DE19821587A1 - Membranwand und Vorrichtung zum Umschließen einer Druckkammer - Google Patents

Abstract

Die erfindungsgemäße Lösung betrifft eine Membranwand und eine Vorrichtung zum Umschließen eines Druckraumes, wobei die beschichteten Stege (6) in Richtung auf die zu schützende Seite des Druckraumes (8) außerhalb der Membranwand-Mittelachse (2) angeordnet sind. Die gefundene Lösung hat den Vorteil, daß die Schutzschicht (3) auf den Stegen, mit denen die Membranwandrohre (1) miteinander verbunden sind, leicht herstell- und reinigbar sind, wobei Materialeinsparungen für die Schutzschicht zu verzeichnen sind und Verwirbelungen auf der Oberfläche der Schutzschicht (3) nicht auftreten. Damit auftretende Biegemomente nicht zur Zerstörung der Membranwand führen, wird diese mittels einer Vorrichtung, bestehend aus Eckverbindern, Zug-Druck-Bändern und Bandagen miteinander verbunden (Fig. 1).

Description

Die vorgeschlagene Lösung betrifft eine Membranwand entsprechend dem Oberbegriff des 1. Patentanspruches und eine Vorrichtung zum Umschließen eines Druckraumes.

Die vorgeschlagene Lösung ist überall dort anwendbar, wo gasdichte Membranwände mit Materialschichten zum Schutz vor Korrosion oder anderen elektrochemischen bzw. chemischen Angriffen erforderlich sind. Das ist insbesondere im Kessel- und Behälterbau der Fall. Weiterhin ist die vorgeschlagene Lösung dort anwendbar, wo ein Verstärken der Membranwand mit Materialschichten zum Schutz und zur Aufnahme von Kräften infolge von Wärmedehnungen und Über- bzw. Unterdruck in dem durch die Membranwände umschlossenen Raum erfolgen muß. Das betrifft insbesondere Räume mit rechteckigem Querschnitt.

Die Gestaltung von Membranwänden erfolgt in der gängigen Praxis durch Verbindungen der Membranwandrohre mit einem dichtgeschweißten Steg in der Mitte der Membranwandachse. Diese Bauweise wird auch als mittige Steganordnung bezeichnet. Die mittige Steganordnung erfolgt, um zu verhindern, daß Kräfte, welche in die Membranwand eingeleitet werden, zu Biegemomenten in der Wand führen, welche zu einer Überbeanspruchung der Membranwandrohre durch aus den Biegemomenten resultierenden Spannungen führen können. Die Kräfte, welche in die Membranwand eingeleitet werden, entstehen aufgrund von Über- bzw. Unterdruck in dem von den Membranwänden umschlossenen Raum und werden im weiteren als Kräfte aus Über- bzw. Unterdruck bezeichnet. Es ist bekannt, daß die Beschichtung solcher Membranwände durch geeignete Materialien zum Schutz der Membranwandrohre vor Korrosion oder anderen elektrochemischen bzw. chemischen Angriffen dient.

Es bestanden bisher Bedenken, die Rohrsteg-Rohrverbindung der Membranwand mit nicht mittiger Steganordnung auszuführen. Der Grund sind die aus der Asymmetrie der Rohrwand resultierenden Biegemomente, welche auftreten, sobald eine Kraft aus Unter- oder Überdruck in der Ebene der Membranwand-Mittelachse und quer zu den Rohren in die Membranwand eingebracht werden. Diese Biegemomente können nach Meinung der Fachleute zur Zerstörung der Membranwandrohre führen. Bedingt durch die unebene Oberfläche von Membranwänden mit mittiger Steganordnung ist es allerdings notwendig, die Schutzschicht der Oberflächenform der Membranwand auszugleichen, was zu einem erhöhten Fertigungsaufwand der Schutzschicht führt. Beispielsweise muß beim Auftragschweißen von Schutzschichten das Schweißwerkzeug und/oder das Werkstück in drei Richtungsachsen bewegt werden. Demzufolge ist bei der gängigen Gestaltung der Membranwand die Oberfläche, auf die die Schutzschicht aufgebracht werden muß, sehr viel größer als die projizierte Fläche der Membranwand, was zu einem erhöhten Aufwand beim Materialeinsatz für die Schutzschicht führt. Wird die Membranwand von einem Fluid überströmt, so kann die unebene Oberfläche der Membranwand zu Strömungsablösungen und Wirbeln führen, welche korrosive oder andere elektrochemische bzw. chemische Angriffe begünstigen. Treten beim Einsatz der Membranwand Verschmutzungen auf der Membranwandoberfläche bzw. der Oberfläche der Schutzschicht auf, so wird sowohl die Anlagerung von Verschmutzungen durch die unebene Oberfläche begünstigt als auch die Reinigung durch die unebene Oberfläche erschwert.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Membranwand zu entwickeln, die die Nachteile des Standes der Technik überwindet und eine Konstruktion aufweist, bei der mit geringem Material- und Fertigungsaufwand eine strömungstechnisch günstige Gestaltung erreicht wird, so daß die Oberfläche eine geringe Neigung zur Verschmutzung aufweist und dennoch gewährleistet ist, daß die Membranwand durch Unter- und Überdruck in einem Druckraum, den sie umgibt, nicht durch auftretende Biegemomente zerstört werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Membranwand entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des 1. Patentanspruches und eine Vorrichtung entsprechend dem Patentanspruch 5 gelöst.

Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungen der Erfindung wieder.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht eine Membranwand vor, deren beschichteter Steg in Richtung auf die zu schützende Seite außerhalb der Mittelwandachse angeordnet ist. Sofern Membranwandrohre durch Stege, die außerhalb der Membranwand-Mittelachse liegen, verbunden werden, können Rohr und Steg miteinander verschweißt sein. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Abstände zwischen den Rohren gleich sind. Vorteilhaft ist, die Rohre mit den Stegen gasdicht über ihre Länge zu verschweißen. Nach dem Verschweißen wird eine entsprechende Schutzschicht über dem Steg und dem Membranwandrohr in Richtung auf die zu schützende Seite aufgebracht. Entsprechende Verfahren dazu sind dem Fachmann bekannt.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der beschichtete Steg auf den Membranwandrohren in Richtung auf die zu schützende Seite angeordnet ist. Das hat den Vorteil, daß nur ein einziger Steg, beispielsweise in Form einer dünnen Platte, auf den in den entsprechenden Abständen angeordneten Membranwandrohren angebracht wird. Das Anbringen kann in der Weise erfolgen, daß die Rohre in den durchgehenden Steg eingelassen oder in entsprechenden Abständen mit dem durchgehenden Steg verschweißt werden. Diese Lösung hat den Vorteil, daß Gasdichtheit durch den durchgehenden Steg ohne weiteres gewährleistet ist. Weiterhin ist die Schutzschicht auf eine einzige Fläche des Steges aufbringbar. Die damit vorhandene, völlig ebene Fläche der Schutzschicht bietet ideale strömungstechnische Verhältnisse und keine Möglichkeit, daß sich Schmutz ansetzt. Wenngleich ein Verschweißen zwischen Steg und Membranwandrohr vorteilhaft ist, können je nach Materialart auch Membranwände hergestellt werden, indem Membranwandrohr und Steg miteinander verlötet oder verklebt werden. Eine andere Variante bei gegossenen Rohren sieht vor, die versetzten Mittelstege in den o. g. Varianten mit anzugießen und durch geeignete Verfahren miteinander zu verbinden.

Vorteilhaft bei den vorliegenden Lösungen ist nicht nur die Tatsache, daß mit geringem Aufwand eine Membranwand entsteht, die gute strömungsmechanische Eigenschaften aufweist, was eine Verminderung der Korrosion bzw. der Verschmutzung zur Folge hat, wobei eine leichte Reinigung möglich ist. Die erfindungsgemäße Membranwand hat für den Hersteller auch einen verminderten Material- und Arbeitszeiteinsatz für das Aufbringen einer Schutzschicht auf die Membranwand zur Folge.

Um zu gewährleisten, daß die erfindungsgemäße Membranwand, vor allem bei ihrem Einsatz in quadratischen oder rechteckigen Druckräumen, durch größere Drücke oder Unterdrücke und das damit verbundene erhöhte Biegemoment zerstört werden, sieht die erfindungsgemäße Lösung weiterhin vor, daß die Membranwände, die einen Druckraum umgeben, mit Zug-Druck-Bän­ dern und Bandagen umgeben sind, wobei die Bandagen mit Eckverbindern zusammengehalten werden. Die Verbindung zwischen zwei Bandagen und einem Eckverbinder ist vorteilhafterweise lösbar ausgeführt. Tritt im Druckraum ein Über- bzw. Unterdruck auf, so wird die Membranwand nach außer gedrückt bzw. nach innen gezogen. Die dabei entstehenden Kräfte werden über ein oder mehrere Gleitverbindungen als Querkräfte auf die Bandagen übertragen. Über weitere Gleitverbindungen werden die Kräfte in die Eckverbinder eingeleitet. Die in die Eckverbinder eingeleitete Kraft liegt in einer Linie mit den Zug-Druck-Bändern. Um ein Knicken der Bänder bei Druckbeanspruchung zu verhindern, sind diese über die Gleitverbindungen mit der Bandage verbunden. Durch diese Konstruktion werden Kräfte aus Über- bzw. Unterdruck quer zu den Rohrachsen und in der Ebene der Membranwand-Mittelachse nicht in die Membranwand, sondern in die Zug-Druck-Bänder eingetragen.

Im folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel und 7 Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Membranwand 14, bei der die Membranwandrohre 1 in den beschichteten Steg 6 eingelassen wurden,

Fig. 2 erfindungsgemäße Membranwand 14, bei der der beschichtete Steg 6 als Platte ausgebildet ist und auf die Rohre 1 aufgeschweißt wurde,

Fig. 3 Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Membranwand 14, bei der der beschichtete Steg 6 oberhalb der Membranwand-Mittelachse 2 zwischen den beschichteten Membranwandrohren 1 angeordnet ist,

Fig. 4 schematische Darstellung der quadratischen Vorrichtung zum Umschließen eines Druckraumes 8, bestehend aus Eckverbindern 11, Bandagen 9, Membranwänden 14 und Zug-Druck-Bandagen 12,

Fig. 5 schematische Darstellung einer quadratischen Vorrichtung zum Umschließen eines Druckraumes 8, bei der zwischen Bandagen 9, Zug-Druck-Band 12 und Membranwand 14 Klemmbleche 10 und Halterungen 16 angeordnet sind,

Fig. 6 Ausschnitt eines Zug-Druck-Bandes 12 mit Klemmblech 10, Halterung 16 und Membranwandsteg 6,

Fig. 7 Ausschnitt eines Eckverbinders 11 an zwei Bandagen 9 mit innenliegender Membranwand 14 und Zug-Druck-Band 12.

Fig. 1 zeigt den Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Membranwand 14, bei der die Membranwandrohre 1 und die Stege 6 eine glatte Oberfläche bilden. Die Membranwand mit Steg 6 mit Stegdurchmesser 5 wurde mit einer Schutzschicht 3 mit dem Schutzschichtdurchmesser 4 beschichtet. Die Oberfläche der Stege 6 und die Scheitel der Membranwandrohre 1 liegen in einer Ebene. Die Stege 6 werden einzeln mit den Membranwandrohren 1 verschweißt. Bei dieser Steganordnung ist eine optimale Wärmeabfuhr aus den Stegen 6 bei gleichzeitig glatter Oberfläche der Membranwand 14 möglich.

Sollte der Fertigungsaufwand für diese Art von Membranwand 14c zu hoch und die thermische Belastung der Membranwand 14 relativ klein sein, so können die Membranwandrohre 1 auch in gleichmäßigen Abständen, parallel mit dem Steg 6 verschweißt werden, der - wie Fig. 2 zeigt - ebenfalls eine durchgehende Platte darstellt. Diese Lösung hat den Vorteil, daß die Platte vor der Montage beschichtbar ist.

Die Fig. 3 zeigt eine Variante, bei der die Stege 6 zwischen den Membranwandrohren 1 außerhalb der Membranwand-Mittelachse 2 angeordnet sind. Bei dieser Lösung überzieht die Schutzschicht 3 sowohl das Membranwandrohr 1 als auch den Steg 6 zwischen den Membranwandrohren 1.

Die Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der quadratischen Anordnung von vier Membranwänden 14 um einen Druckraum 8, wobei die Membranwände 14 von Bandagen 9 und Zug-Druck-Bändern 12 umgeben sind und Eckverbinder 11 die Bandagen 9 miteinander verbinden. Die Verbindung mit den Eckverbindern 11 wird als lösbare Verbindung zwischen den Bandagen 9 in Fig. 7 gezeigt.

Zwischen den Bandagen 9, Zug-Druck-Bändern 12 und der Membranwand 14 sind Klemmbleche 10 und Halterungen 16 mit Sicherungsblechen 17 angebracht, wie das aus Fig. 5 zu entnehmen ist. Diese Verbindung ist detailliert noch einmal aus Fig. 6 zu entnehmen. Klemmbleche 10 und Halterungen 16 können mit der Membranwand 14 verschweißt und über die Länge der Wand versetzt zueinander angeordnet sein. Zwischen der Bandage 9, die als Stahlträger ausgebildet sein kann, und dem Zug-Druck-Band 12 muß eine Gleitbewegung möglich sein.

Bezugszeichenliste

1

Membranwandrohr

2

Membranwand-Mittelachse

3

Schutzschicht

4

Schutzschichtdurchmesser

5

Stegdurchmesser

6

Steg

7

Rohrabstand

8

Druckraum

9

Bandage

10

Klemmblech

11

Eckverbinder zur Übertragung der Kräfte aus den Bandagen

9

auf die Zug-Druck-Bänder

12

12

Zug-Druck-Band

14

Membranwand

16

Halterung der Bandage

9

mit Sicherungsblech

17

auf der Membranwand

14

17

Sicherungsblech

18

Bolzen

Claims (9)

1. Membranwand, bestehend aus Membranwandrohr, Schutzschicht und Steg, dadurch gekennzeichnet, daß ein beschichteter Steg (6) in Richtung auf die zu schützende Seite außerhalb der Membranwand-Mittelachse (2) angeordnet ist.

2. Membranwand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der beschichtete Steg (6) auf den Membranwandrohren (1) in Richtung der zu schützenden Seite angeordnet ist.

3. Membranwand nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der beschichtete Steg (6) auf die Membranwandrohre (1) aufgeschweißt ist.

4. Membranwand nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranwandrohre (1) in den beschichteten Steg (6) eingelassen sind.

5. Vorrichtung zum Umschließen eines Druckraumes (8), vorzugsweise mit rechteckigem Querschnitt, bestehend aus Membranwänden (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und Eckverbindern (11), zwischen denen in Richtung auf den Druckraum (8) die Membranwände (14) innen mit dahinterliegendem Zug-Druck-Band (12) und Bandagen (9) angeordnet sind, wobei die Eckverbinder (11) die Bandagen (9) verbinden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Membranwand (14) und Bandage (9) eine Halterung (16) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Zugband (10) und Bandage (9) Klemmbleche (10) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7.

dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen zwischen Bandagen (9) und Eckverbinder (11) lösbare Verbindungen darstellen.