EP1767890B1

EP1767890B1 - Fallhammer-Klopfvorrichtung

Info

Publication number: EP1767890B1
Application number: EP06018931A
Authority: EP
Inventors: Jiri Dr. Jekerle; Volker Paruch
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2005-09-23
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2026-09-11
Also published as: CN1936489A; ES2373235T3; ATE523750T1; AU2006222653A1; DK1767890T3; EP1767890A1; CN1936489B; DE102005045633B3; AU2006222653B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fallhammer-Klopfvorrichtung, welche die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 umfaßt.
Eine Fallhammer-Klopfvorrichtung ist beispielsweise aus DE 35 00 431 A1 bekannt, wobei diese Klopfvorrichtung zur Abreinigung von Staubablagerungen auf Niederschlagselektroden und Sprühelektroden von trocken arbeitenden elektrostatischen Staubabscheidern dient.
Das Reinigen der äußeren Oberflächen von Wärmeaustauscherrohren, wie beispielsweise Flossenrohrwände und Rohrbündel von Wasserrohrabhitzekesseln, von angesammelter Asche und anderen Abscheidungen bzw. Ablagerungen wird oft durch Verwendung von mechanischen Klopfvorrichtungen durchgeführt, die nach dem Prinzip des Fallhammers arbeiten. Derartige Klopfvorrichtungen bestehen gewöhnlich aus einer Reihe von Fallhämmern, die jeweils auf einen Amboss bzw. Schlagstiel schlagen, welche mit den zu reinigenden Rohren verbunden sind oder zumindest in Berührung stehen. Die dabei auftretende periodische und schlagartige Belastung des Fallhammers, insbesondere seiner Bestandteile Hammerkopf, Hammerstiel und Hammergelenk, führt sehr oft zu Schäden an deren hoch belasteten Stellen, insbesondere an dem Hammergelenk.
Aufgabe dieser Erfindung ist es nunmehr, eine Fallhammer-Klopfvorrichtung zu schaffen, an dessen bzw. deren Fallhammer die vorgenannten Nachteile vermieden werden bzw. dessen Massenverteilung so günstig angeordnet ist, dass bei einem Anschlag auf den Amboss bzw. den Schlagstiel die Belastung im Hammergelenk gegen Null geht und die Spannung im Hammerstiel minimiert wird.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine Fallhammer-Klopfvorrichtung geschaffen, die die nachfolgenden Vorteile aufweist:

Weitgehende Reduzierung bis völlige Eliminierung der Rückschlagkraft im Hammergelenk zum Zeitpunkt des Hammerschlages auf den Amboss bzw. den Schlagstiel und somit minimale Belastung des Hammerstiels, des Hammergelenkes und der Hammerwelle,
Die Lebensdauer des Fallhammers einschließlich des Hammergelenkes wird in wesentlichem Maße verlängert.

In vorteilhafter Weise ist das am Hammerkopf angebrachte Zusatzgewicht an dessen dem Hammergelenk zu- oder abgewandten Seite angebracht, da an diesen Seiten ausreichend Raum für ein Anbringen eines Zusatzgewichtes vorhanden ist und die Massenverteilung hier auch effektiv vorgenommen werden kann.
Für den Fall, dass es vorteilhaft ist, die Massenverteilung innerhalb des Fallhammers zum Hammergelenk hin zu konzentrieren, kann das Zusatzgewicht auch am Hammerstiel angebracht werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Zusatzgewicht an den Hammerkopf oder an den Hammerstiel angeschraubt oder angeschweißt. Während die erste Variante die Möglichkeit eines einfacheren Austausches bietet weist die zweite Variante den Vorteil einer langlebigeren Verbindung auf.
Anstelle des Anbringens eines gesonderten Zusatzgewichtes auf den Fallhammer kann es zweckmäßig sein, das Zusatzgewicht aus einem ein Mehrgewicht aufweisenden Fallhammer und durch mechanische Bearbeitung des Fallhammers zur Erzielung des erforderlichen Zusatzgewichtes zu bilden. Dies kann beispielsweise durch abfräsen, abschleifen oder dergleichen von mehr- bzw. übergewichtigem Material am Hammerkopf erfolgen.
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung und der Beschreibung näher erläutert.
Es zeigt:

Fig. 1: eine Wärmeaustauscher-Rohreinheit, die mit einem Amboss bzw. Schlagstiel zur Klopfreinigung ausgebildet ist, schematisch und perspektivisch dargestellt,
Fig. 2: eine Mehrzahl von Wärmeaustauscher-Rohreinheiten, die mittels einer Fallhammer-Klopfvorrichtung gereinigt werden, in schematischer Darstellung,
Fig. 3: eine Fallhammer-Klopfvorrichtung während einer vollständigen Wellenumdrehung (360°), schematisch dargestellt,
Fig. 4: eine Detailansicht einer Fallhammer-Klopfvorrichtung, schematisch dargestellt
Fig. 5: wie Fig. 4, jedoch alternative Ausführung,
Fig. 6: wie Fig. 4, jedoch alternative Ausführung.

Figur 2 zeigt eine Vielzahl von Wärmeaustauscher-Rohreinheiten 1 auf, von denen eine einzelne zur besseren Darstellung in Figur 1 aufgezeigt wird. Derartige Wärmeaustauscher-Rohreinheiten 1 können beispielsweise als Membranrohrwände oder Rohrbündel in Abhitzekessel eingesetzt werden. Da sich beim Betrieb von mit Wärmeaustauscher-Rohreinheiten 1 ausgebildeten Abhitzekessel bzw. Dampferzeuger an den äußeren Oberflächen der Wärmeaustauscher-Rohreinheiten 1 Asche oder andere Ablagerungen ansammelt, die mit zunehmender Ansammlung den Wärmeübergang auf die Wärmeaustauscher-Rohreinheiten 1 und dem in den Rohren 2 zirkulierenden Arbeitsmedium verringert, wird es erforderlich, die Ascheansammlung zu beseitigen.
Die Abreinigung von Asche kann, wie in Figur 2 schematisch veranschaulicht, durch eine Fallhammer-Klopfvorrichtung 16 geschehen. Dabei werden durch eine von einem Antriebsmittel 7 angetriebene und rotierende Welle 6, die von wenigstens zwei Lagern 8 gehalten wird, Fallhämmer 10 angehoben und umgedreht bzw. umgekippt. Beim Erreichen der Kippposition fällt der Fallhmmer 10 von der höchsten in die niedrigste Position und schlägt bzw. klopft an den Amboss bzw. Schlagstiel 4 der jeweiligen Rohreinheit 1. Die Welle 6 besitzt dabei entsprechend der abzuklopfenden Rohreinheiten 1 eine Anzahl radialer Arme 9, die im Abstand voneinander starr mit der Welle 6 verbunden sind, wobei jeder Arm 9 im wesentlichen rechtwinklig zu der Welle 6 starr an ihr mit aufeinanderfolgend ansteigendem Umfangswinkel a, bezogen auf den vorhergehenden, benachbarten Arm 9, befestigt ist. Die Abfolge einer Wellenumdrehung der Klopfvorrichtung 16 und das Umkippen des Fallhammers 10 oberhalb der Welle 6 und das anschließende Fallen und Klopfen des Fallhammers 10 gegen die Schlagfläche bzw. das exponierte Ende 5 des Schlagstieles bzw. Ambosses 4 zeigt Figur 3 schematisch auf. Der Amboss bzw. Schlagstiel 4 ist, wie auch in Figur 1 veranschaulicht, am Sammelrohr 3 befestigt bzw. steht mit diesem in Verbindung, das sämtliche Wärmeaustauscherrohre 2 einer Wärmeaustauscher-Rohreinheit 1 aufnimmt. Als Antriebsmittel 7 können bekannte Antriebe wie elektromotorisch, hydraulisch, pneumatisch etc. betriebene Antriebe bzw. Getriebe eingesetzt werden.
Die Fallbewegung des Fallhammers 10 ist im Prinzip eine Drehbewegung. Der Impuls des Fallhammers 10 beim Anschlag auf den Amboss bzw. Schlagstiel 4 ist gleich der Impulssumme der verteilten Masse Σm_iv_i am Fallhammer 10, wobei die Geschwindigkeit der einzelnen Massenteilchen von dem Radius der Drehbewegung der einzelnen Massenteilchen bzw. -inkremente abhängt. Beim Anschlag wirkt im Anschlagpunkt des Fallhammers 10 eine Kraft, die entgegen der Drehbewegung des Fallhammers 10 gerichtet ist. Die Anschlagkraft wirkt auf den Fallhammer 10 mit einem Drehmoment, das im allgemeinen eine andere Bewegung des Fallhammers 10 nach dem Anschlag zur Folge hätte, als eine (rückläufige) Drehung des Fallhammers 10 um das Hammergelenk 13. Nur durch eine zusätzliche Kraft (Rückschlagkraft) im Hammergelenk 13 bleibt der Hammerstiel 12 des Fallhammers 10 mit dem Drehgelenk verbunden und bewegt sich mit der gewünschten Rückdrehung. Die Rückschlagkraft im Hammergelenk 13 führt zu einer Spannungsbelastung im Hammerstiel 12.
Zur weitestgehenden Verhinderung von Spannungen im Hammerstiel 12, Hammerkopf 11 und im Hammergelenk 13, die bei einem Anschlag des Fallhammers 10 auf den Amboss 4 entstehen und die oft zu Schäden - in der Regel Brüche - an den hoch belasteten Stellen führen, wird erfindungsgemäß der Fallhammer 10 mit einem Zusatzgewicht 14 gemäß der Beziehung $m_{z} = \frac{Σ m_{i} • r_{i} - r_{A} • {Σ m}_{i}}{r_{A} - r_{z}}$
ausgebildet, wobei

m_z: die Masse des Zusatzgewichtes 14 in kg,
m_i: die Masse eines Massenteilchens bzw. -inkrementes bezüglich Hammerstiel 12 und Hammerkopf 11 in kg,
r_z: der Radius zwischen Mittelpunkt Hammergelenk 13 und Massenschwerpunkt des Zusatzgewichtes 14 in Meter,
r_a: der Radius zwischen Mittelpunkt Hammergelenk 13 und Schlagnormale N_s des Hammerkopfes 11 in Meter,
r_i: der Radius zwischen Mittelpunkt Hammergelenk 13 und Massenschwerpunkt des Massenteilchens bzw. -inkrementes bezüglich Hammerstiel 12 und Hammerkopf 11 in Meter ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Fallhammers 10 mit einem Zusatzgewicht 14 gemäß der obengenannten Beziehung kann die üblicherweise auftretende Rückschlagkraft innerhalb des Fallhammers 10 sowie des Hammergelenkes 13 auf ein Minimum reduziert oder im besten Fall völlig eliminiert werden.
In Figuren 4 bis 6 sind Varianten der erfindungsgemäßen Fallhammer-Klopfvorrichtung 16 veranschaulicht, wobei der Fallhammer 10 gemäß der Figur 4 mit einem Zusatzgewicht 14 ausgebildet ist, das an der dem Hammergelenk 13 abgewandten Seite des Hammerkopfes 11 angebracht ist, wogegen der Fallhammer 10 gemäß der Figur 5 mit einem Zusatzgewicht 14 ausgebildet ist, das an der dem Hammergelenk 13 zugewandten Seite des Hammerkopfes 11 angebracht ist. Der Fallhammer 10 gemäß der Figur 6 ist mit einem Zusatzgewicht 14 ausgebildet, das zusätzlich einen mehr- bzw. übergewichtigen Anteil 15 aufweist. Dieser übergewichtige Anteil 15 des Fallhammers 10 wird durch abfräsen oder abschleifen oder dgl. bis zu dem Zustand bearbeitet, bis der Fallhammer 10 mit dem Zusatzgewicht gemäß der obengenannten Beziehung ausgebildet ist.

Bezugszeichenliste:

1: Wärmeaustausch-Rohreinheit
2: Wärmeaustauscherrohr
3: Sammelrohr
4: Amboss bzw. Schlagstiel
5: Schlagfläche bzw. exponiertes Ende des Ambosses bzw. Schlagstieles
6: Welle
7: Mittel zum Antreiben der Welle
8: Wellenlagerung
9: Radialer Arm
10: Fallhammer
11: Hammerkopf
12: Hammerstiel
13: Hammergelenk
14: Zusatzgewicht
15: Über- bzw. mehrlastiger Anteil des Zusatzgewichtes
16: Fallhammer-Klopfvorrichtung

Claims

Fallhammer-Klopfvorrichtung zum Beklopfen und Rütteln von Wörmeaustauscherrohren ( 2 ) zur Reinigung ihrer äußeren Oberflächen, wobei die Vorrichtung
eine langgestreckte, drehbare Welle ( 6 ), die mindestens von 2 Lagern gehalten wird, ein Mittel ( 7 ) zum Drehen der Welle ( 6 ),
eine Anzahl radialer Arme ( 9 ), die im Abstand voneinander starr mit der Welle ( 6 ) verbunden sind, wobei jeder Arm ( 9 ) im wesentlichen rechtwinklig zu der Welle ( 6 ) starr an ihr mit aufeinanderfolgend ansteigendem Umfangswinkel, bezogen auf den vorhergehenden, benachbarten Arm ( 9 ), befestigt ist,
einen einen Hammerkopf ( 11 ) und einen Hammerstiel ( 12 ) aufweisenden Fallhammer ( 10 ), der über ein Hammergelenk ( 13 ) schwenkbar an jedem radialen Arm ( 9 ) an seinem äußeren Ende befestigt ist, und
einen Amboss bzw. Schlagstiel ( 4 ) umfasst, welcher an einem Sammelrohr ( 3 ) einer rohrförmigen Wärmeaustauschereinheit ( 1 ) befestigt ist oder mit diesem in Berührung steht, und gegen dessen exponiertes Ende ( 5 ) der Fallhammer ( 10 ) beim Rotieren der Welle ( 6 ) schlägt,
dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduzierung oder Eliminierung einer auftretenden Rückschlagkraft im Hammergelenk ( 13 ) während des Hammerschlages auf das exponierte Ende ( 5 ) des Ambosses bzw. Schlagstieles ( 4 ) der Fallhammer ( 10 ) mit einem Zusatzgewicht ( 14 ) gemäß der Beziehung $m_{Z} = \frac{{Σ m}_{i} • r_{i} - r_{A} • {Σ m}_{i}}{r_{A} - r_{Z}}$

ausgebildet ist, wobei
m_z die Masse des Zusatzgewichtes ( 14 ) in kg,

m_i die Masse eines Massenteilchens bzw. -inkrementes bezüglich Hammerstiel ( 12 ) und Hammerkopf ( 11 ) in kg,

r_z der Radius zwischen Mittelpunkt Hammergelenk ( 13 ) und Massenschwer- punkt des Zusatzgewichtes ( 14 ) in Meter,

r_a der Radius zwischen Mittelpunkt Hammergelenk ( 13 ) und Schlagnormale ( N_S ) des Hammerkopfes ( 11 ) in Meter,

r_i der Radius zwischen Mittelpunkt Hammergelenk ( 13 ) und Massenschwer- punkt des Massenteilchens bzw. -inkrementes bezüglich Hammerstiel ( 12 ) und Hammerkopf ( 11 ) in Meter ist.
Follhammer-Klopfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzgewicht ( 14 ) an der dem Hammergelenk ( 13 ) abgewandten oder zugewandten Seite des Hammerkopfes ( 11 ) angebracht ist.
Fallhammer-Klopfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzgewicht ( 14 ) an dem Hammerstiel ( 12 ) angebracht ist.
Fallhammer-Klopfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzgewicht ( 14 ) an den Hammerkopf ( 11 ) oder Hammerstiel ( 12 ) angeschraubt oder angeschweißt ist.
Fallhammer-Klopfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzgewicht ( 14 ) zusätzlich einen mehr-bzw. übergewichtigen Anteil (15) aufweist, der durch mechanische Bearbeitung zur Erzielung des Zusatzgewichtes ( 14 ) bearbeitet ist.