EP2622277A1 - Wandausbiegung im bereich einer im wesentlichen rechteckförmigen brenneröffnung - Google Patents

Wandausbiegung im bereich einer im wesentlichen rechteckförmigen brenneröffnung

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EP2622277A1
EP2622277A1 EP11763947.6A EP11763947A EP2622277A1 EP 2622277 A1 EP2622277 A1 EP 2622277A1 EP 11763947 A EP11763947 A EP 11763947A EP 2622277 A1 EP2622277 A1 EP 2622277A1
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EP
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wall
tube
bent
burner opening
pipe
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EP11763947.6A
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Jens Eschenhagen
Leonhard Leuthel
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GE Vernova GmbH
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Alstom Technology AG
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    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23MCASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F23M5/08Cooling thereof; Tube walls
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    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23M7/00Doors
    • F23M7/04Cooling doors or door frames

Definitions

  • the invention relates to a Wandausbiegung in the region of a substantially rectangular burner opening.
  • Wall deflections are made on pipe wall areas of steam generators, to which burners are grown, with which the combustion chamber of the steam generator can be heated, for example with fossil fuels.
  • round or rectangular burner openings are used, with large, corner-fired steam generators usually rectangular burner openings are used in the pipe wall areas of a steam generator for use.
  • the tube walls of a steam generator are usually formed from a tube-web-tube combination, wherein the tubes are flowed through by a cooling medium.
  • the present invention has set itself the task of proposing a wall deflection in the region of a substantially rectangular burner opening, in which the manufacture and assembly takes place in an efficient and practical manner.
  • the inventive solution creates a wall deflection in the region of a substantially rectangular burner opening, which has the following advantages:
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the wall bending radius R of the wall deflection is 100 mm. This ensures that the burner is protected in the most extensive way against thermal radiation, wherein the selected radius manufacturing technology represents an optimum.
  • the wall bending angle W of Wandausbiegung 1 is 35 °. This angle represents an optimal manufacturing technology and protects the burner optimally against thermal radiation.
  • An expedient embodiment of the invention provides that the prefabricated pipe wall segments have a width of 500 to 1200 mm. This width represents an optimum between the desire for little hand welds between the respective prefabricated pipe wall segments and the production engineering possibilities on the roll of the bending tool.
  • the pipe diameters of the pipes are between 31, 8 mm and 38 mm and the wall thicknesses of the pipes between 4 mm and 7.1 mm.
  • the requirements for the steam generator are met (cooling medium throughput, etc.) and proposed on the other dimensions, which are well controlled in terms of bending.
  • the widths of the webs are between 10 and 25 mm.
  • 1 is a schematically illustrated in the view rectangular burner opening of a steam generator tube wall, which is created by bending the pipe wall (wall deflection) in the burners, 2 schematically shows a cross section through the burner opening according to section "AA" of Figure 1,
  • Fig. 3 schematically shows a plan view of a pipe wall segment according to the view "B" of Figure 2 (top view rotated by 90 °).
  • FIG. 1 schematically shows a substantially rectangular burner opening 2 of a steam generator pipe wall, which is provided by the wall bend 1 of the pipe wall 3.
  • the wall bend 1 is formed along the two longitudinal sides 7 of the rectangular burner opening 2 by means of prefabricated tube wall segments 4.
  • a number of tubes 5 and webs 6 are used in the device prepared for a pipe-board welding machine to achieve a desired width of the prefabricated pipe wall segment 4.
  • a width of the pipe wall segment 4 of 500 to 1 200 mm has proved to be advantageous, since in this case the number of welded joints of the prefabricated pipe wall segments 4 can be kept low and this width range in the pipe board welding machine and later in machine bending is easy to control.
  • all the webs 6 are calibrated with respect to their width before they are welded by means of the pipe board welding machine with the tubes 5. By calibrating the webs 6 advantageously eliminates the costly processing of K-chamfering on these webs, which is otherwise necessary for manual welding.
  • the tube wall segment 4 is preferably bent with a wall bending radius R of 100 mm and more preferably with a wall bending angle W of 1 35 ° (see Figures 2 and 3).
  • the wall bending angle W is understood to mean that one end of the prefabricated pipe wall segment 4 is bent relative to the other end of the pipe wall segment 4 by preferably 1 35 °, ie there is an included angle between the two ends of the pipe wall segment 4 of preferably 45 °.
  • the prefabrication according to the invention of machine-welded pipe wall segments 4 produces a geometrically precisely defined shape which retains this geometrical shape accuracy after subsequent bending and thus represents each of the prefabricated pipe wall segments 4 a dimensionally accurate and fixed support point within the entire wall bend 1.
  • the tube wall segments 4 by the calibration of the webs 6 before welding in the welding machine have fixed pitches, accounts for up to 95% of the hand welds, which are responsible for the welding shrinkage, mainly transverse to the tube axis.
  • the machine-welded and then bent pipe wall segments 4 contribute to control the otherwise occurring and caused by welding shrinkage dimensional and form deviations within the wall bends 1.
  • the tubes 5 of the tube wall segments 4 of the wall bend 1 according to the invention have, for example, tube outer diameter of 31, 8 to 38 mm and wall thicknesses of 4 to 7 mm.
  • the webs 6 inserted between the tubes 5 of the wall bend 1 according to the invention have, for example, widths of 10 to 25 mm.

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Abstract

Wandausbiegung im Bereich einer im wesentlichen rechteckförmigen Brenneröffnung (2), wobei die Wandausbiegung (1) aus Rohrwänden (3) gebildet ist und die Rohrwände (3) aus gasdicht verschweißten Rohr-Steg-Rohr-Kombinationen besteht und deren Rohre (5) von einem Kühlmedium durchströmt werden, wobei zumindest ein Teil der Wandausbiegung (1) entlang der beiden Längsseiten (7) der rechteckförmigen Brenneröffnung (2) mittels vorgefertigter Rohrwandsegmente (4) gebildet werden und wobei die vorgefertigten Rohrwandsegmente (4) im planen Zustand werkstattseitig maschinengeschweißt sind und anschließend werkstattseitig auf einen Wandbiege-Radius (R) von 70-140 mm und einen Wandbiege-Winkel (W) von 110°-150° gebogen sind.

Description

Beschreibung
Wandausbiegung im Bereich einer im wesentlichen rechteckförmigen Brenneröffnung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Wandausbiegung im Bereich einer im wesentlichen rechteckförmigen Brenneröffnung.
Wandausbiegungen werden an Rohrwandbereichen von Dampferzeugern vorgenommen, an denen Brenner angebaut werden, mit denen die Brennkammer des Dampferzeugers beispielsweise mit fossilen Brennstoffen beheizt werden kann. Dabei werden unter anderem runde oder rechteckförmige Brenneröffnungen eingesetzt, wobei bei großen, eckenbefeuerten Dampferzeugern in der Regel rechteckförmige Brenneröffnungen an den Rohrwandbereichen eines Dampferzeugers zur Anwendung kommen. Die Rohrwände eines Dampferzeugers sind in der Regel aus einer Rohr-Steg- Rohr-Kombination gebildet, wobei die Rohre von einem Kühlmedium durchströmt werden.
Bei heutigen, modernen Dampferzeugern, die in der Regel 8 Brenneröffnungen je Dampferzeuger und Leistungen von mehr als 800 MW sowie eine Bauhöhe von über 100 m aufweisen, sind dementsprechend auch die Brenner und somit auch die Brenneröffnungen mit großen Dimensionen ausgeführt. Dies stellt hohe Anforderungen an die konstruktive Lösung und deren produktionsseitiger Umsetzung der Wandausbiegungen an diesen Brenneröffnungen dar. Diese Brenneröffnungen werden dadurch gebildet, dass eine Rohr-Steg-Rohr-Kombination aus den Ebenen bzw. den Ecken der Rohrwand bzw. den Rohrwänden des Dampferzeugers nach aussen gebogen werden, d.h. von der Brennkammer wegzeigend. Die Erstellung der Wandausbiegungen erfolgt dabei dermaßen, dass sämtliche dafür erforderlichen Rohrbögen und Stege in Einzelfertigung vorgefertigt werden, wobei die Stege zur Verschweißung beidseitig eine K-Nahtanarbeitung erhalten. Anschließend werden die gebogenen Stege mit den Rohrbögen von Hand zu den gewünschten Wandausbiegungen verschweißt.
Infolge der großen Brenneröffnungsdimensionen und der Vielzahl der Handschweißnähte (Rohr-Steg-Rohr) und der daraus resultierenden Schweiß- anhäufungen ergibt sich eine erhöhte Fertigungsungenauigkeit, hauptsächlich durch starke Schweißschrumpfungen. Ebenso weist das vorgenannte Fertigungsprozedere einen hohen Fertigungsaufwand auf, z.B. durch den Bedarf an Vorrichtungen bzw. Schablonen, um die Maßhaltigkeit und die geometrische Form der Wandausbiegungen zu gewährleisten. Ferner ist aufgrund der Vielzahl von Handschweißungen ein erhöhter Aufwand von Richtarbeiten unumgänglich.
Die vorliegende Erfindung hat sich als Aufgabe gestellt, eine Wandausbiegung im Bereich einer im wesentlichen rechteckförmigen Brenneröffnung vorzuschlagen, bei der deren Herstellung und Montage in effizienter und praktikabler Weise erfolgt. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine Wandausbiegung vorzuschlagen, die die Vereinfachung der Fertigung mit gleichzeitiger Reduzierung der Kosten, Erhöhung der Qualität und Verringerung der Fertigungszeiten vorsieht sowie insbesondere konstruktiv derart ausgelegt ist, dass der an der Brenneröffnung angebaute Brenner eine gute Kühlung erfährt.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch eine Wandausbiegung im Bereich einer im wesentlichen rechteckförmigen Brenneröffnung gemäß der Gesamtheit der Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine Wandausbiegung im Bereich einer im wesentlichen rechteckförmigen Brenneröffnung geschaffen, die die nachfolgenden Vorteile aufweist:
Die Schweißschrumpfungen an den Wandausbiegungen werden extrem minimiert, die Beherrschbarkeit des Fertigungsprozesses der Wandausbiegungen wird erhöht, die Formgenauigkeit der Konstruktion der Wandausbiegungen werden deutlich erhöht,
die Fertigungskosten der Wandausbiegungen werden verringert
sowie die Fertigungszeiten der Wandausbiegungen werden verringert. Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass der Wandbiege-Radius R der Wandausbiegung 100 mm beträgt. Dadurch wird gewährleistet, dass der Brenner in weitgehendster Weise vor thermischer Strahlung geschützt wird, wobei der gewählte Radius fertigungstechnisch ein Optimum darstellt.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Wandbiege-Winkel W der Wandausbiegung 1 35°. Dieser Winkel stellt fertigungstechnisch ein Optimum dar und schützt den Brenner optimal vor thermischer Strahlung.
Eine zweckmäßige Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass die vorgefertigten Rohrwandsegmente eine Breite von 500 bis 1200 mm aufweisen. Diese Breite stellt ein Optimum dar zwischen dem Wunsch nach wenig Handschweißnähten zwischen den jeweiligen vorgefertigten Rohrwandsegmenten und den fertigungstechnischen Möglichkeiten auf der Walze des Biegewerkzeuges.
In zweckmäßiger Weise liegen die Rohrdurchmesser der Rohre zwischen 31 ,8 mm und 38 mm und die Wanddicken der Rohre zwischen 4 mm und 7,1 mm. Damit werden aus thermischer Sicht die Anforderungen an den Dampferzeuger erfüllt (Kühlmediumdurchsatz etc.) und zum anderen Dimensionen vorgeschlagen, die hinsichtlich Biegung gut beherrschbar sind. In weiterer zweckmäßiger Ausbildung liegen die Breiten der Stege zwischen 10 und 25 mm.
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen und der Beschreibung näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 eine in der Ansicht schematisch dargestellte rechteckförmige Brenneröffnung einer Dampferzeuger-Rohrwand, die durch Ausbiegung der Rohrwand (Wandausbiegung) im Bereich der Brenner erstellt wird, Fig. 2 schematisch dargestellt ein Querschnitt durch die Brenneröffnung gemäß Schnitt „A-A" aus der Figur 1 ,
Fig. 3 schematisch dargestellt eine Draufsicht auf ein Rohrwandsegment gemäß der Ansicht„B" aus der Figur 2 (Draufsicht um 90° gedreht).
Figur 1 zeigt schematisch dargestellt eine im wesentlichen rechteckförmige Brenneröffnung 2 einer Dampferzeuger-Rohrwand auf, die durch die Wandausbiegung 1 der Rohrwand 3 geschaffen wird.
Erfindungsgemäß wird zumindest ein Teil der Wandausbiegung 1 entlang der beiden Längsseiten 7 der rechteckförmigen Brenneröffnung 2 mittels vorgefertigter Rohrwandsegmente 4 ausgebildet. Die vorgefertigten Rohrwandsegmente 4, die man auch als Rohrbretter bezeichnen kann und die aus einer Kombination aus Rohren 5 und Stegen 6 zusammengesetzt werden, werden erfindungsgemäß in der Werkstatt maschinell und im planen bzw. ebenen Zustand verschweißt (Maschinenschweißung). Dabei werden eine Anzahl an Rohren 5 und Stegen 6 in die dafür vorbereitete Vorrichtung einer Rohrbrettschweißmaschine eingesetzt, um eine gewünschte Breite des vorzufertigenden Rohrwandsegmentes 4 zu erzielen. Als vorteilhaft hat sich dabei eine Breite des Rohrwandsegmentes 4 von 500 bis 1 200 mm erwiesen, da dabei die Anzahl der handzuschweißenden Verbindungsschweißnähte der vorgefertigten Rohrwandsegmente 4 untereinander gering gehalten werden kann und dieser Breitenbereich in der Rohrbrettschweißmaschine und später beim maschinellen Biegen gut beherrschbar ist. Um den gewünschten Abstand von Rohr 5 zu Rohr 5 (Rohrteilung innerhalb einer Rohrwand) zu erhalten, werden sämtliche Stege 6 hinsichtlich ihrer Breite kalibriert, bevor sie mittels der Rohrbrettschweißmaschine mit den Rohren 5 verschweißt werden. Durch die Kalibrierung der Stege 6 entfällt in vorteilhafter Weise die aufwendige Anarbeitung der K-Nahtanfasung an diesen Stegen, die ansonsten bei manueller Verschweißung notwendig wird. Nach dem maschinellen Verschweißen der Rohre 5 und Stege 6 zu einem planen Rohrwandsegment 4 wird dieses erfindungsgemäß als ganzes werkstattseitig maschinell mittels einer Rohrwand-Biegemaschine auf den Wandbiege-Radius R von zwischen 70 bis 140 mm sowie den Wandbiege-Winkel W von zwischen 1 10° bis 1 50° gebogen, wobei das Rohrwandsegment 4 vorzugsweise mit einem Wandbiege-Radius R von 100 mm und weiter vorzugsweise mit einem Wandbiege-Winkel W von 1 35° gebogen ist (siehe Figuren 2 und 3). Der Wandbiege-Winkel W versteht sich dermaßen, dass das eine Ende des vorgefertigten Rohrwandsegmentes 4 gegenüber dem anderen Ende des Rohrwandsegmentes 4 um vorzugsweise 1 35° gebogen ist, d.h. es entsteht ein eingeschlossener Winkel zwischen den beiden Enden des Rohrwandsegmentes 4 von vorzugsweise 45°.
Durch die erfindungsgemäße Vorfertigung von maschinengeschweißten Rohrwandsegmenten 4 wird eine geometrisch genau definierte Form hergestellt, die nach anschließender Biegung diese geometrische Formgenauigkeit beibehält und somit jedes der vorgefertigten Rohrwandsegmente 4 einen maßgenauen und fixen Stützpunkt innerhalb der gesamten Wandausbiegung 1 darstellt.
Da die Rohrwandsegmente 4 durch die Kalibrierung der Stege 6 vor dem Verschweißen in der Schweißmaschine fixe Teilungen aufweisen, entfallen bis zu 95% der Handschweißungen, welche für die Schweißschrumpfungen, hauptsächlich quer zur Rohrachse, verantwortlich sind. Somit tragen die maschinengeschweißten und anschließend gebogenen Rohrwandsegmente 4 dazu bei, die ansonsten auftretenden und durch Schweißschrumpfungen verursachten Maß- und Formabweichungen innerhalb der Wandausbiegungen 1 zu beherrschen.
Die Rohre 5 der Rohrwandsegmente 4 der erfindungsgemäßen Wandausbiegung 1 weisen beispielsweise Rohraußendurchmesser von 31 ,8 bis 38 mm und Wanddicken von 4 bis 7 mm auf. Die zwischen den Rohren 5 eingesetzten Stege 6 der erfindungsgemäßen Wandausbiegung 1 weisen beispielsweise Breiten von 10 bis 25 mm auf. Mittels der erfindungsgemäßen Wandausbiegung 1 und deren spezielle Geometrie wird neben der fertigungstechnischen Vorteile auch eine weitgehende Kühlung und Schutz vor thermischer Strahlung des an der Brenneröffnung 2 der Wandausbiegung 1 angebauten Brenners gewährleistet. Dies wird auch speziell durch den engen Wandbiege-Radius R erzielt.
Bezugszeichenliste:
1 Wandausbiegung
2 Brenneröffnung
3 Rohrwand
4 Rohrwandsegment
5 Rohr
6 Steg
7 Längsseiten der rechteckförmigen Brenneröffnu

Claims

Patenfansprüche
1 . Wandausbiegung im Bereich einer im wesentlichen rechteckförmigen Brenneröffnung ( 2 ), wobei die Wandausbiegung ( 1 ) aus Rohrwänden ( 3 ) gebildet ist und die Rohrwände ( 3 ) aus gasdicht verschweißten Rohr-Steg-Rohr- Kombinationen besteht und deren Rohre ( 5 ) von einem Kühlmedium durchströmt werden, wobei
zumindest ein Teil der Wandausbiegung ( 1 ) entlang der beiden Längsseiten ( 7 ) der rechteckförmigen Brenneröffnung ( 2 ) mittels vorgefertigter Rohrwandsegmente ( 4 ) gebildet werden und wobei die vorgefertigten Rohrwandsegmente ( 4 ) im planen Zustand werkstattseitig maschinengeschweißt sind und anschließend werkstattseitig auf einen Wandbiege-Radius ( R ) von 70 - 140 mm und einen Wandbiege-Winkel ( W ) von 1 10° - 150° gebogen sind.
2. Wandausbiegung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Wandbiege- Radius ( R ) 100 mm beträgt.
3. Wandausbiegung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Wandbiege- Winkel ( W ) 1 35° beträgt.
4. Wandausbiegung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohrwandsegment ( 4 ) eine Breite von 500 bis 1200 mm aufweist.
5. Wandausbiegung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrdurchmesser der Rohre ( 5 ) zwischen 31 ,8 mm und 38 mm liegen und die Wanddicken der Rohre ( 5 ) zwischen 4 mm und 7,1 mm liegen.
6. Wandausbiegung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Breiten der Stege ( ό ) zwischen 10 mm und 25 mm liegen.
EP11763947.6A 2010-09-30 2011-09-30 Wandausbiegung im bereich einer im wesentlichen rechteckförmigen brenneröffnung Withdrawn EP2622277A1 (de)

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