DE2749927C2

DE2749927C2 - Rohrleitung zur Förderung von heißem Strömungsmittel

Info

Publication number: DE2749927C2
Application number: DE2749927A
Authority: DE
Inventors: Eizi Otowa Aichi Horie; Hideo Tokio Nagashima; Hiroshige Tokio Suzuki
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1976-11-08
Filing date: 1977-11-08
Publication date: 1983-11-10
Also published as: JPS6028868Y2; JPS53135407U; US4155377A; DE2749927A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Rohrleitung zur Förderung von heißem Strömungsmittel, mit einem metallenen Innenrohr, durch das ein heißes Strömungsmittel fließt, mit einer das metallene Innenrohr konzentrisch umgebenden Ummantelung aus vorgefertigten aus einem wärmeisolierenden feuerfesten Werkstoff bestehenden Rohrschalensektoren, mit einer die Ummantelung abdeckenden wärmeisolierenden Schicht und mit einem metallenen Außenrohr, das die wärmeisolierende Schicht umgibt

Eine derartige Rohrleitung ist aus der DE-PS 4 53 906 bekannt Dabei ist die Ummantelung mit einem Mauerwerk gebildet, dessen Mörtelfugen Wärmebrücken bilden. Das Wärmeisoliervermögen der Rohrfitting ist

to daher begrenzt Nachteilig ist bei der bekannten Rohrleitung weiterhin, daß das Innenrohr gegen das umgebende Mauerwerk verspannt ist Dadurch kommt es bei hohen Temperaturen zu zusätzlichen Beanspruchungen des Innenrohrs und des Mauerwerks, die zur Rißbildung und vorzeitigem Verschleiß führen können. Weiterhin ist bei der bekannten Rohrleitung von Nachteil, daß die Ummantelung aus einer Vielzahl von Mauersteinen besteht und in aufwendiger Weise mit Mörtel hergestellt werden muß.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rohrleitung der eingangs genannten Art mit erhöhtem Wärmeisoliervermögen zu schaffen, bei der die Ummantelung ohne Mörtel hergestellt werden kann und die eine sichere lange Betriebsdauer gewähr leistet

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Rohrschalensektoren mittels Koppelgliedem gehalten sind, welche an sich radial von der Außenfläche des Innenrohrs nach außen erstreckenden Tragzapfen gehalten sind, wobei zwischen den Rohrschalensektoren und der Außenfläche des Innenrohrs eine Schicht aus elastischem, feuerfestem Material angeordnet ist, daß die Koppelglieder als feuerfeste Blöcke ausgebildet sind, die im Schnitt quer zur Längsachse der Rohrleitung je weils eine Kreisringsektorfläche und im Längsschnitt jeweils eine sich radial nach außen verjüngende Fläche aufweisen, und daß die Rohrschalensektoren im Längsschnitt jeweils eine sich nach außen erweiternde Fläche aufweisen und zwischen den Koppelgliedem lose derart eingesetzt sind, daß ihre Seitenflächen an den entsprechenden Seitenflächen der KoppeJglieder anliegen.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, daß zwischen den benachbarten Rohrschalensektoren auch bei einer thermisch bedingten Längen- und Umfangs ausdehnung des Innenrohres keine Lücken entstehen. Aufgrund der Gestaltung der Koppelglieder und Rohrschalensektoren ist es nicht erforderlich, daß zwischen den angrenzenden Flächen benachbarter Rohrschalensektoren bzw. voa Rohrschalensektoren und Koppel- elementen- Mörtel eingebracht wird. Hierdurch wird nicht nur die Montage vereinfacht, sondern auch das Wärmeisoliervermögen deutlich verbessert, weil keine uie Wärmeisolierwirkung beeinträchtigende Wärmebrücken vorhanden sind.

Das Vorsehen einer Schicht aus elastischem, feuerfestem Material und die Form der Koppelglieder und Rohrschalensektoren tragen dazu bei, daß Wärmeausdehnungen des Innenrohrs über eine lange Betriebsdauer sicher aufgenommen werden können.

Bevorzugte konstruktive Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüehen beschrieben.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausfiihrungsform der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. I eine teilweise weggebrochene perspektivische Darstellung des Aufbaus einer Rohrleitung für heißes Strömungsmittel,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie A-A in F i g. I, in

vergrößertem Maßstab,

Fig.3 eine perspektivische Darstellung eines Koppelglieds und

F i g. 4 eine perspektivische Darstellung eines bei der Rohrleitung nach Fig. 1 verwendeten wärmeisolierenden Rohrschalensektors.

Die Fig. 1 und 2 veranschaulichen eine Rohrleitung, bei welcher Tragzapfenanordnungen jeweils bestehend aus drei Tragzapfen vorgesehen sind, die um den Außenumfang eines metallenen Innenrohrs herum auf gleiche Abstände verteilt sind und von diesem Rohr radial nach außen ragen. Dabei sind die drei Tragzapfen, die eine Tragzapfenanordnung bilden, in einer einzigen Ebene senkrecht zur Achse des metallenen Innenrohrs angeordnet Die Zahl der eine Tragzapfenanordnung bildenden Tragzapfen hängt dabei vom Außendurchmesser des Innenrohrs sowie von den Abmessungen des Koppelglieds und des feuerfesten Rohrschalensektors ab. Jede Tragzapfenanordnung besteht im allgemeinen aus 3—8 und vorzugsweise aus 3 oder 6 Tragzapfen.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 und 2 sind die eine Tragzapfenanordnung bildenden Tragzapfcn, z. B. die Zapfen 2a, 2a'und 2a", auf gleiche Umfangsabstände verteilt um den Außenumfang des Innenrohrs 1 herum von diesem radial nach außen abstehend angeordnet Hierbei wird zwischen den eine Anordnung bildenden Tragzapfen, z. B. den Zapfen 2a und 2a', ein Winkel von 120° festgelegt Mehrere jeweils auf die beschriebene Weise gebildete Tragzapfenanordnungen sind in Längsrichtung des Innenrohrs t auf gleiche Abstände voneinander angeordnet Wesentlich ist dabei jedoch, daß die Tragzapfen der einander benachbarten Tragzapfenanordnungen um 60° gegeneinander versetzt sind Sowohl das metallene Innenrohr 1 als auch die Tragzapfen bestehen aus einem warmfesten Stahl, wobei Tragzapfen und Innenrohr beispielsweise durch Schweißen miteinander verbunden sind.

Koppelglieder 3, von denen jedes an einem Tragzapfen befestigt ist, bestehen jeweils aus einem wärmeisolierenden, feuerfesten Material, wie gesintertem Quarzglas, gesintertem Siliziumnitrid und Ziegel bzw. Schamotte. Gemäß den F i g. 2 und 3 besitzt das Koppelglied 3 eine ganz spezielle Form, bei welcher die in Längsrichtung des Innenrohrs 1 verlaufenden Seitenflächen 3a, 3a'eine Trapezform aufweisen. Eine Oberseite 36 und eine Unterseiie 36'des Koppelglieds 3 .ind zudem konzentrisch zur Außenfläche des Innenrohrs 1 angeordnet Infolgedessen besitzen die in Umfangsrichtung des Innenrohrs 1 verlaufenden Seitenflächen 3c, 3c' eine Kreisringsektorform. Der Einschlußwinkel zwischen zwei trapezförmigen Seitenflächen 3a und 3a' entspricht außerdem der Hälfte des Einschlußwinkels zwischen den jeweils benachbarten Tragzapfen einer Tragzapfenanordnung. Besonders wichtig ist, daß alle im Längsschnitt des metallenen Innenrohrs liegenden Seitenflächen des Koppelglieds 3 eine Trapezform besitzen.

Der Neigungswinkel der Kreisringsektorflächen 3c, 3c' relativ zu einer senkrecht zur Achse das Rohrs 1 verlaufenden Ebene hängt vom Wärmeausdehnungskoeffizienten sowie vom Durchmesser des Innenrohrs 1 und von den Abständen zwischen den Tragzapfenanordnungen ab. Im allgemeinen liegt dieser Neigungswinkel im Bereich von einigen wenigen Graden bis zu etwa 20° oder wenig mehr. Das Koppelglied 3 ist mit einer Bohrung 3d versehen, die von seiner Unterseite 3b' zur Oberseite 3b durchgehend ist. Der Tragzapfen wird durch die Bohrung 3d hindurchgeführt, und an der Spitze des Tragzapfens wird ein Befestigungselement 5 angebracht, um dadurch das Koppelglied 3 am Innenrohr 1 zu befartigen.

Zwischen je zwei in Längsrichtung des Rohrs 1 einander benachbarten Koppelgliedern ist jeweils ein Rohrschalensektor 4 montiert (F i g. 1 und 2). Der Rohrschalensektor 4 besteht dabei aus einem wärmeisolierenden feuerfesten Material, etwa aus gesintertem Quarzglas,

ίο gesintertem Süiziumnitrid oder Ziegel bzw. Schamotte. An der Unterseite des Sektors 4 ist eine Schicht 4' aus einem elastischen, feuerfesten Material, wie Keramikfaser, angebracht In F i g. 4 ist mit 4£'die Fläche des Sektors 4 bezeichnet, die mit der Außenfläche des metallenen Innenrohrs 1 in Berührung kommt

Die in Längsrichtung des Rohrs 1 verlaufenden Seitenflächen 4a, 4a'des Rohrschalensektors 4 sind trapezförmig. Oberseite 4b und Unterseite Ah' des Sektors 4 sind bezüglich Krümmung und Umfangslänge ebenso geformt wie die Oberseite Zb und die Unterseite 36'des Koppelglieds 3. Infolgedessen besitzen die im Schnitt quer zur Längsachse des Innenrohrs 1 verlaufenden Seitenflächen 4c, 4c' eine Kreis(ring)sektorform entsprechend derjenigen der Seitenflächen 3c, 3c'des Koppelglieds3.

Der erwähnte Rohrschalensektor 4 ist im allgemeinen in Längsrichtung des Innenrohrs 1 langer als das Koppelglied 3. Dabei können Sektor 4 und Koppelglied 3 praktisch dieselbe Höhe aufweisen.

Eine in F i g. 1 gezeigte, wärmeisolierende Schicht 6 besteht aus einem elastischen, feuerfesten Material, wie Keramikfaser, Ein Metall-Außenrohr 7 (Fig. 1) ist aus einem warmfesten Stahl hergestellt

Bei der beschriebenen Rohrleitung wird die thermische Ausdehnung oder Schrumpfung des unmittelbar mit dem durchströmenden heißen Strömungsmittel in Berührung stehenden metafienen Innenrohr durch bestimmte Relativbewegungen zwischen Koppelgliedern und feuerfesten Rohrschalensektoren aufgefangen, woraus sich eine erheblich verbesserte Beständigkeit bzw. Betriebslebensdauer der Rohrleitung ergibt Wenn durch die Rohrleitung ein Gas von etwa 1000° C gefördert wird, dehnt sich das unmittelbar mit dem heißen Gas in Berührung stehende Innenrohr hauptsächlich in Längsrichtung aus. Dabei verschieben sich der Tragzapfen und das daran befestigte Koppelglied 3 ebenfalls in Längsrichtung des Innenrohrs 1. Diese Verschiebung wird jedoch in eine Gleit- oder Schiebebewegung der kreisringsektorförmigen Seitenflächen 4c, 4c'des Rohrschalensektos 4 auf den Kreisringsektorförmigen Seitenflächen 3c,3c'des Koppelglieds 3 umgewandelt. Genauer gesagt: die Längsausdehnung des metallenen Innenrohrs 1 bewirkt eine Vergrößerung des Abstands zwischen zwei benachbarten Koppelgliedern 3, die zwischei? skh den Rohrschalensektor 4 einschließen. Der Sektor 4 verschiebt sich demzufolge längs des betreffenden Koppelglieds 3 zum Innenrohr 1 hin unter Zusammendrückung der Polsterschicht 4'. Diese Verschiebung führt zu einer Unebenheit an den Oberseiten von Koppelglied 3 und Sektor 4, die jedoch durch die Elastizität der Isolierschicht 6 ausgeglichen wird.

Durch die Ausbildung der aneinander anliegenden Seitenflächen der Rohrschalensektoren und der Koppelglieder wird die Verwendung von Mörtel zum Ausfüllen von Fugen überflüssig und die Betriebslebensdauer bzw. Beständigkeit wird erheblich verbessert.

Weiterhin sind das Koppelglied und der Rohrschalensektor mit einer Wärmeisolierschicht aus Keramikfaser

od. dgl. bedeckt. Dadurch weist die Rohrleitung hohe Wärmeisoliereigenschaften auf. Dauerhaftigkeit und Wärmeisoliervermögen der Anordnung werden speziell dann wesentlich verbessert, wenn als wärmeisolierendes, feuerfestes Material ein Werkstoff angewandt wird, der als Hauptbestandteil gesintertes Quarzglas enthält

Die beschriebene Rohrleitung zur Förderung von heißem Strömungsmittel besitzt also hohes Wärmeisoliervermögen und hohe Dauerhaftigkeit bzw. lange Betriebslebensdauer. Infolgedessen eignet iich diese An-5 Ordnung sehr vorteilhaft für die Förderung eines in einem Kernreaktor erzeugten Heißgases bzw. Heißwindes zu einem Reduktionsofen für Eisenerz od. dgl.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rohrleitung zur Förderung von heißem Strömungsmittel, mit einem metallenen Innenrohr, durch das ein heißes Strömungsmittel fließt, mit einer'das metallene Innenrohr konzentrisch umgebenden Ummantelung aus vorgefertigten, aus einem wärmeisolierenden feuerfesten Werkstoff bestehenden Rohrschalensektoren, mit einer die Ummantelung abdeckenden wärmeisolierenden Schicht und mit einem metallenen Außenrohr, das die wärmeisolierende Schicht umgibt, dadurch gekennzeichne t.daß die Rohrschalensektoren (4) mittels Koppelgliedern (3) gehalten sind, welche an sich radial von der Außenfläche des Innenrohrs (1) nach außen erstreckenden Tragzapfen (2a, Ib, Ic, 2a', 2b', 2&, 2a", 2b", 2c") gehalten sind, wobei zwischen den Rohrschalensektoren (4) und der Außenfläche des Innenrokrs (1) eine Schicht (40 aus elastischem, feuerfestem Material angeordnet ist, daß die Koppelglieder (3) als feuerfeste Blöcke ausgebildet sind, die im Schnitt quer zur Längsachse der Rohrleitung jeweils eine Kreisringsektorfläche und im Längsschnitt jeweils eine sich radial nach außen verjüngende Fläche aufweisen, und daß die Rohrschalensektoren (4) im Längsschnitt jeweils eine sich nach außen erweiternde Fläche aufweisen und zwischen den Koppelgliedern (3) lose derart eingesetzt sind, daß ihre Seitenflächen (4a, 4a', 4c; 4&) an den entsprechende!« Seitenflächen (3a, 3a', 3c, 3d) der Koppelglieder (3) anliege?!.

2. Rohrleitung nach \nspruch \, dadurch gekennzeichnet, daß längs des Rohre Tifanges jeweils wenigstens drei Koppelglieder (3) angeordnet sind.

3. Rohrleitung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der im Längsschnitt radial nach außen konvergierenden Seitenflächen (3c, 3c) jedes Koppelgliedes (3) relativ zu einer senkrecht zur Achse des Innenrohres (1) verlaufenden Ebene in der Größenordnung von einigen Graden bis zu 20° oder wenig mehr als 20° liegt

4. Rohrleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelglieder (3) und die Rohrschalensektoren (4) aus gesintertem Quarzglas, gesintertem Siliziumnitrid und/oder Ziegel bzw. Schamotte bestehen.

5. Rohrleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (4') aus Keramikfasermaterial besteht.

6. Rohrleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelglieder (3) jeweils eine im montierten Zustand von den Tragzapfen (2a, 2b,...) durchsetzte Bohrung (3d) aufweisen und mittels auf die freien Enden der Tragzapfen aufschraubbaren Befestigungsmitteln (5) in ihrer Lage fixiert sind.