DE2154967C2 - Kühlturm - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlturm mit einem in Leichtbauweise errichteten Kühlturmmantel, der durch ein Seilnetz aus vorgespannten Seilen und eine vom Seilnetz getragene, nichtselbsttragende Umhüllung gebildet und an einem Bandagenring befestigt ist, der den oberen Rand des Kühlturmmantels bildet und der über schrägverlaufende Tragseile an einer über den Rand des Kühlturmmantels hinausragenden Mitteistütze aufgehängt ist, wobei das Seilnetz im Axialschnitt ein düsenförmiges Profil besitzt.

Ein Kühlturm der voranstehend beschriebenen Art ist Gegenstand der älteren, nicht vorveröffentlichten deutschen Patente 21 09 174 und 21 42 491.

Aus der GB-PS 11 83 193 war ein in Seilbauweise erstellter Kühlturm bekannt, bei dem ein den oberen Rand des Kühlturms bildender Ring an einer Mittelstütze aufgehängt ist, die über den oberen Rand des Kühlturmmantels hinausrag·. Im Längsschnitt hat dieser Kühlturm die Form eines halben Ellipsoids, dessen von der großen Achse bestimmte Querschnittsfläche in der Nähe des Erdbodens angeordnet ist Der den oberen Rand bildende Ring ist an radial angeordneten Tragseilen aufgehängt und durch eine spiegelbildlich nach unten gerichtete zweite Seilgruppe stabilisiert Von diesem Ring erstrecken sich in radialer Richtung ebene Seilwerke, die jeweils über einen im Bereich der Kühlturmbasis aufgestellten Stützpfahl zum Erdboden

ίο hin abgespannt sind. Infolge ihrer konstruktiven Gestaltung geben diese Seilwerke den radial vom oberen Ring zur Kühlturmbasis sich erstreckenden Seilen den Verlauf eines Ellipsenbogens.

Diese Ausführung des Kühlturmmantels hat den Nachteil, daß er eine Kuppelform mit einer zweiseitig gleichsinnigen Krümmung darstellt Wenn eine Membran, und als solche ist die Seilkonstruktion in Verbindung mit der Seilumhüllung aufzufassen, mit einer solchen Krümmung gespannt werden soll, läßt sich diese Spannung nur unter Verwendung von zusätzlichen Konstruktionssystemen erzielen, weshalb bei der Kühlturmkonstruktion nach der GB-PS 11 83 193 die Seilwerke, die Stützpfähle und die Abspannungen unbedingt erforderlich sind. Trotz dieses großen Aufwandes an Konstruktionsmitteln erreicht der bekannte Kühlturmmantel nicht das Tragverhalten einer echten Membranschale, so daß die Mittelstütze biegesteif ausgeführt sein muß, damit sie die aus äußeren Belastungen, insbesondere aus dem Seitenwind herriihrenden Lasten abtragen kann. Aus diesem Grunde läßt sich die bekannte Konstruktion nur im Zusammenhang mit einem Axialschnittprofil verwirklichen, da? dem Seitenwind möglichst geringe Angriffsflächen bietet. Die aus der GB-PS 11 83 193 bekannte Konstruktion ist deshalb auf Kühlturmmäntel mit ellipsoider Form beschränkt und läßt sich nicht auf Kühltürme mit hybolischer Form des Kühlturmmantels übertragen.

Aus der DE-OS 20 27 388 war weiterhin ein Ventilator-Kühlturm in Rundbauweise bekannt, bei dem

to das Tragwerk aus einer vorgespannten Seilkonstruktion besteht, die mit einem geeigneten Material verkleidet ist. Am Austritt und im Bereich des engsten Querschnitts wird der Querschnitt des Kühlturmmantels durch Speichenringe fixiert, die mit der Mittelstütze fest verbunden sind und das Gewicht des Kühlturmmantels auf die Mittelstütze übertragen. Diese bekannte Seilkonstruktion besitzt den wesentlichen Nachteil, daß die Spannseile im Bereich des engsien Querschnitts in ihrem Verlauf derart stark abgebogen sind, daß sie in

so zwei Abschnitten gespannt werden müssen. Im Bereich des oberen, sich erweiternden Teils des Kühlturms müssen die Seile zwischen dem Speichenring am oberen Austrittsrand des Kühlturms und zwischen dem Speichenring im engsten Querschnitt gespannt werden, wobei die in den Seilen wirkenden Zugkräfte als Biegemomente auf die Speichenringe wirken. Zur Umwandlung dieser Biegemomente in Normalkräfte ist der obere Speichenring am Austrittsrand des Kühlturms durch Streben auf der Mittelstütze abgestützt, wobei

fco diese Streben auf der Mantelfläche eines gedachten Kegels liegen. Bei großen Kühlturmeinheiten ergeben sich sehr große Abmessungen für diese Streben, weil zusätzlich zu den abzutragenden Seilkräften infoige des großen Abstandes des Mantels von der Mittelstütze das Biegemoment aus dein Gewicht eier Speichen, der Streben und des Ringes entsprechend groß wird. Durch die Anordnung von Speichen und Streben wird außerdem die Strömung der Kühlluft erheblich gestört.

Der sich hierdurch ergebende erhöhte Strömungswiderstand muß entweder durch eine Vergrößerung der Ventilatorleistung oder bei einem Kühlturm mit natürlichen. Zug durch Vergrößern der Bauhöhe überwunden werden. Schließlich ergibt sich durch die infolge der Speichen und Streben entstehenden Strömungsstörungen ein Betriebsgerä.uch mit erheblichem Geräuschpegel.

Das ältere deutsche Patent 21 09 174 stellt einen Kühlturm unter Schutz, bei dem das Seilnetz zwischen einem oberen über mindestens einen weiteren Distanzring und dem Fundament gespannt ist, wobei die Umfangsbegrenzungslinien des oberen und des darunterliegenden Distanzringes etwa den gleichen radialen Abstand von der Miuelstüize aufweisen und die Seile vom untersten Distanzring aus geradlinig nach unten divergieren.

Mit dem älteren deutschen Patent 21 42 491 wird ein Kühlturm geschützt, bei dem zwei oder mehr Ringe unterhalb des obersten Distanzringes mit solchen Abmessungen und in soicher Anordnung an das Seilnetz angeschlossen sind, daß sich ein düsenartiges Axialschnittprofil der Umhüllung ergibt, wobei diese Ringe mit dem Mast durch nur auf Zug beanspruchbare, vorgespannte Speichen verbunden sind.

Ein Verlauf der Seile, bei dem das Seilnetz einen hyperboloidischen Körper ergibt, ist in beiden Patenten nicht unter Schutz gestellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der konstruktiven und betrieblichen in Nachteile der bekannten Kühltürme eine konstruktiv einfache und wirtschaftlich besonders günstige Bauart zu schaffen, die unter Verwendung einfacher und mit vorausbestimmbaren Beanspruchungen belasteter Konstruktionselemente eine gute Anpassung des Einströmquerschnittes an die jeweiligen Gegebenheiten ermöglicht und ein Gitterwerk aus vorgespannten Seilen besitzt, welche auftretende Querbelastungen, insbesondere von Seitenwind, ohne Verformungen der Seile aufnimmt, so daß die nichtselbsttragende Umhüllung auf einfache und problemlose Weise an den Seilen des Gitterwerks befestigt werden kann.

Diese Aufgabenstellung der Erfindung wird mit der Erfindung dadurch gelöst, daß die vom oberen bis zum unteren Rand der Umhüllung geradlinig verlaufenden Spannseile des Seilnetzes insgesamt einen hyperboloidischen Körper ergeben. Unter geradlinig wird auch eine geringfügige Abweichung von der mathematischen Geraden verstanden.

Das einen hyperboloidischen Körper bildende Seilnetz des erfindungsgemäßeii Kühlturms hat ein Tragverhalten, das dem einer zweiseitig gegensinnig gekrümmten Membran entspricht, weil in dem aus den Spannseilen gebildeten Seilnetz ein allseitiger Vorspannungszustand erzeugt werden kann. Dies bedeutet, daß in allen Richtungen innerhalb dieses Seilnetzes ausschließlich Zugspannungen auftreten. Hieraus ergibt sich, daß die erfindungsgemäße Ausbildung des Gitterwerks eine besonders einfache, mit geringem Aufwand herzustellende, leicht vorzuspannende und ein t>o gutes Tragverhalten besitzende Konstruktion zur Folge hat, die weder schwierig zu beherrschende Umlenkungen der Seile noch außer dem Bandagenring am Austritt zusätzliche Ringe zur Erzeugung des düsenförmigcn Axialschnitt-Profils erfordert, so daß gleichzeitig zwisehen der Spitze und dem Fuß der Mittelstüt/.e angreifende Abspannungen des Gitterwerks gegenüber der Mittelstütze entfallen können, welche bei den bekannten Konstruktionen unerwünschte Biegekräfte in die Mittelstütze einleiten.

Der wesentliche Vorteil des erPndungsgemäßen Kühlturms gegenüber den bekannten Kühltürmen in Seilbauweise ist darin zu sehen, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Seile das von diesen gebildete Seilnetz das Tragverhalten einer zweiseitig gegensinnig gekrümmten Membran besitzt Nur in zweiseitig gegensinnig gekrümmten Membranen kann ein allgemeiner Vorspannungszustand erzeugt werden, so daß sich eine solche Membran aus Seilen hinsichtlich ihres Tragverhaltens wie eine kontinuierliche Membran und hinsichtlich ihrer Standfestigkeit wie ein freistehendes Schalentragwerk verhält An den Kreuzungspunkten der Seile treten keine Umlenkkräfte auf, und jeder Kreuzungspunkt wird durch zwei gleich große Kräftepaare, die innerhalb der Fläche der zweiseitig gegensinnig gekrümmten Membran wirken, im Gleichgewicht gehalten. Infolge dieser Verhältnisse und der axial in Richtung der Seile wirkenden Kräfte ist die aus Seilen gebildete Membran in der Lage, auch äußere Belastungen, insbesondere aus Windkräften aufzunehmen.

Würde die Membran keine zweiseitig gegensinnig gekrümmte Fläche bilden, könnte sie nur mit unverhältnismäßig großen Vorspannkräften, welche über zusätzliche Konstruktionssysteme in die die Membran bildenden Seile eingebracht werden müßten, tragfest und ausreichend formstabil gemacht werden. Auch gegenüber einer solchen Ausbildung mit zusätzlichen Konstruktionssystemen hat die erfindungsgemäße Ausbildung den Vorteil, daß äußere Lasten, insbesondere einseitige Belastungen, beispielsweise durch Wind, keine Zusatzspannungen infolge einer Biegebeanspruchung hervorrufen

In diesem Zusammenhang hat der obere Bandagenring des erfindr.ngsgemäßen Kühllurms eine weitere, das Tragverhalten des Flächentragwerks günstig beeinflussende Wirkung. Dieser Bandagenring stellt zusammen mit den Aufhängeseilen ein Speichenrad dar und verhält sich gegenüber der Schale als völlig steifes Schott. Als ein derartiges Schott verhindert der aufgehängte Bandagenring die ungünstige Verformung des oberen Randes des Flächentragwerks, die unter Windlast erfolgen würde, wenn dieser Rand nicht ausgesteift wäre. Der Bandagenring bewirkt so im gesamten Mantel eine gleichmäßige Spannungsverteilung. Aus diesem Verhalten gegenüber äußerer Belastung ergibt sich ein weiterer Vorteil der Erfindung, der darin besteht, daß die Mittelstütze unter reiner Druckbeanspruchung steht. Sie nimmt an der Abtragung der äußeren Windlasten praktisch nicht teil und könnte deshalb auch in einem Gelenk gegenüber dem Boden gelagert sein.

Der erfindungsgemäße Kühlturm besitzt gegenüber den bekannten Kühltürmen insgesamt den Vorteil, daß er konstruktiv einfacher und erheblich preisgünstiger hergestellt werden kann, da sowohl in den Spannseilen als auch in den schrägverlaufenden Tragseilen nur normale Kräfte übertragen und abgeleitet werden, die problemlos von der Mittelstütze aufgenommen werden können. Der Innenraum des KühlUirnis enthält außer der Miuelstütze keine störenden und die Luftströmung ungünstig beeinflussenden Einbauten, wodurch sich erheblich niedrigere Betriebskosten und geringere Betriebsgerätische ergeben. Schließlich ist es bei dem erfindungsgemäßen Kühlturm möglich, den luftdichten Kühlturmmantel in beliebiger Höhe über dem Erdboden

zu beginnen, so daß der Eintrittsquerschnitt ohne Rücksicht auf die Kühlturmkonstruktion auf die der gewünschten Kühlleistung entsprechende Kühlluftmenge abgestimmt werden kann.

Zur Stabilisierung der Unterkante des Kühlturmmantels kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung am unteren Rand der Umhüllung ein weiterer Bandagenring angeordnet werden.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird das hyperboloidische Seilnetz aus je einer Schar rechts- und linksgängig steigender Spannseile gebildet, die zwischen dem oberen Bandagenring und dem Fundament geradlinig verlaufen.

An diesen zwischen dem oberen Bandagenring und dem Fundament durchlaufenden Spannseilen kann der die Unterkante des Kühlturmmantels stabilisierende weitere Bandagenring befestigt sein.

Um bezüglich des Querschnitts des Kühlturms im Bereich des Lufteintritts von der Kreisform des Kühlturmmantels abweichen zu können, beispielsweise durch eine quadratische oder rechteckige Formgebung, welche eine optimale Anordnung der Kühlelemente gestattet, können gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die Spannseile zwischen dem oberen Bandagenring und dem unteren Bandagenring geradlinig verlaufen und der untere Bandagenring mittels geradlinig verlaufender Halteseile an Fundamenten befestigt sein. Die einzelnen Fundamente können erfindungsgemäß zu einem Fundamentring beliebiger Form miteinander verbunden werden. Diese erfindungsgemäße Weiterbildung ermöglicht die Unterteilung der Spannseile in die eigentlichen Spannseile und in Halteseile, die in Anzahl, Stärke und Verlauf von den Spannseilen abweichen können, so daß insbesondere eine Veränderung des Kühlturmquerschnitts im Bereich des Lufteintritts möglich wird.

Falls eine weitere Stabilisierung des Kühlturmmantels gewünscht wird, vorzugsweise im engsten Querschnitt, kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung im Bereich des Kühlturmmantels mindestens ein weiterer Bandagenring angeordnet werden. Die hierdurch erzielte Aussteifung erfolgt ohne Belastung der Mittelstütze, da auch diese zusätzlichen Bandagenringe an den Spannseilen hängen.

Sowohl der den oberen Rand des Kühlturmmantels bildende Bandagenring als auch der den unteren Rand der Umhüllung aussteifende Bandagenring und die zwischen diesen beiden Ringen angeordneten weiteren Bandagenringe, können erfindungsgemäß als vielzählige Polygone aus geraden Stücken zusammengesetzt sein, deren Seitenzahl zur Anzahl der Spann- bzw. Halteseile in einem ganzzahligen Verhältnis steht.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlturms dargestellt, und zwar zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt diüxh einen Kühlturm und F i g. 2 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie H-Il in Fig. 1.

Der als Ausführungsbeispiel dargestellte Kühlturm besitzt eine Mittelstütze 1, an der ein Bandagenring 2 mittels schrägverlaufender Tragseile 3 aufgehängt ist.

ίο An diesem Bandagenring 2 ist ein Gitterwerk aus je einer Schar rechts- und linksgängig steigender Spannseile 4 verankert, die mit ihrem unteren Ende an einem weiteren Bandagenring 5 befestigt sind. Diese geradlinig verlaufenden Spannseile 4 ergeben insgesamt einen hyperboloidischen Körper zwischen dem oberen Bandagenring 2 und dem unteren Bandagenring 5. Die Spannseile 4 können aber auch durchgehend bis zum Fundament des Kühlturms verlaufen.
Die Verankerung des aus den Spannseilen 4 gebildeten Seilnetzes erfolgt beim dargestellten Ausführungsbeispiel über Halteseile 6, welche zwischen dem unteren Bandagenring 5 und einzelnen Fundamenten 7 geradlinig gespannt sind. Beim Ausführungsbeispiel sind die Fundamente 7 auf einem Quadrat angeordnet. Die mit den nicht gezeichneten Kühlelementen zu besetzende Fläche ist somit quadratisch, während der Querschnitt des Kühlturms kreisförmig ist.

Das aus den Spannseilen 4 gebildete Seilnetz wird zwischen dem oberen Bandagenring 2 und dem unteren Bandagenring 5 durch einen Kühlturmmantel 8 aus beliebigem Material umhüllt. Als Material können Kunststoff- oder Asbestzementplatten, Kunststoffschaum oder Kunststoffolie verwendet werden.

An den den oberen Bandagenring 2 tragenden Tragseilen 3 sind beim Ausführungsbeispiel drei Abweisringe 9 aufgehängt, die den Abluftstrom richten und bei auftretenden Seitenwinden Wirbelbildungen und abwärts gerichtete Strömungen im Kühlturm verhindern. Zur Erhöhung der Standfestigkeit des Kühlturms, insbesondere während seiner Errichtung, können zusätzliche Abspannseile to angeordnet werden.

Die Fig.2 läßt erkennen, wie der kreisförmige Querschnitt des Kühlturmes im Bereich des Kühlturmmantels 8 in einen quadratischen Querschnitt im Bereich der Eintrittsöffnung für die Kühlluft übergeht Mit strichpunktierten Linien ist in F i g. 1 die Anbringung eines weiteren Bandagenringes 11 im engsten Querschnitt des Kühlturmmantels 8 angedeutet, der zur Stabilisierung des aus den Spannseilen 4 gebildeten Seilnetzes dient und während der Montage über Tragseile i2 an der Mittelstütze i aufgehängt ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Kühlturm mit einem in Leichtbauweise errichteten Kühlturmmantel, der durch ein Seilnetz aus vorgespannten Seilen und eine vom Seilnetz getragene, nichtselbsttragende Umhüllung gebildet und an einem Bandagenring befestigt ist, der den oberen Rand des Kühlturmmantels bildet und der über schrägverlaufende Tragseile an einer über den Rand des Kühlturmmantels hinausragenden Mittelstütze aufgehängt ist, wobei das Seilnetz im Axialschnitt ein düsenförmiges Profil besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die vom oberen bis zum unteren Rand der Umhüllung geradlinig verlaufenden Spannseile (4) des Seilnetzes insgesamt einen hyperboloidischen Körper ergeben.

2. Kühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Rand der Umhüllung ein weiterer Bandagenring (5) angeordnet ist.

3. Kühlturm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das hyperboloidische Seilnetz aus je einer Schar rechts- und linksgängig steigender Spannseile (4) gebildet ist, die zwischen dem oberen Bandagenring (2) und dem Fundament (7) geradlinig verlaufen.

4. Kühlturm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannseile (4) zwischen dem oberen Bandagenring (2) und dem unteren Bandagenring (5) geradlinig verlaufen und daß der untere Bandagenring (5) mittels geradlinig verlaufender Halteseile (6) an Fundamenten (7) befestigt ist.

5. Kühlturm nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Fundamente (7) zu einem Fundamentring beliebiger Form miteinander verbunden sind.

6. Kühlturm nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Kühlturmmantels (8) mindestens ein weiterer Bandagenring (11) angeordnet ist.

7. Kühlturm nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bandagenring (2, 5, 11) als vielzähliges Polygon aus geraden Stücken zusammengesetzt ist, dessen Seitenzahl zur Anzahl der Spann- bzw. Halteseile (4 bzw. 6) in einem ganzzahligen Verhältnis steht.