專利名稱:用于膜式水冷壁端部連接的鍋爐支架系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明總的來說是有關(guān)鍋爐中所謂膜式水冷壁(即管壁)的支承結(jié)構(gòu),具體而言,是有關(guān)一種用于支承膜式水冷壁的新穎有效的支架系統(tǒng),采用此系統(tǒng)可減少管子損壞,尤其是在鍋爐起動和冷卻時容易發(fā)生這種損壞。
鍋爐支架系統(tǒng)是由加強鍋爐水冷壁的軋制的鋼件和/或桁架構(gòu)成。鍋爐水冷壁承受隨當?shù)卮髿鈮鹤兓烧韶摰娜細鈮毫?。燃氣壓力通過用桿、梁、板連接相對壁上的支架來承受,以平衡增壓燃燒產(chǎn)生的拉伸負荷或平衡通風(fēng)燃燒產(chǎn)生的壓縮負荷。爐壁的熱膨脹通常通過在梁、桿或板與支架之間進行連接的連桿、帶槽件、螺栓和銷子的各種設(shè)計來適應(yīng)。這方面的一般性討論讀者可參見Babcock&Wilcox公司1975年出版的《蒸汽它的產(chǎn)生和用途》(STEAMItsGenerationandUse)第12和16章。
參見本文的
圖1和2可簡要地討論一下與本發(fā)明有關(guān)的結(jié)構(gòu)。圖1和2是“冷”態(tài)下傳統(tǒng)鍋爐一個壁角結(jié)構(gòu)的透視圖。所謂“冷”態(tài)是指鍋爐的壓力部件和結(jié)構(gòu)元件處于環(huán)境溫度條件下。第一個壁段10和另一個壁段12以一個角度相交形成壁角14。每個壁段10、12由多根直立的管16組成。管16用膜板18互相隔開并彼此焊接在一起。當鍋爐工作時,液體通過管16輸送,以帶走來自燃氣的熱量。一個支架系統(tǒng)配備在壁段10、12的外側(cè),支架系統(tǒng)由每個壁段10、12的至少一個支架20、22所組成。在一種實際的鍋爐結(jié)構(gòu)中,支架20、22是沿壁段10、12的垂直高度每隔一定距離重復(fù)設(shè)置的。支架20、22抵抗鍋爐處于穩(wěn)態(tài)或過渡工作狀態(tài)時壁段10、12所受到的彎曲力。這些彎曲力是由于例如風(fēng)和地震引起的外載荷和鍋爐中氣體側(cè)壓力造成的。氣體側(cè)壓力隨當?shù)卮髿鈮鹤兓烧韶摗?br>
支承凸耳24和支板26構(gòu)成的托腳裝置與各支架20、22的內(nèi)凸緣28連接。托腳裝置24、26和支架20、22之間可相對滑動,以適應(yīng)熱膨脹。
在圖1中,兩條連續(xù)的系桿或板30焊在各支板26的邊緣上。由一些“L”形連接凸塊32組成的連接裝置,焊在構(gòu)成各壁段10、12的某些沿水平方向隔開的管子16外表面上。成對的連接凸塊32面對面地焊接,以構(gòu)成一個縫,縫中嚴密地裝入連續(xù)系桿或板30。連接裝置也可以由一對夾子和一個系桿銷組成,其中一個夾子在連續(xù)系桿或板30上面,另一個在其下面。夾子焊在兩根相鄰管16上,構(gòu)成一個環(huán),它伸出連續(xù)系桿或板30外表面。當系桿銷插在所述環(huán)和連續(xù)系桿30之間時,連續(xù)系桿靠在壁段10、12上被固定就位。因此連接裝置支承著支架20、22的重量,實際上支架懸掛在壁段10、12上。
一個端部連接角拉撐34橫跨壁角14,并焊在連續(xù)系桿或板30上。一個端部支架連接托架36焊在各支架20、22靠近壁角14的端頭上。一對端部連桿38通過銷子40可樞轉(zhuǎn)地連接在端部連接角拉撐34和各端部支架連接托架36之間。每個零件34、36、38中均設(shè)有適當?shù)膱A孔,以允許壁段10、12熱膨脹。為了說明,圖1和2表示壁角結(jié)構(gòu)處于水冷壁段10、12膨脹前的“冷”態(tài)。在這一狀態(tài)下,各連桿38與其支架20、22邊緣構(gòu)成一個小的銳角(邊緣垂直于壁段10、12的平面延伸)。在“熱”態(tài)下,各連桿38將大體平行于其支架20、22的邊緣延伸,而來自例如壁段10的力將傳給另一個相連的壁段12的支架22。
由焊接的膜式管屏(管子按不同的幾何型式焊在一起)構(gòu)成的爐壁,可用來平衡相對壁之間的燃氣壓力載荷,以代替桿、梁和/或板。參見圖2,這樣的一種設(shè)計采用了短系桿42(用一塊焊在相鄰爐壁上的短桿替代連續(xù)系桿)將支架與承受支架系統(tǒng)拉伸或壓縮載荷的相鄰膜式水冷壁相連。因此圖2與圖1不同,在圖1中兩條連續(xù)系桿或板30被與系桿42分開的支承桿或板30′所替代。在壁角14處,系桿42焊在構(gòu)成壁段10的管子16上。在壁段12上仍然設(shè)一條連續(xù)系桿或板30。
在膜式水冷壁上設(shè)連續(xù)系桿或板的支架系統(tǒng)要承受系桿和水冷壁之間的溫差,在鍋爐起動或冷卻時的瞬變工作狀態(tài)下,這一溫差足以在水冷壁中和/或支架系統(tǒng)中造成損壞。
具有短系桿的支架系統(tǒng)由溫差帶來的問題較小,但它難以甚至有時不可能通過短桿將大的集中的燃氣壓力載荷從軋制件傳給相鄰的膜式水冷壁。
一些支架和膜式水冷壁的連接結(jié)構(gòu)公開在美國專利4721069、4499860、4395860和4059075中。這些參考文件中公開了適應(yīng)膜式水冷壁膨脹和收縮的機構(gòu),然而它們沒有提出一種可防止鄰近壁角處的壁發(fā)生損壞的結(jié)構(gòu)。
膜式水冷壁的壁角支承結(jié)構(gòu)公開于美國專利4008691和3479994中,它們包括橫跨壁角的剛性結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的目的是要避免(1)管子損壞,(2)支架系統(tǒng)零部件破壞,這種破壞是在鍋爐起動和冷卻時的溫差使膜式水冷壁和支架系統(tǒng)之間產(chǎn)生相對運動引起的。
為達到這一目的,按照本發(fā)明的一個方面,利用膜式水冷壁結(jié)構(gòu)固有的承載能力,來簡化或取消以前在這一位置需要采用的結(jié)構(gòu)零件。本發(fā)明的一些實施例僅利用膜式水冷壁的壁角結(jié)構(gòu),將燃氣壓力載荷從一個壁傳給另一個相鄰壁。在有些情況下,有必要加強鍋爐膜式水冷壁和將燃氣壓力載荷控制在膜式水冷壁上,以避免由于在膜式水冷壁和系統(tǒng)的支架之間不同的膨脹-收縮位移而帶來的破壞。本發(fā)明的其他一些方面包括,用單個或多塊幾何形狀不同的角板和加強件,加強膜式水冷壁的壁角結(jié)構(gòu),以便于將燃氣壓力載荷分配給相鄰的膜式水冷壁管屏。另外一些方面包括,配置僅在瞬時超壓狀態(tài)下才起作用的加強結(jié)構(gòu)。
對于鍋爐制造者和使用鍋爐的工業(yè)部門而言,一個永恒的目標是要提高他們的能量生產(chǎn)設(shè)備的有效性。管子損壞時需要拆卸鍋爐進行修理,這自然是費用很大的,尤其是會降低能量生產(chǎn)。避免管子損壞是提高鍋爐有效性的主要內(nèi)容。本發(fā)明可以減少或避免在起動和冷卻時,由于溫度導(dǎo)致鍋爐爐壁和支架系統(tǒng)之間位移不同引起應(yīng)力水平超限而使鍋爐膜式水冷壁中的管子損壞。同樣可以減少或避免支架系統(tǒng)零部件的損壞。本發(fā)明對具有強迫冷卻能力的直流鍋爐有最大的作用。但本發(fā)明亦適用于自然循環(huán)鍋爐亦即汽包式鍋爐中,因為在汽包式鍋爐的膜式水冷壁中也發(fā)生過管子損壞。本發(fā)明既可用于新型鍋爐,也可用于改造現(xiàn)有的鍋爐,或作為目前在工業(yè)部門中普遍進行的大規(guī)模升級工作的一部分。
因此,本發(fā)明的一個方面是提供一種蒸汽鍋爐膜式水冷壁的支架系統(tǒng),此水冷壁具有一個第一壁段,第一壁段以一個角度與一個第二個壁段相交構(gòu)成壁角。所述支架系統(tǒng)只利用膜式水冷壁結(jié)構(gòu)固有的承載能力,以便于將燃氣壓力載荷分配給相鄰的膜式水冷壁管屏。每個爐壁段上至少有一個支架,它橫跨在壁段的至少一部分上。托腳裝置與各支架相連接,并朝各相應(yīng)的壁段延伸。支承桿與各支架的托腳裝置連接,各支承桿至少與各相應(yīng)壁段的部分長度連接,各支承桿的一端鄰近壁角但與壁角相隔一定距離,所以第一壁段的支承桿與第二壁段的支承桿彼此留有一定間距。最后,連接裝置固定在各壁段上,并與各相應(yīng)的支承桿連接在一起,以允許各壁段和各支承桿之間有側(cè)向移動,用于將趨于使各壁段彎曲的彎曲力傳給各相應(yīng)的抵抗此彎曲力的支架,以及將各支架的重量傳給相應(yīng)的壁段,以便將各支架支承在相應(yīng)的壁段上。
本發(fā)明另一個方面是配備一種焊在水冷壁上并圍繞壁角的壁角板,以加強壁角和在第一和第二壁段之間傳力。本發(fā)明的另一個方面是采用帶槽的端部連接角拉撐;一對帶槽的端部支架連接托板;以及一對端部連桿,它們只是在瞬時過壓狀態(tài)下才用于從一個支架向另一個支架傳遞載荷,而在正常的蒸汽鍋爐工作狀態(tài)下不傳遞載荷。
表現(xiàn)本發(fā)明新穎性的各種特征,在作為本公開文件一部分的權(quán)利要求中詳細指出。為了更好地理解本發(fā)明、它的工作優(yōu)點和使用后可獲得的特殊效果,可參照附圖和說明,其中用圖表示了本發(fā)明的一些最佳實施例。其中圖1是現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的支架系統(tǒng)壁角結(jié)構(gòu)透視圖,圖中所示為處于“冷”態(tài),采用了圍繞由兩個壁段構(gòu)成的壁角的連續(xù)系桿;
圖2是現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的支架系統(tǒng)壁角結(jié)構(gòu)透視圖,圖中所示為處于“冷”態(tài),采用圍繞壁角的不連續(xù)系桿;
圖3、3A、3B和3C是本發(fā)明的幾個實施例的透視圖,表示本發(fā)明幾個方面的各種組合形式;
圖4是本發(fā)明另一種實施例的透視圖,圖中所示為處于“熱”態(tài);
圖5、6、7、8和9是圖3和3B中壁角加強板不同幾何形狀的側(cè)面圖,壁角加強板的另一側(cè)與之成鏡面對稱;
圖10是本發(fā)明另一種實施例的與圖3、3A、3B和3C類似的透視圖,其中帶槽的連桿直接連接在支架之間,以提供僅在瞬時過壓狀態(tài)下才起作用的加強結(jié)構(gòu);
圖11是本發(fā)明另一種實施例的類似于圖2的仍處于“冷”態(tài)的透視圖,其中,支架端部連接的帶槽連桿系統(tǒng)提供了僅在瞬時過壓狀態(tài)才起作用的加強結(jié)構(gòu);以及圖12是圖11所示實施例中用于在膜式水冷壁的壁角結(jié)構(gòu)處連接支架端部的連桿和連接件的剖面圖。
在各附圖中,相同的數(shù)字表示相同的零件。具體而言,圖3所表示的本發(fā)明實施例中包括一個膜式水冷壁的支架系統(tǒng),該水冷壁的第一個壁段10與第二個壁段12以一個角度相交構(gòu)成壁角14,該支架系統(tǒng)利用了膜式水冷壁結(jié)構(gòu)固有的承載能力。每個壁段均由多根直立管16組成,管子互相間隔一定距離,并通過焊在相鄰管子16之間的膜板18彼此焊在一起。
本發(fā)明的支架系統(tǒng)對每個壁段10、12至少有一個支架20、22。在一種實際的鍋爐結(jié)構(gòu)中,支架20、22沿壁段10、12的垂直高度每隔一定距離重復(fù)設(shè)置。支架20、22用來抵抗在鍋爐穩(wěn)態(tài)和過渡(瞬變)工作狀態(tài)下,尤其是在鍋爐起動和冷卻時,壁段10、12所受的彎曲力。這些彎曲力是由于外載荷,例如風(fēng)和地震,以及鍋爐氣體側(cè)壓力造成的,該側(cè)壓力隨當?shù)卮髿鈮毫Φ淖兓烧韶摗?br>
凸耳24和支板26構(gòu)成的托腳裝置與各支架20、22的內(nèi)凸緣28連接。托腳裝置24、26和支架20、22之間可側(cè)向相對滑移,以便適應(yīng)熱膨脹。
支承桿30′焊在各支板26的內(nèi)邊緣上。由一些“L”形連接凸塊32組成的連接裝置,焊在構(gòu)成各壁段10、12的某些沿水平方向分隔開的管子16的外表面上。連接凸塊32面對面成對地焊接,以構(gòu)成一個縫,支承桿30′就裝在此縫中并可緊密地滑動。以此方式,既可適應(yīng)支承桿30′和壁段10、12之間側(cè)向滑移,同時仍然可以在壁段10、12和支架20、22之間傳遞彎曲力。連接凸耳32還支承著支架20、22的重量,實際上支架20、22是掛在壁段10、12上的。圖3A表示本發(fā)明的另一個方面,即具有加強件46、48,它們連接在構(gòu)成壁段10、12的管子外表面上,并延伸至壁段10、12的壁角14所在的位置50。圖3B表示本發(fā)明另一個方面,即設(shè)置了在第一和第二壁段10、12之間跨越壁角14的傳力裝置。如圖所示,一個或多個簡單的“L”形加強角板44,沿壁角14在垂直方向上互相隔開一定距離的地方,焊在構(gòu)成壁段10、12的管子16上,并包在壁角14上以便支承它。圖3C表示如何能將圖3、3A和3B的各種特征組合在一起。易于理解,這些方面的特征的各種組合,可以包括或不包括其中的某些特征。
圖4表示本發(fā)明的另一種處于“熱”態(tài)下的實施例。如圖所示,角板52焊在構(gòu)成壁角14的管子16的外表面上。兩對角撐板54、56焊在角板52的外表面上。每對角撐板54、56通過銷子60可樞轉(zhuǎn)地連接在一對連桿58上。每對連桿58的另一端可樞轉(zhuǎn)地通過另一個銷子60連接在端部支架連接托架62上,托架62則焊在支架20、22的外凸緣上。連桿58可樞轉(zhuǎn)地連接在銷子60上。
圖5至9表示角板44的各種實施例。圖5中的角板44有一個成矩形邊的外伸部分44a,圖9中的角板有一個制成曲線邊的外伸部分44b。相反,圖7和8所示的實施例分別具有矩形和曲線邊的凹入部分44c、44d。
圖6表示分成兩部分的角板44,它包括一個在垂直方向上較短的上部“L”形角板44e和垂直方向上較長的下部角板44f。角板44e、44f的每一部分,通過在構(gòu)成壁角14的管子16外表上多處焊接而固定在水冷壁的壁角上。如果需要,較長的角板44f也可以在較短的角板44e的上方。
圖10表示與圖3所示相似的本發(fā)明另一種實施例,其中增設(shè)了加強件,它僅用以適應(yīng)瞬時的過壓狀態(tài)。一對帶槽的支架連桿64跨過壁角14并直接連到支架20、22上。連桿64的兩端各制有槽66,槽中裝入銷子68,銷子68在可以作小量移動和轉(zhuǎn)動的情況下,將各連桿64與支架20、22連接起來。圖10表示結(jié)構(gòu)處于正常的蒸汽鍋爐工作狀態(tài)下,銷子68被大體定位于各槽66長度的中央。因此,連桿64只是在出現(xiàn)瞬時過壓狀態(tài)時,將來自一個支架20的載荷傳向另一個支架22。這種型式的帶槽支架連桿系統(tǒng),在先有技術(shù)中已用于切向水冷壁結(jié)構(gòu)中,然而就本發(fā)明人所知,這一結(jié)構(gòu)還未曾見用于膜式水冷壁結(jié)構(gòu)。
圖11和12表示本發(fā)明另一種實施例。此結(jié)構(gòu)與圖2所示的多少有些相似,但圖11和12所提供的實施例,在形式上類似于上面在圖10中所公開的那樣,設(shè)置了僅用作瞬時過壓狀態(tài)的加強件。有槽的端部連接角拉撐70橫跨壁角14,并焊在一對壁角板42上,壁角板42在壁角14處互相焊在一起,并焊在構(gòu)成壁段10、12的管子16上。有槽的端部支架連接托架72焊在各支架20、22靠近壁角14的端頭上。槽74制在有槽的端部連接角拉撐70和有槽的端部支架連接托架72上,槽中裝有可在其中滑移的銷子40,以固定各對端部連桿38。此外,銷子40定位于槽74中央,所以來自壁段10、12的任何載荷,只是在瞬時過壓狀態(tài)下才傳遞給支架20、22。
雖然用圖例詳細表示和說明了本發(fā)明申請的實質(zhì),但人們應(yīng)當理解為,本發(fā)明可以具體表示為其它形式而不脫離此基本原則。
權(quán)利要求
1.用于蒸汽鍋爐膜式水冷壁的支架系統(tǒng),該水冷壁有一個第一壁段,第一壁段與一個第二壁段以一個角度相交構(gòu)成壁角,該支架系統(tǒng)僅利用膜式水冷壁結(jié)構(gòu)固有的承載能力,以便于從一個壁段到另一個壁段分配燃氣壓力載荷,此系統(tǒng)包括沿各壁段的至少一部分延伸的至少一個支架;托腳裝置,它與各支架相連接,并朝各相應(yīng)的壁段延伸;與各支架的托腳裝置相連接的支承桿,各支承桿至少與各相應(yīng)壁段的部分長度連接,各支承桿均有一個鄰近壁角的一端,此端與壁角離開一定距離,使得第一壁段的支承桿與第二壁段的支承桿彼此間有一定的距離;固定在各壁段上的連接裝置,此連接裝置與各相應(yīng)的支承桿連接在一起,以允許各壁段和各支承桿之間有側(cè)向移動,并用于將趨于使各壁段彎曲的彎曲力傳給相應(yīng)的抵抗此彎曲力的支架,以及將各支架的重量傳給相應(yīng)的壁段,從而將各支架支承在相應(yīng)的壁段上。
2.按照權(quán)利要求1所述的支架系統(tǒng),其特征是還包括一個“L”形角板,它焊在水冷壁上并繞壁角延伸,以加強壁角和在第一和第二壁段之間傳力。
3.按照權(quán)利要求2所述的支架系統(tǒng),其特征是,“L”形角板的各臂有兩個相對的垂直邊和一個矩形邊的外伸部分。
4.按照權(quán)利要求2所述的支架系統(tǒng),其特征是,“L”形角板的各臂有兩個相對的垂直邊和一個曲線邊的外伸部分。
5.按照權(quán)利要求2所述的支架系統(tǒng),其特征是,“L”形角板的各臂有兩個相對的垂直邊和一個矩形邊的凹入部分。
6.按照權(quán)利要求2所述的支架系統(tǒng),其特征是,“L”形角板的各臂有兩個相對的垂直邊和一個曲線邊的凹入部分。
7.按照權(quán)利要求2所述的支架系統(tǒng),其特征是“L”形角板由一個上部“L”形角板和一個下部“L”形角板組成。
8.按照權(quán)利要求2所述的支架系統(tǒng),其特征是,上部和下部“L”形角板之一長于另一個。
9.按照權(quán)利要求2所述的支架系統(tǒng),其特征是還包括沿各水冷壁段全寬延伸的至少一個加強件,以進一步加強各壁段,加強件在壁角處互相不連接。
10.按照權(quán)利要求1所述的支架系統(tǒng),其特征是還包括沿各水冷壁段的全寬延伸的至少一個加強件,以進一步加強各壁段,加強件在壁角處互相不連接。
11.按照權(quán)利要求1所述的支架系統(tǒng),其特征是還包括焊在水冷壁上并圍繞壁角的一個“L”形角板,用于在第一和第二壁段之間傳力;焊接在該角板的外表面上的第一和第二角撐板;一對連桿,每一根在一端通過銷子可轉(zhuǎn)動地連接在各角撐板上,其另一端通過另一個銷子可轉(zhuǎn)動地連接在端部支架連接托架上,連接托架則焊在各支架外凸緣上。
12.按照權(quán)利要求1所述的支架系統(tǒng),其特征是,它還在壁角處設(shè)置僅在瞬時過壓狀態(tài)才起作用的加強裝置,包括一對有槽的支架互連桿,它通過銷子與各支架直接相連,每根互連桿在其各端部設(shè)有適合裝入銷子的槽,選擇槽的長度,使載荷僅在瞬時過壓狀態(tài)才通過互連桿從一個支架傳往另一個支架,而在正常的蒸汽鍋爐工作過程中不傳遞載荷。
13.用于蒸汽鍋爐膜式水冷壁的支架系統(tǒng),該水冷壁具有一個第一壁段,第一壁段與一個第二壁段以一個角度相交構(gòu)成壁角,該支架系統(tǒng)僅利用膜式水冷壁結(jié)構(gòu)固有的承載能力,以便于從一個壁段到另一個壁段分配燃氣壓力載荷,以及該系統(tǒng)還設(shè)有只在瞬時過壓狀態(tài)才起作用的加強裝置,此系統(tǒng)包括沿各壁段的至少一部分延伸的至少一個支架;托腳裝置,它與各支架相連接,并朝各相應(yīng)的壁段延伸;與各支架的托腳裝置相連接的支承桿,各支承桿至少與各相應(yīng)壁段的部分長度連接,各支承桿均有一個鄰近壁角的一端,此端與壁角離開一定距離,使得第一壁段的支承桿與第二壁段的支承桿彼此間有一定距離;固定在各壁段上的連接裝置,它與各相應(yīng)的支承桿連接在一起,以允許各壁段和各支承桿之間有側(cè)向移動,它用于將趨于使各壁段彎曲的彎曲力傳給相應(yīng)的抵抗此彎曲力的支架,以及將各支架的重量傳給相應(yīng)的壁段,從而將各支架支承在相應(yīng)的壁段上,它還設(shè)有僅在瞬時過壓狀態(tài)才起作用的加強裝置;一對壁角板,它們在壁角處互相焊在一起,并焊在構(gòu)成壁段的管子上,壁角板與各壁段相應(yīng)的支承桿排成一直線;有槽的端部連接角拉撐,它在壁角處焊在一對壁角板上;一對有槽的端部支架連接托架,它們各有一端焊在各支架靠近壁角的端頭上;以及一對端部連桿,其一端通過銷子與在有槽的端部連接角拉撐上的槽相連,它們的另一端通過銷子與在有槽的端部支架連接托架上的槽相連,這些槽的長度應(yīng)選擇為使載荷僅在瞬時過壓狀態(tài)才從一個支架通過連桿傳遞給另一個支架,而在正常的蒸汽鍋爐工作過程中不傳遞載荷。
全文摘要
一種膜式水冷壁的支架系統(tǒng),該水冷壁有一個第一壁段,第一壁段與一個第二壁段以一個角度相交構(gòu)成壁角。此支架系統(tǒng)利用膜式水冷壁結(jié)構(gòu)固有的承載能力,以簡化或省去以前在這些位置使用的結(jié)構(gòu)零件。一些實施例只采用膜式水冷壁的壁角設(shè)計形式,或與壁角加強板和/或加強件組合,以便將燃氣壓力載荷分配給相鄰的膜式水冷壁管屏。此外還提供了僅適用于瞬時過壓狀態(tài)的加強裝置。
文檔編號F22B37/24GK1079283SQ9310328
公開日1993年12月8日 申請日期1993年3月31日 優(yōu)先權(quán)日1992年4月3日
發(fā)明者愛德華·韋爾斯·克雷得 申請人:巴布考克和威爾科斯公司