DE3523582A1 - Kubischer druckbehaelter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen kubischen Druckbe­ hälter, hergestellt aus Stahlblech, mit eingeschweißten oder aufgeflanschten Stirnseiten (Deckel bzw. Boden). Derartige Druckbehälter in kubischer Bauform sind ohne besondere Maßnahmen nicht hoch belastbar. Es werden des­ halb kreis- oder gar kugelförmige Kessel angestrebt. Wenn jedoch Kessel eine kubische Geometrie aufweisen müssen, dann wird die notwendige Steifigkeit entweder durch dicke Wände oder durch geeignete Verrippung herge­ stellt. Beide Maßnahmen führen zu Gewichten, die über denen von z. B. zylindrischen Druckbehältern gleichen Volumens liegen. Dabei wirkt sich die Verwendung dicke­ rer Wände zur Erzielung der Steifigkeit gewichtsmäßig stärker aus, als die Anwendung einer geeigneten Verrip­ pung, die aber ein größeres Bauvolumen für den gleichen Druckbehälterinhalt fordert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kubische Kesselaus­ führung zu schaffen, welche dünne Wände ohne Verrippun­ gen aufweist und trotzdem große Drücke aushalten kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die geraden Stahlblechwandteile durch Erhöhen des Innendruckes erheblich über dem Betriebsdruck bis zur plastischen Verformung des Stahlbleches in nach außen gewölbte Schalen umgeformt sind. Derartige Kessel gemäß der Erfindung können auf einfachste Weise hergestellt werden.

Der Kesselmantel wird aus Blech, vorzugsweise aus einem Stück als Rechteckrohr gekantet. Dabei soll die Schweiß­ naht mit der Mittellinie einer der kleinen Seitenflächen zusammenfallen. Die Kantradien sollen dem kleinsten Wert entsprechen, der für die gewählte Blechqualität noch zulässig ist. Größere Kessel können aus Blechtafeln zu­ sammengesetzt werden. Sind vier Tafeln erforderlich, dann werden die Schweißnähte zweckmäßigerweise auf die Kanten verlegt. Auf die Rechteckrohre werden die Böden oder Flansche angeschweißt. Ein Kessel kann entweder zwei aufgeschweißte Böden oder einen Boden und einen Flansch oder zwei Flansche aufweisen, wobei die Flanschöffnungen mit Deckel dicht verschlossen werden. In einer der Wände, zweckmäßigerweise einem Boden oder einem Deckel, wird eine verschließbare Entlüftungsboh­ rung und ein hydraulischer Anschluß vorgesehen. Über sie wird der Behälter mittels einer druckfesten Leitung aus einem druckfesten Reservoir mit einem Druckmedium, gün­ stigerweise eine Flüssigkeit, gefüllt. Danach wird die Entlüftungsbohrung verschlossen. Anschließend wird das Reservoir mit langsam steigenden Druck, z. B. mittels komprimierter Luft, beaufschlagt.

Der Kessel wird sich zunächst elastisch verformen - durch den statischen Druck der Flüssigkeit ist das in geringem Maße schon der Fall gewesen - um dann in den plastischen Bereich überzugehen. Es entstehen bei rechteckigen Wänden ovale Beulen, die sich auch bei Ent­ lastung praktisch nicht mehr zurückbilden. Bei der ela­ stischen Verformung wächst das Volumen des Behälters, weshalb Flüssigkeit nachgefüllt werden muß. Damit bei einer Überbeanspruchung der Kesselwände oder Schweißnäh­ te keine Explosion erfolgen kann, ist in die Drucklei­ tung eine Drossel einzubauen.

Der Druck und die daraus resultierenden bleibenden Ver­ formungen werden solange erhöht, bis ein ausreichend erscheinender Abstand zum maximalen Betriebs- oder Prüf­ druck vorhanden ist. Ungewollte Deformationen oder Risse im Blech oder in der Schweißnaht dürfen nicht auftreten.

Die Erfindung sei anhand eines konkreten Beispiels be­ schrieben. Es sei angenommen, daß ein Kessel mit den lichten Abmessungen 410 × 480 × 900 mm³ aus 2 mm dickem Blech (ST 1203) als Rechteckrohr hergestellt wird. Die eine offene 900 mm lange Kante wird verschweißt. Die drei gebogenen Kanten besitzen einen Innenradius von 10 mm. Auf dieses Rohrstück sind zwei Deckel aus 3 mm dickem Blech (St 1203) aufgeschweißt.

Wenn man eine Behälterwand als eine allseitig einge­ spannte Rechteckkantplatte betrachtet, so ergibt sich aus einer Festigkeitsberechnung, daß bei den zwei größ­ ten Platten bereits bei 20 mbar Innendruck in der Mitte der Längskante und zwar an ihrem Rundungsauslauf, die Streckgrenze erreicht ist. Im Kreuzungspunkt der Plat­ tendiagonalen tritt dieser Effekt bei 40 mbar auf, wobei die noch elastische Ausbeulung etwa 11 mm beträgt. Das heißt die Verformung hat im elastischen Bereich einen steilen Anstieg über dem Druck. Wie der Druckversuch dann zeigt, wird nach dem Übergang in den plastischen Bereich der Anstieg der Verformung stark abgeflacht, so daß bei 1,4 bar die Ausbeulung etwa 19 mm beträgt. Bei diesem Druck aber, d. h. beim Übergang auf 1,6 bar schnellt die Ausbeulung dann auf 26 mm hoch. An beiden Seiten der gerundeten Kanten und zwar etwa in der Längs­ mitte, haben sich jetzt auch Ausbeulungen nach innen gebildet.

Wenn ein Kessel für einen Betriebsdruck von 0,7 bar vor­ gesehen ist, so beträgt bei diesem Druck die Ausbeulung 13 mm. Kann nun der Betriebsdruck durch einen groben Fehler oder dergleichen auf 1,3 bar ansteigen, so kann dies zu Zerstörungen führen, was wiederum weitere erheb­ liche finanzielle Folgen nach sich ziehen würde. Ein mit etwa 1,4 bar vorgedrückter Kessel besitzt noch eine aus­ reichende Sicherheitszone, so daß er durchaus den gängi­ gen Sicherheitsanforderungen entsprechen würde.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel vergrö­ ßert sich bei einem Druck von 1,4 bar das ursprüngliche Kesselvolumen von 177 l um 18 l auf 195 l. Dieser Volu­ menzuwachs kann sich als Nachteil herausstellen. Bei Be­ hältern, die mit einem Deckel verschlossen sind, kann dieser Nachteil dadurch vermieden werden, daß die Beulen mit geschlossen-porigem Kunststoffschaum ausgefüllt wer­ den.

Es hat sich gezeigt, daß an der geschweißten Kante auch bei 2 bar noch keine negativen Beulen auftraten, während sich die negativen Beulen an den anderen Kanten noch weiter vergrößern. Daher sollten die Kanten möglichst steif, d. h. wenig gerundet werden.

Kessel gemäß der Erfindung haben gegenüber der bisheri­ gen Ausführung erhebliche Kostenvorteile. Außerdem sind sie gegenüber verrippten Kesseln bezüglich der Schweiß­ spannungen besser überschaubar.

Man kann einen Kessel gemäß der Erfindung mit einem aus Aluminiumblech bestehenden Behälter vergleichen. Der Aluminiumkessel ist zusätzlich mit zwei über der Länge gleichmäßig angeordneten Bandagen aus etwa 30 mm hohen, 25 mm breiten U-Profil mit Schenkeldicken von 3 mm ver­ sehen. Der Stahlkessel ist trotzdem leichter als der Aluminiumkessel, der trotz der Bandagen bei einem Prüf­ druck von 1,3 bar ebenfalls eine bleibende Verformung von etwa 3 mm erfuhr. Bei der Herstellung des Kessels gemäß der Erfindung wird vorzugsweise Stahlblech mit einer großen Duktilität verwendet, wie sie z. B. die Ziehqualität St 1203 besitzt.

Claims (4)

1. Kubischer Druckbehälter, hergestellt aus Stahl­ blech, mit eingeschweißten oder aufgeflanschten Stirn­ seiten (Deckel bzw. Boden), dadurch gekennzeichnet, daß die geraden Stahlblechwandteile durch Erhöhen des Innen­ druckes erheblich über dem Betriebsdruck bis zur plasti­ schen Verformung des Stahlblechs in nach außen gewölbte Schalen umgeformt sind.

2. Kubischer Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kubuskanten möglichst wenig ge­ rundet sind.

3. Kubischer Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformungs­ energie mittels einem Medium, am zweckmäßigsten einer Flüssigkeit, aufgebracht wird.

4. Kubischer Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verformungs­ druck und die erzeugte nach außen gewölbten Schalen so angesetzt werden, daß gegenüber dem Betriebsdruck der notwendige Sicherheitsabstand vorhanden ist.