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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.
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The invention relates to a heat-elastic stiffening of thin-walled shell components, in particular cylinder and cone shells, for. B. steel chimneys and ducts, the stiffening for cross-sectional maintenance and stabilization of these shells is suitable for rapid temperature changes.
Stiffening of thin-walled shell structures or shells, in particular ducts and chimneys for removing gas turbine exhaust gases, which are heated considerably above the ambient temperature, are known per se.
However, these are usually done by external ring stiffeners such. B. in the publication by Ing. G. Fischer. Vaihingen / Enz, in the magazine "Der Stahlbau" 52. Volume 7, described, but suffer from the disadvantage that at higher rates of temperature change, high thermal stresses and thus recurring plastic deformations occur, which can lead to damage and premature failure.
The object of the invention is to absorb cross-sectional forces, such as wind power, or to hold the shell cross-section sufficiently in the event of a risk to stability without hindering thermal expansion.
This object is achieved according to the invention in that the shell is connected to pulling devices on the outside via connecting elements which are preferably arranged radially or in a direction deviating from the radial direction by an angle, as a result of which connection elements on the shell are preferably radial or in the radial direction by one Angle deviating direction acting tensile forces are exerted, which cause a tangential tensile stress in the shell.
In order to stabilize the shell shape, the applied tangential tensile stress, which outweighs the largest sum of the tangential compressive stresses possible from the other load, does not have to coincide locally with these. It is therefore possible to use a ring with artificial tensile stress to maintain the shape and stabilize larger shell areas.
Another feature of the invention is that the pulling devices are designed as springs which are attached to fixed abutments on the one hand and to the connection elements of the shell on the other hand.
The springs can be designed as tension springs or as compression springs; A ring support that surrounds the shell on the outside is suitable as a fixed abutment.
The pulling devices and the abutments, for example an outer ring carrier, can be combined with elements for deriving external forces or force effects, for example with pendulum constructions for deriving axial forces, or used on their own.
In the arrangement described, the cross section of the shell can be secured without thermal stresses occurring in the area of an otherwise required ring stiffness or similar structural elements firmly connected to the shell. Thermal stresses in the area of ring stiffeners or similar construction elements can be mastered in the steady state by appropriate insulation. At high temperature change speeds, such as those found in exhaust gas-carrying components behind gas turbines, they are unavoidable and can lead to destruction or limitation of the service life.
1 and 2 show two exemplary embodiments of the invention, with a cut being made in the plane of the shell axis in each of the two figures
The cylinder and / or cone shell (1) with the shell axis (2), which preferably consists of 6 - 12 mm thick steel sheet, is provided with a plurality of bars that are at an angular distance from one another, preferably radially or in a direction that deviates from the radial direction by an angle ( 3) arranged around the shell (1). The bar (3) can with elements for deriving axial loads, for. B. articulated pendulum (4) can be combined.
In the embodiment of the subject matter of FIG. 1, a compression spring (7) causes a tensile force on the shell (1) via a plate (11), the rod (8) and the bar (3). The compression spring (7) is supported
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The tension spring shown in FIG. 2 is connected directly to a connecting element (3), which can be designed as a bar, rod or connecting lug, and an abutment, for example a ring carrier spanning the shell (1).
The number of tension and / or compression springs (6), (7) is determined above all by the intermediate bend occurring in the shell (1) between the points of attack. In conventional versions of gas turbine exhaust gas chimneys, around 40 to 50 pieces are to be expected. In addition to the tension and / or compression springs (6), (7), of which at least three must be present, external ring stiffeners can also be used to stiffen or stabilize the shape of thin-walled shell structures.
In the context of the invention, the tension and / or compression springs (6), (7) by means of deflection rollers connected to the beams (3) or by eccentrically mounted rollers in order to achieve a progressive or degressive tension effect or by an articulated linkage construction whose weights are hanging, are replaced.