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Die
Erfindung betrifft eine Kondensationsanlage mit den Merkmalen im
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Kondensationsanlagen
zur Kühlung
von Turbinen- oder Prozessabdämpfen
sind im energietechnischen Bereich in sehr großen Dimensionen seit vielen
Jahren im Einsatz. Bei den bekannten Bauformen saugen Lüfter von
unten Kühlluft
an und drücken
diese durch dachförmig
angeordnete Wärmetauscherelemente.
Die erwärmte
Kühlluft
strömt
nach oben ab. Unterhalb der Lüfter
muss ein hinreichender Freiraum vorhanden sein, so dass die Lüfter beispielsweise
in einer Höhe
von 20 Metern auf einem tragenden Stützgerüst aufgeständert werden. Hierbei handelt
es sich um eine Stahlkonstruktion aus Stützen und die Stützen verbindenden
Koppelstäben.
Die Koppelstäbe
sind erforderlich, da die Stützen
relativ schlank sind und ohne Querabstützung eine nicht zulässige Knicklänge erreichen
würden.
Auch dienen die Koppelstäbe
zur Abtragung der durch Wind und Erdbeben verursachten Horizontalkräfte in die
Fundamente.
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Es
hat sich gezeigt, dass die Koppelstäbe durch anströmenden Wind
in Schwingungen versetzt werden können, und zwar schon bei relativ
geringen Windgeschwindigkeiten von 4–5 m/sec. Koppelstäbe solcher
Anlagen besitzen Längen
von über
10 m und sind aus Rohren oder I-Profilen hergestellt.
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Die
Breite eines Lüfterfelds
entspricht etwa der Länge
der Koppelstäbe,
die eine Länge
von z. B. 11–13
m haben. Die an den Ecken eines solchen Lüfterfelds von den Stützen aufzunehmenden
Lasten sind entsprechend groß,
so dass bei einer Kondensationsanlage mit 5 × 7 quadratischen Lüfterfeldern
insgesamt 6 × 8
Reihen von Stützen,
d. h. insgesamt 48 Stützen
vorgesehen sein müssen.
Jede dieser Stützen
ist über
Koppelstäbe
mit Nachbarstützen
zu verbinden. Der Materialeinsatz für solche Stützgerüste ist erheblich. Auch der
Montageaufwand ist sehr hoch.
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Hiervon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Kondensationsanlage
mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufzuzeigen,
welche hinsichtlich des Stützgerüsts eine
Reduzierung des Materialeinsatzes und eine Verringerung des Montageaufwands
erlaubt.
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Diese
Aufgabe ist bei einer Kondensationsanlage mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei
der erfindungsgemäßen Kondensationsanlage
kommt eine völlig
neuartige Stützkonstruktion zum
Einsatz, bei welcher die vertikalen Stützen außerhalb der Ecken der Lüfterfelder
platziert sind. Das wird dadurch möglich, dass wenigstens eine
Stütze eine
vertikal zu den Lüfterfeldern
verlaufende Säule und
sich oberhalb der Säule
anschließende,
gegenüber
dem Lüfterfeld
und der Säule
schräg
verlaufende Kopfstreben aufweist, die sich zu den Ecken eines Lüfterfelds
erstrecken. Die von den Ecken in die Stützkonstruktion eingeleiteten Lasten
werden daher nicht unmittelbar senkrecht nach unten abgeleitet, sondern
zunächst
in die schräg
verlaufenden Kopfstreben eingeleitet, die sich wiederum auf der
Säule abstützen, welche
den unteren Höhenabschnitt
einer jeden Stütze
bildet. Jede Säule
nimmt die Last von wenigstens zwei Ecken eines Lüfterfelds auf. Auf diese Weise
ist es möglich,
die Anzahl der Säulen
erheblich zu reduzieren.
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Beispielsweise
sind bei einer Anordnung von 2 × 3
Lüfterfeldern
bisher 3 × 4
= 12 Stützen
erforderlich gewesen. Bei jeweils nur einer Stütze in der Mitte eines Lüfterfelds
und vier Kopfstreben, die sich jeweils zu den vier Ecken eines Lüfterfelds
erstrecken, sind in diesem Fall insgesamt nur sechs Stützen und damit
auch nur sechs Fundamente erforderlich. Durch die Reduzierung der
Anzahl der Stützen
kann auch eine Reduzierung der bislang erforderlichen horizontal
verlaufenden Koppelstäbe
erfolgen. Mit der Reduzierung des Materialeinwands geht auch eine Verminderung
des Montageaufwands einher. Gleichzeitig steht unterhalb der Lüfterfelder
ein größerer Freiraum
zur Verfügung,
was zur Verbesserung des Lufteintritts in die Lüfter beitragen kann.
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Für eine möglichst
gleichmäßige Lastaufnahme
ist es zweckmäßig, die
Säule in
der Mitte eines Lüfterfelds
anzuordnen, d. h. dort, wo sich die Diagonalen zwischen zwei sich
gegenüberliegenden Ecken
eines Lüfterfelds
schneiden. Bei dieser Konfiguration besitzen die vier Kopfstreben
einer Säule
die gleiche Länge.
Grundsätzlich
ist es aber auch möglich,
die Säulen
gewissermaßen
näher zusammenzurücken. Bei
einer Anordnung von 2 × 2
Lüfterfeldern ist
beispielsweise denkbar, dass die vier Säulen außermittig des jeweiligen Lüfterfelds
platziert sind, wobei der gegenseitige Abstand der Säulen entweder verkleinert
werden kann oder aber auch vergrößert werden
kann, falls eine eher mittige oder eher randseitige Abstützung gewünscht wird.
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Bei
der vorbeschriebenen Konfiguration befinden sich die Säulen im
Abstand von den die Ecken eines Lüfterfelds miteinander verbindenden
Seitenstreben bzw. den Längskanten
eines Lüfterfelds.
Es ist aber auch denkbar, dass eine einzelne Säule unterhalb einer Seitenstrebe
eines Lüfterfelds
angeordnet ist, und zwar in dem Fall, dass die Säule nur zwei Kopfstreben aufweist,
die sich jeweils zu den Enden der Seitenstrebe erstrecken, unterhalb
der die Säule angeordnet
ist. Die Stütze
ist in diesem Fall gewissermaßen
Y-förmig
konfiguriert. Eine solche Y-förmige Stütze ist
für sich
betrachtet eine Pendelstütze
und kann daher nur im Zusammenhang mit weiteren Stützen zum
Einsatz kommen, um dem Stützgerüst die notwendige
Steifigkeit zu verleihen. Vorzugsweise kommen solche Y-förmige Stützen nur
zum Einsatz, wenn weitere Stützen
mit vier Kopfstreben vorgesehen sind.
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Bevorzugt
ist wenigstens eine Ecke eines Lüfterfelds über vier
Kopfstreben abgestützt.
Das bedeutet, dass diese Ecke der Mittelpunkt einer Lüfterfeldanordnung
von 2 × 2
Lüfterfeldern
ist, wobei jedes Lüfterfeld über eine
Stütze
abgestützt
ist, bei welcher die Säule
im mittleren Bereich eines Lüfterfelds angeordnet
ist und wobei jede der Säule
vier Kopfstreben aufweist, die sich zu den vier Ecken des jeweiligen
Lüfterfelds
erstrecken. Dadurch, dass die gemeinsame Ecke der vier Lüfterfelder über vier Kopfstreben
abgestützt
wird, also alle Kopfstreben mittelbar miteinander verbunden sind,
erhält
die Stützkonstruktion
die notwendige Steifigkeit. Insbesondere bei großen Kondensationsanlagen mit
beispielsweise 5 × 7
Lüfterfeldern
sind zumindest die jeweils vier eckseitigen Lüfterfelder auf die vorbeschriebene
Art und Weise abzustützen,
d. h. mit vier Stützen
zu versehen, die jeweils vier Kopfstreben aufweisen.
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Zur
Reduzierung der Knicklänge
der Kopfstreben können
diese über
Koppelstreben miteinander verbunden sein. Die Koppelstreben im Bereich der
Kopfstreben sind wesentlich kürzer
als die Koppelstäbe
zwischen zwei benachbarten Säulen.
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Um
Horizontallasten, insbesondere Windlasten aufnehmen zu können, ist
vorgesehen, dass einander benachbarte Säulen über Querstreben miteinander
verbunden werden. Die Querstreben können sich bevorzugt diagonal
zwischen zwei benachbarten Säulen
erstrecken. Hierbei ist es grundsätzlich möglich, dass sich die Querstreben
vom unteren Ende der Säulen,
d. h. vom fundamentnahen Bereich, bis zum Beginn der Kopfstreben
erstrecken, ohne dass die Zugänglichkeit
der Kondensationsanlage unterhalb der Lüfterfelder beeinträchtigt wird.
Der Grund dafür
ist, dass nur einander benachbarte Säulen über Querstreben miteinander
verbunden sind, wobei unter benachbarten Säulen typischerweise die Säulen einer
Vierer-Anordnung zu verstehen sind, über welche vier Lüfterfelder
in einer 2 × 2-Formation
abgestützt
werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht auf eine Stützkonstruktion einer Kondensationsanlage;
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2 die
Lüfterfelder
der Kondensationsanlage der 1 in der
Draufsicht;
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3 die
Stützkonstruktion
der 2 aus Blickrichtung des Pfeils III;
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4 die
Stützkonstruktion
der 2 aus Blickrichtung des Pfeils IV;
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5 eine
perspektivische Darstellung einer Stütze mit einem Lüfterfeld
und
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6a)–f)
unterschiedlich konfigurierte Lüfterfeldanordnungen
mit theoretisch möglichen
Varianten von Stützgerüsten.
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Die 1 und 2 zeigen
in perspektivischer Ansicht sowie in der Draufsicht eine Anordnung von
5 × 7
rechteckigen Lüfterfeldern 1,
die eine Plattform zur Aufnahme von nicht näher dargestellten Lüftern bilden.
Oberhalb dieser Plattform werden in mehreren Reihen nebeneinander,
entsprechend der Breite der Lüfterfelder,
dachförmig
angeordnete Wärmetauscherelemente
platziert, die zur Kühlung
von Turbinen- oder Prozessabdämpfen
dienen. Zur Verbesserung der Übersichtlichkeit
wird auf die Darstellung der Wärmetauscherelemente
verzichtet.
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Es
ist zu erkennen, dass die Lüfterfelder 1 von
einem Stützgerüst 2 getragen
werden, das mehrere Stützen 3 umfasst,
die jeweils auf Fundamenten 4 gelagert sind. Anhand der 3–5 wird
deutlich, dass die Stützen 3 nicht
von einem sich vertikal von unten nach oben erstreckenden geraden
Pfeiler oder Pfosten gebildet sind, sondern jeweils einen unteren
und einen oberen Höhenabschnitt
aufweisen, wobei die Höhenabschnitte
in ihrer Konfiguration voneinander abweichen. Der untere Höhenabschnitt ist
jeweils eine vertikal zu den Lüfterfeldern 1 verlaufende
Säule 5,
die sich bei etwa über
50% der gesamten Länge
der Stütze 3 erstreckt.
An das obere Ende der Säule 5 schließen sich
vier Kopfstreben 6 an, die sich zu den Ecken 7 eines
Lüfterfelds 1 erstrecken.
Die Kopfstreben 6 verlaufen daher schräg bzw. im Winkel zu der Säule 5 und
auch schräg
bzw. im Winkel zu dem Lüfterfeld 1.
Auf Grund der Schrägstellung
der Kopfstreben 6 befindet sich die Säule 5 im Abstand von
die Ecken 7 eines Lüfterfelds 1 miteinander
verbindenden Hauptträgern 8 der
Plattform. Anhand der 2 ist zu erkennen, dass sich
die Säulen 5 jeweils
in der Mitte eines Lüfterfelds 1 befinden. Dadurch
sind die Stützen 3 bezüglich ihrer
durch die Säule 5 verlaufenden
Hochachse rotationssymmetrisch ausgebildet bzw. doppelt symmetrisch
ausgebildet, da das Lüfterfeld
rechteckig ist.
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Eine
Aussteifung erfahren die Kopfstreben 6 durch horizontal
verlaufende Koppelstreben 9, die sich in horizontaler Richtung,
d. h. parallel zu dem Lüfterfeld 1,
etwa in der Mitte zwischen zwei benachbarten Kopfstreben 6 erstrecken.
Hierdurch wird die Knicklänge
der Kopfstreben reduziert mit der Folge, dass die Kopfstreben schlanker
gestaltet werden können.
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Anhand
der 3 und 4 ist zu erkennen, dass nicht
nur die Kopfstreben 6 zusätzlich miteinander verbunden
sind, sondern auch einander benachbarte Säulen 5, zwischen welchen
diagonal verlaufende Querstreben 10 angeordnet sind. Die
Querstreben 10 verlaufen jeweils vom unteren Ende einer Säule 5 zum
oberen Ende der benachbarten Säule 5, so
dass sich eine kreuzförmige
Aussteifung ergibt.
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In 2 ist
zu erkennen, dass nicht unterhalb jedes Lüfterfelds 1 eine Stütze 3 angeordnet
ist. Die dargestellte Lüfterfeldanordnung
ist so groß, dass
es ausreichend ist, die jeweils vier eckseitig angeordneten Lüfterfelder 1 mit
einer zentralen Stütze 3 zu
versehen. Die von den Stützen 3 eingeschlossene
Ecke 7 der aneinander stoßenden Lüfterfelder wird hierbei durch
vier Kopfstreben 6 abgestützt. Dadurch wird jeweils in
den Eckbereichen der Plattform eine besonders massive und steife
Stützkonstruktion geschaffen.
Somit können
in den inneren Bereichen der Kondensationsanlage, d. h. im Bereich
der von den Ecken entfernt liegenden Lüfterfelder, erhebliche Einsparungen
vorgenommen werden. Es ist zu erkennen, dass in den inneren Bereichen
insgesamt nur vier Stützen 3 vorgesehen
sind. Zwischen diesen paarweise angeordneten Stützen 3 befinden sich Lüfterfelder 1,
die keine eigene Stütze 3 aufweisen. Da
die Lüfterfelder 1 jedoch
alle miteinander verbunden sind, erfolgt eine mittelbare Abstützung über die angrenzenden
Lüfterfelder 1.
Bei der Auslegung der Stützkonstruktion
ist daher darauf zu achten, dass wenigstens eine Kopfstrebe 6 einer
Stütze 3 an
jeder Ecke 7 der Lüfterfelder
angeordnet ist. Unter welchen der aneinander stoßenden Lüfterfelder 1 die tragende
Säule 5 angeordnet
wird, ist dabei unerheblich.
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Anhand
der 3 und 4 ist deutlich zu erkennen,
dass der Freiraum unterhalb der Lüfterfelder wesentlich größer ist
als bei vergleichbaren Anordnungen, bei denen unterhalb jeder Ecke 7 der
Lüfterfelder 1 eine
vertikale Stütze
bis auf den Boden reicht. Anstelle von 6 × 8 = 48 herkömmlichen
Stützen
kommen bei dem beispielhaft dargestellten Lüfterfeld nur noch 20 Stützen zum
Einsatz. Entsprechend gering ist die Anzahl der Fundamente 4.
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6 zeigt
sechs beispielhaft gewählte
Ausführungsformen
von Lüfterfeldanordnungen.
Grundsätzlich
sind die Lüfterfelder 1 in
zwei Reihen angeordnet, um eine hinreichende Stabilität der Stützkonstruktion
gewährleisten
zu können.
Die kleinste Einheit einer Lüfterfeldanordnung
umfasst daher 2 × 2 Lüfterfelder
(6a)). Diese Anordnung lässt sich beliebig
erweitern. Bei allen Ausführungsformen
wird das Grundprinzip beibehalten, dass wenigstens vier einander
benachbarte Lüfterfelder 1 über zentrale Stützen 3 abgestützt werden
sollen. Auf Grund dieser Anforderung ist in 6b) eine
Unterstützung
aller Lüfterfelder 1 vorgesehen,
obwohl theoretisch die mittleren beiden Stützen 3 entfallen könnten.
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In 6c) hingegen ergibt sich auf Grund der
vorstehenden beschriebenen Konstruktionsregel erstmals die Möglichkeit,
Stützen 3 in
der dritten Spalte von Lüfterfeldern 1 entfallen
zu lassen und die von diesen ausgehenden Lasten auf die Stützen 3 benachbarter
Lüfterfelder 1 zu übertragen.
Gleiches gilt für
die Ausführungsformen
der 6d) und f).
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Eine
Besonderheit ist die Ausführungsform der 6e). Bei dieser Variante ist im Bereich
der mittleren vier Lüfterfelder 1 eine
Stütze 11 vorgesehen,
die nicht im Abstand von dem Hauptträger 8, sondern unterhalb
des Hauptträgers 8 eines
Lüfterfelds 1 angeordnet
ist. Die Stütze 11 besitzt
daher nur zwei Kopfstreben 6, die sich zu den Enden 7 des Hauptträgers 8 bzw.
den Ecken 7 der Lüfterfelder 1 erstrecken.
Diese Stütze 11 ist
daher eine Y-förmig konfigurierte
Pendelstütze.
Pendelbewegungen dieser Stützkonstruktion
jedoch ausgeschlossen werden, da zusätzlich zwei Vierer-Anordnungen
von Stützen 3 vorgesehen
sind.
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Bezugszeichen:
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- 1
- Lüfterfeld
- 2
- Stützgerüst
- 3
- Stütze
- 4
- Fundament
- 5
- Säule
- 6
- Kopfstrebe
- 7
- Ecke
- 8
- Hauptträger
- 9
- Koppelstrebe
- 10
- Querstrebe
- 11
- Stütze