BRÜCKNER, Jan (Habernhofer Weg 30, Uttenreuth, 91080, DE)
EFFERT, Martin (Nötherstr. 16A, Erlangen, 91058, DE)
FRANKE, Joachim (An der Fleischbrücke 1, Nürnberg, 90403, DE)
BRÜCKNER, Jan (Habernhofer Weg 30, Uttenreuth, 91080, DE)
EFFERT, Martin (Nötherstr. 16A, Erlangen, 91058, DE)
| Patentansprüche 1. Vorrichtung zum Herstellen von Einbaukörpern für Dampferzeugerrohre mit einem Wickelkopf (12) mit einem Drahtfüh- rungsstift (20), einer Führungsöffnung (16) für eine mit ei¬ ner Anzahl von spiralförmigen Nuten (4) versehenen Schablonenwelle (1) und einer Druckrolle (22), wobei Drahtführungs¬ stift (20), Führungsöffnung (16) und Druckrolle (22) derart angeordnet sind, dass jeweils eine Tangente von Druckrolle (22) und einer Nut (4) der Schablonenwelle (1) sowie die Füh¬ rungsachse des Drahtführungsstifts (20) im Wesentlichen zu¬ sammenfallen . 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, welche einen der Schablo- nenwelle (1) zugeordneten Drehantrieb und eine koaxial zur Führungsöffnung (16) angeordnete Führungsmutter (18) umfasst. 3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wickelkopf (12) eine Mehrzahl von Drahtführungsstif- ten (20) und Druckrollen (22) umfasst. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wickelkopf (12) eine einem Drahtführungsstift (20) und/oder der Führungsöffnung (16) zugeordnete Schmiermittel- zuführeinrichtung umfasst. 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wickelkopf (12) eine einem Drahtführungsstift (20) zugeordnete Antriebseinrichtung umfasst. 6. Verfahren zum Herstellen eines Einbaukörpers für ein Dampferzeugerrohr, bei dem eine Anzahl von Drähten (14) unter Bildung des Einbaukörpers Nuten (4) einer Schablonenwelle (1) zugeführt und dort fixiert wird, wobei die Zuführung der Drähte (14) zu den Nuten (4) mittels einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche erfolgt. 7. Verfahren zum Herstellen eines innenberippten Dampferzeu- gerrohrs, bei dem ein Einbaukörper in ein Dampferzeugerrohr eingeführt wird, wobei der Einbaukörper mit dem Verfahren nach Anspruch 6 hergestellt wird. |
Vorrichtung zum Herstellen von Einbaukörpern für Dampferzeugerrohre
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von Einbaukörpern für Dampferzeugerrohre .
Ein Dampferzeuger ist ein geschlossenes, beheiztes Gefäß oder ein Druckrohrsystem, das dem Zweck dient, Dampf von hohem Druck und hoher Temperatur für Heiz- und Betriebszwecke
(z. B. zum Betrieb einer Dampfturbine) zu erzeugen. Bei be ¬ sonders hohen Dampfleistungen und -drücken wie beispielsweise bei der Energieerzeugung in Kraftwerken werden dabei Wasser- rohrkessel eingesetzt, bei denen sich das Strömungsmedium - üblicherweise Wasser - in Dampferzeugerrohren befindet. Auch bei der FeststoffVerbrennung kommen Wasserrohrkessel zum Einsatz, da die Brennkammer, in der die Wärmeerzeugung durch Verbrennung des jeweiligen Rohstoffes erfolgt, beliebig durch die Anordnung von Rohrwänden gestaltet werden kann.
Ein derartiger Dampferzeuger in der Bauart eines Wasserrohrkessels umfasst somit eine Brennkammer, deren Umfassungswand zumindest teilweise aus Rohrwänden, d. h. gasdicht ver- schweißten Dampferzeugerrohren gebildet ist. Strömungsmediumsseitig bilden diese Dampferzeugerrohre als Verdampferheiz- flächen zunächst einen Verdampfer, in den unverdampftes Medium eingeleitet und verdampft wird. Der Verdampfer ist dabei üblicherweise im heißesten Bereich der Brennkammer angeord- net. Ihm ist strömungsmediumsseitig gegebenenfalls eine Ein ¬ richtung zum Abscheiden von Wasser und Dampf und ein Überhitzer nachgeschaltet, in dem der Dampf über seine Verdampfungs ¬ temperatur hinaus weiter erhitzt wird, um in einer folgenden Wärmekraftmaschine wie z. B. einer Dampfturbine einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Dem Verdampfer kann strömungsmedi ¬ umsseitig ein Vorwärmer (ein so genannter Economiser) vorgeschaltet sein, der das Speisewasser unter Ausnutzung von Ab- oder Restwärme vorwärmt und so ebenfalls den Wirkungsgrad der Gesamtanlage erhöht.
Für Verdampferheizflächen in Dampferzeugern werden Glattrohre oder innenberippte Rohre eingesetzt. Innenberippte Rohre kom ¬ men dann zur Anwendung, wenn der Strömung des Strömungsmediums in den Dampferzeugerrohren ein Drall aufgezwungen werden soll, welcher eine höhere Geschwindigkeit des Fluids an der Innenfläche der Dampferzeugerrohre bewirkt. Der Einsatz von innenberippten Rohren kann dabei aus verschiedenen Gründen erforderlich werden, so z. B. bei einer niedrigen Massen- stromdichte des Verdampfers unter Volllast. Auch bei hohen Wärmestromdichten (z. B. in Trommelkesseln) ist die Verwendung von innenberippten Rohren erforderlich: Hier besteht die Gefahr von Filmsieden, d. h., es bildet sich auf der Innenseite der Dampferzeugerrohre ein Dampffilm, der im Gegensatz zur gut durchmischten Flüssigkeit beim Blasensieden eine hohe wärmeisolierende Wirkung hat. Dies hat zur Folge, dass bei gleich bleibender Wärmestromdichte die Wandtemperatur stark ansteigen kann, was zur Zerstörung der Heizflächen führen kann. Nicht zuletzt kann durch innenberippte Rohre eine Strö ¬ mungsschichtung im normalen Lastbetrieb vermieden werden (so z. B. bei Mindestlast in spiralberohrten Dampferzeugern). Die Innenberippung der Rohre wird nach dem Stand der Technik in einem Kaltziehprozess hergestellt. Nach heutigem Kenntnis ¬ stand können innenberippte Rohre nur mit Materialien mit ei ¬ nem maximalen Chromgehalt θΠ 5 "6 hergestellt werden. Wird der Einsatz von innenberippten Rohren aus höher mit Chrom le- gierten Stählen erforderlich, so z. B. durch einen weiteren Anstieg der Dampfparameter zur Erhöhung des Wirkungsgrades, so können die innenberippten Rohre mit den heute verfügbaren Prozessen nicht hergestellt werden. In diesem Fall können Glattrohre separat mit entsprechenden drallerzeugenden Ein- baukörpern versehen werden. Diese Einbaukörper können unabhängig von den Glattrohren und somit auch aus einem unterschiedlichen Material hergestellt werden. Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zu Grunde, eine Vor ¬ richtung zum Herstellen derartiger Einbaukörper für Dampferzeugerrohre anzugeben, welche einen technisch besonders einfachen Herstellungsprozess und somit eine besonders schnelle Herstellung von Einbaukörpern ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem die Vorrich ¬ tung einen Wickelkopf mit einem Drahtführungsstift, einer Führungsöffnung für eine mit einer Anzahl von spiralförmigen Nuten versehenen Schablonenwelle und eine Druckrolle umfasst, wobei Drahtführungsstift, Führungsöffnung und Druckrolle der ¬ art angeordnet sind, dass jeweils eine Tangente von Druckrol ¬ le und einer Nut der Schablonenwelle sowie die Führungsachse des Drahtführungsstifts im Wesentlichen zusammenfallen.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass eine besonders einfache Herstellung eines Einbaukörpers dadurch erzielt werden könnte, dass für die Herstellung besonders einfache Materialien, insbesondere einfacher Draht verwendet wird. Um diesem Draht die richtige Form des Einbaukörpers zu verleihen und den Herstellungsprozess gleichzeitig besonders einfach zu gestalten, sollte die Formung des Drahts mittels einer Schablone erfolgen. Aufgrund der lang gestreckten, zylindrischen Form eines Dampferzeugerrohrs sollte diese Schab- lone auch eine entsprechende Form in der Art einer Schablo ¬ nenwelle haben. In die Schablonenwelle ist eine negative Form des Einbaukörpers in Form von Nuten eingebracht, so dass die Herstellung des Einbaukörpers durch bloßes Anformen erfolgen kann. Um dieses Anformen in einem integrierten Prozess durch- führen zu können, sollte ein Wickelkopf zum Einsatz kommen, der einen Drahtführungsstift zur Zuführung eines Drahtes, ei ¬ ne Führungsöffnung für die Schablonenwelle sowie eine Druck ¬ rolle zum Umbiegen des Drahtes umfasst. Dabei sollten diese Bauteile derart angeordnet sein, dass der Draht tangential in eine Nut der Schablonenwelle durch den Drahtführungsstift ge ¬ führt wird. Gleichzeitig sollte eine ebenfalls tangential an ¬ geordnete Druckrolle ein Einpressen des Drahtes in die Nut bewirken . In vorteilhafter Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung einen der Schablonenwelle zugeordneten Drehantrieb und eine koaxial zur Führungsöffnung angeordnete Führungsmutter. Das Gewinde der Führungsmutter greift in die spiralförmigen Nuten der Schablonenwelle ein, so dass durch die Drehung der Schablo ¬ nenwelle durch den ihr zugeordneten Drehantrieb in Verbindung mit der Zuführung der Drähte zu den Nuten ein automatischer Vorschub der Schablonenwelle durch den Wickelkopf erreicht wird. Der Wickelkopf kann daher bei der Zuführung der Drähte starr in der Vorrichtung fixiert werden. Dies ermöglicht eine besonders einfache Fertigung des Einbaukörpers.
Je nach Anforderung können die gewünschten Nuten in der
Schablonenwelle beispielsweise über eine spanabhebende Ferti ¬ gung individuell gefertigt werden (Anzahl, Steigung, Dimensi ¬ onen) . Dabei können je nach gewünschtem Profil des herzustellenden Einbaukörpers die Nuten als Helix mit nahezu beliebi ¬ ger Anzahl ausgestaltet sein. Im Falle einer mehrfach gewi- ekelten Helix sollten alle in der Schablonenwelle vorhandenen Nuten in einem Arbeitsgang mit einem Draht belegt werden können, so dass eine besonders schnelle Fertigung des Einbaukör ¬ pers möglich ist. Dazu umfasst der Wickelkopf vorteilhafter ¬ weise eine Mehrzahl von Drahtführungsstiften und Druckrollen. Auf diese Weise können mehrere Nuten gleichzeitig bei der Be ¬ wegung der Schablonenwelle durch den Wickelkopf mit Drähten belegt werden.
Für eine besonders geringe Reparaturanfälligkeit der Vorrich- tung sollten die beweglichen Teile stets leicht gängig in
Verbindung stehen. Dies betrifft insbesondere die Zuführung der Drähte sowie die Führung der Schablonenwelle im Wickel ¬ kopf. Eine besonders leicht gängige Führung ist dabei mög ¬ lich, indem eine permanente, ausreichende Versorgung mit ei- nem Schmiermittel, beispielsweise Öl gewährleistet bleibt. Dazu umfasst der Wickelkopf in vorteilhafter Ausgestaltung eine einem Drahtführungsstift und/oder der Führungsöffnung zugeordnete Schmiermittel zuführeinrichtung . Für eine noch bessere Kontrolle des Fertigungsprozesses um- fasst der Wickelkopf vorteilhafterweise eine einem Drahtfüh ¬ rungsstift zugeordnete Antriebseinrichtung. Einerseits ermög- licht dies ein kontrolliertes Zuführen der Drähte durch die Drahtführungsstifte, andererseits wird dadurch die automati ¬ sche Vorwärtsbewegung der Schablonenwelle besser unterstützt.
In vorteilhafter Ausgestaltung kommt eine derartige Vorrich- tung für die Zuführung der Drähte zu den Nuten bei einem Verfahren zum Herstellen eines Einbaukörpers für ein Dampferzeu ¬ gerrohr, bei dem eine Anzahl von Drähten unter Bildung des Einbaukörpers den Nuten einer Schablonenwelle zuführt und dort fixiert, zum Einsatz.
In vorteilhafter Ausgestaltung kommt ein nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellter Einbaukörper in einem Dampferzeugerrohr beziehungsweise ein derartiges Dampferzeu ¬ gerrohr in einem Dampferzeuger zum Einsatz.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Herstellung eines Einbaukörpers in ein Dampferzeugerrohr mittels einer Vorrichtung mit einem Wickelkopf nunmehr eine besonders einfache, schnelle und kosten- günstige technische Lösung vorliegt. Bei Verwendung eines
Einbaukörpers können innenberippte Rohre aus höher mit Chrom legierten Stählen hergestellt werden, die sich für besonders hohe Dampfparameter und somit einen besonders hohen Wirkungs ¬ grad eines Dampferzeugers eignen. Die Herstellung des Einbau- körpers wird kostengünstig, da die Schablonenwelle für die
Herstellung des nächsten Einbaukörpers verwendet werden kann. Die signifikanten Kostenvorteile gegenüber kalt gezogenen Rohren mit Innenrippen machen die Verwendung von Einbaukörpern auch bei Materialien mit weniger als 5 % Chrom attrak- tiv.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: FIG 1 eine Schablonenwelle zur Ausführung des erfindungs ¬ gemäßen Verfah
FIG 2 eine vergrößerte Darstellung der Schablonenwelle im
Schnitt,
FIG 3 einen Wickelkopf mit eingeführter Schablonenwelle,
FIG 4 Schnittbild durch den Wickelkopf nach FIG 3, und
FIG 5 schematisch einen Durchlaufdampferzeuger in Zweizugbauweise .
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszei ¬ chen versehen.
FIG 1 zeigt eine Schablonenwelle 1, die in einem Hauptbereich 2 mit spiralförmig umlaufenden Nuten 4 versehen ist. Die Nuten 4 sind hierbei in der Art einer Dreifachhelix um den zy ¬ linderförmigen Körper der Schablonenwelle 1 angeordnet. Je nach gewünschtem Profil des herzustellenden Einbaukörpers können die Nuten 4 auch als Doppelhelix oder einfache Spirale ausgestaltet sein. Je nach Anforderung können die gewünschten Nuten 4 beispielsweise über eine spanabhebende Fertigung in ¬ dividuell gefertigt werden (Anzahl, Steigung, Dimensionen) . Die Länge des Hauptbereiches 2 der Schablonenwelle 1 ist ge ¬ ringfügig länger als das Glattrohr, in das der Einbaukörper eingebracht werden soll. An den Hauptbereich 2 der Schablonenwelle 1 schließt sich in axialer Richtung ein Anschluss ¬ bereich 6 an, der nicht mit Nuten 4 versehen ist und zur Handhabung der Schablonenwelle 1 während des erfindungsgemä ¬ ßen Verfahrens dient.
FIG 2 zeigt die Schablonenwelle 1 im Schnitt in einer vergrö ¬ ßerten Darstellung. An der Schnittfläche 8 ist das Profil der in die Schablonenwelle 1 eingebrachten Nuten 4 erkennbar. Die Nuten 4 weisen ein konisches Profil auf. Ein derartiges Pro ¬ fil ermöglicht ein einfacheres Fügen und Rückwärtsdrehen der Schablonenwelle 1 im Herstellungsprozess des nicht näher dar ¬ gestellten Einbaukörpers für ein Dampferzeugerrohr .
FIG 3 zeigt eine Vorrichtung 10 zur Herstellung eines Einbau ¬ körpers für ein Dampferzeugerrohr . Die Vorrichtung 10 umfasst einen im Wesentlichen kubisch geformtem Wickelkopf 12, indem Drähte 14 in die Nuten 4 der Schablonenwelle 1 angeformt wer- den und so einen Einbaukörper bilden. Die Schablonenwelle 1 ist dabei in einer Führungsöffnung 16 geführt, wobei eine ko ¬ axial zur Führungsöffnung 16 angeordnete Führungsmutter 18 in die Nuten 4 der Schablonenwelle 1 eingreift, so dass durch die Drehung durch einen nicht näher dargestellten Dreh- antrieb, welcher auf die Schablonenwelle 1 wirkt, diese durch den Wickelkopf 12 vorwärts bewegt wird.
Der Wickelkopf 12 umfasst vier zylinderförmige Drahtführungs ¬ stifte 20, so dass vier Drähte 14 gleichzeitig in einem Ar- beitsgang in die Nuten 4 der Schablonenwelle 1 eingebracht werden können. Für einen optimalen Arbeitsgang ist der Wickelkopf 12 auf die Geometrie der Schablonenwelle 1 opti ¬ miert: Die Mittelachsen in der Drahtführungsstifte 20 sind tangential zu den Nuten 4 der Schablonenwelle 1 angeordnet.
FIG 4 zeigt einen Schnitt durch den Wickelkopf 12 entlang ei ¬ ner Mittelachse eines Drahtführungsstifts 20. Die Biegung der Drähte 14 um die Schablonenwelle 1 wird durch Druckrollen 22 bewirkt, die ebenfalls tangential zur Mittelachse ihres je- weils zugeordneten Drahtführungsstifts 20 sowie zu einer Nut 4 angeordnet sind. Die Stärke der Druckausübung der Druckrol ¬ len 22 wird jeweils über ein Einstellschraube 24 in einem Einstellgewinde 26 eingestellt, wobei die Einstellschraube 24 in axialer Richtung durch eine Einstellplatte 28 fixiert ist. Eine gute Führung der Schablonenwelle 1 und der Drähte 14 wird durch nicht näher dargestellte Schmiermittelzuführeinrichtungen gewährleistet. Der Durchlaufdampferzeuger 110 gemäß FIG 5 ist in stehender Bauweise und als Zweizugdampferzeuger ausgeführt. Er weist eine Umfassungswand 112 auf, die am Unterende des durch sie gebildeten ersten Gaszugs in einen trichterförmigen Boden 114 übergeht. Die Umfassungswand 112 ist in einem unteren Bereich oder Verdampferbereich aus Verdampferrohren 116 und in einem oberen Bereich oder Überhitzerbereich aus Überhitzerrohren 116 λ aufgebaut. Die Verdampferrohre 116 bzw. die Überhitzer ¬ rohre 116 λ sind an ihren Längsseiten gasdicht miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt. Der Boden 114 umfasst eine nicht näher dargestellte Austragsöffnung 118 für Asche.
Die von einem Strömungsmedium, insbesondere von Wasser oder einem Wasser-Dampf-Gemisch, von unten nach oben durchströmbaren Verdampferrohre 116 der Umfassungswand 112 sind mit ihren Eintrittsenden an einen Eintrittssammler 120 angeschlossen. Austrittsseitig sind die Verdampferrohre 116 über ein nicht näher gezeigtes Wasserabscheidesystem an die strömungsmedi- umsseitig nachfolgenden Überhitzerrohre 116 λ angeschlossen.
Die Verdampferrohre 116 der Umfassungswand 112 bilden in dem sich zwischen dem Eintrittssammler 120 und dem Wasserabscheidesystem befindenden Abschnitt des Gaszugs eine Verdampferheizfläche 122. An diese schließt sich eine von den Überhit ¬ zerrohren 116 λ gebildete Nach- oder Überhitzerheizfläche 124 an. Zusätzlich sind im zweiten, von den Heizgasen abwärts durchströmten Gaszug 126 und in dem diesen heizgasseitig mit dem ersten Gaszug verbindenden Querzug 128 noch weitere, le ¬ diglich schematisch dargestellte Heizflächen 130, beispielsweise ein Economizer und konvektive Überhitzerheizflächen, angeordnet .
Im unteren Bereich der Umfassungswand 112 ist eine Anzahl von Brennern für einen fossilen Brennstoff in jeweils einer Öff- nung 132 der Umfassungswand 112 angebracht. In FIG 5 sind vier Öffnungen 132 sichtbar. An einer derartigen Öffnung 132 sind die Verdampferrohre 116 der Umfassungswand 112 zur Umge ¬ hung der jeweiligen Öffnung 132 gekrümmt und verlaufen auf der Außenseite des vertikalen Gaszugs. Diese Öffnungen können beispielsweise auch für Luftdüsen vorgesehen sein.
Durch die Verwendung von innenberippten Dampferzeugerrohren mit mittels der Vorrichtung 10 hergestellten Einbaukörpern im Dampferzeuger 110 ist es möglich, auch Stähle mit einem
Chromgehalt von mehr als 5 % zur Herstellung zu verwenden. Derartige Dampferzeugerrohre sind für besonders hohe Dampf ¬ parameter geeignet und ermöglichen so einen besonders hohen Wirkungsgrad eines Dampferzeugers.