NO177105B - Varmeröranordning for varmeanlegg eller ovn - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse gjelder en varmerørånordning med et meander- eller W-formet varmerør, særlig for et varmeanlegg eller en ovn for stråleoppvarming av forbipasserende metallbånd, og varmerøranordningen er nærmere bestemt slik det fremgår av den innledende del av det etterfølgende patentkrav 1. Hensikten med oppfinnelsens varmerørånordning er å forbedre evnen til å motstå påkjenninger av type mekanisk strekk eller trykk som følge av temperaturforskjeller.

Man kjenner til at man i slike varmeanlegg vanligvis benytter varmerør som er lagt i siksak- eller W-form, også kalt dobbel hårnålform, og varmerørene i et slikt anlegg benyttes til å overføre varme fra en forbrenningsgass som føres gjennom rørene og som dannes i en brenner, til det produkt som skal varmes opp, f.eks. et metallbånd som kontinuerlig føres forbi rørene. Den termiske overføring skjer ved stråling mellom varmerørene og det produkt som skal varmes opp og ved konveksjon/stråling inne i rørene. Forbrenningsgassen ved utløpet av rørsystemet har en temperatur som nærmer seg 1000°C, mens temperaturen av selve rørene kan gjennomsnittlig være ca. 950°C, med lokale maksima opp til omkring 1050°C.

Man har foretatt omfattende studier av de deformasjoner som slike varmerør utsettes for, såvel som de strekk- og trykkpåkjenninger som oppstår under oppvarmingen og etter at temperaturen har stabilisert seg. Hensikten med disse undersøkel-ser var å finne måter å optimalisere fordelingen av påkjenningene på under hensyn til materialenes flytegrense. Motstandsdyktigheten mot flyting varierer som kjent meget sterkt med temperaturen. Oppfinnelsen går ut på optimalisering av denne motstandsdyk-tighet i henhold til resultatene av undersøkelsene.

I samsvar med dette er det skaffet til veie en anordning som særlig er slik at den nederste støtte har en innstillbar klaring for å holde den mellomste rørbøy i innstillbar vertikal avstand fra varmerørets nederste rørdel samtidig med at relativ bevegelse mellom rørbøyen og rørdelen tillates i dennes lengderetning, at den øverste støtte er slik innrettet og tilpasset den øverste rørbøy at denne med en fastsveiset støtteplate i kald tilstand ligger an mot braketten, men blir løftet opp fra denne når rørbøyen oppvarmes, og at den mindre støtte danner to stag som hhv. er stivt forbundet med den øverste og den nederste rørbøy og i sin frie ende er dreibart festet til hverandre med en bolt.

Ifølge ett av de her nevnte karakteristiske trekk ved oppfinnelsen er den stive forbindelse mellom hhv. den øverste, "kalde" rørbøy og den nederste, "varme" rørbøy og sitt tilhørende stag utført som en sveiseforbindelse. En foretrukket utførelse av oppfinnelsens varmerørånordning er slik at den nederste støtte er -i form av et forbindelsesstykke som er stivt forbundet med den mellomste rørbøy og hvis frie ende danner en bøyle for den delvise omslutning av den nederste rørdel, på en slik måte at det dannes en klaring j mellom forbindelsesstykket og rørdelens-øverste overflate, idet de mekaniske strekk- og trykkpåkjenninger i anordningen vil kunne indikeres som en funksjon av klaringen j og når denne er redusert til null opptas av den nederste rørdel nærmest brenneren hvor rørdelen har sitt kaldeste parti som følge av beskjeden varmeoverføring fra brennerens forbrenningsgass.

Påkjenningene i form av trykk og strekk vil altså opptas av varmeanordningens nederste rørdel når klaringen som følge av deformasjon er redusert til null. Det at den nederste rørdel av varmeanordningen i den ende som er nærmest brenneren representerer varmeanordningens kaldeste parti skyldes at forbrenningsgassene her har stor hastighet og ikke får anledning til å overføre så mye varme til røret.

Øvrige karakteristiske trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av den nå følgende detaljbeskrivelse som støtter seg til de tilhørende tegninger av et utførelseseksempel uten begrensende karakter. På tegningene viser fig. 1 et skjematisk oppriss av en del av et varmeanlegg for termisk behandling av fortløpende bånd og omfatter en varmerørånordning som er utformet i samsvar med oppfinnelsen, fig. 2 viser et skjematisk riss fra siden av anordningen og båndet ifølge fig. 1, fig. 3 viser grafisk sammenhengen mellom temperaturen av varmerørene og disses avstand fra brenneren, regnet langs rørene, fig. 4 viser grafisk variasjonen i flytforhold, dvs. den påkjenning som gir en og samme deformasjon av et varmerør, ved forskjellige temperaturer, fig. 5 viser et skjematisk oppriss i større målestokk av forbindelsen mellom røranordningens øverste og nederste tilsvarende varmebøy, fig. 6 viser et vertikalsnitt av en detalj av

forbindelsen mellom de to bøyer vist på fig. 5, fig. 7 viser et utsnitt i stor målestokk av forbindelsen mellom~røranordningens mellomste (og varmeste) bøy og dens nederste rør ved dettes "kalde" ende, og fig. 8 viser et vertikalsnitt av bøyen og forbindelsen vist på fig. 7.

Fra tegningene fremgår at ovnen eller varmeanlegget benyttes for termisk behandling av bånd, særlig metallbånd 12, 12' som fortløpende føres frem i ovnen. Oppvarmingen skjer ved hjelp av en varmerørånordning 10 med rette rørdeler og 180° rørbøyer i meander- eller W-form. En brenner 14 er anordnet utenfor ovnen og avgir forbrenningsgasser som strømmer gjennom røranordningen 10 før de slippes ut i det fri. Rørene sørger altså for varmeoverføring mellom forbrenningsgassene fra brenneren 14 og det produkt som skal oppvarmes, i det viste tilfelle ett eller flere metallbånd 12, 12'.

Ifølge oppfinnelsen er brenneren 14 plassert ved enden av det nederste rør 16 som, slik det fremgår av fig. 3 blir røranordningens 10 kaldeste rør. Den første eller nederste rørbøy 18 blir da den nest varmeste bøy i systemet. Den ovenforliggende, mellomste bøy 20 blir da den varmeste, mens den øverste bøy 22 vil under drift få noe lavere temperatur. Bøyen går over i det øverste, nest kaldeste rør 24 i røranordningen.

I den øverste del av anordningen av varmerør har denøverste bøy 22 en enkel støtte for understøttelse, og i det viste utførelseseksempel består denne støtte av en brakett 28 som en fremstikkende støtteplate 26 ytterst på bøyen 22 kan hvile mot. Støtteplaten 26 kan være festet til bøyen på en eller annen hensiktsmessig måte. Under oppvarmingen av røranordningen 10 ved hjelp av brenneren 14 kommer både det øverste "kalde" rør 24 og den øverste bøy 22 til å føres noe oppover slik at det ikke lenger er behov for støtte fra braketten 28, og følgelig vil det heller ikke oppstå spenninger i rørene på grunn av anlegg mot denne. Den enkle støtte som oppfinnelsen angir for den øverste bøy vil altså på ingen måte hindre vertikale eller horisontale forskyvninger under oppvarmingen.

Det er klart at den bøy som i kald tilstand støttes, nemlig den "kalde", øverste bøy 22 under oppvarmingen vil være utsatt for deformasjon, men hvor påkjenningene vil være innenfor tillatte grenser. På fig. 3 er temperaturen langs det bøyde rør vist, og de tre bøyer 18, 20 og 22 er også inntegnet langs diagrammets abscisse. På fig. 4 er den tillatte flytpåkjenning inntegnet som funksjon av røranordningens 10 temperatur T. Kurven viser at de tillatte påkjenninger i området ved denøverste bøy er langt større enn de som kan tillates for den nederste, "varme" rørbøy 18. Et slikt forhold er vesentlig for optimalisering av motstandsdyktigheten overfor påkjenninger under oppvarmingen.

Ifølge oppfinnelsen sørges det for et forbindelsessys-tem mellom den nederste 18 og den øverste bøy 22, idet dette system hovedsakelig kjennetegnes ved at det ikke omfatter noe mellomstykke såsom et leddelement. Fra fig. 1, 5 og 6 fremgår at den nederste bøy 18 har et stag 32 som er støpt i ett sammen med bøyen, og på tilsvarende måte har den øverste bøy et liknende stag 30 som også er støpt i ett med denne bøy. De to stag 30 og 32 fås følgelig direkte etter støpeprosessen. Ikke i noe tilfelle bør stagene sveises fast til sin respektive bøy, da en sveiseforbindelse oftest vil forårsake materialspenninger og risiko for mikrosprekkdannelse på de steder hvor de mekaniske påkjenninger er maksimale under rørsystemets oppvarming og bruk. Fra fig. 5 og 6 fremgår hvordan stagene 30 og 32 er festet til hverandre med et festeelement såsom en bolt e.l., og festet er slik utført at det tillates noe klaring slik at den øverste bøy og den nederste bøy 18 kan beveges noe i forhold til hverandre under oppvarmingen og under drift av røranordningen, enten temperaturen holdes stabil eller undergår variasjoner, f.eks. ved endringer av den avgitte varmeeffekt fra rørene.

På denne måte dannes ingen tilleggsspenninger når røranordningen bygges opp i samsvar med oppfinnelsen.

Systemet av varmerør har også en forbindelse mellom den mellomste rørbøy 20 og det nederste rør 16 nærmest brenneren 14. En slik forbindelse er på fig. 1 skissert enkelt, og fig. 7 og 8 viser nærmere detaljer, idet forbindelsen er slik utført at den inngår i optimaliseringen av røranordningen for best mulig å motstå deformasjonspåkjenninger som følge av varmevirkningen.

Forbindelsen er utført som et forbindelsesstykke 36 i det viste eksempel, og også dette stykke er fremstilt direkte under støpingen av bøyen 20. På denne måte unngås at forbindelsesstykket må sveises fast til røret ved rørbøyen 20, og da unngås de ulemper som er nevnt ovenfor i forbindelse med stagene 30 og 32. Forbindelsen omfatter også et endestykke i form av en bøyle 38, og denne bøyle 38 kan festes til forbindelsesstykket 36 ved sveising, siden forbindelsen mellom de to elementer ikke vil få uheldige påkjenninger under oppvarmingen. Sveiseforbindel-sen utføres i så fall etter at man har sørget for en passende klaring j mellom bøylen 38 og det nederste rør 16 som den delvis omslutter, hvilket fremgår tydelig fra fig. 8. Fordelingen av påkjenningene i røranordningen vil være avhengig av denne klaring j. Under oppvarmingen i ovnen kommer nemlig den mellomste rørbøy 20 til å bevege seg nedover mot det nederste rør 16 og redusere den opprinnelige klaring j som var innstilt i kald tilstand, og følgelig vil bevegelsen av rørbøyen 20 begrenses i forhold til røret 16. En kartlegging av de spenninger som oppstår under oppvarmingen, i relasjon til den forhåndsinnstilte klaring j gir grunnlag for optimaliseringen og kan tegnes ut som en kurveskare i et diagram.

Det skal bemerkes at det ikke er noen sveiseforbindelse mellom bøylen 38 og det nederste rør 16, hvilket er vesentlig, idet det nederste rør 16 kommer til å bli ganske betraktelig påkjent ved temperaturstigningen når brenneren 14 settes i drift. Kraftpåvirkningen fra den mellomste rørbøy 20 mot det nederste rør 16 opptas, etter at klaringen j er redusert til 0, av oversiden på røret 16 i dettes kaldeste område, dvs. helt inn mot brenneren 14.

Ifølge oppfinnelsen skjer forbindelsen mellom det nederste rør 16 og det øverste rør 24 i selve ovnens eller varmeanleggets vegg, og festet av rørene til veggen kan skje på en eller annen hensiktsmessig måte som kan inngå i konvensjonell teknikk. Man skal imidlertid bemerke at anvendelse av folder eller korrugeringer for å oppta utvidelser på grenene i røranor-ningen 10, slik det ofte anordnes i kjente utførelser, her fører til flere ulemper enn fordeler, og oppfinnelsen angir under sin optimalisering av røranordningen at det ikke anvendes slike utvidelsesopptakende innretninger.

Claims (3)

1. Varmerørånordning (10) med et meander- eller W-formet varmerør (14, 16, 18, 20, 22, 24), særlig for et varmeanlegg eller en ovn for stråleoppvarming av forbipasserende metallbånd (12), hvor varmekilden er en forbrenningsgass som dannes i en brenner (14) forbundet med den nederste ende av varmerøret, hvor varmerøretsøverste ende danner en utslipps-åpning, hvor varmerøret består av rette rørdeler (16, 24) avløst av 180° rørbøyer (18, 20, 22), hvor varmerørets rørbøyer (18, 20, 22) er holdt i posisjon av støtter (26, 28; 30, 32; 36, 38) som ikke danner noen stiv tosidig sveiseforbindelse, men tillater en viss bevegelse, og hvor den øverste støtte (26, 28) er en enkel vertikalstøtte med en ubevegelig brakett (28) festet til varmeanlegget eller ovnen, KARAKTERISERT VED at den nederste støtte (36, 38) har en innstillbar klaring for å holde den mellomste rørbøy (20) i innstillbar vertikal avstand fra varmerørets nederste rørdel (16) samtidig med at relativ bevegelse mellom rørbøyen (20) og rørdelen (16) tillates i dennes lengderetning, at den øverste støtte (26, 28) er slik innrettet og tilpasset den øverste rørbøy (22) at denne med en fastsveiset støtteplate (26) i kald tilstand ligger an mot braketten (28), men blir løftet opp fra denne når rørbøyen oppvarmes, og at den midtre støtte (30, 32) danner to stag som hhv. er stivt forbundet med den øverste og den nederste rørbøy (22 hhv. 18) og i sin frie ende er dreibart festet til hverandre med en bolt (34) e.l.

2. Anordning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den nederste støtte (36, 38) delvis omslutter den nederste rørdel (16) nær dennes og varmerørets ende nær brenneren (14).

3. Anordning ifølge ett av de foregående krav, KARAKTERISERT VED at den nederste støtte (36, 38) er i form av et forbindelsesstykke (36) som er stivt forbundet med den mellomste rørbøy (20) og hvis frie ende danner en bøyle (38) for den delvise omslutning av den nederste rørdel (16), på en slik måte at det dannes en klaring j mellom forbindelsesstykket og rørdelens øverste overflate, idet de mekaniske strekk- og trykkpåkj enninger i anordningen (10) vil kunne indikeres som en funksjon av klaringen j og når denne er redusert til null opptas av den nederste rørdel (16) nærmest brenneren (14) hvor rørdelen har sitt kaldeste parti som følge av beskjedeh~varmeoverføring fra brennerens forbrenningsgass.