DE2209978A1

DE2209978A1 - LARGE COOLING TOWER

Info

Publication number: DE2209978A1
Application number: DE19722209978
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-03-02
Filing date: 1972-03-02
Publication date: 1973-09-06

Description

Großkühlturm Die Erfindung betrifft einen Großkühlturm mit einem auf Stützten aufständerten Schalentragwerk mit senkrechter Achse, welcher an seinem oberen Rand einen Aussteifungsring trägt. Large cooling tower The invention relates to a large cooling tower with a on supports erected shell structure with a vertical axis, which on his upper edge carries a stiffening ring.

Großkühltürme werden zur Rückkühlung des Kühlwassers von Dampfkraftwerden großer Leitung verwendet, und zwar vorwiegend als Naturzugkühltürme. ZUr Erzielung einer guten Kaminwirkung ist es gebräuchlich, den Kühlturm in Form einer hyperbolischen Rotationsschale aus Stahlbeton auszubilden, deren Taille in etwa im oberen Drittel liegt. Die Stahlbetonschale ruht üblicherweise auf einem Stützenfachwerk und wird an Ort und Stelle mit Hilfe einer Kletter- oder Gleitschalung erstellt. Die Schale ist dabei konstruktiv so ausgelegt, daß sie in der Lage ist, alle auftretenden Kräfte und Belastunge aufzunehmen.Large cooling towers are used to recool the cooling water from steam power large pipeline, mainly as natural draft cooling towers. To achieve For a good chimney effect, it is common to have the cooling tower in the form of a hyperbolic Form a rotating shell made of reinforced concrete, the waist roughly in the upper third lies. The reinforced concrete shell usually rests on a column framework and is Created on the spot with the help of climbing or sliding formwork. The shell is designed in such a way that it is able to withstand all forces that occur and absorb loads.

Die Höhe aer Kosten für die Erstellung eines solchen Kühlturmes hängt wesentlich davon ab, daß es gelingt, die Schale im Verhältnis zum Kühlturmdurchmesser sehr dünn zu halter t:it anderen Worten, es soll die für den Bau benötigte Menge Stahlbeton so gering wie möglich gehalten werden. Bei den heutigen Kühltürmen liegt das Verhältnis von Kühlturmdurchmesser zur Schalendicke bei 200 und mehr. Bis heute wurden Durchmesser am Stützenfachwerk von etwa 100 m und Höhen bis 140 m bei Schalenstärken von 12 bia 16 cm erreicht. The amount of aer costs for the construction of such a cooling tower depends essentially depends on the success of the shell in relation to the cooling tower diameter To be kept very thin: in other words, it should be the amount required for construction Reinforced concrete should be kept as low as possible. At today's cooling towers is the ratio of cooling tower diameter to shell thickness at 200 and more. Til today The diameter of the column framework was around 100 m and heights of up to 140 m with shell thicknesses from 12 to 16 cm.

Da Jedoch vor allem im Zuge der Entwicklung der Kernenergie die Kraftwerkleistungen stark anwachsen, entsteht auch auf Selten der Kraftwerkbetriber das Verlangen nach entsprechen vergrößerten Kühltürmen. Dem sind Jedoch bei der heutigen Bauweise deutliche Grenzen gesetzt. Hierfür sind im wesentlichen zwei Grunde maßgebend. Erstens nimmt mit zunehmender Turmhöhe das Eigengewicht zu, welches seinerseits vergrößerte Meridian-und Breitenkreiskräfte hervorruft. angesichts der im Vergleich zur Größe des Kühlturms sehr dünnen Schale bedeutet dies eine erhöhte Beulgefahr für die Schale, insbesondere im unteren Schalendrittel, da hier die größten Spannungen auftreten0 Als zweiter begrenzender Faktor muß die Windbelastung genannt werS den. Die Windbelastung-äußert sich in einer Konzentration der Meridian spannung in den Turmflanken und einer dadurch ausgelösten erhöhten Beulgefar. Insbesondere besteht aber am oberen Rand der Schale die Gefahr des Einbeulens der Luvseite, sofern der obere Rand nicht ausreichend ausgesteift ist. Vor allem böiger Wind kann hier zu einer ernsthaften Gefahr für die Stabilität der-Schale werden, wenn die Frequenz der Böen in die Nähe der Eigenfrequenz der Schale kommt. Ähnliches gilt auch dann, wenn der Kühlturm im Windschatten eines zweiten Kühlturmes steht und von Luftwirbeln getroffen wird, welche sich am ersten Kühlturm ablösen. However, especially in the course of the development of nuclear energy, the power plant performance grow strongly, power plant operators seldom have a desire for correspond to enlarged cooling towers. However, this is clear with today's construction There are limits. There are essentially two reasons for this. First takes with increasing tower height the dead weight, which in turn causes increased meridian and latitude forces. given the compared In relation to the size of the cooling tower, which is very thin shell, this means an increased risk of buckling for the shell, especially in the lower third of the shell, as this is where the greatest tensions are The wind load must be mentioned as the second limiting factor. The wind load expresses itself in a concentration of the meridian tension in the Tower flanks and a resulting raised bulge. In particular, there is but at the upper edge of the shell there is a risk of denting the windward side, provided that the the upper edge is not sufficiently stiffened. Especially gusty wind can be too strong here a serious threat to the stability of the shell if the frequency of the gusts comes close to the natural frequency of the shell. The same also applies if when the cooling tower is in the lee of a second cooling tower and from air eddies is hit, which peel off on the first cooling tower.

Von großer Wichtigkeit ist eine ausreichende Steifigkeit in Ringrichtung der Schale. Es ist heute üblich, durch eine entsprechende Ausgestaltung des Ringes am oberen Rand der Kühlturmschale die Steifigkeit in Ringrichtung günstig zu beeinflussen. Sufficient rigidity in the direction of the ring is of great importance the Bowl. It is common today to design the ring accordingly to favorably influence the rigidity in the ring direction at the upper edge of the cooling tower shell.

Bs wäre denkbar, zur Versteifung der Schale weitere horizontale Versteifungsringe anzubringen, jedoch führt dies zu bisher noch ungelösten Problemen bei der statischen Berechnung einer auf diese Weise ausgesteuften hyperbolischen Stahlbetonschale, welche im ihrer Eigenschaften sehr empfindlich auf strukturelle Änderungen reagiert. Eine Vergrößerung der Schalendicke scheidet zur Erzielung einer größeren Stabilität ebenfalls aus, weil dadurch einmal über das vergrößerte Eigengewicht die Beulgefahr wiederum ungünstig beeinflußt wird und zum anderen die Materialkosten stark anwachsen. It would be conceivable to use additional horizontal stiffening rings to stiffen the shell to attach, however, this leads to as yet unsolved problems with the static Calculation of a hyperbolic reinforced concrete shell stepped in this way, which in its properties is very sensitive to structural changes. An enlargement of the Shell thickness separates to achieve a greater stability as well, because it means that it has increased dead weight the risk of buckling is in turn adversely affected and, on the other hand, the material costs grow strongly.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Großkühlturm zu schaffen, welcher bei gering bleibenden Wanddicken eine' erhöhte Sicherheit gegen die erwähnten Instabilitäten bietet und damit auch größere 3auhöhen als bisher zuläßt. The invention is based on the object of creating a large cooling tower, which, in the case of wall thicknesses that remain low, provides increased security against the aforementioned Provides instabilities and thus also allows greater heights than before.

| Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schalen tragwerk in Meridianrichtung verlaufende Rippen aufweist und zwischen diesen Rippen Schalensegmente angeordnet sind.| This object is achieved according to the invention in that the shells structure has ribs running in the meridian direction and between these ribs Shell segments are arranged.

Durch die Verwendung solcher Rippen wird die Steifigkeit des Schalentragwerks entscheidend erhöht. Außerdem besitzen die Rippen eine Tragfunktion, so daß die Schalensegmente 50 leicht ausgeführt werden können, daß das Eigengewicht des |Kühlturmes keine kritischen Werte erreicht. The use of such ribs increases the rigidity of the shell structure decisively increased. In addition, the ribs have a support function, so that the Shell segments 50 can be easily carried out that the weight of the | cooling tower no critical values reached.

Die Rippen können sowohl auf der Außenseite als auch auf| der Innenseite des Schalentragwerks angeordnet sein. Wenn sie |außen angeordnet sind, ergeben, sie den weiteren Vorteil, daß |der Widerstandsbeiwert des Kühlturmes bei Anströmung von Luft durch eine effektive Erhöhung der Oberflächenrauhigkeit, hervorgerufen durch die sich von der Schalenfläche abhebenden Rippen, verkleinerer wird. Beide Effekte erhöhen gleichermaßen, die Stabilität des Schalentragwerkes. The ribs can be on the outside as well as on | the inside be arranged of the shell structure. When they are placed on the outside, they have the further advantage that | the drag coefficient of the cooling tower when there is a flow caused by air through an effective increase in surface roughness is made smaller by the ribs rising from the shell surface. Both Effects also increase the stability of the shell structure.

Der Widerstandsbeiwert, die Eigenfrequenz und die Steifigkeit des Schalentragwerkes lassen sich noch zusätzlich beeinflussen durch die besondere Formgebung der Schalensegmente zwischen den Rippen, sowie auch der Rippen selbst. Dies ist von besonderer Bedeutung9 wenn die Rippen auf der Innen seite des Schalentragwerkes angeordnet sind. Es kann je nach Anwendungsfall, durch den die Hühlleistung und damit die Kühlturmhöhe und der Basisdurchmesser des Kühlturmes, Betriebskosten und der Standort (Windverhältnisse) vorgegeben sind, vorteilhaft sein, die horizontalen Krümmungsradien der Schalensegmente so zu bemessen, das sie kleiner, gleich oder größer als die entsprechenden Abstände der Schalensegmente von der Kühlturmachse, konkav oder konvex sind; die Rippen können unter strömungstechnischen Gesichtspunkten so profiliert sein, daß die Bildung und Ablösung von Wirbeln gefördert wird. Dies läßt sich auf vorteilhafte Weise durch Ausbildung von Abrißkanten erreichen. Eine stärkere Schalenkrümmung bedeutet stets eine größere Steifigkeit. The drag coefficient, the natural frequency and the stiffness of the Shell structure can also be influenced by the special shape of the shell segments between the ribs, as well as the ribs themselves. This is of particular importance9 if the ribs are on the inside of the shell structure are arranged. Depending on the application, the cooling capacity and thus the cooling tower height and the base diameter of the cooling tower, operating costs and the location (wind conditions) are given, the horizontal ones are advantageous To dimension the radii of curvature of the shell segments so that they are smaller, equal or greater than the corresponding distances between the shell segments and the cooling tower axis, are concave or convex; the ribs can from a fluidic point of view be profiled in such a way that the formation and separation of eddies is encouraged. this can be achieved in an advantageous manner by forming tear-off edges. One greater curvature of the shell always means greater rigidity.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Rippen als alleintragende Elemente des Schalentragwerkes ausgebildet sind.It is particularly advantageous if the ribs are used as self-supporting elements of the shell structure are formed.

In diesem @@ll werden zweckmäßigerweise kleinere Schalensegmente als vorgefertigte Teile zwischen den Rippen eingehängt.In this @@ ll smaller shell segments are expediently than prefabricated parts hung between the ribs.

Hierbei können die Schalensegmente so leicht ausgebildet sein, daß sie auch aus anderen Werkstoffen als Beton, z.B. aus einem Kunststoff, bestehen können. Es ist aber auch möglich, daß die Schalensegmente als mittragende Elemente ausgebildet sind. In diesem Fall können in bekannter Weise Rippen und Schalensegmente gemeinsam von unten bis oben in einem Stück mit Hilfe einer Kletter- oder Gleitschalung aus Stahlbeton hergestellt werden.Here, the shell segments can be so light that they also consist of materials other than concrete, e.g. a plastic can. But it is also possible that the shell segments as load-bearing elements are trained. In this case, ribs and shell segments can be used in a known manner together from bottom to top in one piece with the help of a Climbing or sliding formwork made of reinforced concrete.

Es ist ebenso von Vorteil, die Tragfähigkeit der Rippen nicht nur zur Stabilisierung der Schale zu verwenden, sondern sie in der Bundamenten des Kühlturmes zu verankern und an Stelle des bisher verwendeten Stützenfachwerkes als alleinige Stützkonstruktion zu verwenden. Der Lufteinlaß in den Kühlturm wird dann einfach dadurch erreicht, daß erst ab einer gewissen Höhe Schalensegmente zwischen den Rippen angeordnet werden. It is equally beneficial not only to the load-bearing capacity of the ribs to stabilize the shell, but to use it in the bundament of the cooling tower to be anchored and in place of the previously used support framework as the only one To use support structure. Air intake into the cooling tower then becomes easy achieved in that only from a certain height shell segments between the ribs to be ordered.

Bei einen Kühlturm nach der Erfindung können zur Versteifung des Schalentragwerke außer einem Versteifungsring am oberen Rand noch weiter Versteifungsrunge vorgesehen sein, durch welche die äußeren @@@@@dungen der Rippen miteinander verbu en werden. Solche @atzlicher Ringe können zum Beispiel im u@te@@@ Rand, in der Taille oder an beliebiger anderer Stelle des Schalentragwerks angeordnet sein. Es ist insbesondere günstig, solche Versteifungsringe abnehmbar anzuordnen, so daß diene nur während der Bauphase, solange die Versteifung am oberen Rand noch fehlt, des Schalentragwerk stabilisieren und nach Fertigstellung des Kühlturmes abgenommen werden. In a cooling tower according to the invention can to stiffen the Shell structures apart from a stiffening ring at the upper edge, further stiffening stanchions be provided, through which the outer @@@@@ connections of the ribs verbu will be. Such @atzlicher rings can for example in the u @ te @@@ edge, in the waist or be arranged at any other point on the shell structure. It is particular favorable to arrange such stiffening rings removable, so that serve only during the construction phase, as long as the reinforcement at the upper edge is still missing, the shell structure stabilize and be removed after completion of the cooling tower.

Die Erfindung ist :n der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden nähe@ beschrieben. Im einzelnen zeigen: Fig. 1 die Ansicht eines Großkühlturmes nach der i'rindung Fig. 2 einen Querschnitt in der Ebene II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt analog Fig. 2 durch eine andere Äusfuhrungsform des erfindungsgemäßen Kühlturmes, Fig. 4 einen Querschnitt analog Fig. 2 durch einedritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlturms. The invention is shown in the drawing and is described below near @ described. In detail: FIG. 1 shows the view of a large cooling tower after the curve in FIG. 2, a cross section in the plane II-II of FIG. 1, Fig. 3 shows a cross section analogous to FIG. 2 through another embodiment of the invention Cooling tower, FIG. 4 shows a cross section analogous to FIG. 2 through a third embodiment of the cooling tower according to the invention.

Die Figur 1 zeigt einen Naturzug-Großkühlturm, dessen Schalentragwerk aus in Meridianrichtung eines Rotationshyperboloids verlaufenden Rippen 1 und zwischen diesen angeordneten Schalensegmenten 2 gebildet ist. Am oberen Rand des Schalen tragwerks befindet sich ein horizontaler Versteifungsring 39 welcher die äußeren Berandungen der Rippen 1 miteinander verbindet. Ein weiterer Versteifungsring 4 befindet eieh in der Taille des Turmes, ein dritter Versteifungsring 5 bildet den unteren Rand. unter dem Versteifungsring 5 befindet sich die Lufteinlaßzone 6. Die Rippen 1 erstrecken sich bis zum Fundament.| des Kühlturmes und ersetzen das bei der bisherigen Bauweise von Kühltürmen verwendete Stützenfachwerk. Die Schalensegmente 2 besitzen die gleichen horizontalen Krümmungsradien wie die entsprechenden Breitentreise des zugehörigen Rotationshyperboloids (Fig. 2). Figure 1 shows a natural draft large cooling tower, the shell structure from ribs 1 and between this arranged shell segments 2 is formed. At the top of the bowls structure is a horizontal stiffening ring 39 which the outer Boundaries of the ribs 1 connects to one another. Another stiffening ring 4 is eieh in the waist of the tower, a third stiffening ring 5 forms the lower margin. The air inlet zone 6 is located under the stiffening ring 5 Ribs 1 extend to the foundation. | of the cooling tower and replace that at the support framework used in the previous construction of cooling towers. The shell segments 2 have the same horizontal radii of curvature as the corresponding parallels of the associated rotational hyperboloid (Fig. 2).

Die Ringe 4 und 5 können auch an anderer Stele angeordnet und/der abnehmbar ausgebildet sein. Sie lassen sich dann besonders zweckmäßig zur Stabilisierung des Turmes während der Bauphase verwenden. Das Schalentragwerk kann in einem Stück von unten bis oben aus Stahlbeton mit Hilfe von Kletter- oder Gleitschalung erstelt sein. Es können aber auch vorgefertigte Schalensegmente, welche in diesem Fall aus einem anderen Werkstoff als Beton bestehen können, z.B. aus einem Kunststoff, zwischen die Rippen eingehängt worden sein.The rings 4 and 5 can also be arranged on another stele and / of the be designed to be removable. They can then be particularly useful for stabilization of the tower during the construction phase. The shell structure can be in one piece from bottom to top made of reinforced concrete with the help of climbing or sliding formwork be. But it can also be prefabricated shell segments, which in this case another material as concrete, e.g. from a Plastic, hung between the ribs.

Figur 3 und Figur 4 zeigen Horizontalschnitte durch erfindungsgemaße Kühltürme ähnlich Figur 1, welche jeweils in Höhe eines Versteifungsringes gelegt wurden. Analoge Teile sind mit gleichen Ziffern unter Hinzufügung von Indizes gekennzeichnet. Wie in Figur 1 und 2 sind die Rippen 1a bzw. 1b regelmäßig angeordnet und durch Versteifungsringe 4a bzw. 4b miteinander verbunden. Die Steifigkeit der Schalentragwerke ist gegenüber dem Beispiel In Figuren 1 und 2 erhöht worden, indem'die Krümmungsradien der Sohalensegmente gegenüber den grümmungsradien der entsprechenden Breitenkreise der Hyperboloidschalen verkleinert wurde; wobei im Falle der Figur 3 die Sohalensegmente 4a nach außen konvex und im Fall der Figur 4 die Schalensegmente 4b nach innen konvex gekrümmt sind. Die Verkleinerung der Krümmungsradien bewirkt dabei eine Erhöhung der Steifigkeit der Schalensegmente. FIG. 3 and FIG. 4 show horizontal sections through according to the invention Cooling towers similar to Figure 1, each placed at the level of a stiffening ring became. Similar parts are marked with the same numbers with the addition of indices. As in Figures 1 and 2, the ribs 1a and 1b are regularly arranged and through Stiffening rings 4a and 4b connected to one another. The rigidity of the shell structures has been increased compared to the example in Figures 1 and 2 by adding 'the radii of curvature of the flange segments compared to the radii of curvature of the corresponding circles of latitude the hyperboloid shell has been reduced in size; wherein in the case of Figure 3, the sole segments 4a outwardly convex and in the case of FIG. 4 the shell segments 4b convex inwardly are curved. The reduction in the radii of curvature causes an increase the rigidity of the shell segments.

- PatentansprUohe - - Patent claims -

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Large cooling tower with one on supports elevated shell structure with a vertical axis, which at its upper Edge carries a stiffening ring, characterized in that the shell structure having ribs (1, 1a, 1b) extending in the meridional direction and between them Ribs shell segments (2, 2a, 2b) are arranged.

2. Large cooling tower according to claim 1, characterized in that the Ribs are designed as load-bearing elements of the shell structure.

3. Großkphlturm according to claim 1 or 2, characterized in that the ribs below the upper edge of the shell structure through each other one or more horizontal stiffening rings (4, 4a, 4b, 5) are connected.

4. Large cooling tower according to claim 3, characterized in that the Stiffening rings are designed to be removable.

5. Large cooling tower according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the horizontal radii of curvature of the shell segments (2, 2a, 2b) equal to corresponding distances of the shell segments from the cooling tower axis.

6. Large cooling tower according to one of claims 1 to 4, characterized in that it is indicates that the horizontal radii of curvature of the shell segments smaller than the corresponding Distances of the shell segments from the cooling tower axis and that the shell segments are convex to the outside.

7. Large cooling tower according to one of claims 1 to 4, thereby ge | indicates that the horizontal radii of curvature of the shell segments smaller than the corresponding Distances of the shell segments from the cooling tower axis are and the shell segments are concave towards the outside.

8. Large cooling tower according to one of claims 1 to 7, characterized in that that the shell segments consist of prefabricated elements

9. Large cooling tower after one of claims 1 to 8, characterized thereby | indicates that the shell segments also work with a different material than the ribs.