EP0621447B1 - Dampferzeugerbrennkammer und Verfahren zum Herstellen derselben - Google Patents

Dampferzeugerbrennkammer und Verfahren zum Herstellen derselben Download PDF

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EP0621447B1 EP93810292A EP93810292A EP0621447B1 EP 0621447 B1 EP0621447 B1 EP 0621447B1 EP 93810292 A EP93810292 A EP 93810292A EP 93810292 A EP93810292 A EP 93810292A EP 0621447 B1 EP0621447 B1 EP 0621447B1
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EP
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welded
tubes
tube wall
supporting
combustion chamber
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Stephan Amacker
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ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/62—Component parts or details of steam boilers specially adapted for steam boilers of forced-flow type
    • F22B37/64—Mounting of, or supporting arrangements for, tube units
    • F22B37/645—Mounting of, or supporting arrangements for, tube units involving upper vertically-disposed water tubes and lower horizontally- or helically disposed water tubes

Definitions

  • the invention relates to a Steam generator combustion chamber, the vertical walls of which are parallel, Pipes that rise flatly to the horizontal have gas-tight over webs or fins are welded, being distributed over the wall width several vertical straps attached to the tubes are provided, which via connecting elements with the Pipe wall are welded. Furthermore, the Invention on a method for producing such Steam generator combustion chamber.
  • each carrier tape is enlarged, i.e. in primarily the width of each strap increased will. Problems can then arise by when starting and stopping the steam generator large differences in elongation between the tubes on the one hand and the bandwidth on the other hand occur. This Differences can lead to high voltages at the Lead joints and lead to breakage.
  • This Document shows a carrier tape with a U-shaped cross section, which welded to the tubes of the tube wall by connecting elements is.
  • the connecting elements with the flanges of the strap welded.
  • the disadvantage of this solution is in that if there is a temperature difference between the pipe wall and carrier tape impeded thermal expansion in the direction of the carrier tape width occur which the weld connections between Connection element and flange of the carrier tape on the one hand and web on the other hand strain. To overuse these welds To avoid, the permitted temperature difference must go up be limited, which is tantamount to limiting the Speed when changing loads.
  • the invention has for its object a Steam generator combustion chamber of the type mentioned at the beginning to improve that with constructively simple Average permissible temperature gradient greater than can be chosen so far.
  • each carrier tape has a U-shaped cross section
  • the Web of the U-profile rests on the pipe wall
  • the support band in the middle several elongated holes distributed over its length has, in each of which a connecting element in the form of a comb-like cut sheet metal strip is arranged, both with the carrier tape as well as with the neighboring tubes and fins or fins are welded.
  • a method according to the invention for producing the combustion chamber is characterized in that on the outside of the from tubes and webs or from fin tubes welded pipe wall with the elongated holes provided straps that are placed in each slot a sheet metal strip provided with comb-like cutouts is inserted by tack welding to the pipe wall is connected that the straps are then removed and the metal strips are welded to the pipe wall, that the carrier tapes are then applied a second time to the Pipe wall are placed, the metal strips the Penetrate elongated holes, and finally under Press the straps against the pipe wall Welded connection between the metal strips and the Carrying tapes is produced.
  • the straps in an intermediate step as a template for positioning the metal strips on the pipe wall.
  • the combustion chamber 1 shows a not shown Forced-flow steam generator on a combustion chamber 1, the one rectangular or square in plan Surrounds the combustion chamber.
  • the combustion chamber 1 has tubes 2 which slightly rising to the horizontal and spiral around the firebox.
  • the Pipes 2 form the evaporator surface of the steam generator.
  • Fig. 2 and 3 are between the tubes 2 webs 7 arranged and gas-tight with the tubes welded, so that there are tube walls that the Enclose the combustion chamber gas-tight.
  • a funnel at the lower end of the combustion chamber 1 according to FIG.
  • Support tapes 3 are provided, which have a U-shaped cross section, each of which Web of the U-profile abuts the pipe wall, and the straps 3 extend vertically and even across the width of a combustion chamber wall are distributed.
  • the carrying tapes 3 have one Width of at least 200 mm. You are in below described way with the helical extending pipes 2 of the combustion chamber connected and on their upper ends in a known, not shown Way on the vertical pipe sections 2 ' attached so that the load of the combustion chamber 1 including the funnel evenly on the Transfer pipe sections 2 '.
  • elongated holes 4 are provided which have been introduced by punching or milling.
  • the Elongated holes 4 extend sheet metal strips 5, each comb-like on its edge facing the tubes 2 are cut out, so that the limitation of the Cutouts around the circumference of the neighboring pipe follows and the cutouts lie against the pipes.
  • the next to the cutouts remaining sections of the Sheet metal strips 5 lie on the webs 7 of the combustion chamber wall on.
  • the straps 3 are also on the Tubes 2 on the entire width of the band, and are on the outside with the metal strips 5 welded (weld seams 9 in Fig. 3 and 4). To do that The straps 3 do not rest against the tubes 2 hinder, the welds 8 along the Cutouts only close to the straps executed.
  • the elongated holes 4 are dimensioned somewhat longer than the length of the metal strips 5 to be assembled facilitate.
  • the described combustion chamber is manufactured as follows: First, the tubes 2 and intermediate webs 7 on a welding machine Pipe wall sections made from which then pipe walls the desired dimensions can be manufactured. On the The outside of the tube walls created in this way are then the already with the elongated holes 4 carrying straps 3 placed. Then there is a 4 in each slot Sheet metal strips 5 inserted and by means of stitching, which e.g. through the slightly longer elongated holes on the two The ends of the sheet metal strip are made to the pipe wall welded on. The previously used as a template Carrying tapes are then lifted off the pipe wall, whereupon the welding of the metal strips to the Pipe wall by means of the weld seams 8.
  • Deviating from the described embodiment can the elongated holes 4 and the metal strips 5 something be dimensioned longer so that the metal strip is three or captured four adjacent tubes.
  • the tube walls can also there are gas-tight welded fin tubes.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dampferzeugerbrennkammer, deren vertikale Wände parallele, zur Horizontalen flach ansteigend verlaufende Rohre aufweisen, die über Stege oder Flossen gasdicht verschweisst sind, wobei über die Wandbreite verteilt mehrere vertikale, an den Rohren anliegende Tragbänder vorgesehen sind, die über Verbindungselemente mit der Rohrwand verschweisst sind. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Dampferzeugerbrennkammer.
Bei einer bekannten Brennkammer dieser Art siehe z.B. EP-A-0012787, Figur 3, oder FR-A-2474145 haben die Tragbänder flach rechteckigen Querschnitt und die Verbindungselemente die Form von gekröpften Flacheisen. Die Verbindung zwischen jedem Tragband und der Rohrwand geschah dort so, dass jeweils zwei gekröpfte Flacheisen, auf der Höhe ein und desselben Rohres einander gegenüberliegend, die Längskanten des Tragbandes übergriffen und mit dem übergreifenden Abschnitt an der Aussenfläche des Tragbandes verschweisst wurden, wogegen der jeweils andere Abschnitt des gekröpften Flacheisens mit dem Rohr verschweisst wurde. Ueber die Länge des Tragbandes wiederholte sich diese Befestigungsart in berechneten Abständen. Bei Dampferzeugern verhältnismässig kleiner Dampfleistung hat sich diese Befestigungsart bewährt, wobei die Breite des Tragbandes etwa 100 mm beträgt. Bei Dampferzeugern grösserer Leistung und dementsprechend grösserer Bauhöhe der Brennkammer muss der Querschnitt jedes Tragbandes jedoch vergrössert, d.h. in erster Linie die Breite jedes Tragbandes vergrössert werden. Dabei können sich dann Probleme ergeben, indem beim Anfahren und beim Abstellen des Dampferzeugers zu grosse Dehnungsunterschiede zwischen den Rohren einerseits und der Tragbandbreite andererseits auftreten. Diese Unterschiede können zu hohen Spannungen an den Verbindungsstellen führen und zum Bruch führen. Man ist also in der Wahl des zulässigen Temperaturgradienten beim Anfahren und beim Abstellen des Dampferzeugers sehr beschränkt.
Aus EP-A-0 012 787 ist eine Brennkammer bekannt, bei welcher zwischen zwei paarweise angeordneten Zugbändern kammartige Blechstreifen befestigt sind, die mit Stegen oder Flossen der Rohrwand verschweisst sind. Mit diesen Zugbändern gemäss EP-A-0 012 787 lässt sich die o.b. Querschnittsvergrösserung nicht erzielen, da die benachbarten Zugbänder nur an wenigen Stellen über Kammbleche miteinander verbunden sind und zwischen ihnen ein der Breite der Kammbleche entsprechender Spalt vorhanden ist.
Eine andere Lösung ist in FR-A-2 474 145 beschrieben. Diese Druckschrift zeigt ein Tragband mit U-förmigem Querschnitt, welches durch Verbindungselemente mit den Stegen der Rohrwand verschweisst ist. Hierbei sind die Verbindungselemente mit den Flanschen des Tragbandes verschweisst. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass bei einem Temperaturunterschied zwischen Rohrwand und Tragband behinderte Wärmedehnungen in Richtung der Tragbandbreite auftreten, welche die Schweissverbindungen zwischen Verbindungselement und Flansch des Tragbandes einerseits und Steg andererseits belasten. Um Überbeanspruchung dieser Schweissnähte zu vermeiden, muss der erlaubte Temperaturunterschied nach oben begrenzt werden, was gleichbedeutend ist mit der Begrenzung der Geschwindigkeit bei Lastwechseln.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dampferzeugerbrennkammer der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass mit konstruktiv einfachen Mitteln der zulässige Temperaturgradient grösser als bisher gewählt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass jedes Tragband einen U-förmigen Querschnitt aufweist, wobei der Steg des U-Profiles an der Rohrwand anliegt, und dass das Tragband in seiner Mitte mehrere über seine Länge verteilte Langlöcher aufweist, in denen je ein Verbindungselement in Form eines kammartig ausgeschnittenen Blechstreifens angeordnet ist, das sowohl mit dem Tragband als auch mit den ihm benachbarten Rohren und Stegen oder Flossen verschweisst ist.
Hierdurch wird es möglich, jedes Tragband in seiner Mitte mit der benachbarten Rohrwand kraftschlüssig zu verbinden, so dass es sich unter dem Einfluss der Wärmezufuhr quer zu seiner Längsrichtung unbehindert ausdehnen kann. Zugleich ist sichergestellt, dass das Anliegen der Tragbänder an den Rohren erhalten bleibt, so dass der Wärmeübergang von den Rohren auf die Tragbänder nicht unterbrochen wird. Auf diese Weise bleiben die Dehnungsunterschiede zwischen den Tragbändern einerseits und der Rohrwand andererseits beim Anfahren und Abstellen des Dampferzeugers relativ klein, was bedeutet, dass diese Betriebsvorgänge bei einem höheren Temperaturgradienten als bisher ablaufen können, ohne dass unzulässige Spannungen an den Verbindungsstellen auftreten.
Ein erfindungsgemaßes Verfahren zum Herstellen der Brennkammer ist dadurch gekennzeichnet, dass auf die Aussenseite der aus Rohren und Stegen oder aus Flossenrohren zusammengeschweissten Rohrwand mit den Langlöchern versehene Tragbänder gelegt werden, dass in jedes langloch ein mit kammartigen Ausschnitten versehener Blechstreifen gesteckt wird, der durch Heftschweissen mit der Rohrwand verbunden wird, dass dann die Tragbänder weggenommen und die Blechstreifen an der Rohrwand festgeschweisst werden, dass danach die Tragbänder ein zweites Mal auf die Rohrwand gelegt werden, wobei die Blechstreifen die Langlöcher durchdringen, und dass schliesslich unter Andrücken der Tragbänder an die Rohrwand die Schweissverbindung zwischen den Blechstreifen und den Tragbändern hergestellt wird. Bei diesem Verfahren dienen also die Tragbänder in einem Zwischenschritt als Schablone für das Positionieren der Blechstreifen an der Rohrwand.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig.1
in perspektivischer Darstellung schematisch vereinfacht einen Teil einer Dampferzeugerbrennkammer,
Fig.2
eine Ansicht eines Tragbandabschnitts mit einem dahinterliegenden Rohrwandabschnitt,
Fig.3
einen Schnitt entsprechend der Linie III - III in Fig.2 und
Fig.4
einen Schnitt entsprechend der Linie IV - IV in Fig.2.
Gemäss Fig.1 weist ein nicht näher dargestellter Zwangdurchlaufdampferzeuger eine Brennkammer 1 auf, die einen im Grundriss rechteckigen oder quadratischen Feuerraum umgibt. Die Brennkammer 1 weist Rohre 2 auf, die zur Horizontalen leicht ansteigend verlaufen und sich schraubenlinienartig um den Feuerraum herumwinden. Die Rohre 2 bilden die Verdampferfläche des Dampferzeugers. Wie aus Fig.2 und 3 ersichtlich, sind zwischen den Rohren 2 Stege 7 angeordnet und mit den Rohren gasdicht verschweisst, so dass sich Rohrwände ergeben, die den Feuerraum gasdicht umschliessen. Am nicht dargestellten unteren Ende der Brennkammer 1 befindet sich ein Trichter, der ebenfalls aus Rohren gebildet sein kann, die dann direkt oder über Zwischensammler in die Rohre 2 der Brennkammer übergehen. Wie in der Vorderwand der Brennkammer 1 gemäss Fig.1 am oberen Ende angedeutet ist, gehen dort die Rohre 2 in zwei oder mehrere vertikal verlaufende Rohrabschnitte 2' über. An der Uebergangsstelle sind entweder in die Rohrwand eingeschweisste Verteilstücke vorhanden oder die Rohre 2 und die Rohrabschnitte 2' werden über Zwischensammler miteinander verbunden. Die vertikalen Rohrabschnitte 2' erstrecken sich von der Uebergangsstelle bis zum oberen Ende der Brennkammer, wo sie dann in Sammlern zusammengefasst sind. Auch zwischen den Rohrabschnitten 2' sind den Stegen 7 entsprechende Stege gasdicht eingeschweisst.
Auf der Aussenseite der Brennkammer 1 sind mehrere Tragbänder 3 vorgesehen, welche einen U-förmigen Querschnitt aufweisen, wobei jeweils der Steg des U-Profiles an der Rohrwand anliegt, und die Tragbänder 3 sich vertikal erstrecken und über die Breite einer Brennkammerwand gleichmässig verteilt angeordnet sind. Die Tragbänder 3 haben eine Breite von mindestens 200 mm. Sie sind in weiter unten beschriebener Weise mit den schraubenlinienartig verlaufenden Rohren 2 der Brennkammer verbunden und an ihren oberen Enden in nicht näher dargestellter, bekannter Weise an den vertikal verlaufenden Rohrabschnitten 2' befestigt, so dass sie die Last der Brennkammer 1 einschliesslich des Trichters gleichmässig auf die Rohrabschnitte 2' übertragen.
Gemäss Fig.2 sind in jedem Tragband 3 in dessen Mitte und über dessen Länge verteilt Langlöcher 4 vorgesehen, die durch Stanzen oder Fräsen eingebracht worden sind. In den Langlöchern 4 erstrecken sich Blechstreifen 5, die jeweils an ihrem den Rohren 2 zugewendeten Rand kammartig ausgeschnitten sind, und zwar so dass die Begrenzung der Ausschnitte dem Umfang des jeweils benachbarten Rohres folgt und die Ausschnitte an den Rohren anliegen. Die neben den Ausschnitten verbleibenden Abschnitte der Blechstreifen 5 liegen an den Stegen 7 der Brennkammerwand an. Mittels Schweissnähten 8 (Fig.3 und 4) sind die Blechstreifen mit den Stegen 7 und den Rohren 2 verschweisst. Die Tragbänder 3 liegen ebenfalls an den Rohren 2 an, und zwar auf der ganzen Breite des Bandes, und sind auf ihrer Aussenseite mit den Blechstreifen 5 verschweisst (Schweissnähte 9 in Fig.3 und 4). Um das Anliegen der Tragbänder 3 an den Rohren 2 nicht zu behindern, werden die Schweissnähte 8 entlang den Ausschnitten nur bis in die Nähe der Tragbänder ausgeführt. Die Langlöcher 4 sind etwas länger bemessen als die Länge der Blechstreifen 5, um das Zusammenbauen zu erleichtern.
Das Herstellen der beschriebenen Brennkammer geschieht folgendermassen: Zunächst werden aus den Rohren 2 und den dazwischenliegenden Stegen 7 auf einem Schweissautomaten Rohrwandabschnitte hergestellt, aus denen dann Rohrwände der gewünschten Abmessungen fabriziert werden. Auf die Aussenseite der so entstandenen Rohrwände werden dann die schon mit den Langlöchern 4 versehenen Tragbänder 3 gelegt. Daraufhin wird in jedes Langloch 4 ein Blechstreifen 5 gesteckt und mittels Heftnähten, die z.B. durch die etwas längeren Langlöcher hindurch an den beiden Enden des Blechstreifens erfolgen, an die Rohrwand angeschweisst. Die bis dahin als Schablone dienenden Tragbänder werden dann von der Rohrwand abgehoben, woraufhin das Festschweissen der Blechstreifen an der Rohrwand mittels der Schweissnähte 8 erfolgt. Anschliessend werden die Tragbänder 3 wieder auf die Rohrwand gelegt, wobei die Blechstreifen 5 die Langlöcher 4 durchdringen. Unter Andrücken der Tragbänder 3 an die Rohre 2 werden dann die Blechstreifen 5 mit den Tragbändern über die Schweissnähte 9 entlang den Langlöchern 4 verbunden.
Abweichend von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel können die Langlöcher 4 und die Blechstreifen 5 auch etwas länger bemessen sein, so dass der Blechstreifen drei oder vier einander benachbarte Rohre erfasst.
Anstatt die Rohrwände aus Rohr-Steg-Rohr-Verbindungen aufzubauen, können die Rohrwände auch aus gasdicht verschweissten Flossenrohren bestehen.

Claims (3)

  1. Dampferzeugerbrennkammer (1), deren vertikale Wände parallele, zur Horizontalen flach ansteigend verlaufende Rohre (2) aufweisen, die über Stege oder Flossen (7) gasdicht verschweisst sind, wobei über die Wandbreite verteilt mehrere vertikale, an den Rohren (2) anliegende Tragbänder (3) vorgesehen sind, die über Verbindungselemente mit der Rohrwand verschweisst sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Tragband (3) einen U-förmigen Querschnitt aufweist, wobei der Steg des U-Profiles an der Rohrwand anliegt, und dass das Tragband (3) in seiner Mitte mehrere über seine Länge verteilte Langlöcher (4) aufweist, in denen je ein Verbindungselement in Form eines kammartig ausgeschnittenen Blechstreifens (5) angeordnet ist, das sowohl mit dem Tragband (3) als auch mit den ihm benachbarten Rohren und Stegen oder Flossen (7) verschweisst ist.
  2. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Langloch (4) etwas länger bemessen ist als die Länge des zugehörigen Blechstreifens (5).
  3. Verfahren zum Herstellen einer Dampferzeugerbrennkammer (1), deren vertikale Wände parallele, zur Horizontalen flach ansteigend verlaufende Rohre (2) aufweisen, die über Stege oder Flossen (7) gasdicht verschweisst sind, wobei über die Wandbreite verteilt mehrere vertikale, an den Rohren (2) anliegende Tragbänder (3) vorgesehen sind, die über Verbindungselemente mit der Rohrwand verschweisst sind, und jedes Tragband (3) einen U-förmigen Querschnitt aufweist, wobei der Steg des U-Profiles an der Rohrwand anliegt und jedes Tragband (3) in seiner Mitte mehrere über seine Länge verteilte Langlöcher (4) aufweist, in denen je ein Verbindungselement in Form eines kammartig ausgeschnittenen Blechstreifens (5) angeordnet ist, das sowohl mit dem Tragband (3) als auch mit den ihm benachbarten Rohren (2) und Stegen oder Flossen (7) verschweisst ist, wobei auf die Aussenseite der aus Rohren (2) und Stegen (7) oder aus Flossenrohren zusammengeschweissten Rohrwand mit den Langlöchern (4) versehene Tragbänder (3) gelegt werden, und wobei in jedes Langloch (4) ein mit kammartigen Ausschnitten versehener Blechstreifen (5) gesteckt wird, der durch Heftschweissen mit der Rohrwand verbunden wird, wobei dann die Tragbänder (3) weggenommen und die Blechstreifen (5) an der Rohrwand festgeschweisst werden, wobei danach die Tragbänder (3) ein zweites Mal auf die Rohrwand gelegt werden, wobei die Blechstreifen (5) die Langlöcher (4) durchdringen, und wobei schliesslich unter Andrücken der Tragbänder (3) an die Rohrwand die Schweissverbindung zwischen den Blechstreifen (5) und den Tragbändern (4) hergestellt wird.
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