-
Thermisch isolierter Gaskanal
-
großer Abmessungen Die vorliegende Erfindung betrifft einen thermisch
isolierten Gaskanal großer Abmessungen, der mit hoher Strömungsgeschwindigkeit von
einem Gas hoher Temperatur durchströmt wird, mit einer Tragstruktur an der kalten
Seite und Abdeckplatten für das Isoliermaterial an der heißen Seite, die mittels
die ganze Isolierung durchdringenden Haltebolzen an der Tragstruktur befestigt sind
und dabei das Isoliermaterial leicht komprimieren.
-
Derartige Gaskanäle finden Anwendung als Gasführungskomponenten in
Anlagen mit geschlossenen Gaskreisläufen wie Hochtemperaturreaktoren und Prozeßwärmeanlagen
oder auch in schnellen Brütern, wobei die Gaskanäle bevorzugt als koaxiale Gasführungssysteme
ausgebildet sind. Ein solches Gasführungssystem wird beispielsweise in der Offenlegungsschrift
24 39 224 beschrieben.
-
Bei dem bekannten Gasführungssystem sind die Heißgasleitungen sämtlich
mit einer Innenisolierung versehen, die als mehrlagige Faser- oder Metallfolienisolierung
ausgeführt und schußweise an dem Druckmantel oder Tragrohr befestigt ist. Der innere
Gasführungsmantel
ist schußweise elastisch an dem Tragrohr aufgehängt. Um bei einer infolge eines
Störfalls auftretenden schnellen Druckänderung eine übermäßig hohe mechanische Belastung
der thermischen Isolierung zu vermeiden, ist die Isolierung mit perforierten Blechen
abgedeckt. Bei einer solchen offenen thermischen Isolierung" besteht jedoch die
Gefahr einer Zwangskonvektion, durch die die Isolierwirkung zunichte gemacht werden
kann. Aus der oben genannten Offenlegungsschrift sowie auch aus der Offenlegungsschrift
22 57 699 ist es bekannt, die Ausbildung einer Zwangskonvektion durch Abschottung
der einzelnen Schüsse, aus denen die Gasführungskanäle zusammengesetzt sind, zu
unterbinden. Die Abschottung erfolgt durch Zwangskonvektionssperren in Form von
Doppelkonen, die einerseits an dem Tragrohr und andererseits an dem Gasführungsmantel
angeschweißt sind.
-
Bei den bekannten Gaskanälen dienen die Doppelkonen gleichzeitig zur
Befestigung und Zentrierung des Gasführungsmantels.
-
Diese Art der Befestigung wird auch bei einer in der Offenlegungsschrift
27 05 314 gezeigten thermischen Isolierung angewandt. Bei dieser Isolierung ist
der Raum zwischen dem Druckmantel oder Tragrohr und dem Gasführungsmantel durch
eine Vielzahl von dünnwandigen Dichtungselementen in einzelne Kammern unterteilt.
In jeder Kammer sind mehrere Lagen von Strahlungsblechen angeordnet, die mittels
Distanzscheiben und an dem Gasführungsmantel angeschweißten Hohlbolzen fixiert sind.
-
Der Raum zwischen den Strahlungsblechen kann mit Fasermatten ausgefüllt
sein.
-
Eine thermische Isolierung für Flächen, an denen ein heißer Gasstrom
entlanggeführt wird, ist aus der Offenlegungsschrift 26 43 284 bekannt. Bei dieser
für Reaktordruckbehälter oder
Gasleitungen verwendbaren Isolierung
wird der von perforierten Deckblechen gebildete Gasführungsmantel mittels Bolzen
gehalten, die sowohl an dem Druckmantel oder Liner als auch an den Deckblechen angeschweißt
sind. Das in mehreren Schichten auf den Druckmantel oder Liner aufgebrachte Isoliermaterial
wird von den Deckblechen leicht komprimiert.
-
Stand der Technik ist ferner eine weitere thermische Isolierung für
Reaktordruckbehälter, die mehrere Lagen hochporösen metallischen Maschengeflechtes
und zwischen den Lagen angeordnete dünne Metallbleche umfaßt. Jede Lage des Maschengeflechtes
besteht aus mehreren Metallgewebeschichten, in die senkrecht zur Schichtebene eine
Wellenstruktur eingeprägt ist. Die Isolierung wird von Halteblechen abgedeckt und
leicht komprimiert. Die Haltebleche sind mittels durch die ganze Isolierung geführter
Bolzen mit dem Liner des Druckbehälters verbunden, wobei die Bolzen mit dem Liner
verschweißt und auf der heißen Seite Schraubverbindungen vorgesehen sind. Eine derartige
Isolierung ist in der Offenlegungsschrift 21 59 781 beschrieben.
-
Die Befestigung der Deck- oder Haltebleche mittels Bolzen an dem Druckmantel
oder Liner verfolgt den Zweck, das "Flattern" der Deck- oder Haltebleche durch die
Strömungsanregung zu verhindern. Gleichzeitig wird -wie bereits erwähnt- über die
Deck-oder Haltebleche Druck auf das Isoliermaterial ausgeübt, so daß in diesem die
erforderliche Vorspannung erzeugt wird. Hierbei wirkt sich jedoch nachteilig aus,
daß die Lage der Deck- oder Haltebleche von den Rückstellkräften des Isoliermaterials
abhängig ist.
-
Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik, liegt daher der
Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen thermisch isolierten Gaskanal großer Abmessungen
der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der unabhängig von der Elastizität
des Isoliermaterials eine schwingfeste Lagerung der das Isoliermaterial schützenden
Abdeckung erzielt wird.
-
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf jeden
Haltebolzen eine Distanzhülse aufgeschoben ist, die sich mit ihrem einen Ende an
der Tragstruktur abstützt, daß an dem anderen Ende jeder Distanzhülse zwischen ihr
und dem Kopf des Haltebolzens ein Ringspalt vorgesehen ist und daß die Abdeckplatten
in diesen Ringspalten ortsfest gelagert sind.
-
Die formschlüssige Verbindung der Abdeckplatten mit den Haltebolzen
über Distanzhülsen ermöglicht die Fixierung der Abdeckplatten, ohne daß die Federkonstante
des Isoliermaterials Einfluß auf die Lage der Abdeckplatten nehmen kann. Damit wird
die Unsicherheit über den Verlauf der Federkonstanten bei hohen Temperaturen und
über einen großen Zeitraum hinweg ausgeschaltet, was dazu führt, daß die Betriebssicherheit
einer gemäß der Erfindung ausgestalteten thermischen Isolierung erhöht wird.
-
Das Isoliermaterial kann aus keramischen Fasern, metallischen Folien
oder auch metallischem Gewebe bestehen. Die Erzeugung der Vorspannung in dem Isoliermaterial
ist dabei im Krafthauptschluß oder Kraftnebenschluß möglich.
-
Das Isoliermaterial kann aus einer Schicht oder auch aus mehre- -ren
aufeinanderliegenden Schichten bestehen. In letzterem Falle ist jede Schicht, die
beispielsweise von einer Fasermatte gebildet wird, an den Bohrungen für die Haltebolzen
mit einer Einfassung versehen. Die Einfassungen wirken zugleich als Konvektionssperren.
-
Vorteilhafterweise sind die Distanzhülsen in so viele Abschnitte unterteilt
wie Schichten des Isoliermaterials vorhanden sind; die einzelnen Abschnitte können
dann -beispielsweise über an den Einfassungen angebrachte Bleche- als Distanzhalter
für die Einfassungen dienen.
-
Die Abdeckplatten können in an sich bekannter Weise rechteckig, gewölbt
oder eben ausgebildet sein. Es ist vorteilhaft, einen Teil der Haltebolzen in den
Zentren dieser rechteckigen Abdeckplatten anzuordnen; diese Bolzen haben lediglich
die Aufgabe, das Flattern der Abdeckplatten zu verhindern.
-
Die übrigen Haltebolzen sind zweckmäßigerweise an den Stellen vorgesehen,
an denen vier der rechteckigen Abdeckplatten zusammenstoßen. Diese Haltebolzen dienen
gleichzeitig dazu, die Abdeckplatten im Verhältnis zueinander in der richtigen Lage
zu halten. Um dieser weiteren Aufgabe gerecht zu werden, kann bei jedem dieser Haltebolzen
zwischen der Distanzhülse und dem in diesem Falle vergrößerten Kopf des Haltebolzens
eine Distanzscheibe angeordnet sein, die mit einem Bund an dem Bolzenkopf anliegt.
Zwischen der Distanzscheibe und dem Bolzenkopf sind jeweils vier der Abdeckplatten
ortsfest gelagert.
-
Um das Entstehen von Spannungen infolge von Wärmedehnungen der Abdeckplatten
zu vermeiden, kann jeweils zwischen den vier um einen Haltebolzen angeordneten Abdeckplatten
und dem Bund der Distanzscheibe ein Spalt freigelassen sein.
-
Sowohl die zentral in den Abdeckplatten befindlichen Haltebolzen als
auch die "Eck"-Haltebolzen können in die Tragstruktur eingeschraubt sein.
-
Die Haltebolzen brauchen auch nicht unmittelbar an der Tragstruktur
befestigt zu sein, sondern sie können in Platten eingeschraubt sein, die an der
Tragstruktur angebracht sind.
-
In der Zeichnung sind als Ausführungsbeispiele der Erfindung mehrere
Ausschnitte aus thermisch isolierten Gaskanälen schematisch dargestellt. Die Figuren
zeigen im einzelnen: Figur 1 ein Stück aus einem ersten thermisch isolierten Gaskanal
mit einem im Zentrum einer Abdeckplatte angeordneten Haltebolzen (im folgenden Fixbolzen
genannt) im Längsschnitt; Figur 2 ein Stück aus dem gleichen Gaskanal mit einem
Eckbolzen; Figur 3 einen Ausschnitt aus einem zweiten thermisch isolierten Gaskanal
mit einem Fixbolzen, ebenfalls im Längsschnitt; Figur 4 ein Detail eines dritten
thermisch isolierten Gaskanals mit einem Fix- oder Eckbolzen.
-
Die Figuren 1 und 2 lassen ein Stück einer Heißgasführung erkennen,
die beispielsweise in einer Kernreaktoranlage das aus dem Kern eines Hochtemperaturreaktors
austretende, bis zu Temperaturen von 1000 0C erhitzte Kühlgas zu einem Wärmetauscher
oder einer Gasturbomaschine leitet.
-
Die Heißgasführung besteht aus einer Tragstruktur 1, die innen mit
einer thermischen Isolierung versehen ist. Die Innenisolierung umfaßt das Isoliermaterial
2 und eine Vielzahl von Abdeckplatten 3, die das Isoliermaterial 2 auf seiner Innenseite
vor dem heißen Kühlgas schützen. Als Isoliermaterial können keramische Fasern, metallische
Folien oder auch metallische Gewebeschichten verwendet werden.
-
Die Abdeckplatten 3 sind in diesem Ausführungsbeispiel eben und quadratisch
ausgeführt. Sie werden mittels Eckbolzen 4 (Fig. 2) in ihrer Lage gehalten, wobei
die Eckbolzen 4 jeweils an den Stellen vorgesehen sind, an denen vier Abdeckplatten
3 (von denen zwei Platten 3a und 3b gezeigt sind) aneinanderstoßen. Im Zentrum jeder
Abdeckplatte 3 ist ein weiterer Bolzen 5, Fixbolzen genannt, spiellos angeordnet
(Fig. 1). Die Fixbolzen 5 dienen vornehmlich der Fixierung der Abdeckplatten 3,
um eindeutige, definierte Relbwege und somit Biegebeanspruchungen an den Eckbolzen
4 zu erzeugen.
-
Mittels der Eckbolzen 4 und der Fixbolzen 5, die sämtlich in die Tragstruktur
1 eingeschraubt sind, wird über die Abdeckplatten 3 ein Druck auf das Isoliermaterial
2 ausgeübt und in diesem die erforderliche Vorspannung erzeugt. Die Eckbolzen 4
und die Fixbolzen 5 sind mit Köpfen 6 bzw. 7 versehen, mit denen sie auf die Abdeckplatten
3 drücken.
-
Um die Lage der Abdeckplatten 3 von den Rückstellkräften des Isoliermaterials
2 unabhängig zu machen, sind auf die Bolzen 4 und 5 Distanzhülsen 8 aufgeschoben,
die sich mit dem einen Ende an der Tragstruktur 1 abstützen. An dem anderen Ende
der Distanzhülsen 8 ist jeweils ein Raum zwischen den Hülsen und den Bolzenköpfen
6 und 7 freigelassen. Bei den Fixbolzen 5 ist so ein Ringspalt 9 entstanden, und
in diesen Ringspalten 9 ist jeweils eine Abdeckplatte 3 ortsfest gelagert, wie aus
Fig. 1 erkennbar.
-
Bei den Eckbolzen 4 ist jeweils in dem freigebliebenen Raum zwischen
den Distanzhülsen 8 und den Bolzenköpfen 6 eine Distanzscheibe 11 angeordnet, die
einen Bund 12 aufweist. Mit diesem Bund liegen die Distanzscheiben 11 an den Bolzenköpfen
6 an, so daß ein Ringspalt 10 zwischen dem Scheibenkörper und dem zugehörigen Bolzenkopf
6 gebildet wird. Dieser Sachverhalt ist der Fig. 2 zu entnehmen. In den Ringspalten
10 sind jeweils vier Abdeckplatten 3 ortsfest gelagert, wobei zwischen den vier
Abdeckplatten 3 und dem jeweiligen Bund 12 ein Spalt 13 freigelassen ist, um die
Wärmedehnungen der Abdeckplatten 3 nicht zu behindern. Die Köpfe 6 der Eckbolzen
4 sind gegenüber den Köpfen 7 der Fixbolzen 5 vergrößert ausgeführt und schließen
mit den Distanzscheiben 11 ab.
-
In der Fig. 3 ist ein Ausschnitt aus einer anderen Heißgasführung
dargestellt, die sich von der eben beschriebenen in der Art des Isoliermaterials
unterscheidet. Es ist hier nur ein Stück der Heißgasführung mit einem Fixbolzen
gezeigt; die Eckbolzen können in der gleichen Weise ausgestaltet sein wie in der
Fig. 2.
-
Das Isoliermaterial 14 besteht aus mehreren aufeinanderliegenden Lagen
15, die bei Fasermaterialien je von einer Matte gebildet werden. Jede Lage 15 weist
an den Bohrungen 16 für die Fixbolzen 5 als Abschluß der Matte eine Einfassung 17
auf. Die Einfassungen 17 wirken gleichzeitig als Konvektionssperren und verhindern
somit eine Gasströmung durch die Isolierung.
-
Auf jeden Fixbolzen 5 ist eine Distanzhülse 18 aufgeschoben, die von
mehreren Abschnitten oder Ringen 18a gebildet wird.
-
Die Anzahl der Ringe 18a entspricht der Zahl der Lagen 15 des Isoliermaterials
14. Mittels an den Einfassungen 17 angebrachter Bleche 19, die zwischen die einzelnen
Abschnitte oder Ringe 18a gesteckt sind, werden die Einfassungen 17 im richtigen
Abstand gehalten.
-
Die in dem Isoliermaterial 14 für die Eckbolzen vorgesehenen Bohrungen
können in gleicher Weise eingefaßt sein wie die Bohrungen 16 für die Fixbolzen.
-
Die Figur 4 zeigt ein Detail einer Heißgasführung, bei der die Haltebolzen
(Fixbolzen 5 oder Eckbolzen 4) nicht unmittelbar mit der Tragstruktur 1 verbunden,
sondern durch diese hindurchgeführt und in Platten 20 eingeschraubt sind, die mittels
Schraubverbindungen 21 an der Tragstruktur 1 befestigt sind.