DE2419780C3 - Construction for supporting thermally · "·" ^ "" * '"flat components, such as the bases of alkali metal kettles - Google Patents

Construction for supporting thermally · "·" ^ "" * '"flat components, such as the bases of alkali metal kettles

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Konstruktion zum Tragen thermisch hoch beanspruchter flächiger, waagerecht angeordneter und umfänglich mit einer lotrechten Gehäusewand fest verbundener Bauteile, die Temperatüren über 600°C, z.B. 800 bis 900°C aufweisen, wie Böden von Alkalimetallkessel u. dgl.The invention relates to a construction for supporting flat, horizontal surfaces that are subject to high thermal loads arranged and circumferentially with a vertical housing wall firmly connected components, the temperatures above 600 ° C, e.g. 800 to 900 ° C, such as Bottoms of alkali metal kettles and the like.

Bei Rohrbündelwärmetauscher ist es bekannt, den unteren Rohrboden dünn auszubilden und knapp über diesem einen steifen Zwischenboden vorzusehen, auf dem sich die Rohre abstützen. Durch den geringen Abstand von Rohrboden und Zwischenboden ist die Wärmedehnung der Rohre und deren elastische Dehnung gering so daß die Beanspruchung des Rohrbodens vorher bestimmbar und daher beherrschbar ist. Ferner ist es bei Spaltgaskühler bekannt, den unteren Rohrboden über die gasführenden Rohre mit dem oberen Rohrboden zu verbinden. Der untere Rohrboden ist nicht nur durch den Innendruck, sondern auch dadurch auf Biegung beänspruchti daß er an seiner Außenseite eine Temperatur von etwa 5000C und innen von nur etwa 3000C aufweist. Je nach Wärmedehnung unterstützen die Rohre den unteren Rohrboden, Am Rand, wo die Auswölbung des unteren Rohrbodens gering ist, nehmen die Rohre wenig Kräfte auf, während in der Mitte im Bereich der großen Auswölbung des Rohrbodens die Rohre stärker beansprucht werden. Es wird dadurch die Biegebeanspruchung des RohrbodensIn the case of tube bundle heat exchangers, it is known to make the lower tube sheet thin and to provide a stiff intermediate sheet just above this, on which the tubes are supported. As a result of the small distance between the tube sheet and the intermediate sheet, the thermal expansion of the tubes and their elastic expansion are low, so that the stress on the tube sheet can be determined in advance and can therefore be controlled. It is also known in the case of fission gas coolers to connect the lower tube sheet to the upper tube sheet via the gas-carrying tubes. The lower tube plate is characterized beänspruchti that it has not only by the internal pressure, but also to bend on its outside a temperature of about 500 0 C and the inside of only about 300 0 C. Depending on the thermal expansion, the tubes support the lower tube sheet. At the edge, where the bulge of the lower tube sheet is small, the tubes absorb little forces, while in the middle, in the area of the large bulge of the tube sheet, the tubes are subjected to greater stress. This increases the bending stress on the tube sheet

4*1 etwas verringert Beiden bekannten Bauarten ist gemeinsam, daß der untere Rohrboden auf einem Bauteil abgestützt ist, der im wesentlichen die gleiche Temperatur aufweist wie er selbst. 4 * 1 slightly reduced Both known types have in common that the lower tube sheet is supported on a component which is essentially at the same temperature as itself.

Die Temperatur der eingangs erwähnten Bauteile liegt über 6000C vorzugsweise zwischen 800 und 900° C. Bei solchen Temperaturen ist die mechanische Festigkeit gering, insbesondere die Biegefestigkeit. Der vom Bauteil aufzunehmende Druck kann bei diesen Temperaturen nicht sehr groß sein, so daß das Eigengewicht eine gleich große oder noch größere Rolle als der Druck spielen kann. Im Gegensatz hierzu sind bei so hohen Temperaturen die Wärmespannungen zumindest im Da'ierbetrieb ungefährlich, da sie mit der Zeit abgebaut werden.The temperature of the above-mentioned components is more than 600 0 C, preferably between 800 and 900 ° C. At such temperatures, the mechanical strength is low, particularly the flexural strength. The pressure to be absorbed by the component cannot be very high at these temperatures, so that the dead weight can play an equal or even greater role than the pressure. In contrast to this, at such high temperatures the thermal stresses are harmless, at least during operation, since they are reduced over time.

Das erfindungsgemäß zu lösende Problem besteht bei der eingangs erwähnten Konstruktion nun darin, die mechanische Beanspruchung durch das Eigengewicht des Bauteiles bzw. durch den Druck, dem es einseitig ausgesetzt ist, der geringen Festigkeit des Materials bei diesen hohen Temperaturen anzupassen.The problem to be solved according to the invention consists in the construction mentioned at the beginning in that mechanical stress due to the weight of the component or the pressure exerted on it on one side is exposed to adapt to the low strength of the material at these high temperatures.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß mit den flächigen Bauteilen fest verbundene lotrecht angeordnete rohr- oder stabförmige Tragelemente sich mit ihren oberen, die Bauteile überragenden Enden auf thermisch beanspruch;-;n Stützteilen abstützen und waagerecht voneinander in einem Abstand angeordnet sind, bei dem die in den Bauteilen durch ihr Eigengewicht und den auf sie wirkenden Drücken hervorgerufenen Schubspannungen die Biegespannungen übertreffen und der bei Temperaturen zwischen 800 und 9000C höchstens doppelt so groß ist wie die Dicke der Bauteile.According to the invention, this is achieved in that vertically arranged tubular or rod-shaped support elements firmly connected to the flat components are thermally stressed with their upper ends protruding beyond the components and are supported horizontally from one another at a distance at which the shear stresses in the components caused by their own weight and the pressures acting on them exceed the bending stresses and which at temperatures between 800 and 900 ° C. is at most twice as large as the thickness of the components.

Sind die thermisch hoch beanspruchten Bauteile Böden eines stehenden Kessels, so können die Kesselrohre als Tragelemente ausgebildet sein. Hierbei ergibt sich eine besonders vorteilhafte Ausführungsform, wenn die als Tragelemente ausgebildeten Kesselrohre an ihren über dem als Kesselboden dienenden Bauteil vorstehenden Enden über Rohrmuffen mit seitlichen öffnungen für den Austritt des die Kesselrohre durchströmenden Heizgases mit je einem Zuganker verbunden sind, der sich federnd auf dem thermisch geringer beanspruchten flächigen Bauteil abstützt.If the thermally highly stressed components are the bases of an upright boiler, the Boiler tubes can be designed as support elements. This results in a particularly advantageous embodiment if the designed as support elements Boiler pipes at their ends protruding above the component serving as the boiler bottom via pipe sleeves with side openings for the exit of the heating gas flowing through the boiler tubes with one each Tie rods are connected, which is resilient on the thermally less stressed flat component supports.

Die Erfindung nutzt den Umstand aus, daß die Baustoffe bei den angegebenen hohen Temperaturen über 600° C, vorzugsweise 800°C bis 900°C eine sehr geringe Biegefestigkeit und eine dazu im Verhältnis höhere Scherfestigkeit aufweisen und die erfindungsgemäße Konstruktion gewährleistet, daß die Bauteile überwiegend auf Abscherung beansprucht werden, weil die auf sie wirkenden Kräfte mittels in geringen Abständen angeordneter Tragelemente auf wesentlich kältere Bauelemente, die daher mechanisch wesentlich höher, also in der bisher üblichen Weise, belastet werden können, übertragen werden.The invention takes advantage of the fact that the building materials at the specified high temperatures above 600 ° C, preferably 800 ° C to 900 ° C a very have low flexural strength and a relatively higher shear strength and that of the invention Construction ensures that the components are mainly subjected to shearing stress because the forces acting on them by means of supporting elements arranged at small intervals to significantly colder components, which are therefore mechanically significantly higher, that is, in the previously usual manner, loaded can be transmitted.

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel ein mit heißem Rauchgas beheizter, stehender Rauchrohrkessel für die Erzeugung Von Käliumdämpf dargestellt. Es zeigtIn the drawing, an with is an exemplary embodiment Hot flue gas heated, standing smoke tube boiler for the generation of Käliumdämpf shown. It shows

F i g. I einen teilweisen Schnitt durch den Kessel,F i g. I made a partial cut through the boiler,

F i g. 2 ein Tragelement im Schnitt und dieF i g. 2 a support element in section and the

Fig.3 und 4 eine Einzelheit im Schnitt und Draufsicht,3 and 4 a detail in section and plan view,

Der Kaliumdampfkessel 1 hat eine Betriebstemperatur von etwa 9000C und ist aus hoch warmfesten austenitischen Chrom-NickeUStählen gefertigt. DasThe potassium boiler 1 has made an operating temperature of about 900 0 C and is made from highly heat-resistant austenitic chromium-NickeUStählen. That

heiße Rauchgas tritt vom Raum 2 in die vertikalen Kesselrohre 3 ein, welche am unteren und oberen Ende mit ebenen Kesselboden 4, 5 verschweißt sind und mit diesen sowie einem zylindrischen Mantel 6 zusammen im wesentlichen den Kaliumdampfkessel bilden. Jedes Kesselrohr 3 besitzt am oberen Ende, d. h. ober der Einschweißung 7 in den oberen Kesselboden 4, ein Gewindestück 8, welches gegebenenfalls erst nach der Einschweißung des Rohres in den Kesselboden an das Kesselrohr 3 angeschweißt wird. In dieses wird, nach Fertigstellung des eigentlichen Kaliumdampfkessels eine zumindest teilweise mit Schlitzen 9 versehene Rohrmuffe 10 eingeschraubt, welche an ihrem oberen Ende durch einen Zuganker 11 verschlossen ist. Durch diese Rohrmuffe 10 und ihre Schlitze 9 kann das, das Kesselrohr 3 verlassende, auf ca. 9300C abgekühlte Rauchgas in einen oberhalb des eigentlichen Kaliumdampfkessels befindlichen Rauchgassammeiraum 12 austreten und von dort radial durch den Rohrstutzen 13 abgeführt werden. Das obere Ende der Rohrmuffe 10 sowie der Zuganker 11 werden durch ein»· den Rauchgassammeiraum 12 nach oben hin abschließende Isolierung 14 geführt Oberhalb dieser befindet sich ein auf entsprechend niedriger Temperatur gehaltener, außen abgestützter flächiger Bauteil 15, der Bohrungen 16 über jedem Kesselrohr 3 aufweist, durch welche die je einem Kesselrohr zugeordneten, an ihrem oberen Ende ein Gewinde tragenden Zuganker 11 hindurchgeführt sind und mittels Muttern und Federelementen 17 ihre Zugbelastung auf den Bauteil 15 übertragen. Die Konstruktion erlaubt eine gleichmäßige Belastung derhot flue gas enters the vertical boiler tubes 3 from space 2, which are welded at the lower and upper end to the flat boiler bottom 4, 5 and together with these and a cylindrical jacket 6 essentially form the potassium steam boiler. Each boiler tube 3 has a threaded piece 8 at the upper end, ie above the weld 7 in the upper boiler base 4, which is optionally welded to the boiler tube 3 only after the tube has been welded into the boiler base. After completion of the actual potassium steam boiler, a pipe socket 10 provided at least partially with slots 9 is screwed into this, which is closed at its upper end by a tie rod 11. Through this pipe sleeve 10 and their slits 9 can, the boiler tube exit 3 leaving, cooled to about 930 0 C flue gas in a located above the actual potassium boiler Rauchgassammeiraum 12 and be discharged radially from there through the pipe socket. 13 The upper end of the pipe socket 10 and the tie rod 11 are passed through an insulation 14 that closes the flue gas collection chamber 12 at the top , through which the tie rods 11, each assigned to a boiler tube and carrying a thread at their upper end, are passed and transfer their tensile load to the component 15 by means of nuts and spring elements 17. The construction allows an even load of the

KlKl

Zuganker und damit eine korrekte Übertragung des Gewichtes der einzelnen Kesselrohre sowie der jeweils zugehörenden Teile der beiden Kesselboden sowie des flüssigen Kaliums usw. Unterschiedliche Wärmedehnungen der Rohrmuffen 10 sowie der Zuganker 11 im Betrieb können durch die Federelemente 17 ausgeglichen werden.Tie rods and thus a correct transfer of the weight of the individual boiler tubes as well as the respective associated parts of the two boiler bottoms as well as the liquid potassium, etc. Different thermal expansions the pipe sleeves 10 and the tie rod 11 during operation can be compensated for by the spring elements 17 will.

Die Aufhängung des Mantels 6 des Kaliumdampfkessels kann in analoger Weise unter Benutzung von nicht dargestellten, durchgehenden Zugankern erfolgen.The suspension of the jacket 6 of the potassium steam boiler can in an analogous manner using not through tie rods shown.

Um die Biegespannungen in den Kesselboden 4, 5 gering zu halten, darf der freie Abstand a zwischen den Kesselrohren 3 einen von der Stärke ider Kesselboden abhängigen Wert nicht überschreiten. Das VerhältnisIn order to keep the bending stresses in the boiler bottom 4, 5 low, the free distance a between the Boiler tubes 3 one of the strength of the boiler bottom do not exceed the dependent value. The relationship

< 2 gilt für Temperaturen zwischen 800 und 900° C.<2 applies to temperatures between 800 and 900 ° C.

Bei niedrigeren Temperaturen kann dieser Wert auch größer sein.This value can be higher at lower temperatures.

Die Erfindung ist nicht auf die ^'Wendung bei Dampfkesseln für Alkalimetall beschrankt Sie kann auch auf andere Anwendungsfälle des Alkalimetallhochtemperaturgebietes angewendet werden. In manchen Fällen kann an Stelle der Aufhängung eine Unterstützung von unten treten. Es können auch gemischte Ausführungsformen zweckdienlich sein. Ferner können in Sonderfällen die Kesselrohre 3 durch die Isolation 14 und die Tragplatte 15 hindurchgeführt sein und dort in der beschriebenen Weise sich federnd aut den Bauteil 15 abstützen. Als Federelement können auch Tellerfeder Anwendung finden.The invention is not related to the ^ 'turn Steam boilers for alkali metal limited They can also be used for other applications in the alkali metal high temperature range be applied. In some cases a support can be used instead of the suspension kick from below. Mixed embodiments may also be useful. Furthermore can In special cases, the boiler tubes 3 be passed through the insulation 14 and the support plate 15 and there in in the manner described resiliently to the component 15 prop up. Disk springs can also be used as the spring element.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Konstruktion zum Tragen thermisch hoch beanspruchter flächiger, waagerecht angeordneter und umfänglich mit einer lotrechten Gehäusewand fest verbundener Bauteile, die Temperaturen über 600° C, z. B. 800 bis 9000C aufweisen, wie Böden von Alkalimetallkesseln u.dgl., dadurch gekennzeichnet, daß mit den flächigen Bauteilen (4, 5) in fest verbundene lotrecht angeordnete rohr- oder stabförmige Tragelemente (3) sich mit ihren oberen, die Bauteile (4,5) überragenden Enden auf thermisch geringer beanspruchten Stützteilen (15) abstützen und waagerecht voneinander in einem Abstand (a) π angeordnet sind, bei dem die in den Bauteilen durch ihr Eigengewicht und den auf sie wirkenden Drücken hervorgerufenen Schubspannungen die Biegespannungen übertreffen und der bei Temperaturen zwischen 800 und 9000C höchstens doppelt so groß in ist wie die Dicke der Bauteile (4,5).1. Construction for supporting thermally highly stressed flat, horizontally arranged and circumferentially with a vertical housing wall firmly connected components, the temperatures above 600 ° C, z. B. 800 to 900 0 C, such as bases of alkali metal kettles and the like., Characterized in that with the flat components (4, 5) in firmly connected vertically arranged tubular or rod-shaped support elements (3) with their upper, the Support parts (4,5) protruding ends on thermally less stressed support parts (15) and are arranged horizontally from each other at a distance (a) π at which the shear stresses caused in the components by their own weight and the pressures acting on them exceed the bending stresses and which is at most twice at temperatures between 800 and 900 0 C as large as the thickness in the parts (4,5). 2. Konstruktion nach Anspruch 1, bei der die thermisch hoch beanspruchten Bauteile Böden eines stehenden Kessels, z. B. eines Alkalimetallkessels sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Tragelemente 21; (3) die Kesselrohre ausgebildet sinu.2. Construction according to claim 1, wherein the thermally highly stressed components floors of a standing boiler, for. B. an alkali metal boiler, characterized in that the support elements 2 1 ; (3) the boiler tubes formed sinu. 3. Konstruktion nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die als Tragelemente (3) ausgebildeten Kesselrohre an ihren über dem als Kesselboden dienenden Bauteil (4) vorstehenden jo Enden über Ronrmuffen (10) mit seitlichen Öffnungen (9) für den Austritt des die Kesselrohre durchströmenden Heizgasen mit je einem Zuganker (11) verbunden sind, der sich fi iernd auf dem thermisch geringer beanspruchten flächigen Bauteil π (15) abstützt.3. Construction according to claim 2, characterized in that the support elements (3) trained boiler tubes on their jo above the component (4) serving as the boiler bottom Ends over Ronrmuffen (10) with lateral openings (9) for the exit of the boiler tubes Flowing heating gases are each connected to a tie rod (11), which is fi iernd on the thermally less stressed flat component π (15) is supported.
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