragen.
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17 zeigt das erfindungsgemäße Modul des vertikal ausgerichteten Hochtemperaturfluidtransportsystems 1 im vormontierten Zustand mit den an den Stirnseiten des zylindrischen Außenwandungsmoduls 8 ausgebildeten Flanschen 10, mit deren Hilfe einander angrenzende Außenwandungsmodule 8 miteinander lösbar zu einer Leitung beliebiger Länge verbindbar sind.
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Die Außenwandungsmodule 8 sind mittels der Lagerungen 18, 19 mit der Wandung 12 der Innenwandungsmodule 11, die eine über die gesamte Länge vollumfängliche Isolierungen 13 aufweisen, verbunden.
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Innerhalb der hohlzylindrischen Wandung 9 der Außenwandungsmodule 8 sind Öffnungen 23 zur Inspektion des Hochtemperaturfluidtransportsystems 1 vorgesehen, die auch geeignet sind, die Innenwandungsmodule 11 während der Montage innerhalb der Außenwandungsmodule 8 auszurichten und zu fixieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hochtemperaturfluidtransportsystem, Wärmeträgerkreislauf
- 2
- Receiver/Turmreceiver
- 3
- Umlaufgebläse
- 4
- Wärmeübertrager/Gasturbinenwärmeübertrager
- 5
- Solarhybridbetriebenes Gas- und Dampfkraftwerk
- 6
- Verdichter
- 7
- Brennkammer
- 8
- Außenwandungsmodul
- 9
- Wandung
- 10
- Flansch
- 11
- Innenwandungsmodul
- 12
- Wandung
- 13
- Isolierung
- 14
- Ringraum, Spalt
- 15
- Auskragung
- 16
- Steckverbindung
- 17
- Steckprofil
- 18
- Lagerung, Festlagerung
- 19
- Lagerung, federvorgespannte Loslagerung
- 20
- Halteelement
- 21
- Tragelement
- 22
- Feder
- 23
- Öffnung, Revisionsöffnung
- 24
- Längsachse
- 25
- Anschlusselement
- 26
- Aufnahmeelement
- 27
- Mittelachse
- 28
- Ausnehmung, Durchgangsöffnung
- 29
- Verbindungselement
- 30
- Längsachse
- 31
- Längsbohrung
- 32
- Profil
- 33a, 33b
- Befestigungselement
- 34a, 34b
- Verschlusselement
- 35
- Dichtung
- 36
- Hohlraum
- 37
- Zentrierring, Abstandshalter
- 38
- Hülse
- 39
- Distanzscheibe
- 40, 60
- Aufnahmeelement
- 41
- Ausnehmung, Durchgangsöffnung
- 42, 62
- Verbindungselement
- 43
- Längsachse
- 44
- Längsbohrung
- 45
- Profil
- 46a, 46b
- Befestigungselement
- 47
- Verschlusselement
- 48
- Dichtung
- 49
- Hohlraum
- 50
- Feder
- 51
- Distanzscheibe
- 52
- radiale Verschiebung
- 53
- axiale Verschiebung
- 54, 55
- Dreiecksfläche, Gleitfläche
- 56
- Fläche, Stirnfläche, Gleitfläche
- 57
- Stirnfläche, Gleitfläche
- 58, 59
- Gleitfläche
- 61
- Ausnehmung
- 63, 64
- Fläche, Gleitfläche
