TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kondensator
gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, der eine Abdeckung
aufweist, mit welcher Kondensatorrohre vor einer Erosion durch
den Wassertropfen enthaltenden Dampf, der schnell in einen
Kondensator strömt, schützbar sind.
TECHNISCHES GEBIET
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Zur größtmöglichen Nutzung der Energie, die in dem in einem
Dampfkraftwerk verwendeten Dampf enthalten ist, wird der Dampf
normalerweise von der Niederdruckturbine des Kraftwerks zu
einem Kondensator geleitet. Der Dampf wird dazu gebracht, im
Kondensator unter einem deutlichen Unterdruck zu kondensieren,
indem der Kondensator mit kaltem Wasser gekühlt wird. Dieses
Kühlwasser wird durch eine große Anzahl von Kühlrohren
geleitet, die in Gruppen oder Bündeln angebracht sind und die sich
im Kondensatorgehäuse horizontal erstrecken. Die Kühlrohre
jeder Gruppe sind in einem zueinander parallelen und eng
benachbarten Verhältnis angeordnet. Da der Dampf hauptsächlich
innerhalb der Gruppen kondensiert wird, während der Großteil der
Wärme aus den schmalen Räumen, die zwischen den eng
benachbarten Kühlrohren festgelegt sind; abgeführt wird, tritt der
größte Unterdruck in diesem Bereich auf. Im Falle großer
Kraftwerke kann die Geschwindigkeit des Dampfes am
Kondensatoreinlaß in der Größenordnung von 200 m/s liegen, und der
Dampf, der in den Kondensator strömt, sucht einen Weg zu
diesen Bereichen des höchsten Unterdrucks. Dabei wird der Dampf
dazu gezwungen, zwischen den äußersten Kühlrohren in den
Kühlrohrgruppen, den sogenannten Randrohren, vorbeizuströmen. Da
der Dampf Wassertropfen enthält, die nicht zwischen die
Randrohre geleitet werden können, aber mit derselben
Geschwindigkeit wie diejenige des an den Rohren ankommenden Dampfes auf
den Rohren auftreffen, verursachen die Wassertropfen eine
Erosion auf den nach außen gerichteten Seiten der Randrohre. Nach
einer gewissen Zeit ist die Erosion, die auf einer Ermüdung
der Korngrenzen beruht, so ausgedehnt, daß in den Rohrwänden
Löcher durch diese hindurch ausgebildet werden. Wenn
Salzwasser als Kühlwasser verwendet wird, ermöglichen diese Löcher
das Eintreten von Salz in das Kondensat, das in einem
geschlossen Wasserkreislauf als Versorgungswasser
wiederverwendet wird, und die Ausbildung von schädlichen Ablagerungen auf
den Heizflächen des Kraftwerks. Folglich ist es notwendig,
diesen Schaden ständig zu inspizieren, um den Schaden zu
reparieren, bevor die Erosion der Kühlrohre zu weit
fortgeschritten ist.
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Große Kraftwerke werden normalerweise einmal im Jahr zu
Inspektionszwecken abgeschaltet. Randrohre, die einen
Erosionsschaden erlitten haben, werden dann zugestopft oder auf eine
andere Weise repariert. Wenn zwischen diesen Abschaltzeiten
ein Schaden entdeckt wird, wird der Schaden oft während der
Betriebs- oder Laufzeit repariert, indem die erodierten
Randrohre zugestopft werden. Hierzu muß das Kraftwerk jedoch
abgeschaltet oder vorübergehend heruntergefahren werden.
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Da dieser Zeitabschnitt, in dem es notwendig ist, den Betrieb
des Kraftwerks zu stoppen oder zu verlangsamen, oft in eine
Zeit des Jahres fällt, in der die vom Kraftwerk erzeugte
Energie am meisten benötigt wird, bedeutet dieser
Produktionsausfall zusammen mit dem durch das Zustopfen der Randrohre
verursachten verringerten Wirkungsgrad, daß ein Erosionsschaden zu
hohen wirtschaftlichen Verlusten führt.
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Die US 3,568,763 offenbart einen Kondensator, der das
Erosionsproblem teilweise löst. Dieser gattungsgemäße Kondensator
weist einen Aufbau in Form eines Satteldachs auf, das
unmittelbar oberhalb jeder Kühlrohrgruppe angebracht ist. Die
Vorrichtung schützt die obersten Randrohre einer jeweiligen
Gruppe vor dem Dampf, der direkt vom Kondensatoreinlaß eintritt,
aber bietet nur geringen Schutz für die Randrohre, die sich
auf einer niedrigeren Ebene befinden. Ein weiterer Nachteil
liegt darin, daß die Vorrichtung nicht bei bestehenden
Dampfkraftwerken verwendet werden kann, ohne daß die Kraftwerke mit
hohen Kosten umgebaut werden.
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Eine andere bekannte Schutzvorrichtung weist die Form eines
Gitters auf, das unmittelbar außerhalb der Randrohre einer
Kühlrohrgruppe angebracht ist, um die Wucht des
Erosionsangriffs aufzunehmen. Diese Lösung führt jedoch aufgrund des
Widerstands, der der Dampf strömung entgegengebracht wird, zu
hohen Verlusten.
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Die US 1,341,784 offenbart eine Vorrichtung, um Kühlerrohre in
Kraftfahrzeugen vor dem Einfrieren zu schützen. Die
Vorrichtung wird mit einer Klemmwirkung auf der Rückseite des Rohrs
befestigt und bietet keinerlei Schutz vor Wassertropfen in der
Strömung.
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Die US 2,853,279 offenbart eine Abdeckung zur Verlangsamung
von Wärmeübertragung, die auch dazu dient, Oberflächen vor
Erosion zu schützen. Die Abdeckung ist starr und deckt die
Vorderseite eines Rohrs ab, an das sie angeschweißt ist. Die
Befestigung ist kompliziert und die Abdeckung impliziert einen
Leistungsverlust, da sie die Wärmeübertragung verlangsamen
soll.
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Die US 3,149,667 offenbart eine Abdeckung, mit der ein
Kühlerrohr mit einem länglichen Abschnitt vor Erosion, die durch
eine Fluidströmung verursacht wird, schützbar ist. Die Abdeckung
weist eine U-förmige Form auf und ist so bemessen, daß sie die
Vorderkante und die parallelen Seiten des Rohrs, mit dem die
Abdeckung durch Löten verbunden ist, umfaßt. Da die Abdeckung
durch Löten befestigt wird, ist diese Schutzvorrichtung nicht
zur Anbringung an bestehenden Aufbauten in Dampfkraftwerken
geeignet.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Technische Probleme
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Es besteht seit langem Bedarf an einer Vorrichtung, die
insbesondere die Randrohre von Kondensatoren vor Erosion schützt
und die an bestehenden Aufbauten in Dampfkraftwerken
angebracht werden kann, ohne hohe Kosten zu verursachen. Die
Vorrichtung soll in der Lage sein, alle Arten von Kühlrohren in
einer Rohrgruppe zu schützen, soll den geringstmöglichen
Leistungsverlust mit sich bringen und soll eine lange
Nutzlebensdauer aufweisen. Die Vorrichtung soll auch zur Verwendung
sowohl in neuen Kraftwerken als auch in bestehenden Kraftwerken
geeignet sein, und soll im letzteren Fall während der
Betriebszeit des Kraftwerks angebracht werden können, ohne daß
es notwendig ist, das Kraftwerk für lange Zeiträume
abzuschalten.
Lösung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen
Kondensator mit einer Abdeckung der Art, wie sie in der Einleitung
erwähnt ist, zu schaffen, die die oben genannten technischen
Probleme löst. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem
Kondensator gelöst, der die in Anspruch 1 dargelegten
kennzeichnenden Merkmale aufweist.
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Erfindungsgemäß ist ein Kondensator mit einer Abdeckung
vorgeschlagen,
die aus einem Gehäuse in Form einer Ummantelung
besteht, das den Teil eines Kondensatorrohres abdecken soll, der
einer Erosion ausgesetzt ist. Zu Darstellungszwecken kann
davon ausgegangen werden, daß die Ummantelung die Form eines
sogenannten Halbrohres aufweisen, das an jedem zu schützenden
Kühlrohr befestigt ist, damit es auf der Seite des Rohrs, die
einer Erosion ausgesetzt oder der Gefahr einer Erosion
ausgeliefert ist, angeordnet ist. Das Gehäuse weist eine Länge auf,
die im Hinblick auf seine Position und auch im Hinblick auf
die Länge des freien zu schützenden Kühlrohrabschnitts, etc.,
angemessen ist. Das Halbrohr umfaßt den Teil eines
kreisförmigen "Basisrohrs" mit vorzugsweise einheitlicher Dicke, der
durch zwei Mantellinien auf dem "Basisrohr" mit einem
Mittelwinkel von etwa 180º festgelegt ist. Damit das Halbrohr oder
die Ummantelung am Kühlrohr angebracht werden kann, ist die
Ummantelung mit sich gegenseitig nähernden Vorrichtungen
versehen, die von den langen Seiten der Ummantelung vorragen und
die vorzugsweise aus demselben Material hergestellt sind und
dieselbe Dicke aufweisen wie die Ummantelung. Diese
Anbringungsvorrichtungen erstrecken sich zuerst im allgemeinen
parallel miteinander und werden dann nach innen aufeinander zu
in Eingriff mit der Rückseite des Kühlrohrs gebogen, wodurch
eine Vorrichtung geschaffen wird, um die Ummantelung fest auf
dem Kühlrohr zu halten. Wenn die Anbringungsvorrichtungen auch
in solchem Maße nach innen gebogen werden, daß die
Eigenspannung oder Federkräfte die Ummantelung gegen das Kühlrohr
drükken, kann die Ummantelung, wenn die Form der Ummantelung mit
der Form des Kühlrohrs übereinstimmt, aufgrund einer breiten
Kontaktoberf läche und eines zufriedenstellenden Anpreßdrucks
über die Oberfläche mit dem Rohr in engen Kontakt gebracht
werden. Diese Feder- oder Spannungskräfte tragen auch zur
Erzeugung von Reibungskräften bei, die gewährleisten, daß die
Ummantelung gegen eine Drehung auf dem Kühlrohr festgehalten
wird. Die Fähigkeit der Abdeckung, am Kühlrohr festzuhalten,
hängt u.a. von dem Ausmaß ab, mit dem sich die äußersten Teile
der Abdeckung, die mit dem Kühlrohr in Kontakt sind, um das
Rohr erstrecken, d.h. vom Mittelwinkel, der durch die
Abdekkung umfaßt wird. Dieser Winkel sollte mindestens 180º
betragen, damit die Abdeckung überhaupt festhält. Obgleich bei
größeren Winkeln eine bessere Anbringung erreicht wird, treten
schwerwiegende Nachteile auf, wenn der Winkel 300º übersteigt,
zum Beispiel Nachteile in Form von langen mechanischen Hebeln
auf den Anbringungsvorrichtungen und eine große abgedeckte
Fläche auf dem Kühlrohr. Weiterhin kann es beim ausreichenden
Aufweiten oder Erweitern der Abdeckung, wenn die Abdeckung auf
einem Kühlrohr angebracht wird, zu Schwierigkeiten kommen, wie
es nachfolgend beschrieben ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es auch
vorgeschlagen, daß die Ummantelung aus einem elastischen Material
mit einheitlicher Dicke hergestellt und so aufgebaut ist, daß
sie bei der Anbringung den Teil des "Basisrohrs" umfaßt, der
durch zwei Mantellinien mit "einem Mittelwinkel" von etwas
über 180º, vorzugsweise zwischen 200º und 220º, festgelegt
ist. In diesem Fall wirken die schalenförmigen Bänder, die
Verlängerungen der erwogenen Ummantelung bilden, entlang ihrer
Längsseiten als Befestigungsvorrichtungen.
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Zur Schaffung der Eigenfederkraft in den
Befestigungsvorrichtungen wird der Ummantelung oder dem Gehäuse vor der
Anbringung eine im allgemeinen kreisförmige oder möglicherweise eine
etwas elliptische Qerschnittsform mit einem Innendurchmesser,
der etwas kleiner als der Außendurchmesser des Kühlrohrs ist,
verliehen. Wenn die Ummantelung oder das Gehäuse in einen
Zustand aufgeweitet wird, in dem sie/es auf dem Kühlrohr
angebracht wird, nimmt die gesamte innere Oberfläche der
Ummantelung oder des Gehäuses einschließlich des Teils, der als die
Befestigungsvorrichtung betrachtet wird, im wesentlichen die
Form des Kühlrohrs an und erreicht die oben genannte
Halteeigenschaft und den engen Kontakt mit dem Kühlrohr.
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Wenn die Ummantelung eine relativ geringe Wanddicke aufweist
und aus einem Material, wie z.B. einer Metallegierung, die
gute Federeigenschaften aufweist, hergestellt ist, kann die
Ummantelung auch in solchem Maße aufgeweitet werden, daß ihre
gegenseitig parallelen Längsseiten von einer Seite des
Kühlrohrs auf diesem angebracht werden können, ohne die
Ummantelung plastisch zu verformen. Wenn die Ummantelung versucht, in
ihre ursprüngliche Form zurückzufedern, umfaßt die Ummantelung
teilweise das Kühlrohr, wie es oben erwähnt ist.
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Die erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtungen, die aus der
Ummantelung herausragen, sind nicht auf Teile eines
"Basisrohrs" beschränkt. Zum Beispiel können die
Befestigungsvorrichtungen die Form von bandartigen Erstreckungen aufweisen,
die sich zuerst über einen bestimmten Abstand in einem
zueinander parallelen Verhältnis erstrecken und dann aufeinander zu
und in Kontakt mit dem Kühlrohr eingebogen werden. Obgleich
sich ein Vorteil bietet, wenn die Befestigungsvorrichtungen
direkt an die Rückseite des Kühlrohrs anstoßen, kann es in
einigen Fällen vorteilhaft sein, irgendeine Form von Einlage
zwischen den Befestigungsvorrichtungen und dem Kühlrohr
anzuordnen, zum Beispiel, um bei der Anbringung der Ummantelung
den Druck der Befestigungsvorrichtungen gegen das Kühlrohr zu
erhöhen. Die Befestigungsvorrichtungen müssen auch nicht die
Form von Streifen oder Bändern aufweisen, die sich entlang der
Längsseiten der Ummantelung erstrecken. Die
Befestigungsvorrichtungen können stattdessen zum Beispiel eine Vielzahl von
voneinander beabstandeten engeren Zungen aufweisen.
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Wenn aus irgendeinem Grund eine größere Spannung gewünscht
ist, kann es notwendig sein, ein festeres Material zu
verwenden. In diesem Fall ist es nicht möglich, die Ummantelung in
solchem Maße auf zuweiten, daß sie von einer Seite eines
Kühlrohrs auf diesem angebracht werden kann, ohne die Ummantelung
plastisch zu verformen. Das Schließen des Gehäuses oder der
Ummantelung und die Entwicklung der Eigenspannung kann dann
durch Drücken des Gehäuses oder der Ummantelung bei der
Anbringung des-/derselben erreicht werden. Dies kann zum
Beispiel durch Unterbrechung der Ummantelung mit einer
Omega-förmigen Falte bewirkt werden, die auf der Schnittstelle der
Ummantelung mit der Symmetrieebene angeordnet ist und deren
Seiten gegeneinander gedrückt werden, um die Ummantelung entlang
des Faltenscheitels plastisch zu verformen. Ein anderes
Verfahren zum Schließen der Ummantelung um das Rohr ist es, ein
Metall mit Formerinnerungsvermögen in der Abdeckung
aufzunehmen.
Vorteile
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Der erfindungsgemäße Kondensator kann sowohl in geplanten als
auch in bestehenden Kraftwerken zum Verhindern einer
Kühlrohrerosion und zum Schutz von Randrohren, die bereits erodiert
worden sind, vor weiterem Schaden, verwendet werden, um damit
lange Kraftwerks-Abschaltzeiten während der
Kraftwerks-Betriebszeit zu vermeiden. Wenn eine Erosion in den Rohren
Durchtrittslöcher verursacht hat, kann man mit Hilfe von
Klebstoff oder einer Verschlußflüssigkeit zwischen der Abdeckung
und dem Kühlrohr eine gute und wirksame Abdichtung erhalten.
Dies würde auch ein Sperren der Abdeckung gegen Drehung
verbessern. Die Abdeckung kann kostengünstig hergestellt und
schnell und einfach angebracht werden. Im Falle der
bevorzugten Abdeckung wird die Abdeckung von einer Seite des Kühlrohrs
über dieses geschoben, indem auf den Rücken der Abdeckung
Druck ausgeübt wird, woraufhin sich die Abdeckung öffnet und
dann um das Rohr herum zurückf edert. Als Ergebnis des sich
ergebenden Anpreßdrucks und der Möglichkeit, dünne Ummantelungen
zu verwenden, die nur die halbe Oberfläche der ungeschützten
Randrohre abdecken, wird die Kühlfähigkeit der Rohre nicht in
nennenswertem Ausmaß beeinträchtigt. Auch erhöhen die dünnen
Ummantelungen nicht in nennenswertem Ausmaß die
Strömungsverluste des Dampfes zwischen den Randrohren. Tests und
Berechnungen haben gezeigt, daß, wenn die Gehäuse oder Ummantelungen
über die gesamte Länge der Randrohre zwischen ihren
Anbringungspunkten in den Abstützplatten und den Verteilerkästen
verwendet werden, keine stromungsinduzierten Vibrationen
auftreten, die dazu neigen, nachteilige Schwingungen oder
Verschleiß zwischen der Ummantelung und den jeweiligen Kühlrohren
entstehen zu lassen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf eine bevorzugte
bespielhafte Ausführungsform und auch unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben.
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Es zeigen:
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Fig. 1 eine vertikale Schnittansicht eines Kondensators,
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Fig. 2 ein Kühlrohr des in Fig. 1 gezeigten Kondensators, das
mit einer erfindungsgemäßen Schutzabdeckung versehen
ist;
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Fig. 3 die in Fig. 2 gezeigte Schutzabdeckung; und
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Fig. 4 und 5 alternative Schutzabdeckungen.
BESTE AUSFUHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
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Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht des oberen Teils eines
Kondensatorabschnitts 1, der eine Kühlrohrgruppe 2 aufweist,
die aus einer Vielzahl von Kühlrohren 3 ausgebildet ist, aus
denen Wärme mittels eines innen fließenden Kühlwassers
abgeführt wird. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die
dargestellte Gruppe so gezeigt, daß sie weniger Kühlrohre aufweist,
als dies in der Praxis der Fall wäre. Die Querschnittsansicht
erfolgt auf einer Ebene, die sich zwischen zwei
Abstützplatten, die als Abstützung der Kühlrohre 3 wirken, erstreckt. Die
entfernte Platte dieser Abstützplatten trägt in der Figur das
Bezugszeichen 4.
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Der verwendete Dampf, der aus der Niederdruckturbine 5 des
Kraftwerks austritt, strömt durch den Kondensatoreinlaß 6 und
in den Kondensatorabschnitt 1. Die Dampfströmung am Einlaß 6
weist eine beachtliche Geschwindigkeit auf, die im Falle von
großen Krafwerken 200 m/s überschreiten kann. Der Dampfstrom
teilt sich und sucht aus verschiedenen Richtungen zwischen den
am Umfang angeordneten Randrohren 7 einen Zugang in die
Kühlrohrgruppe 2 (wie es durch die Pfeile in Fig. 1 angedeutet
ist) . Der verwendete Dampf enthält kleine Wassertropfen, die
nicht zwischen die Randrohre 7 geleitet werden, sondern die
Randrohre 7 mit einer Geschwindigkeit treffen, die der
Eingangsgeschwindigkeit des Dampfes entspricht, und allmählich in
solchem Ausmaß zu nadelähnlichen Vertiefungen oder Löchern und
anderen Erosionsschäden führen, daß sie die Rohrwände
durchdringende Löcher ausbilden.
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Um dieser Erosion entgegenzuwirken, schlägt die vorliegende
Erfindung die Verwendung von Schutzabdeckungen 8 vor, die im
Falle der bevorzugten Ausführungsform (sh. Fig. 2) als
röhrenartige Ummantelungen mit einem Mittelwinkel v, der, wenn die
Ummantelung angebracht ist, etwa 210º beträgt, und einer
Länge, die etwas kürzer als der Abstand zwischen den
Abstützplatten 4 ist, ausgebildet sind. Die Schutzabdeckung ist aus einem
dünnen, elastischen Material, wie z.B. säurebeständigem
Edelstahl, das gute Federeigenschaften aufweist und gegen diese
Art von Korrosion sehr beständig ist, hergestellt. In der
elektrogalvanischen Spannungskette liegt das Material auch
nahe bei dem Material, aus dem die Kühlrohre hergestellt sind,
im vorliegenden Fall Titan, und deshalb muß kein Riß oder
keine Kontakterosion zwischen der Schutzabdeckung und ihrem
zugehorigen Kühlrohr befürchtet werden. Die Schutzabdeckung kann
direkt durch Runden von Bandmaterial auf bekannte Weise oder
indirekt durch Teilen von genormten Rohren entlang einer
Mantellinie und nachfolgendes Drücken des Rohrs in die
beabsichtigte Form hergestellt werden. Der Schutzabdeckung wird eine
im allgemeinen kreisbogenförmige Querschnittsform mit einem
Innendurchmesser, der etwas kleiner als der Außendurchmesser
des zu schützenden Kühlrohrs ist, und folglich mit einem
größeren Mittelwinkel als in ihrem angebrachten Zustand (sh.
Fig. 3) verliehen.
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Wenn die Schutzabdeckung um ein Kühlrohr herum angebracht
werden soll, wird die Abdeckung einfach von einer Seite des
Kühlrohrs über dieses eingeschnappt, damit sie über denjenigen
Teilen des Rohrs angeordnet ist, die einem Erosionsschaden
ausgesetzt sind oder unterliegen. Um zu gewährleisten, daß der
Spalt zwischen zwei benachbarten Randrohren nicht mehr als
notwendig verkleinert wird, werden die Schutzabdeckungen an
Stellen geeignet angebracht, an denen nur eine der Abdeckungen
in diesen Spalt eindringt (sh. Fig. 1).
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Wenn die Abmessungen der Schutzabdeckung richtig gewählt
werden, ist es bei der Anbringung der Abdeckung möglich, die
Abdeckung zuerst gegen ihre Eigen-Federrückstellkraft zu öffen
und dann die Abdeckung über und um das Kühlrohr herum
zurückfedern zu lassen, um einen hohen Anpreßdruck gegen das Rohr zu
erhalten und eine gute Wärmeübertragung und eine wirksame
Sperrwirkung zu gewährleisten.
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Eine Erosion auf den unteren Kühlrohren in der Gruppe ist auf
einen schmäleren Bereich als auf den oberen Kühlrohren
beschränkt. Folglich kann die Breite der Ummantelung kleiner
hergestellt werden. Um zu gewährleisten, daß die
Schutzabdekkung oder Ummantelung das Kühlrohr ausreichend umfaßt, kann
die Abdeckung in diesem Fall mit separaten
Befestigungsvorrichtungen versehen sein, die sich aus der Ummantelung heraus
erstrecken. Fig. 4 zeigt eine Schutzabdeckung 9, die mit
Zungen
10 versehen ist, die an beiden Längsseiten der Ummantelung
angebracht sind. Fig. 5 zeigt eine Abdeckung 11, bei der
Befestigungsvorrichtungen auf einer Kante durch die Ummantelung
enthalten sind und auf der anderen Kante die Form von Zungen
12 aufweisen. Wie es in der Zeichnung gezeigt ist, können die
Zungen aus Teilen desselben Rohrs wie dasjenige ausgebildet
sein, aus dem die Ummantelung ausgebildet worden ist.