DE2161003A1

DE2161003A1 - Zusammengesetzte hängende Brennkammer-Rohrwand

Info

Publication number: DE2161003A1
Application number: DE19712161003
Authority: DE
Inventors: Carl Barberton; Wiener Murray Akron; Ohio Lieb (V.StA.)
Original assignee: Deutsche Babcock and Wilcox AG
Current assignee: Deutsche Babcock and Wilcox AG
Priority date: 1970-12-29
Filing date: 1971-12-09
Publication date: 1972-09-07
Also published as: JPS5634762B1; US3665893A

Description

β» Dezember 1971 Tpat/1632/S/Fr

Zusammengesetzte hängende Brennkammer-Rohrwand

Die Erfindung betrifft eine Naht zur Verbindung von zwei Rohrwandteilen_e Jedes Teil für sich ist eine Wand aus lotrechten und gasdicht miteinander verschweißten sowie mit Endsammlern verbundenen Eohreno Ein unteres Wandteil ist hängend durch die Naht mit einem oberen Wandteil verbunden, so daß beide Wandteile eine an der Kesseldecke hängende Brennkammerwand eines Zwangdurchlaufdampferzeugers bilden.

Es ist eine solche Eohrwandnaht bekannt, bei der die Endsammler außerhalb der Brennkammer-Wandebene liegen und alle Rohre abgebogen sindβ An jedem Rohrwandteil ist jedes zweite Rohr bis zur Abbiegung um 'ein bestimmtes Stück gegenüber jedem ersten Rohr verlängerte Die verlängerten Rohre beider Wandteile sind gegeneinander eingekämmt und nebeneinander angeordnet. Für die kraftschlüssige Verbindung zum Tragen der Last des unteren Wandteiles sind die nebeneinanderliegenden Rohrstücke durch Verschweißung der Rohrstücke des einen Wandteiles mit den Rohrstücken des anderen Wandteiles mittels Flossen oder Platten starr verbunden.

Die Starrheit der Verbindung hat den Nachteil, daß die Verbindung den Beanspruchungen nicht gewachsen ist. Schon bei einem Dampferzeuger, dessen außenliegende Sammler als Mischsammler für das Dampf-Wasser-Gemisch der von unten nach oben durchströmten Brennkammerwand geschaltet sind, treten Risse in den Schweißnähten der Verbindung auf. Hier erklärt sich die Rißbildung durch Spannungen, die infolge unterschiedlicher Kühlung einzelner Rohre beim Anfahren des Zwanglaufdampferzeugers durch Temperaturunterschiede entstehen. Die Verbindung versagt an den Stellen, wo der Kraftschluß durch Risse unterbrochen ist_e

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die kraftschlüssige Verbindung der Wandnaht für die eingangs beschriebene Brennkammerwand sicher zu gestalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination folgen· der Merkmale gelöst:

a) Zur Nahtbildung sind alle Rohre aus der Wandebene ausgebogen, die Sammler liegen außerhalb der Brennkammer-Wand ebene ,

b) an beiden Wandteilen ist jedes zweite Rohr bis zur Abbiegung um eine bestimmte Länge gegenüber jedem ersten Rohr verlängert,

c) die verlängerten und nach oben gerichteten Rohre des unteren Rohrwandteiles sind neben den verlängerten und nach unten gerichteten Rohren des oberen Rohrwandteiles angeordnet und durch Führungsmittel vor dem Ausweichen aus der Wandebene gesichert,

d) an den verlängerten Rohrstücken sind einzeln direkt gegeneinander wirkende oder gegen die Führungsmittel wirkende Knaggen angeschweißt,

e) die Naht ist außerhalb der Brennkammer-Wandebene durch ein Blech abgedichtet.

Durch die Abbiegung der Rohre und Anordnung der Sammler außerhalb der Brennkammer-Wandebene wird die Innenfläche nur aus Rohren gebildet, wobei das untere Wandteil zur Aufhängung lotrecht unter dem oberen Wandteil angeordnet ist.

Die länge, um die jedes zweite Rohr der Wandteile verlängert ist, und ein geringes lotrechtes Spiel bestimmen die lotrechte Breite der Wandnaht. Die lotrechte Breite verleiht der Naht in

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waagerechter Richtung eine besondere Elastizität, wodurch Wärmedehnungsunterschiede zwischen dem einen breiten und starren Wandteil und dem anderen ebenso breiten und starren Wandteil ausgeglichen werden.

Die Anordnung der verlängerten Eohrstücke des unteren Wandteiles zwischen den Rohren des oberen Wandteiles ermöglicht es, einfache Mittel anzuwenden, die ein Ausweichen der Rohrstücke aus der Ebene der Brennkammerwand verhindern, ohne die Beweglichkeit der Rohrstücke beider starren Rohrwandteile gegeneinander und somit ihre Elastizität zu beeinträchtigen. Diese Mittel können gleichzeitig zum Halten des unteren hängenden Wandteiles verwendet werden.

Durch die direkte Druckwirkung der an den Rohrstücken angeschweißten Knaggen gegeneinander oder durch die Druckwirkung der Knaggen gegen die Führungsmittel wird das untere Wandteil hängend an dem oberen Wandteil gehalten. Die Druckflächen der Knaggen sind waagerecht ausgebildet. Die Elastizität der Rohrstücke bleibt erhalten. Somit wird vermieden, daß die Schweißnähte der Knaggen reißen und der Kraftschluß der Wandnaht unterbrochen wird.

Die Dichtheit der kraftschlüssigen Wandnaht wird durch ein Blech gewährleistet, das außerhalb der Brennkammer-Wandebene angeordnet ist, durch Formgebung den Wärmedehnungsunterschieden nachgibt und Isoliermaterial einschließt.

Durch Vermeidung von Rissen an kraftschließenden Verbindungselementen, durch die das untere Wandteil hängend mit dem oberen Wandteil verbunden ist, wird eine große Sicherheit der Wandnaht erzielt.

Da erzielt worden ist, daß sich waagerechte Wärmedehnungsunterschiede zwischen dem oberen und dem unteren Wandteil ausgleichen, wird mit der Erfindung der weitere Vorteil erzielt, daß

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die beiden Rohrwandteile an beliebiger Stelle des Zwangdurchlaufes des Dampferzeugers geschaltet sein können_β So 'können zum Beispiel das untere Rohrwandteil als Verdampferteil und das obere Rohrwandteil als Überhitzerteil geschaltet werden und an ihren lotrechten Rohren sicher aneinanderhängend eine an der Kesseldecke hängende Brennkammerwand bilden·

In zweckmäßiger Weise können je zwei direkt gegeneinander wirkende Knaggen zur Sicherung gegen das Ausweichen der Rohrstücke aus der Wandebene abwechselnd mit Hut und Feder ausgebildet sein. Die Knaggen können auch rohrförmig sein und mit einem Sicherungsstift gesichert werden,,

Die auf ein Führungsmittel wirkenden Knaggen können konsolenartig an den verlängerten Rohrstücken angeschweißt sein und greifen mit je einer Nase über ein als Blechstreifen ausgebildetes Führungsmittel. Der Blechstreifen liegt außerhalb der Brennkammer an den Rohren an und überträgt die Druckwirkung der Knaggen. Die Nasen halten die Rohrstücke an dem Blechstreifen und sichern die Rohre vor dem Ausweichen aus der Wandebene· Die Rohre und die Nasen sichern die Lage des Blechstreifens, damit die Druckwirkung der Knaggen von dem Blechstreifen übertragen werden kann.

Innerhalb der Wandnaht können zwei Führungs-Blechstreifen vorgesehen sein, die durch lotrecht über die Nahtränder greifende Stegbleche mit anderen Blechstreifen verbunden sind. Diese . Blechstreifen v/erden durch die Nasen anderer Knaggen im gasdicht verschweißten Bereich der Rohrwandteile anliegend gehalten· Die Lage der Blechstreifen v/ird durch die Verbindung mit den Stegen gesichert, so daß die Stege mit den Blechstreifen geeignet sind, die Druckwirkung der Knaggen im Nahtbereich auf die anderen Knaggen zu übertragen. Diese anderen Knaggen sind ebenfalls konsolenartig ausgebildet, jedoch an die nicht verlängerten Rohre der Wandteile geschweißt. Dadurch erstreckt sich die kraftschlüssige Verbindung der Wandteile gleichmäßig

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auf alle Rohre der Brennkammerwand.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Seitenriß eines Zwangdurchlaufdampferzeuger, bei dem mit A die Stelle der Brennkammerwand bezeichnet ist, wo in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen die erfindungsgemäße Naht zur Verbindung von zwei Rohrwandteilen angeordnet ist,

Fig. 2 und 2a ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in vergrößerten Teilschnitten,

Fig. 3, 3a; 4, 4a; 5, 5a, 5b; 6, 6b; 6a, 6c und 7, 7a gruppenweise vergrößerte Teilschnitte für die kraftschlüssige Verbindung der Naht in verschiedenen Ausführungsformen .

Die Stelle A der Fig. 1 ist ein Teil einer Brennkammerrohrwand, die am G-erüst 1 der Kesseldecke mit einer Hängevorrichtung 2 aufgehängt ist. Die Brennkammerwand besteht aus dem Rohrwandteil 3 und dem Rohrwandteil 4. Das untere Rohrwandteil 4 hängt an dem oberen Rohrwandteil 3 durch die Verbindung einer Naht, die den Gegenstand der Erfindung betrifft.

Beide Rohrwandteile bestehen aus lotrechten und durch Stege oder Flossen gasdicht miteinander verschweißten Rohren. Die Rohre des oberen Rohrwandteiles 3 sind mit den Endsammlern 5 und 6 verbunden. Die Rohre des unteren Rohrwandteiles 4 sind mit den Endsammlern 7 und 8 verbunden.

Der Zwangdurchfluß dieses Dampferzeugers erfolgt in den parallelgeschalteten Rohren der Brennkammerwände von unten nach oben. Die Endsammler 7 und 6 werden durch Rohre 9 verbunden. Durch die Verbindung 9 sind die Rohrwandteile 4 und 3 hintereinander

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geschaltet. Die Endsammler 7 und 6 wirken durch die Verbindung als Mischsammler zum Ausgleich der Enthalpie des Dampf-Wasser-G-emisches und zur Stabilisierung der Durchflußströmung in den parallelgeschalteten Rohren der Brennkammerwand 4-3.

Die Fig. 2 zeigt eine Naht zur Verbindung des Rohrwandteiles 3 mit dem Rohrwandteil 4 nach Fig. 1.

Die Rohre des oberen Wandteiles 3 sind durch Bogen 10 und 10' aus der Brennkammer-Wandebene nach außen gebogen und mit dem Endsammler 6 verbunden. Jedes zweite Rohr des Wandteiles 3 ist bis zum Bogen 10' gegenüber jedem ersten Rohr mit dem Bogen 10 um die Länge 11 verlängert. Die so verlängerten Rohrstücke werden in den folgenden Figuren mit 11' bezeichnet.

Die Rohre des unteren Wandteiles 4 sind durch Bogen 12 und 12' aus der Brennkammer-Wandebene nach außen gebogen und mit dem Endsammler 7 verbunden. Jedes zweite Rohr des Wandteiles 4 ist bis zum Bogen 12' gegenüber jedem ersten Rohr mit dem Bogen 12 um die länge 13 verlängert. Die so verlängerten Rohrstücke werden in den folgenden Figuren mit 13' bezeichnet.

Die Rohrstücke 11' sind neben den Rohren 13' mit einem Abstands· Spiel 14 nach der Figo 2a, die einen Teilquerschnitt nach der Linie 15 in Figo 2 zeigt, angeordnet. Das Abstands-Spiel 14 trennt jedes Rohrstück 11' von den Rohrstücken 13', wodurch jedes Rohrstück 11' und 13' für sich elastisch bewegbar ist. An die Rohrstücke 11' sind konsolenartige Knaggen 16 geschweißt. An die Rohrstücke 13' sind konsolenartige Knaggen 17 geschweißt Zur Sicherung, daß die ine inand ergekämmt en Rohrstücke 11' und 13' aus der Wandebene nicht ausweichen, befindet sieh der Blechstreifen 18 zwischen den Knaggen und sichert die Rohrstücke durch ihre über den Blechstreifen greifenden Nasen 19»

Die Fig. 3 und 3a, die einen Teil der Fig. 2 vergrößert darstellen, zeigen besser, daß die Nasen 19 den Blechstreifen 18

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an den Rohrstücken 11', 13* in seiner Lage halten, Daher ist das durch den Blechstreifen 18 und durch die Knaggen gebildete !führungsmittel geeignet, den Kraftsehluß zu bilden, der durch die Druckwirkungen der Knaggen 16 und 17 auf dem Blechstreifen 18 entsteht· Der Kraftschluß verbindet die Naht zum Tragen der last des unteren Rohrwandteiles 4, das an dem Rohrwandteil 3 der Brennkammerwand hängt.

Das Spiel 14, durch das das obere Wandteil 3 mit seinen Rohren 11' von dem unteren Wandteil 4 mit seinen Rohren 13¹ getrennt ist, und die längen 11, 13 der Rohrstücke 11', 13' verleihen der Saht die Elastizität in waagerechter Richtung der Wandebene, Die Elastizität der Rohrstüeke 11' und 13¹ ist sowohl von den starren Rohrwandteilen 3» 4 bis zu den Druckflächen der Knaggen 16, 17 als auch von den Druckflächen der Knaggen bis an das Ende der Rohrstüeke wirksam· Daher sind gegebenenfalls Abdeckleisten nur kurz ausgebildet und in Abständen an die Rohrstüeke 11« und 13* geschweißt.

Ein Blech 20, das durch !Formgebung die Beweglichkeit der Saht nicht hindert und Isoliermaterial 21 in der lorm eines nachgiebigen Kastens enthält, ist an dem oberen Wandteil 3 THid an dem unteren Wandteil 4 befestigt· Das Blech 20 dichtet die Naht ab·

Gemäß den Fig. 4 und 4a trennen die Spiele 14 die Rohrstüeke 11* von den Rohrs tücken 13¹· An je zwei Rohrstücken 13' ist eine Platte 18' mit axialen Nähten geschweißt. An die Rohrstüeke 11^f sind Knaggen 17 gesehweißt, deren Nasen 19 die Platten 18' übergreifen und die Rohrstüeke 11¹, 13^f vor dem Ausweichen aus der Wandebene siehern. Der Druck der Knaggen wirkt auf das Führungsmittel 18' und überträgt dadurch kraftschlüssig die last des unteren Wandteiles 4 auf die Rohrstüeke 11^!. Die Elastizität der Rohrstüeke 13' gewährleistet die Sicherheit aer Sehweißnähte der Platten 18'» Durch die Elastizität der Rohrstüeke 11' und durch die Abstands-Spiele 14 wird

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die Elastizität der Naht erzielt.

Die Figo 5, 5a, 5b, 6, 6a, 6b und 6c zeigen die Anwendung direkt gegeneinander wirkender Knaggen. Die Knaggen 16^! sind an die Rohrstücke 13' und die Knaggen 17' an die Rohrstücke 11* geschweißt» Sie übertragen kraftSchlussig die Last des unteren Rohrwandteiles 4 auf das obere Rohrwandteil 3 über die Rohrstücke 13' und über die Rohrstücke 11· durch die Druckwirkung der Knaggen 16' auf die Knaggen 17*.

Die Knaggen gemäß den fig. 5, 5a und 5b sind rohrförmig. Die Knaggen sind koaxial an die Rohrstücke 11', 13' mit axialen Schweißnähten geschweißt, wobei die Bohrungen eines jeden Knaggenpaares 16'-17' unter Erhaltung des Spiel-Abstandes 14 fluchtend angeordnet sind. In die Bohrungen sind gleitbare Sicherungsstifte 22 eingesteckt, die ein Ausweichen der Rohrstücke aus der Wandebene vermeiden. Die Elastizität der Rohrstücke 11', 13' von den starren Rohrwandteilen bis zu den Druckflächen der Knaggenpaare 16'-17' und die Beweglichkeit der Knaggen eines Paares durch den gleitbaren Sicherungsstift sichern in Zusammenwirkung mit dem Spiel-Abstand 14 die Schweißnähte vor Wärmespannungen und damit vor Rißbildung.

Die Knaggenpaare 16'-17' gemäß den Fig. 6 und 6b bilden symmetrisch zur Rohrwand-Mittelebene und axial zu den Rohrstücken 11', 13' verlaufende Nuten 23. In die Nuten der Knaggen 16', die an die Rohrstücke 13* mit axialen Nähten geschweißt sind, ragen Erhebungen 24 nach Art einer "Nut- und Feder-Verbindung" gleitbar hinein, die an die Rohrstücke 11' geschweißt sind. Demgegenüber weisen die Knaggen 16' gemäß den Fig. 6a und 6c Nuten 25 auf, die waagerecht verlaufen. Die Knaggen 17' weisen Erhebungen 26 auf, die als wirksame Druckfläche gegen die Knaggen 16' ausgebildet sind. Durch die Führung der Erhebungen 24, 26 in den Nuten 23, 25 wird das Ausweichen der Rohfstücke 11·, 13' aus der Wandebene vermieden. Die Beweglichkeit der Knaggen eines jeden Paares 16'—17^f durch die Nuten 23, 25 vermeidet in

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Zusammenwirkung mit dem Spiel-Abstand 14 bei den Schweißnähten Wärmespannungen und damit Rißbildung.

Die fig. 7 und 7a zeigen, daß für die kraftschlüssige Verbindung der Naht zwei Führungs-Blechstreifen 18 vorgesehen sind. An die Rohrstücke 13' sind die konsolenartigen Knaggen 16 geschweißt, die den einen Blechstreifen halten, und an die Rohrstücke 11' sind die Knaggen 17 geschweißt, die den weiteren Blechstreifen 18 halten«. Jeder der Führungs-Blechstreifen 18 ist für sich und getrennt durch über den Nahtrand greifende Stegbleche 27 mit je einem anderen Blechstreifen 28 verbunden« Die Blechstreifen 28 sind außerhalb der Naht jeweils im Bereich des Rohrwandteiles 3 oder 4 angeordnet. Dort werden sie durch konsolenartige Knaggen 30 gehalten, die an die Rohre des Wandteiles 3 oder 4 geschweißt sind, jedoch an die Rohre, die nicht zur Bildung der N.aht 11' und 13' verlängert sind. Dadurch erfaßt die kraftschlüssige Verbindung der Naht gleichmäßig alle Rohre. Die Rohrstücke 11' und 13* werden nur noch mit der halben Kraft auf Zug beansprucht.

Die Blechstreifen 18 sind geeignet, als Führungsmittel zu dienen, gegen das die Knaggen 16 bzw. 17 wirken können, weil durch die Stegbleche 27 aus je einem Blechstreifen 18 und einem Blechstreifen 28 zwei starre, schließenartige Gebilde geformt worden sind, die durch die Nasen 19 und 29 der Knaggen in ihrer Lage an den Rohren der Naht und der Rohrwandteile 3 oder 4 gehalten werden.

Geringe Unterschiede der Y/arme dehnung en zwischen den Blechstreifen 28 gegenüber den Rohrwandteilen 3 oder 4 werden durch die gleitende Beweglichkeit der Blechstreifen 28 auf den Knaggen ausgeglichen.

Die Führungs-Blechstreifen 18 werden annähernd auf die mittlere Temperatur der Rohrstücke 11' und der Rohrstücke 13' erwärmt. Im Zusammenwirken mit dem Spiel-Abstand 14 werden geringe Wär-

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medehnungsunterschiede zwischen der Nahtbreite und dem Blechstreifen 18 reibungsfrei ausgeglichen. Ebenso können die Rohrstücke 11· gegenüber den Rohren 13' verschiedene Temperaturen aufweisen. Die Elastizität der Naht in waagerechter Richtung der Wandebene ist den bestimmten Längen 11, 13 der Rohrstücke 11', 13' verhältnisgleich.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

M. JNaht zur Verbindung von zwei Rohrwandteilen, wobei jedes Teil für sich eine Wand aus lotrechten und gasdicht durch Stege oder Flössen miteinander verschweißten sowie mit Endsammlern verbundenen Rohren ist und ein unteres Wandteil hängend durch die Naht mit einem oberen Wandteil verbunden ist, die beide eine an der Kesseldecke hängende Brennkammerwand eines Zwangdurchlaufdampferzeugers bilden, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) Zur Nahtbildung sind alle Rohre aus der Wandebene ausgebogen, die Endsammler (6, 7) liegen außerhalb der Brennkammer-Wandebene,

b) an beiden Wandteilen (3> 4) ist jedes zweite Rohr (11'» 13') bis zu seiner Abbiegung (10¹, 12') um ein bestimmtes Stück (11, 13) gegenüber jedem ersten Rohr verlängert,

c) die nach oben verlängerten Rohre (13') des unteren Wandteiles (4) sind mit einem Spiel (14) neben den nach unten verlängerten Rohren (11') des oberen Wandteiles (3) angeordnet und durch Führungsmittel (18, 19) vor dem Ausweichen aus der Wandebene gesichert,

d) an den verlängerten Rohrstücken (11', 13') sind außerhalb der Brennkammer-Wandebene einzeln direkt gegeneinander wirkende Knaggen oder gegen ein Führungsmittel (18) wirkende Knaggen (16, 17) angeschweißt,

e) die Naht ist außerhalb der Brennkammer-Wandebene

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durch ein Blech (20) abgedichtet.
2. Naht nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Führungsmittel die direkt gegeneinander wirkenden Knaggen (16¹, 17') des einen Wandteiles mit einer Nut (25» 25) und die des anderen Wandteiles mit einer in die Nut eingreifenden Erhöhung (24, 26) ausgebildet sind.
3. Naht nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e k e η η -

ζ e i chnet , daß zur Führung die direkt gegeneinander wirkenden Knaggen (16·, 17') rohrförmig sind und in die Bohrungen eines jeden Knaggenpaares ein Sicherungsstift (22) eingesteckt ist.
4. Naht nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, daß die auf ein Führungsmittel wirkenden Knaggen (16, 17) konsolenartig ausgebildet sind und mit einer Nase (19) ein als Blechstreifen (18, 18') ausgebildetes Führungsmittel übergreifen.

ο Naht nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet , daß ein durch Knaggen (16) gehaltener Führungs-Blechstreifen (18) und ein weiterer durch Knaggen (17) gehaltener Führungs-Blechstreifen (18) vorgesehen sind, die voneinander getrennt durch über den Nahtrand greifende StegDleche (27) mit je einem anderen Blechstreifen (2ö) verbunden sind, wobei der andere Blechstreifen (28) jeweils.im gasdichten Bereich des Rohrwandteiles (3 oder 4) durch konsolenartige Knaggen (30) gehalten ist, die an den nicht verlängerten Rohren der Rohrwandteile (3 oder 4) angeschweißt sind ο

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