DE1750764C3 - Aufhängevorrichtung für einen senkrecht angeordneten Gasführungsabschnitt in einem Dampferzeuger - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Aufhängevorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 gekennzeichneten Art. Solche Gasführungsabschnitte werden in Dampferzeugern für Kraftwerke verwendet, um z. B. zwischen dem Gasauslaß des an einer raumfesten Basis aufgehängten Heizkessels und dem fest mit dem Boden verbundenen Lufterhitzer eine gelenkige Verbindung herzustellen, die unterschiedliche Ausdehnungen ausgleicht, die eine Folge der Erhitzung der einzelnen Bauteile des Dampferzeugers sind. Solche Aufhängevorrichtungen werden in Dampferzeugern der beschriebenen Art seit langem benutzt. Die Erfindung geht von diesem Stand der Technik aus.

Der sonstige Stand der Technik zeigt zahlreiche Anwendungen von Ausdehnungsverbindungen mit balgförmigen Verbindungsstücken. Diese betreffen aber z.B. Parallelführungen (USA.-Patente 2 335 478, 2 929 397) und Vorrichtungen zum Ausgleich des Druckes in den Ausdehnungsbälgen (USA.-Patent 2 545 701) oder gelenkige Lagerungen (französische Patentschrift 1277 491. Schließlich ist es durch die USA.-Patentschrift 787 870 auch bekannt, Kupplungen für Luftdruckleitungen einerseits an einem Gelenkstab und andererseits an einer Feder waagerecht aufzuhängen, um die Kupplungen von zwei Wagen eines Zuges miteinander in gleicher Höhe verbinden zu können und trotzdem während der Fahrt die Ungleichheiten der Gleisstöße ausgleichen zu können. Die Anwendungsgebiete all dieser Konstruktionen liegen abseits — bei einzelnen sehr weit abseits — von den Gasführungen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 gekennzeichneten Art und ihren Problemen.

Bei der Stützvorrichtung für das Rohrsystem eines Steikohr-Strahlungsdampfkessels nach der DT-AS 1032265 sind zwar parallel zu den senkrechten Rohren verlaufende Geienkstäbe vorgesehen, von denen einer über eine Feder und der andere ungefedert an einem Gerüst befestigt ist Diese Gelenk stäbe sind aber durch waagebalkenartig an dem Rohrsystem angreifende Querstäbe verbunden, so daß die gesamte Stützvorrichtung wie ein federnd abgestützter, einzelner Gelenkstab wirkt

Bei den eingangs erwähnten Aufhängevorrichtungen sind die Gelenkstäbe starr, so daß die Wärmebewegungen zwischen den miteinander verbundenen Gasführungsteilen durch die Ausdehnungsbälge aufgenommen werden müssen. Deshalb sind diese Scherkräften aufgesetzt, die mit steigender Größe der Dampferzeuger wachsen und zur Beschädigung oder Zerstörung der Ausdehnungsbälge führen können.

Die Erfindung hat die Aufgabe, solche Beschädigungen und Zerstörungen durch Scherkräfte möglichst zu vermeiden, ohne dabei die Faltenzahl der Ausdehnungsbälge und damit den Materialaufwand und die Kosten zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß wegen der unterschiedlichen Wärmebewegung in senkrechter Richtung der Gasführungsabschnitt einer Schwenkbewegung abgesetzt «st, die bisher auf die Ausdehnungsbälge übertragen wurde. Nimmt man diese Bewegung — wie definiert — nachgiebig auf, so kann durch die Bemessung der Bauteile, insbesondere der Federkraft bei bestimmten Auslenkungen, d.h. bei bestimmten Temperaturen bzw. Betriebszuständen, die Scherkraft völlig kompensiert werden. Zweckmäßig wird diese Bemessung für den Vollastbetrieb des Dampferzeugers vorgesehen.

Da der die Schwenkbewegungen aufnehmende Gelenkstab entweder auf einer Druckfeder abgestützt oder an einer Zugfeder aufgehängt werden kann, kennzeichnet der Anspruch 2 eine wichtige Ausführungsform der Erfindung.

Die Bemessung der Federkonstanten gemäß Anspruch 3 ermöglicht eine günstige Kompensation der Scherkräfte und damit eine kostensparende Bemessung der Ausdehnungsbälge.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles, das in den Zeichnungen dargestellt ist. Es zeigt

F i g. 1 das Schema einer Dampferzeugeranlage mit Gasführungsteilen und Lufterhitzer,

F i g. 2 den Gasführungsabschnitt der F i g. 1 mit der Aufhängungsvorrichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 3 eine Ansicht längs der Linie 3-3 der Fig. 2,

Fig.4 die gleiche Ansicht, jedoch in der verschwenkten Lage des Gasführungsabschnittes,

F i g. 5 und 6 Einzelheiten der nicht federnden Gelenkstäbe,

F i g. 7 Einzelheiten der federnden Aufhängung.

Der Dampferzeuger 10 besteht — wie aus dem Schema der F i g. 1 hervorgeht — in bekannter Weise aus einer Brennkammer 12 mit einer hinteren Gasführung 14 (F i g. 1 bis 4). Der Gasauslaß 16 der hinteren abwärtsführenden Gasführung ist mit einem Lufterhitzer 18 verbunden, und zwar durch den mit

dem Gasauslaß 16 fest verbundenen Abschnitt 20 und dem beweglichen Abschnitt 22, der eine flexible Verbindung zwischen dem Abschnitt 20 bzw. dem Gasauslaß 16 und dem Gaseinlaß ?A des Lufterhitzers 18 bildet. Die Rohrwände des Dampferzeugers 10 sind an dem Stahlrahmen 26, der eine feste Basis bildet, mit Hilfe von Aufhängern 28, aufgehängt. Der Lufterhitzer 18 dagegen ist auf einen mit dem Boden verbundenen festen Fundament durch Stützen 30 befestigt.

Wird eine solche Anlage aus dem abgeschalteten Zustand auf Vollast gefahren, so tritt eine thermische Ausdehnung der dampfführenden Teile sowohl des aufgehängten Dampferzeugers 10 als auch des mit dem Boden verbundenen Lufterhitzers 18 auf. Der Gasauslaß des Dampferzeugers bewegt sich also vom Stahlrahmen 26 aus gesehen abwärts, wie dies durch den Pfeil α in F i g. 2 angedeutet ist» Der Pfeil b deutet an, daß der Lufterhitzer 18 sich vom Boden aus gesehen nach oben ausdehnt. Durch die Pfeile c in ao F i g. 2 und d in F i g. 3 ist datgestellt, daß am Gasauslaß zusätzliche Querbewegungen in diesen Ebenen auftreten, die sich daraus ergeben, daß alle Ausdehnungen von einem Punkt oder einer Linie 32 und 34 ausgehen, bei denen auf Grund der Konstruktion as die Ausdehnung Null herrscht. Der Lufterhitzer 18 dehnt sich in Querrichtung entsprechend den Pfeilen e und / (F i g. 2 und 3) aus. Die Bewegungen, die die Bauteile infolge der thermischen Ausdehnung gegeneinander ausführen, veranlassen zusammen eine Schwenkbewegung (Fig. 4) des Gasführungsabschnittes 22. Diese Schwenkung des Gasfühmngsabschnittes wird dadurch aufgenommen, daß er an den Gasauslaßabschnitt 20 des Dampferzeugers 10 und an den Gaseinlaß 24 des Lufterhitzers 18 durch Ausdehnungsbälge 36 und 38 angeschlossen ist. Wie die Gasführungsabschnitte haben diese Bälge in der Regel rechteckigen Querschnitt und besitzen mehrere Falten 40, deren Anzahl sich nach den auftretenden Bewegungen richtet. Der Gasführungsabschnitt 22 ist an senkrechten Gelenkstäben 46 und 48 aufgehängt. Davon ist ein Stab 46 an beiden Enden durch je einen Lagerbolzen 60 und 62 an der Basis 44 und am Gasführungsabschnitt 22 über einen Arm 52 befestigt. Der andere Gelenkstab 48 ist federnd mit der Basis 44 und über einen Lagerbolzen 72 und den Arm 68 mit dem Gasführungsabschnitt 22 verbunden. Bei einer solchen Aufhängung des Gasführungsabschnittes 22 kann die Anzahl der für jeden Ausdehnungsbalg notwendigen Falten leicht berechnet werden, und zwar nur mit Hilfe von geometrischen und trigonometrischen Betrachtungen. Die Federn können so eingestellt werden, daß ihre Reaktionskraft die in den Ausdehnungsbälgen auftretenden Scherkräfte ausgleicht, wenn der Gasführungsabschnitt sich in seiner »heißen« Stellung befindet; dann hat man den großen Vorteil, daß die Bälge während des Betriebes mit Vollast keine Scherkräfte aufzunehmen haben. Einzelheiten des ungefederten Gelenkstabes 46 sind aus den F i g. 5 und 6 ersiehtlieh, während die F i g. 7 Einzelheiten des Gelenkstabes 48 mit der Federvorrichtung 66 zeigt. Wie erwähnt, soll nur ein einziger Gelenkstab 46 ungefedert sein. Werden mehr als zwei Gelenkstäbe verwendet, so sind alle weiteren federnd ausgebildet. Bei einer Hochleistungseinheit, bei der der Gasführungsabschnitt Abmessungen von 3 bis 9 m hat, kommt man ifidoch noch mit zwei Gelenkstäben aus.

Die F i g. 5 bis 7 lassen ohne weiteres erkennen, daß die Verbindung zwischen dem Arm 52 und der festen Basis 44 mittels einer Stange 54 über Bolzen 60 und 62 und Bügel 56 und 58 erfolgt. Der Gasführungsabschnitt 22 ist also um den Bolzen 62 und die Stange 54 um den Bolzen 60 schwenkbar. Der federnde Gelenkstab 48 ist vorzugsweise auf der dem ungefederten Gelenkstab 46 entgegengesetzten Seite des Gasführungsabschnitts 22 angebracht und hängt zweckmäßig, aber nicht zwingend in der gleichen Ebene. Es ist vorteilhaft, wenn sich der federnde Gelenkstab 64 auf der Seite des Gasführungsabschnittes befindet, auf der sich der zugeordnete Aufhängungspunkt, d. h. der Bolzen 72 bei der Schwenkbewegung des Gasfühmngsabschnittes abwärts bewegt. In einem Gehäuse 74 mit Abschlußplatten 76 und 78 ist eine Druckfeder 80 angeordnet, die durch eine Hängestange 64 zusammengedrückt wird, wenn über den Bügel 70, den Bolzen 72 und den Arm 68 der Gasführungsabschnitt 22 daran aufgehängt wird. Das Federgehäuse mit seiner Grundplatte 78 liegt auf dem Träger 44 auf, und die Federkonstante der Feder 80 ist so gewählt, daß sie beim Ausschwenken des Gasfühmngsabschnittes 22 einen ausreichenden Weg zurücklegen kann und in der »heißen« Stellung die Scherkräfte in den Ausdehnungsbälgen ausgleicht.

Beim Anfahren des Kraftwerkes bis zur Vollast erfolgt eine thermische Ausdehnung der Bauteile in drei Richtungen entsprechend den Pfeilen α bis/ in den Fig.2 und3. Es verschieben sich dadurch der feste Gasführungsabschnitt 20 und der Lufterhitzer gegeneinander, so daß der sie verbindende, gelenkig aufgehängte Gasführungsabschnitt 22 in horizontaler Richtung von seiner ursprünglichen Stellung nach rechts verschoben wird, weil die Horizontalbewegung des Gasfühmngsabschnittes 20 größer als die des Lufterhitzers ist. Außerdem ergibt sich eine Drehbewegung im Uhrzeigersinne, weil die senkrechte Komponente der Verschiebung der öffnung des festen Gasauslaßabschnittes 20 größer ist als die des Gaseinlasses 24 des Lufterhitzers 18. Dadurch ergibt sich die aus der Fi g. 4 ersichtliche Stellung der Bauteile.

Die Ausdehnungsbälge müssen entsprechend den sich durch diese Bewegungen ergebenden Spannungen ausgelegt sein. Zwei Gesichtspunkte erleichtern die Berechnung der Ausdehnungsbälge. Die Kreisbewegung des festen Gelenkstabes 46 und des daran aufgehängten Gasfühmngsabschnittes 22 lassen eine genaue Bestimmung der Auslenkung des Gasfühmngsabschnittes gegenüber seiner ursprünglichen Stellung zu. Auf der anderen Seite kann die Reaktionskraft an dem Lager 72 so vorausbestimmt werden, daß sie gerade der größten Scherkraft entspricht, der die Ausdehnungsbälge ausgesetzt sind, wenn der Dampferzeuger unter Vollast arbeitet und der Gasführungsabsrhnitt 22 seine »heiße« Stellung erreicht hat. Beide Kräfte gleichen sich dann aus. Die Feder kann auch so bemessen werden, daß in der »kalten« Stellung des Gelenkabschnittes keine übermäßige Spannung in den Ausdehnungsbälgen entsteht.

Bei der Berechnung kann man annehmen, daß der Gasführungsabschnitt 22 eine reine Drehbewegung ausführt, obwohl auch der Lagerbolzen 62 selbst auf einem Kreisbogen sich bewegt. Da jedoch bei der praktischen Anwendung der Gelenkstab 46 mehr als 3 Meter lang ist, die seitliche Bewegung des Lager-

Dlzens 62 aber kleiner als 7 cm, kann man annehien, daß die Bewegung des Lagerbolzens 62 linear folgt, ohne daß die Genauigkeit der Berechnung eeinträchtigt wird.
Die weiteren geometrischen und trigonometrischen Berechnungen auf Grund der in den Fig. 1 und 2 mit großen Buchstaben bezeichneten Abmessung sind nicht weiter ausgeführt, weil sie im Rahmen des Fachmännischen liegen, wenn die vorstehenden Erläuterungen beachtet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Aufhängevorrichtung für einen in einem Dampferzeuger etwa senkrecht angeordneten Gasführungsabschnitt, der mit seinen beiden Enden über je einen Ausdehnungsbalg an die öffnungen zweier Gasführungsteile angeschlossen ist und der durch mindestens zwei zueinander etwa parallele, getrennt voneinander am Gasführungsabschnitt angreifende Gelenkstäbe an einer raumfesten »» Basis beweglich befestigt ist, wobei die Gasführungsteile im Betrieb sowohl axiale als auch quer dazu gerichtete Wärmedehnbewegungen ausführen, dadurch gekennzeichnet, daß zur nachgiebigen Aufnahme von Schwenkbewegungen »5 des Gabiführungsabschnittes (22) mindestens ein Gelenkstab (48) über eine Feder (80), aber nur ein einziger anderer Gelenkstab (46) nichtfedernd mit der Basis (44) verbunden ist

2. Aufhängevorrichtung nach Anspruch 1, da- ao durch gekennzeichnet, daß die Feder (80) auf der Seite des Gasführungsabschnittes (22) angeordnet ist, die sich unter Einwirkung der äußeren Kräfte abwärts bewegt. #

3. Aufhängevorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung der Feder (80), daß ihre Reaktionskraft zum Ausgleich der Scherkräfte ausreicht, die bei der maximalen Auslenkung des Gasführungsabschnittes (22) auftreten.