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Doppelmanteliger Bauteil zur Aufnahme eines hocherhitzten, unter Druck
stehenden Mittels, besonders für Wärmekraftanlagen Die Erfindung betrifft einen.
doppelmanteligen Bauteil zur Aufnahme eines hocherhitzten, unter Druck stehenden
Mittels, besonders für Wärmekraftanlagen, bei dem sich zwischen den beiden Mänteln
ein von einem Kühlmittel durchströmter Raum befindet und an dessen Außenmantel eine
Anzahl Rohrstutzen zur Verbindung von, Durchflußrohren mit einem Innenhohlraum des
Bauteils befestigt sind.
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Doppelmanteliae Bauteile dieser Art kommen z. B. als Kollektoren in.
Wärmekraftanlagen zur Verwendung, bei denen ein einen: Kreislauf beschreibendes
Arbeitsmittel, vorzugsweise Luft, nachdem es durch äußere Wärmezufuhr in einem Erhitzer
auf höhere Temperatur gebracht worden ist, unter Leistungsabgabe an mindestens einen
Nutzl@eistunasempfänger in mindestens einer Maschine expandiert und hierauf nach
Kühlung in mindestens einer Maschine wieder auf höheren. Druck gebracht wird.. Im
genannten Kollektor wird dabei das in einer Anzahl von Rohrbündeln erhitzte, unter
Druck stehende Arbeitsmittel gesammelt, um von dort aus der oder den Expansionsmaschinen
zuzuströmen.
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Der innere Mantel eines doppelmanteliaen Bauteils dieser Art besteht
für gewöhnlich aus dünnem Blech, das nur hitzebeständig sein muß, aber ebenso wie
eine diesen Mantel umgebende Isolierschicht keine große Festigkeit zu besitzen braucht.
Der äußere Mantel hat dagegen aus einem Metall hoher
Festigkeit
zu bestehen. Das hocherhitzte, unter einem Druck von z. B. 5ioi at stehende Mittel
kann beispielsweise mit einer Temperatur von über 700° C durch Rohrstutzen strömen,
welche Durchflußrohre für dieses Mittel mit einem Innenhohlraum des doppelmanteligen
Bauteils verbinden. Bei solchen Betriebsverhältnissen besteht die Gefahr, daß von
den hocherhitzten Rohrstutzen aus so viel Wärme in den äußern Mantelteil überströmen
kann, daß dieser ebenfalls hocherhitzt wird. Das ist jedoch höchst unerwünscht,
denn bekanntlich nimmt die Festigkeit selbst von hochlegierten Stählen von einer
gewissen Temperatur an rapid ab, so, daß sie beispielsweise bei der erwähnten Temperatur
von 7.ooc° C nur noch einen Bruchteil derjenigen beträgt, die z. B. bei 30e0'°'
C vorhanden ist. Da aber der äußere Mantel. hinsichtlich Festigkeit hohen Ansprüchen
bei hohen Temperaturen und Drücken genügen sollte, so liegt es auf der Hand, daß
eine Erhitzung des äußern Mantels von Bauelementen der hier in Frage kommenden Art
tunlichst unterbunden wenden sollte.
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Zu diesem Behufe sind nun bei einem doppelmanteligen Bauteil der eingangs
-erwähnten Art gemäß der Erfindung im Innern der Rohrstützen durch achsgleich zu
denselben angeordnete Hohlkörper Räume begrenzt, -die eine zwangsmäßige Führung
eines Teils des den Zwischenraum zwischen den beiden Mänteln bestreicheniden Kühlmittels
in solcher Weise bewirken, draß Wärmeübertragungen von dem den innersten der Stutzenhohlkörper
durchströmenden, hocherhitzten Mittel auf .den, zugeordneten Rohrstutzen. weitgehend
unterbunden sind. Das Kühlmittel kann, nachdem es die von den . Hohlkörpern begrenzten
Räume durchströmt hat, ummittelbar oder durch einen allen Rohrstützen: gemeinsamen
Abströmraum in den Innenhohlraum des, Bauteils, oder z. B. auch in einen allen Rohrstutzen
gemeinsamen Abströmraurn gelangen, .der vom Innenhohlraum des Bauteils getrennt
ist.
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In den Zeichnungen sind mehrere beispielsweise Ausführungsformen des
Erfindungsgegenstandes veranschaulicht, und zwar zeigt Fig; i einen Längsschnitt,
durch einen doppelmanteligen Kollektor mit Rohrstutzen, in: deren Innern durch zwei
achsgleich dazu angeordnete Hülsen Räume begrenzt sind, die untereinander und. ferner
mit dem Innenhohlraum des Kollektors und dem- Raum zwischen den zwei Kollektormänteln
in Verbindung stehen, Fig. 2 eine Einzelheit der Bauart nach F'ig. i in. größerem
Maßstab, Fg. 3 eine Ausführungsfarm, bei der die Räume zwischen zwei Hülsen im Innern
der Rohrstutzen an einen, gemeinsamen Abströmraum angeschlossen sind, .der seinerseits.
mit dem Innienhohlraum des doppelmanteligen Bauteils in Verbindung steht, und Fig.
q; eine Ausführungsform; bei welcher die Räume zwischen; dein zwei Hülsen der verschie:
denen Rohrstutzen an einen gemeinsamen Abström-.raum angeschlossen sind, der vom
Innenhohlraum des doppelmanteligen Bauteils getrennt ist und an eine eigene Abströmleitung
angeschlossen ist.
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In Fig. i bezeichnet- i einen Sammelraum für ein hocherhitztes; unter
Druck stehendes Mittel. Dieser Raum i wird von einem Innenmantel 2 aus hochhitzebeständigem
Metall begrenzt; der von einer Isolierschicht 3@ umgeben ist, durch die Wärmestrahlungen
nach außen verhindert werden. Die Isolierschicht 3 ist ihrerseits von, einem Schutzblech
q. umfaßt. 5; bezeichnet einen glockenförmigen äußern Metallmantel, der aus einem
Werkstoff hoher Festigkeit besteht. Zwischen dem äußern Mantel 5 und dem Schutzblech
q. ist ein Hohlraum 6 vorgesehen, dem durch eine Leitung 7 ,ein Kühlmittel zuströmt,
dessen Druck unwesentlich höher ist als der Druck des im Raum i zu sammelnden hocherhitztenMittels.
Infolgedessen sind dieTeile 2, 3 und q. vom Drück praktisch entlastet, so daß sie
hinsichtlich Festigkeit geringen Anforderungen .zu -genügen haben. Der äußere Mantel
5, muß dagegen dem im Raum 6. herrschenden Druck widerstehen können.
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Hat der beschriebene Bauteil i. B. als Kollektor für in einen Erhitzer
auf etwa 6.7o° C erhitzte Luft von z. B. 5o, at einer Wärmekraftmaschine zu dienen,
in welcher Luft einen Kreislauf beschreibt und nach erfolgter Erhitzung in einer
Turbine zwecks Erzeugung von Nutzleistung entspannt und anschließend in einem Verdichter
wieder auf höheren Druck gebracht wird, so kann dem Raum 6 als Kühlmittel Luft zugeführt
werden, welche dem Kreislauf zwischen der Austrittsstelle, der Luft aus dem Verdichter
und ihrer Eintrittsstelle in den Erhitzer entnommen wird.
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Die hocherhitzte Luft strömt durch Durchflußrohre 8 dem Sammelraum
i zu. Die Verbindung der Rohre 8 mit dem Sammelraum i erfolgt durch Rohrstutzen
9, die gegen den Außenmantel 5; hin, mit dem sie verschweißt sind, erweitert sind.
In den erweiterten; Teil- der Rohrstutzen 9 sind zwei achsgleich dazu angeordnete
Hülsen io, m eingebaut. Jede Innenhülse io bildet mit dem zugeordneten Rohrstutzen
9 ein Ganzes, und sie weist denselben Innendurchmesser wie der nicht erweiterte
Teil des Stutzens 9, d. h. denselben Innendurchmesser wie das zugeordnete Durchlußrohr
8 auf. Die äußern Hülsen i i sind. am Schutzblech, q: befestigt, und sie münden
unmittelbar in den Sammelraum i. Die Außenhülse ii begrenzt zusammen mit der Innenwand
des erweiterten, Teils des zugeordneten Rohrstutzens 9 einen zylindrischen Raum
i2, und je zwei zugeordnete Hülsen 1o und i i begrenzen zusammen einen zylindrischen
Raum 13H Die zwei Räume 12 und i#3 stehen am obern Ende der Hülse 12 miteinander
in Verbindung; ferner steht der zylindrische Raum 12 mit dem Kühlraum 6 und der
zpfindrische Raum 13 mit dem Sammelraum i in Verbindung. Folglich kann ein Teil
.des dem Kühlraum 6 zuströmenden Kühlmittels durch die zylindrischen. Räume i2 und
i3 unmittelbar in den Sammelraum i gelangen..
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Das durch die zylindrischen Räume 12 und, ig, strömende Kühlmittel
-unterbindet weitgehend
Wärmestrahlungen von den sehr heißen Hülsen
1o, die von dem hocherhitzten Mittel durchströmt werden, nach den Rohrstutzen 9
und, auch von den äußern Hülsen i i nach dem diese umgebenden. Teil des Außenfmaneels
5. Dadurch wird eine gefährliche Erhitzung dieses Mantels 5 verhindert.
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Das im Raum i sich sammelnde hocherhitzte und unter Druck stehende
Mittel kann durch eine Leitung 14 aus dem Raum i abströmen.
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Bei der beschriebenen Bauart lassen sich. die Durchflußrohre'8 und
die Stutzen 9 aus einem Stahl mit großem Wärmeaus.dehnungskoeffizien.t und der Außenmantel
5, aus einem Stahl mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienfiherstellen, weitdurch
die beschriebene Kühlung die Schweißnähte zwischen den zwei Stahlsorten sich so
tief kühlen: lassen, z. B. bis auf 2Kaa° C, daß in diesen Nährten. keine gefährlichen
Wärmespannungen auftreten.
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Die in Fig. 3, gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der
beschriebenen vor allem dadurch, daß der zylindrische Raum 15; zwischen:
der innfern Hülse 16 und der äußern Hülse 17. nicht mit dem Innenhohlraum 18 des
doppelmanteligen Bauteils in Verbindung steht, sondern an einen allen Stutzens 19
der Rohre 2o gemeinsamen Abström.raum 21 angeschlossen ist, der durch eine Leitung
22 mit dem Innenhohlraum i!8! des doppelmanteligen Bauteils in Verbindung steht.
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Bei der in Fig. 4 gezeigten Bauart ist ein allen Rohrstutzen 23 gemeinsamer
Abströ@mraum 24, in den das diese Stutzen kühlende Mittel gelangt, vorn dem Innenhohlraum
25 des doppelmanteligen Bauteils getrennt. Dem Raum 24 ist daher eine eigene
Abströmleitung26 für das in denselben gelangende Kühlmittel zugeordnet.