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K ü h l t u r m Die Erfindung betrifft einen Kühlturm mit einem in
Leichtbauweise errichteten Kühlturmmantel, der durch ein Gitterwerk aus geradlinig
verlaufenden, vorgespannten Seilen unter Zwischenschaltung mindestens eines Bandagenringes
von einer zentralen MittelstUtze getragen wird.
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Es sind bereits unter Verwendung einer Stahlkonstruktion hergestellte
Kühltürme bekannt, bei denen die Stahlkonstruktion aus die Mantel fläche des KUhlturms
umhUllenden, gerade durchlaufenden Profileisen mit Ausfachungen gebildet wird, so
daß ein Kühlturm in Fachwerkbauweise von hyperbolischer Form entsteht. Zur Bildung
des Kühlturmmantelsf wird das Fachwerk mit Holz oder anderem geeigneten Material
beplankt. Die zur Bildung des Fachwerkes verwendete Stahlkonstruktion hat nicht
nur den Nachteil eines verhältnismässig großen Aufwandes bei der Erstellung dei
KUhlturmes, sondern erfordert darüber hinaus hohe Unterhaltskosten fur die Stahlkonstruktion,
so daß sich diese Bau form insbesondere ftir größere Kühl stürme nicht behaupten
konnte.
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Es sind darUber hinaus Kühltiirme bekannt, die in Stahlbetonbauweise
erstellt werden. Nach einem bekannten Verfahren wird dabei der Kühlturmmantel im
Gleit-, Kletter- oder Drehschalungsverfahren aus Beton gegossen, wobei die erforderlichen
Bewehrungseisen abschnittswelse in den Beton eingebunden werden. Nach einem weiteren
bekannten Verfahren werden zwischen einem HilfsgerUst am oberen Rand des Kühlturmmantels
und einem feststehenden Ringbalken am unteren Rand
geradlinig verlaufende
Seile mit entsprechender Vorspannung angeordnet und zu einem Gitterwerk verknüpft.
Dieses Gitterwerk wird anschließend mit Beton im Spritzverfahren verkleidet. Nachdem
der Mantel auf diese Weise fertiggestellt und der Beton erhärtet ist, werden die
Spannseile vom oberen Ringbalken, der an dem Hilfsgerüst befestigt ist, gelöst.
Die den Seilen aufgezwungene Spannung überträgt sich nunmehr als Druckspannung auf
den umhüllenden Beton und verleiht dem Kühlturmmantel seine Stabilität und Festigkeit.
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Die voranstehend beschriebenen Betonkonstruktionen erfordern einen
sehr hohen Aufwand an Rüstungs- und Schalungskosten. Ein weiterer Nachteil besteht
darin, daß insbesondere bei sehr großen Kühlturm einheiten der Raum zwischen dem
Erdboden und der Unterkante des Kühlturmmantels aus statischen Gründen ein bestimmtes
Maß nicht überschreiten kann. Hierdurch ist der freie Querschnitt für die zuströmende
Luft begrenzt, woraus sich besondere Probleme bezüglich der gleichmäßigen Verteilung
der Kühlluft auf den Kühlturmquerschnitt ergeben.
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Es ist schließlich ein Ventilator-Kühlturm in Rundbauweise bekannt,
bei dem das Tragwerk aus einer Seilkonstruktion besteht, die mit einem geeigneten
Material verkleidet ist. Am Austritt und im Bereich des engsten Querschnittes wird
der Querschnitt des Kühlturmmantels durch Speichenringe fixiert,die mit einer MittelstUtze
fest verbunden sind und das Gewicht des Kühlturmmantels auf die Mittelstütze übertragen.
1 Diese bekannte Seilkonstruktion besitzt den wesentlichen Nachteil, daß die Spannseile
im Bereich des engsten Querschnitts in ihrem Verlauf derart stark abgebogen sind,
daß sie in zwei Abschnitten gespannt werden müssen. Im Bereich des oberen, sich
erweiternden Teiles des Kühlturms müssen die Seile zwischen dem Speichenring am
oberen Austrittsrand des KUhlturms und zwischen dem Speichenring im engsten Querschnitt
gespannt werden. Die in den Seiten wirkenden Zugkräfte wirken als Biegemomente auf
die Speichenringe. Zur Umwandlung dieser Biegemomente in Normalkräfte,die von den
Speichen aufgenommen werden können, müssen die Speichen so angeordnet werden,daß
sie
auf der Mantelfläche eines gedachten Kegels liegen. Bei großen Kühlturmeinheiten
ergeben sich sehr große Abmessungen für diese Speichen, weil infolge des großen
Abstandes des Mantels von der Mittelstütze das Biegemoment aus dem Eigengewicht
der Speichen und dem Gewicht des Ringes entsprechend groß wird. Durch diese Speichenanordnung
wird die Strömung der Kühlluft erheblich gestört.
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Der sich hierdurch ergebende erhöhte Strömungswiderstand muß entweder
durch eine Vergrößerung der Ventilatorleistung oder bei einem Kühlturm mit natürlichem
Zug durch Vergrößerung der Bauhöhe überwunden werden. Schließlich ergibt sich durch
die infolge der Speichen entstehenden Strömungsstörungen ein Betriebsgeräusch mit
einem erheblichen Geräuschpegel.
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Alle bekannten Kühl türme besitzen gemeinsam den Nachteil, daß sie
praktisch nur mit kreisförmigem Querschnitt ausgeführt werden können. Bei sogenannten
Trockenkühltürmen, bei denen das zu kühlende bzw. zu kondensierende Medium durch
in Elementen zusammengefaßte Rippenrohrbündel strömt, ergeben sich aus dem kreisförmigen
Querschnitt der Kühlturm Schwierigkeiten bei der Aufstellung der Kühlelemente. Da
die Kühlelemente auf einem Rechtecgoder einem Quadrat angeordnet sind, verbleiben
zwischen dieser Anordnung und dem Kühlturmmantel Zwickelflächen, die nicht oder
nur sehr schwer mit Kühlelementen besetzt werden können. Ein Offenlassen dieser
Flächen ist aber nicht möglich, da diese gegen den Kühlluftstrom abgedeckt werden
müssen, wenn nicht durch diese Zwickelörfnungen ein erheblicher Teil der Kühlluft
ungenutzt vorbeistreichen und damit die Kuhlleistung des Kühlturmes stark vermindert
werden soll.
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Ausgehend von einem Kühlturm der eingangs beschriebenen Art liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, -unter Vermeidung der konstruktiven und betrieblichen
Nachteile der bekannten Kühltürme eine konstruktiv einfache und wirtschaftlich besonders
günstige Bauart zu schaffen, die unter Verwendung einfacher und mit vorausbestimmbaren
Beanspruchungen belasteter Konstruktionselemente eine gute Anpassung des Einströmquerschnittes
an die Jeweiligen Gegebenheiten ermöglicht.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittelstütze über den oberen, durch einen Bandagenring gebildeten Rand des
Kühjturmmantels hinausragt und daß der Bandagenring mittels schrägverlaufender Tragseile
an der Mittelstiltze aufgehängt ist.
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Der erfindungsgemäße Kühlturm besitzt gegenüber den bekannten Kühlturmes
den Vorteil, daß er konstruktiv einfacher und erheblich preisgünstiger herstellbar
ist, da sowohl in-den Spannseilen als auch in den schrägverlaufenden Tragseilen
nur normale Kräfte übertragen und abgeleitet werden, die problemlos von der Mittelstütze
aufgenommen werden können. Der Innenraum des Kühlturmes enthält außer der Mittelstütze
keine störenden und die Luftströmung ungünstig beeinflussenden Einbauten, wodurch
sich erheblich niedrigere Betriebskosten und geringere Betriebsgeräusche ergeben.
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Schließlich ist es bei dem erfindungsgemäßen Kühlturm möglich'den
luftdichten Kühlturmmantel in beliebiger Höhe über dem Erdboden zu beginnen, so
daß der Eintrittsquerschnitt ohne Rücksicht auf die -Kühlturmkonstruktion auf die
der gewUnschten Kühlleistung entsprechende Kühlluftmenge abgestimmt werden kann.
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Zur Stabilisierung der Unterkante des Kühlturmmantels kann gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung am unteren Rand des Kühlturm mantels ein weiterer
Bandagenring angeordnet sein, der entweder mittels der durchlaufenden Spannseile
des Kühlturmmantels oder gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung mittels geradlinig
verlaufender Halteseile an Fundamenten befestigt ist. Diese erfindungsgemäße Ausbildung
ermöglicht die Unterteilung der Spannteile in die eigentlichen Spannseile und Halteseile,
die in Anzahl, Stärke und Verlauf von den Spannseilen abweichen können, so daß der
Querschnitt des Kühlturmes im Bereich des Lufteintrlttes von der Kreis form des
Kühlturmmantels abweichen und insbesondere eine quadratische oder rechteckige Form
einnehmen kann, die eine optimale Anordnung der Kühlelemente gestattet. Hierbei
können die einzelnen Fundamente zu einem Fundamentring beliebiger Form miteinander
verbunden sein.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann im Bereich des Kühlturmmantels
mindestens ein-weiterer Bandagenring angeordnet werden,
so daß vorzugsweise
im engsten Querschnitt des Kühl turmes eine weitere Stabilisierung erfolgt. Diese
Bandagenringe können entweder an den durchlaufenden Spannseilen oder gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung über schrägverlaufende Spannseile an der MittelstUtze
aufgehängt sein. Weiterhin ist es möglich, die Bandagenringe als vielzählige Polygone
aus geraden Stücken zusammenzusetzen, deren Seitenzahl zur Anzahl der Spann- bzw.IIaiteseile
in einem ganzzahligen Verhältnis steht.
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Um eine Ausrichtung des Abluftstromes und damit eine wünschenswerte
Auswirkung auf den Auftrieb der Gase zu erzielen und außerdem abwärts gerichtete
Luftströmungen infolge Wirbelbildung am Rand der Austrittsöfftung zu verhindern,
ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung an den Tragseilen mindestens ein
Abweisring berestigt.
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Dieser Abweisring kann in der einfachsten Art die Form eines geraden
Zylinders besitzen und mit mehreren derartigen Abweisringen treppenförmig angeordnet
sein. Um eine Konvergenz oder Divergenz der Abluft~ strömung zu erreichen, können
mehrere Abweisringe mit einem die Strömungsrichtung beeinflussenden Ringquerschnitt
verwendet werden, beispielsweise in der Form eines TragRlächenprofils.
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Mit der Erfindung wird schließlich vorgeschlagen, in der MittelstUtze
eine wendelförmig verlaufende Treppe und bzw.oder einen Aufzug und auf der Mantel
fläche der Nittelstütze Auflagerflächen für einen drehbaren und in der EIöhe veränderlichen
Kran anzuordnen. Die auf der Innenselte der hohlen Mitteistütze wendelförmig verlaufende
Treppe ergibt eine Versteifung der MlttelstUtze; der auf der Mittelstütze drehbare
Kran ermöglicht nicht nur eine leichtere Montage des Kühlturmes und der Kühlelemente,
sondern erleichtert darüber hinaus die Überwachung des fertigen Kühlturmes.
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Insgesamt ergibt sich mit der Erfindung ein Kühlturm, der sowohl als
sogenannter nasser Kühlturm mit offenem Wasserkreislauf als auch als trockener Kühlturm
verwendet werden kann,wobei der Zug innerhalb des Kühlturmmantels nicht nur durch
den natijrlichen Auftrieb der erwärmten Luft,sondern auch durch einen Ventilator
erzeugt werden kann. Die Verkleidung des erfindungsgemäßen Kühlturmes kann mit Jedem
geeigneten Werkstoff erfolgen.
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Die erfindungsgemäße Aufhängung des Kühlturmmantels kann auch bei
Massivtürmen in Betonkonstruktion vorteilhaft angewandt werden.
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Hierbei können die Stützen im unteren Bereich des Kühlturms schlanker
ausgeführt werden, weil ein Teil der senkrechten Last über die Mittelsttitze abgeleitet
wird. Hierdurch ist es möglich, den Abstand zwischen dem unteren Rand des Kühlturmmantels
und dem Erdboden so groß zu machen, daß die Kühlluft in erforderlicher Menge ungehindert
in den Kühlturm eintreten kann bzw. bei einem Trockenkühlturm in diesem Bereich
die erforderlichen Kühlelemente angeordnet werden können. Die Warmluftabfuhr wird
auch bei dieser Art der Kühl türme durch die Abweisringe oberhalb des Austrittsrandes
des Kühlturmmantels günstig beeinflußt. Zudem ergibt die erfindungsgemäße Bauweise
ein erheblich elastischeres Bauwerk, das z.B. bei der Errichtung solcher Kühl türme
in Bergschäden- oder Erdbebengebieten sehr vorteilhäft ist. Infolge der größeren
Elastizität kann ein Kühlturm nach der erfindungsgemäßen Bauweise außerdem wesentlich
größeren dynamischen Beanspruchungen ausgesetzt werden als ein Kühl turm in herkömmlicher
Massivbauweise.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäs
sen Kühlturmes dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen
Kühlturm und Fig. 2 einen Querschnitt gemäß der Schnlttilnie II-II in Fig.1.
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Der als Ausführungsbeispiel dargestellte Kühlturm besitr't eine MittelstUtze
1, an der ein Bandagenring 2 mittels schrägverlaufender Tragseile 3 aIifgehängt
ist. An diesem Bandagenring 2 ist ein Gitterwerk aus geradlinig verlaufenden Spannseilen
4 verarlkelr t, die mit ihrem unteren Ende an einem weiteren Bandagenring 5 befestigt
sind.
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Die Spannseile 4 ergeben insgesamt einen hyperbololdischen Körper.
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Die Spannseile 4 können aber auch durchgehend bis zum Fundament des
Kühlturmes ausgeführt sein.
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Die Verankerung des aus den Spannsellen 4 gebildeten Gitterwerkes
erfolgt beim dargestellten Ausführungsbeispiel über Halteseile 6, welche zwischen
dem unteren Bandagenring 5 und einzelnen Fundamenten 7 geradlinig gespannt sind.
Beim Ausführungsbeispiel sind die Fundamente 7 auf einem Quadrat angeordnet; die
mit den nicht ge
zeichneten Kühl elementen zu besetzende. Fläche
ist somit quadratisch, während der Querschnitt des Kühl turmes kreisförmig ist.
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Das aus den Spannseilen 4 gebildete Gitterwerk zwischen dem oberen
Bandagenring 2 und dem unteren Bandagenring 5 wird durch einen Kühlturmmantel 8
aus beliebigem Material umhüllt. Als Material könnten Kunststoff- oder Asbestzementplatten,
Kunststoffschaum, Kunststoffolie oder Beton verwendet werden.
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An den den oberen Bandagenring 2 tragenden Tragseilen 3 sind drei
Abweisringe 9 aufgehängt, die den Abluftstrom richten und bei auftretenden Seitenwinden
Wirbelbildungen und abwärts gerichtete Strömungen im Kühlturm verhindern. Zur Erhöhung
der Standfestigkeit des Kühlturmes kommen zusätzliche Abspannseile lo angeord net
werden.
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Die Fig.2 läßt; erkennen, wie der kreisförmige Querschnitt des Kühlturmes
im Bereich des Kühlturmmantels 8 in einen quadratischen Querschnitt im Bereich der
Eintrittsöffnung für die Kühlluft übergeht.
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Mit strichpunktierten Linien ist in Fig.1 die Anbringung eines weiteren
Bandagenringes 11 im engsten Querschnitt des Kühlturmmantels 8 angedeutet, der zur
Stabilisierung des Gitterwerkes aus den Spannseilen 4 dient und gegebenenfalls über
Tragseile 12 an der Mittelstütze 1 aufgehängt ist.