DE102010047145A1

DE102010047145A1 - Wandausbiegung im Bereich einer im wesentlich rechteckförmigen Brenneröffnung

Info

Publication number: DE102010047145A1
Application number: DE102010047145A
Authority: DE
Inventors: Leonhard Leuthel; Jens Eschenhagen
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2012-04-05
Also published as: RU2013120026A; EP2622277A1; WO2012042051A1; US20130306003A1; CN103250000A; ZA201302508B

Abstract

Wandausbiegung im Bereich einer im wesentlichen rechteckförmigen Brenneröffnung (2), wobei die Wandausbiegung (1) aus Rohrwänden (3) gebildet ist und die Rohrwände (3) aus gasdicht verschweißten Rohr-Steg-Rohr-Kombinationen besteht und deren Rohre (5) von einem Kühlmedium durchströmt werden, wobei zumindest ein Teil der Wandausbiegung (1) entlang der beiden Längsseiten (7) der rechteckförmigen Brenneröffnung (2) mittels vorgefertigter Rohrwandsegmente (4) gebildet werden und wobei die vorgefertigten Rohrwandsegmente (4) im planen Zustand werkstattseitig maschinengeschweißt sind und anschließend werkstattseitig auf einen Wandbiege-Radius (R) von 70–140 mm und einen Wandbiege-Winkel (W) von 110°–150° gebogen sind. (2).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wandausbiegung im Bereich einer im wesentlichen rechteckförmigen Brenneröffnung.
Wandausbiegungen werden an Rohrwandbereichen von Dampferzeugern vorgenommen, an denen Brenner angebaut werden, mit denen die Brennkammer des Dampferzeugers beispielsweise mit fossilen Brennstoffen beheizt werden kann. Dabei werden unter anderem runde oder rechteckförmige Brenneröffnungen eingesetzt, wobei bei großen, eckenbefeuerten Dampferzeugern in der Regel rechteckförmige Brenneröffnungen an den Rohrwandbereichen eines Dampferzeugers zur Anwendung kommen. Die Rohrwände eines Dampferzeugers sind in der Regel aus einer Rohr-Steg-Rohr-Kombination gebildet, wobei die Rohre von einem Kühlmedium durchströmt werden.
Bei heutigen, modernen Dampferzeugern, die in der Regel 8 Brenneröffnungen je Dampferzeuger und Leistungen von mehr als 800 MW sowie eine Bauhöhe von über 100 m aufweisen, sind dementsprechend auch die Brenner und somit auch die Brenneröffnungen mit großen Dimensionen ausgeführt. Dies stellt hohe Anforderungen an die konstruktive Lösung und deren produktionsseitiger Umsetzung der Wandausbiegungen an diesen Brenneröffnungen dar. Diese Brenneröffnungen werden dadurch gebildet, dass eine Rohr-Steg-Rohr-Kombination aus den Ebenen bzw. den Ecken der Rohrwand bzw. den Rohrwänden des Dampferzeugers nach aussen gebogen werden, d. h. von der Brennkammer wegzeigend. Die Erstellung der Wandausbiegungen erfolgt dabei dermaßen, dass sämtliche dafür erforderlichen Rohrbögen und Stege in Einzelfertigung vorgefertigt werden, wobei die Stege zur Verschweißung beidseitig eine K-Nahtanarbeitung erhalten. Anschließend werden die gebogenen Stege mit den Rohrbögen von Hand zu den gewünschten Wandausbiegungen verschweißt.
Infolge der großen Brenneröffnungsdimensionen und der Vielzahl der Handschweißnähte (Rohr-Steg-Rohr) und der daraus resultierenden Schweißanhäufungen ergibt sich eine erhöhte Fertigungsungenauigkeit, hauptsachlich durch starke Schweißschrumpfungen. Ebenso weist das vorgenannte Fertigungsprozedere einen hohen Fertigungsaufwand auf, z. B. durch den Bedarf an Vorrichtungen bzw. Schablonen, um die Maßhaltigkeit und die geometrische Form der Wandausbiegungen zu gewährleisten. Ferner ist aufgrund der Vielzahl von Handschweißungen ein erhöhter Aufwand von Richtarbeiten unumgänglich.
Die vorliegende Erfindung hat sich als Aufgabe gestellt, eine Wandausbiegung im Bereich einer im wesentlichen rechteckförmigen Brenneröffnung vorzuschlagen, bei der deren Herstellung und Montage in effizienter und praktikabler Weise erfolgt. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine Wandausbiegung vorzuschlagen, die die Vereinfachung der Fertigung mit gleichzeitiger Reduzierung der Kosten, Erhöhung der Qualität und Verringerung der Fertigungszeiten vorsieht sowie insbesondere konstruktiv derart ausgelegt ist, dass der an der Brenneröffnung angebaute Brenner eine gute Kühlung erfährt.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch eine Wandausbiegung im Bereich einer im wesentlichen rechteckförmigen Brenneröffnung gemäß der Gesamtheit der Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine Wandausbiegung im Bereich einer im wesentlichen rechteckförmigen Brenneröffnung geschaffen, die die nachfolgenden Vorteile aufweist:

– Die Schweißschrumpfungen an den Wandausbiegungen werden extrem minimiert,
– die Beherrschbarkeit des Fertigungsprozesses der Wandausbiegungen wird erhöht,
– die Formgenauigkeit der Konstruktion der Wandausbiegungen werden deutlich erhöht,
– die Fertigungskosten der Wandausbiegungen werden verringert
– sowie die Fertigungszeiten der Wandausbiegungen werden verringert.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass der Wandbiege-Radius R der Wandausbiegung 100 mm beträgt. Dadurch wird gewährleistet, dass der Brenner in weitgehendster Weise vor thermischer Strahlung geschützt wird, wobei der gewählte Radius fertigungstechnisch ein Optimum darstellt.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Wandbiege-Winkel W der Wandausbiegung 135°. Dieser Winkel stellt fertigungstechnisch ein Optimum dar und schützt den Brenner optimal vor thermischer Strahlung.
Eine zweckmäßige Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass die vorgefertigten Rohrwandsegmente eine Breite von 500 bis 1200 mm aufweisen. Diese Breite stellt ein Optimum dar zwischen dem Wunsch nach wenig Handschweißnähten zwischen den jeweiligen vorgefertigten Rohrwandsegmenten und den fertigungstechnischen Möglichkeiten auf der Walze des Biegewerkzeuges.
In zweckmäßiger Weise liegen die Rohrdurchmesser der Rohre zwischen 31,8 mm und 38 mm und die Wanddicken der Rohre zwischen 4 mm und 7,1 mm. Damit werden aus thermischer Sicht die Anforderungen an den Dampferzeuger erfüllt (Kühlmediumdurchsatz etc.) und zum anderen Dimensionen vorgeschlagen, die hinsichtlich Biegung gut beherrschbar sind. In weiterer zweckmäßiger Ausbildung liegen die Breiten der Stege zwischen 10 und 25 mm.
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen und der Beschreibung näher erläutert.
Es zeigt:
1 eine in der Ansicht schematisch dargestellte rechteckförmige Brenneröffnung einer Dampferzeuger-Rohrwand, die durch Ausbiegung der Rohrwand (Wandausbiegung) im Bereich der Brenner erstellt wird,
2 schematisch dargestellt ein Querschnitt durch die Brenneröffnung gemäß Schnitt „A-A” aus der 1,
3 schematisch dargestellt eine Draufsicht auf ein Rohrwandsegment gemäß der Ansicht „B” aus der 2 (Draufsicht um 90° gedreht).
1 zeigt schematisch dargestellt eine im wesentlichen rechteckförmige Brenneröffnung 2 einer Dampferzeuger-Rohrwand auf, die durch die Wandausbiegung 1 der Rohrwand 3 geschaffen wird.
Erfindungsgemäß wird zumindest ein Teil der Wandausbiegung 1 entlang der beiden Längsseiten 7 der rechteckförmigen Brenneröffnung 2 mittels vorgefertigter Rohrwandsegmente 4 ausgebildet. Die vorgefertigten Rohrwandsegmente 4, die man auch als Rohrbretter bezeichnen kann und die aus einer Kombination aus Rohren 5 und Stegen 6 zusammengesetzt werden, werden erfindungsgemäß in der Werkstatt maschinell und im planen bzw. ebenen Zustand verschweißt (Maschinenschweißung). Dabei werden eine Anzahl an Rohren 5 und Stegen 6 in die dafür vorbereitete Vorrichtung einer Rohrbrettschweißmaschine eingesetzt, um eine gewünschte Breite des vorzufertigenden Rohrwandsegmentes 4 zu erzielen. Als vorteilhaft hat sich dabei eine Breite des Rohrwandsegmentes 4 von 500 bis 1200 mm erwiesen, da dabei die Anzahl der handzuschweißenden Verbindungsschweißnähte der vorgefertigten Rohrwandsegmente 4 untereinander gering gehalten werden kann und dieser Breitenbereich in der Rohrbrettschweißmaschine und später beim maschinellen Biegen gut beherrschbar ist. Um den gewünschten Abstand von Rohr 5 zu Rohr 5 (Rohrteilung innerhalb einer Rohrwand) zu erhalten, werden sämtliche Stege 6 hinsichtlich ihrer Breite kalibriert, bevor sie mittels der Rohrbrettschweißmaschine mit den Rohren 5 verschweißt werden. Durch die Kalibrierung der Stege 6 entfällt in vorteilhafter Weise die aufwendige Anarbeitung der K-Nahtanfasung an diesen Stegen, die ansonsten bei manueller Verschweißung notwendig wird.
Nach dem maschinellen Verschweißen der Rohre 5 und Stege 6 zu einem planen Rohrwandsegment 4 wird dieses erfindungsgemäß als ganzes werkstattseitig maschinell mittels einer Rohrwand-Biegemaschine auf den Wandbiege-Radius R von zwischen 70 bis 140 mm sowie den Wandbiege-Winkel W von zwischen 110° bis 150° gebogen, wobei das Rohrwandsegment 4 vorzugsweise mit einem Wandbiege-Radius R von 100 mm und weiter vorzugsweise mit einem Wandbiege-Winkel W von 135° gebogen ist (siehe 2 und 3). Der Wandbiege-Winkel W versteht sich dermaßen, dass das eine Ende des vorgefertigten Rohrwandsegmentes 4 gegenüber dem anderen Ende des Rohrwandsegmentes 4 um vorzugsweise 135° gebogen ist, d. h. es entsteht ein eingeschlossener Winkel zwischen den beiden Enden des Rohrwandsegmentes 4 von vorzugsweise 45°.
Durch die erfindungsgemäße Vorfertigung von maschinengeschweißten Rohrwandsegmenten 4 wird eine geometrisch genau definierte Form hergestellt, die nach anschließender Biegung diese geometrische Formgenauigkeit beibehält und somit jedes der vorgefertigten Rohrwandsegmente 4 einen maßgenauen und fixen Stützpunkt innerhalb der gesamten Wandausbiegung 1 darstellt.
Da die Rohrwandsegmente 4 durch die Kalibrierung der Stege 6 vor dem Verschweißen in der Schweißmaschine fixe Teilungen aufweisen, entfallen bis zu 95% der Handschweißungen, welche für die Schweißschrumpfungen, hauptsächlich quer zur Rohrachse, verantwortlich sind. Somit tragen die maschinengeschweißten und anschließend gebogenen Rohrwandsegmente 4 dazu bei, die ansonsten auftretenden und durch Schweißschrumpfungen verursachten Maß- und Formabweichungen innerhalb der Wandausbiegungen 1 zu beherrschen.
Die Rohre 5 der Rohrwandsegmente 4 der erfindungsgemäßen Wandausbiegung 1 weisen beispielsweise Rohraußendurchmesser von 31,8 bis 38 mm und Wanddicken von 4 bis 7 mm auf. Die zwischen den Rohren 5 eingesetzten Stege 6 der erfindungsgemäßen Wandausbiegung 1 weisen beispielsweise Breiten von 10 bis 25 mm auf.
Mittels der erfindungsgemäßen Wandausbiegung 1 und deren spezielle Geometrie wird neben der fertigungstechnischen Vorteile auch eine weitgehende Kühlung und Schutz vor thermischer Strahlung des an der Brenneröffnung 2 der Wandausbiegung 1 angebauten Brenners gewährleistet. Dies wird auch speziell durch den engen Wandbiege-Radius R erzielt.
Bezugszeichenliste

1: Wandausbiegung
2: Brenneröffnung
3: Rohrwand
4: Rohrwandsegment
5: Rohr
6: Steg
7: Längsseiten der rechteckförmigen Brenneröffnung

Claims

Wandausbiegung im Bereich einer im wesentlichen rechteckförmigen Brenneröffnung (2), wobei die Wandausbiegung (1) aus Rohrwänden (3) gebildet ist und die Rohrwände (3) aus gasdicht verschweißten Rohr-Steg-Rohr-Kombinationen besteht und deren Rohre (5) von einem Kühlmedium durchströmt werden, wobei zumindest ein Teil der Wandausbiegung (1) entlang der beiden Längsseiten (7) der rechteckförmigen Brenneröffnung (2) mittels vorgefertigter Rohrwandsegmente (4) gebildet werden und wobei die vorgefertigten Rohrwandsegmente (4) im planen Zustand werkstattseitig maschinengeschweißt sind und anschließend werkstattseitig auf einen Wandbiege-Radius (R) von 70–140 mm und einen Wandbiege-Winkel (W) von 110°–150° gebogen sind.
Wandausbiegung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandbiege-Radius (R) 100 mm beträgt.
Wandausbiegung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandbiege-Winkel (W) 135° beträgt.
Wandausbiegung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohrwandsegment (4) eine Breite von 500 bis 1200 mm aufweist.
Wandausbiegung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrdurchmesser der Rohre (5) zwischen 31,8 mm und 38 mm liegen und die Wanddicken der Rohre (5) zwischen 4 mm und 7,1 mm liegen.
Wandausbiegung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breiten der Stege (6) zwischen 10 mm und 25 mm liegen.