DE2319912C2 - Ausgesteifter Gaskanal, insbesondere mit vieleckiger Querschnittsform - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen ausgesteiften Gaskanal, insbesondere mit vieleckiger Querschnittsform, mit mindestens einem in einer Querschnittsebene des Gaskanals angeordneten starren Aussteifungsrahmen, der die Form eines regelmäßigen Vieleckes hat und mit seinen Ecken den Mantel des Gaskanals an Abstützpunkten abstützt, die in der Querschnittsebene auf den Edken eines ebenfalls regelmäßigen Vieleckes liegen.

Gaskanäle für Großkesselanlagen, Heizungs- und Trocknungsanlagen, Gasturbinen od. dgL haben verhältnismäßig große lichte Querschnitte Wenn derartige Gaskanäle aus Blech oder anderen dünnwandigen Materialien gefertigt werden, neigen sie dazu, sich unter ihrem Eigengewicht oder infolge von äußeren Belastungen derart zu verformen, daß sie ihre Querschnittsform ändern. Insbesondere Gaskanäle mit eckiger Querschnittsform, beispielsweise mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt, verschieben sich unter

ίο ihrem Eigengewicht oder infolge von äußeren Belastungen zu anderen Querschnittsformen, beispielsweise zu rautenförmigen oder parallelogrammförmigen Querschnittsformen.

Wenn in dem Gaskanal Klappen oder Schieber zum Regeln oder Absperren des Gasstromes angeordnet sind, können derartige Verformungen hinderlich sein, weil diese Absperrorgane sich verklemmen oder nichl mehr einwandfrei abdichten. Um dies zu verhindern, werden in einer Querschnittsebene des Gaskanals im

ao Bereich der Absperrorgane Aussteifungsrahmen angeordnet, die außen am Mantel des Gaskanals angeschweißt sind und diesen derart abstützen, daß die erwähnten Verformungen nicht mehr auftreten können.
Weiterhin ist es nach dem Stande der Technik be-

a5 kannt, einen außen mit dem Gaskanal verschweißten und den Gaskanal mit seinen Ecken abstützenden Aussteifungsrahmen mit Diagonalstreben zu versehen, die sich durch den Kanalquerschnitt erstrecken. Dieser angeschweißte Aussteifungsrahmen verhindert, daß der Gaskanal sich unter seinem Eigengewicht oder infolge von äußeren Belastungen zu einem rautenförmigen Querschnitt verformt.

Derartige Aussteifungsrahmen haben sich jedoch bei Gaskanälen, in denen die Temperatur des durchströmenden Mediums sich stark und kurzzeitig ändert, als problematisch erwiesen. Der außen am Mantel des Gaskanals befindliche Rahmen nimmt nämlich wesentlich langsamer die Temperatur des durchströmenden Mediums an. als die Wände des Gaskanals, so daß es infolge von unterschiedlichen Wärmedehnungen zu starken Spannungen in der Konstruktion kommt. Diese Spannungen führen oft zu Materialbrüchen, insbesondere im Bereich der Schweißverbindungen. Auch Knikke in der Konstruktion des Aussteifungsrahmens sind beobachtet worden.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, den ausgesteiften Gaskanal der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß unterschiedliche Wärmedehnungen des Aussteifungsrahmens einerseits und der Wandungen des Gaskanals andererseits ausgeglichen werden können, ohne daß die Funktion des Aussteifungsrahmens beeinträchtigt wird. Der Aussteifungsrahmen soll also trotz Relativbewegungen zwischen seinen Ecken und dem Mantel des Gaskanals die Querschnittsform des Gaskanals fixieren.

Ausgehend von einem ausgesteiften Gaskanal der eingangs genannten Art besteht die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe darin, daß die Ecken des Aussteifungsrahmens in einem Drehsinne um seinen Mittelpunkt gegenüber den Verbindungslinien der Abstützpunkte am auszusteifenden Kanalquerschnitt versetzt angeordnet sind und über einander gleichartige Zwangsführungen derart mit dem Mantel des Gaskanals in Verbindung stehen, daß bei Dehnung oder Schrumpfung des Aussteifungsrahmens die Ecken des Aussteifungsrahmens gleichartige Ausweichbewegungen in Querrichtung zu den Verbindungslinien diametral gegenüberliegender Abstützpunkte am auszustei-

fenden Kanalquerschnitt ausrühren.

Beim Gegenstand der Erfindung können die unterschiedlichen effektiven Stützweiten des Aussteifungsrahmens dadurch ausgeglichen wtrden, daß der Aussteifungsrahmen sich um seinen Mittelpunkt relativ zum Mantel des Gaskanals verdreht. Der Aussteifungsrahmen kann sich also bei Erwärmung oder Abkühlung ungehindert ausdehnen oder verkürzen. Die Zwangsführungen zwischen den Ecken des Aussteifungsrahmens und dem Mantel des Gaskanals zwingen dem Aussteifungsrahmen die ausgleichende Drehbewegung auf und sorgen gleichzeitig dafür, daß die Relativverschiebungeri zwischen den Ecken des Aussteifungsrahmens und dar Mantel des Gaskanals an jeder Ecke des Aussteifungsrahmens gleich sind. Infolgedessen muß der Mantel des Gaskanals auch nach erfolgter Verdrehung zwischen Aussteifungsrahmen und Gaskanai die durch die Form des Aussteifungsrahmens vorgegebene Querschnittsform beibehalten.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ao des Gegenstandes der Erfindung weisen die Zwangsführungen Lenkhebel auf, die sämtlich die gleiche Länge haben und jeweils an den Ecken über je ein Gelenk mit einem Abstützpunkt am Mantel des Gaskanals und einer Ecke des Aussteifungsrahmens verbunden sind, as Derartig angeordnete und ausgebildete Lenkhebe! gestatten es, jeder Ecke des Aussteifungsrahmens, sich bei Verlängerung oder Verkürzung der Seitenteile des Aussteifungsrahmens auf einem Kreisbogen um den jeweiligen Befestigungspunkt des Lenkhebels am Mantel des Gaskanals zu bewegen, wobei der Aussteifungsrahmen sich um seinen Mittelpunkt relativ zum Mantel des Gaskanals verdreht Da sämtliche Lenkhebel die gleiche Länge haben und die Ecken des Aussteifungsrahmens und die Befestigungspunkte der Lenkhebel jeweils auf den Ecken eines regelmäßigen Vieleckes liegen, ist zwangsläufig die Relativbewegung zwischen Mantel und Aussteifungsrahmen an allen Ecken des Aussteifungsrahmens gleich, so daß der Mantel seine durch den Aussteifungsrahmen vorgegebene Form beibehalten muß.

Gemäß einer anderen Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung weisen die Zwangsführungen geradlinige, deci Mantel des Gaskanals zugeordnete Fuhrungsschlitze auf. in denen mit den Ecken des Aussteifungsrahmens verbundene Führungsstücke verschiebbar sind.

Bei dieser Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung erlauben die geradlinigen Führungsschlitze eine unbehinderte Ausdehnung oder Verküizung der Seitenteile des Aussteifungsrahmens, wobei sich der Aussteifungsrahmen hier ebenfalls um seinen Mittelpunkt relativ zum Mantel des Gaskanals verdreht. Da die Ausdehnung oder Verkürzung der Seitenteile des Aussteifungsrahmens an jedem Seitenteil gleich groß ist, ergibt sich im Zusammenwirken mit den geradlinigen Führungsschlitzen auch hier zwangsläufig an allen Ecken des Aussteifungsrahmens die gleiche Relativbewegung zwischen den Ecken des Aussteifungsrahmens und dem Mantel des Gaskanals, so daß aucii hier der Mantel des Gaskanals die durch den Aussteifungsrahmen vorgegebene Form, beibehalten muß.

Bei der zuletzt genannten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung sind die an den Ecken des Aussteifungsrahmens angeordneten Führungsstücke zweckmäßig als Rollen ausgebildet.

Der Aussteifungsrahmen kann als beliebiges regelmäßiges Vieleck ausgebildet, seip. Zweckmäßig ist er jedoch als quadratisch ausgebildet und mit Diagonalstreben versehen. Die Abstützung des Mantels des Gaskanals kann im Bereicn der Seitenwandung des Gaskanals erfolgen. Da es bei der Aussteifung des Gaskanals jedoch insbesondere darauf ankommt, die Winkel des Querschnittsprofiles zu fixieren, ist insbesondere zum Aussteifen eines Gaskanals mit quadratischem Querschnitt vorgesehen, daß der Aussteifungsrahmen den Mantel des Gaskanals an dessen Ecken abstützt Hierdurch werden Fehler ausgeschaltet, die beispielsweise infolge von Durchbiegungen der Wandungen auftreten können.

Zum Aussteifen eines Gaskanales mit rechteckigem Querschnitt werden vorzugsweise in einer Querschnittsebene des Gaskanals zwei quadratische Aus steifungsrahmen nebeneinander angeordnet

Beispielsweise Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der

F i g. 1 einen Querschnitt durch einen quadratischen Gaskanal mit der darin angeordneten Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer ersten Ausführungsform zeigt,

F i g. 2 veranschaulicht, wie die Veränderung der Querschnittsform des Gaskanals durch die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung verhindert wird,

F i g. 3 einen Querschnitt durch einen quadratischen Gaskanal mit der darin angeordneten Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer zweiten Ausführungsform

zeigt.

F i g. 4 veranschaulicht, wie die Veränderung der Querschnittsform des Gaskanals durch die in F i g. 3 dargestellte Vorrichtung verhindert wird und

F i g. 5 und 6 schematisch die Anordnung von Vorrichtungen gemäß der Erfindung in Gaskanälen mit rechteckiger Querschnittsform zeigen.

In der Zeichnung ist der Gaskanal jeweils mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Der Gaskanal 1 hat vorzugsweise eine quadratische oder eine rechteckige Quersctinittsform, kann aber auch andere Querschnittsformen haben.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. I ist im lichten Querschnitt des Gaskanals 1 ein quadratischer Aussteifungsrahmen angeordnet, der in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet ist. Dieser quadratische Aussteifungsrahmen 2 weist Seitenteile 3 und Diagonalstreben 4 auf. An seinen Ecken ist der Aussteifungsrahmen 2 mit Gelenken 5 versehen, an denen gelenkig Lenkhebel 6 befestigt sind, die mit ihren äußeren Enden über Gelenke 7 mit den Ecken des Mantels des Gaskanals 1 in Verbindung stehen. Die Lenkhebel 6 haben sämtlich die gleiche Länge und sind jeweils so angeordnet, daß sie jeweils die Verlängerung eines Seitenteiles 3 des Aussteifungsrahmens 2 durch Verschwenken um ihr Gelenk 7 ausgleichen können.

Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung gemäß der Erfindung funktioniert wie folgt Es wird zunächst angenommen, daß das durch den Gaskanal 1 strömende Medium kalt ist. Hierbei nimmt der Aussteifungsrahmen 2 die in F i g. 1 in ausgezogenen Linien dargestellte Stellung ein. Bei Erwärmung des den Gaskanal 1 durchströmenden Mediums erwärmt sich der im Strömungsquerschnitt befindliche Aussteifungsrahmen ebenfalls, und zwar schneller, als der Mantel des Gaskanals t. Infolge der Erwärmung dehnt sich der Aussteifungsrahmen 2, wobei der Abstand al seiner Eckpunkte sich auf den Abstand al vergrößert. Infolge der Dehnung der Seitenteile 3 des Aussteifungsrahmens

um jeweils den gleichen Betrag verschwenken sich die Lenkhebel 6 ebenfalls um jeweils den gleichen Betrag und in gleichem Drehsinne, so daß der Aussteifungsrahmen 2 eine Verdrehung um seinen Mittelpunkt relativ zum Gaskanal 1 erfährt und anschließend die in F i g. 1 in gestrichelten Linien dargestellte Stellung einnimmt. Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, sind infolge der Zwangsführung durch die Lenkhebel 6 die Relativbewegungen zwischen den Eckpunkten des Aussteifungsrahmens 2 einerseits und den Eckpunkten des Gaskanals 1 andererseits an allen vier Ecken gleich, so daß der Gaskanal 1 die ihm von dem Aussteifungsrahmen 2 aufgezwungene quadratische Querschnittsform beibehalten muß und sich nicht zu einer rautenförmigen Querschnittsform verschieben läßt.

In Fig.2 ist an Hand von zwei Drehstellungen des Aussteifungsrahmens 2 veranschaulicht, wie die Eckpunkte des Aussteifungsrahmens 2 die durch die Lenkhebel 6 vorgegebene kreisförmigen Führungsbahnen verlassen müßten, wenn der Querschnitt des Gaskanals ao 1 Rautenform annehmen wollte. Die in diesem Falle an mindestens einem Lenkhebel auftretende Abweichung von der vorgegebenen Führungsbahn ist in F i g. 2 jeweils mit χ bezeichnet. Mithin ergibt sich, daß der Gaskanal 1 unabhängig von der jeweiligen durch Dehnung oder Schrumpfung des Aussteifungsrahmens 2 verursachten Drehung des Aussteifungsrahmens 2 relativ zum Gaskanal 1 der Gaskanal 1 eine von der rechtwinkeligen Querschnittsform abweichende Querschnittsform nicht annehmen kann.

In F i g. 3 sind der Gaskanal und der Aussteifungsrahmen und dessen Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie in F i g. 1. An den Ecken des Aussteifungsrahmens 2 sind hier jedoch nicht wie beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 als Lenkerführungen ausgebildete Zwangsführungen vorgesehen, sondern geradlinige Zwangsführungen. Diese geradlinigen Zwangsführungen weisen dem Gaskanal 1 zugeordnete geradlinige Führungskanäle 11 auf, in denen den Ecken des Aussteifungsrahmens 2 zugeordnete, als Rollen ausgebildete Führungsstücke 12 geführt sind. Wie aus F i g. 3 ersichtlich, sind die geradlinigen Führungskanäle 11 an jeder Ecke des Gaskanals 1 jeweils so angeordnet, daß in diesem Führungskanal 11 Ausdehnungen oder Verkürzungen jeweils eines an der betreffenden Ecke des Aussteifungsrahmens 2 angrenzenden Seitenteiles 3 des Aussteifungsrahmens 2 ausgeglichen werden können. Das heißt mit anderen Worten, die Führungskanäle U erstrecken sich jeweils in etwa in der Längsrichtung eines an der betreffenden Ecke des Aussteifungsrahmens 2 angrenzenden Seitenteiles 3 des Aussteifungsrahmens 2.

Die in F i g. 3 dargestellte Vorrichtung funktioniert wie folgt. Es wird zunächst davon ausgegangen, daß der Gaskanal von einem heißen Medium durchströmt wird, das sowohl den Aussteifungsrahmen 2 als auch den Mantel des Gaskanals 1 stark erwärmt hat Hierbei nimmt der Aussteifungsrahmen 2 die in F i g. 3 in ausgezogenen Linien dargestellte Stellung ein. Anschließend kühlt sich das den Gaskanal 1 durchströmende Medium plötzlich ab, wodurch sich der im Strömungsquerschnitt des Gaskanals 1 befindliche Auss .i'ungsrahmen 2 ebenfalls schnell abkühlt, während d r Mantel des Gaskanals zunächst die erhöhte Temperatur beibehält. Infolgedessen schrumpft der Aussteifungsrahmen 2, so daß seine Ecken einen kürzeren Abstand voneinander aufweisen. Infolge der Verkürzung der Seitenteile 3 des Aussteifungsrahmens 2 verschieben sich die Führungsstücke 12 in den Führungskanälen 11 derart, wie in F i g. 3 mit gestrichelten Linien angedeutet ist. Wie aus F i g. 3 ersichtlich, erfährt der Aussteifungsrahmen 2 durch die Verschiebung der Führungsstücke 12 in den geradlinigen Führungskanälen 11 auch eine Verdrehung um seinen Mittelpunkt relativ zum Gaskanal 1.

Auch beim Ausführungsbeispiel gemäß der F i g. 3 ist eine Verformung der Querschnittsform des Gaskanals trotz der möglichen Dehnung oder Verkürzung des Aussteifungsrahmens 2 nicht möglich. Dies ist in F i g. 4 veranschaulicht. Hier ist dargestellt, wie mindestens eines der Führungsstücke 12 von seiner vorgegebenen Führungsbahn im Führungskanal 11 abweichen müßte, wenn der Kanalquerschnitt Rautenform annehmen wollte. Die Abweichung ist auch hier mit χ bezeichnet.

Abweichend von den Ausführungsbeispielen können der Aussteifungsrahmen und/oder der Querschnitt des Gaskanals auch andere geometrische Formen haben. Aus Gründen der Symmetrie muß jedoch mindestens der Aussteiiungsrahmen die Form eines regelmäßigen Vieleckes haben.

Will man mit Hilfe eines derartigen Aussteifungsrahmens in Form eines regelmäßigen Vieleckes einen Gaskanal abstützen, der andere Formen hat. so müssen mindestens die den Ecken des Aussteifungsrahmens zugeordneten Abstützungspunkte am Mantel des Gaskanals auf einem regelmäßigen Vieleck liegen.

In den F 1 g. 5 und 6 ist beispielsweise veranschaulicht, wie man mit quadratischen Aussteifungsrahmen 2 einen Gaskanal 1 mit rechteckigem Querschnitt abstützen kann. Hierbei müssen, wie oben angedeutet worden ist und in F i g. 5 dargestellt ist, die Abstützpunkte am Mantel des Gaskanals 1 ebenfalls auf den Ecken eines Quadrates liegen.

Handelt es sich bei dem auszusteifenden Querschnitt um einen im Verhältnis zur Höhe sehr breiten Querschnitt, wie beispielsweise in F i g. 6 dargestellt ist, so können in dem Gaskanal 1 auch zwei quadratische Aussteifungsrahmen nebeneinander angeordnet werden. Diese quadratischen Aussteifungsrahmen verhindern bei einem rechteckigen Kanalquerschnitt ebenso wie oben an Hand der F i g. 1 bis 4 beschrieben, Abweichungen von der Rechtwinkeligkeit des Kanalquerschnittes. Reicht die Breite des rechtwinkeligen Kanalquerschnittes zur Anordnung von zwei Aussieifungsrahrnen nebeneinander nicht aus, so können sich die beiden Aussteifungsrahmen auch in der Kanalmitte überlappen, wobei sie allerdings in Kanallängsrichtung versetzt angeordnet werden müssen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Ausgesteifter Gaskanal, insbesondere mit vieleckiger Querschnittsform, mit mindestens einem in einer Querschnittsebene des Gaskanals angeordneten starren Aussteifungsrahmen, der die Form eines regelmäßigen Vieleckes hat und mit seinen Ecken den Mantel des Gaskanals an Abstutzpunkten abstützt, die in der Querschnittsebene auf den Ecken eines ebenfalls regelmäßigen Vieleckes liegen, d a durch gekennzeichnet, daß die Ecken des Aussteifungsfahmens (2) in einem Drehsinne um seinen Mittelpunkt gegenüber den Verbindungslinien der Abstützpunkte (z. B. 7) am auszusteifenden Kanalquerschnitt versetzt angeordnet sind und über einander gleichartige Zwangsföhrungen (5, 6, 7; 11, 12) derart mit dem Mantel des Gaskanals (1) in Verbindung stehen, daß bei Dehnung oder Schrumpfung des Aussteifungsrahmens (2) die Ecken des Aussteifungsrahmens (2) gleichartige Ausweichbewegungen in Querrichtung zu den Verbindungslinien diametral gegenüberliegender Abstützpunkte am auszusteifenden Kanalquerschnitt (1) ausführen.

2. Gaskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwangsführungen (5,6,7) Lenkhebel (6) aufweisen, die sämtlich die gleiche Länge hahen und jeweils an den Enden über je ein Gelenk (5, 7) mit einem Abstützpunkt am Mantel des Gaskanals (1) und einer Ecke des Aussteifungsrahmens (2) verbunden sind.

3. Gaskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwangsführungen (11, 12) geradlinige, dem Mantel des Gaskanals (1) zugeordnete Führungsschlitze (11) aufweisen, in denen mit den Ecken des Aussteifungsrahmens {2) verbundene Führungsstücke (12) verschiebbar sind.

4. Gaskanal nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ecken des Aussteifungsrahmens (2) zugeordneten Führungsstücke (12) als Rollen ausgebildet sind.

5. Gaskanal nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aussteifungsrahmen (2) quadratisch ausgebildet und mit Diagonalstreben (4) versehen ist.

6. Gaskanal nach Anspruch 5, insbesondere mit quadratischem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß der Aussteifungsrahmen (2) den Mantel des Gaskanals (1) an dessen Ecken abstützt.

7. Gaskanal nach Anspruch 5, insbesondere mit rechteckigem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Querschnittsebene des Gaskanals (1) quadratische Aussteifungsrahmen (2) nebeneinander angeordnet sind