AT389731B - Waermeelastische aussteifung von duennwandigen schalenbauteilen - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft eine wärmeelastische Aussteifung von dünnwandigen Schalenbauteilen, insbesondere Zylinder- und Kegelschalen, z. B. Stahlkaminen und Leitungskanälen, wobei die Aussteifung zur Querschnittshaltung und Stabilisierung dieser Schalen bei raschen Temperaturänderungen geeignet ist. 



   Aussteifungen dünnwandiger Schalenstrukturen bzw. Schalen, insbesondere Kanäle und Kamine zur Abfuhr von Gasturbinen-Abgasen, die erheblich über die Umgebungstemperatur erwärmt werden, sind an sich bekannt. 



  Jedoch erfolgen diese üblicherweise durch aussenliegende Ringsteifen, wie z. B. in der Veröffentlichung von Ing. G. Fischer.   Vaihingen/Enz,   in der   Zeitschrift"Der Stahlbau"52.   Jahrgang, Heft 7, beschrieben und leiden aber an dem Nachteil, dass bei höheren Temperaturänderungsgeschwindigkeiten hohe Wärmespannungen und dadurch wiederkehrende plastische Verformungen auftreten, die zu Schäden und frühzeitige Versagen führen können. 



   Aufgabe der Erfindung ist es, querschnittsverfonnende Kräfte, etwa Windkraftanteüe, aufzunehmen bzw. den Schalenquerschnitt bei Stabilitätsgefährdung ohne Behinderung der Wärmedehnung ausreichend festzuhalten. 



   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Schale an der Aussenseite über vorzugsweise radial oder in einer von der Radialrichtung um einen Winkel abweichenden Richtung angeordnete Anschlusselemente mit Zugvorrichtungen verbunden ist, wodurch über die Anschlusselemente auf die Schale vorzugsweise radiale oder in von der Radialrichtung um einen Winkel abweichenden Richtung wirkende Zugkräfte ausgeübt werden, die in der Schale eine tangentiale Zugspannung bewirken. 



   Um die Schalenform zu stabilisieren, muss die aufgebrachte Tangentialzugspannung, welche die von der übrigen Belastung her möglich grösste Summe der Tangentialdruckspannungen überwiegt, mit diesen nicht örtlich zusammenfallen. Es ist somit möglich, einen Ring mit künstlicher Zugspannung zur Formhaltung und Stabilisierung grösserer Schalenbereiche heranzuziehen. 



   Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die Zugvorrichtungen als Federn ausgebildet sind, welche einerseits an festen Widerlagern und anderseits an den Anschlusselementen der Schale angebracht sind. 



   Die Federn können als Zugfedern oder als Druckfedern ausgebildet sein ; als festes Widerlager eignet sich ein die Schale aussen   umspannender Ringträger.   



   Die Zugvorrichtungen und die Widerlager, etwa ein äusserer Ringträger, können mit Elementen zur Ableitung äusserer Kräfte oder Kraftwirkungen, etwa mit   Pendelkonstruktionen   zur Ableitung von Axialkräften kombiniert oder für sich allein eingesetzt werden. 



   Bei der beschriebenen Anordnung kann der Querschnitt der Schale gesichert werden, ohne dass   Wärmespannungen   im Bereich einer sonst erforderlichen Ringsteife oder ähnlichen mit der Schale fest verbundenen Konstruktionselementen auftreten können. Wärmespannungen im Bereich von Ringsteifen bzw. ähnlichen Konstruktionselementen können im Beharrungszustand durch entsprechende Isolierung beherrscht werden. Bei hohen Temperaturänderungsgeschwindigkeiten, wie sie etwa in abgasführenden Bauteilen hinter Gasturbinen vorkommen, sind sie jedoch unvermeidbar und können zu Zerstörungen oder zur Einschränkung der Lebensdauer führen. 



   Es zeigen Fig. 1 und Fig. 2 zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung, wobei in beiden Figuren jeweils ein Schnitt in der Ebene der Schalenachse ausgeführt ist
Die aus einem vorzugsweise 6 - 12 mm dickem Stahlblech bestehende Zylinder- und/oder Kegelschale (1) mit der Schalenachse (2) ist mit einer Mehrzahl in Winkelabständen voneinander gelegenen, vorzugsweise radial oder in von der Radialrichtung um einen Winkel abweichenden Richtung angeordneten Balken (3) um die Schale   (1)   herum angeordnet. Der Balken (3) kann mit Elementen zur Ableitung von Axiallasten, z. B. gelenkig angeordnete Pendel (4) kombiniert werden. 



   Bei der   Ausführungsform   des Erfindungsgegenstandes nach Fig. 1 bewirkt eine Druckfeder (7) über einen Teller (11), die Stange (8) und den Balken (3) eine Zugkraft auf die Schale   (1).   Die Druckfeder (7) stützt sich 
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   Die in Fig. 2 ausgeführte Zugfeder ist direkt mit einem Anschlusselement (3), das als Balken, Stange oder Anschlusslasche ausgebildet sein kann und einem Widerlager, etwa einem die Schale   (1)   umspannenden Ringträger verbunden. 



   Die Anzahl der Zug-und/oder Druckfedem (6), (7) ist vor allem durch die in der Schale   (1)   zwischen den Angriffspunkten entstehende Zwischenbiegung   bestimmt.   Bei herkömmlichen Ausführungen von GasturbinenAbgaskaminen ist mit etwa 40 bis 50 Stück zu rechnen. Zusätzlich zu den Zug- und/oder Druckfedern (6), (7), von denen zumindest drei vorhanden sein müssen, können auch noch aussenliegende Ringsteifen zur Aussteifung bzw. Formstabilisierung von dünnwandigen Schalenstrukturen verwendet werden. 



   Im Rahmen der Erfindung konnten die Zug- und/oder Druckfedern (6), (7) durch mit den Balken (3) verbundene Umlenkrollen bzw. durch exzentrisch gelagerte Rollen, um eine progressive oder degressive Zugwirkung zu erreichen oder durch eine gelenkige Gestängekonstruktion, an deren jeweils Gewichte hängen, ersetzt werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Wärmeelastische Aussteifung von dünnwandigen Schalenbauteilen, insbesondere Zylinder und Kegelschalen, z. B. Stahlkaminen und Leitungskanälen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale (1) an der Aussenseite über vorzugsweise radial oder in einer von der Radialrichtung um einen Winkel abweichenden Richtung angeordnete Anschlusselemente (3) mit Zugvorrichtungen verbunden ist, wodurch über die Anschlusselemente (3) EMI2.1 Kragträger, Stangen (8) od. dgl. ausgebildet sind.

   3. Aussteifung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugvorrichtungen als Druckfedern (7) ausgebildet sind, welche einerseits an festen Widerlagern (5) angebracht und anderseits an den abgekehrten Enden mit den Anschlusselementen der Schale verbunden sind.

   4. Aussteifung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das den Widerlagern (5) abgekehrte Ende der Druckfedern (7) über Teller (11) an Stangen (8) abgestützt ist, die direkt oder indirekt mit der Schale (1) verbunden sind.

   5. Aussteifung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugvorrichtungen als Zugfedern (6) ausgebildet sind, welche einerseits direkt am Anschlusselement (3) und anderseits an festen Widerlagern (5) befestigt sind.

   6. Aussteifung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Widerlager (5) durch einen die Schale (1) in Abstand umgebenden Ringträger gebildet sind, der seinerseits fest an der Schale (1) abgestützt oder durch Teile der Zugvorrichtung gehalten ist.