DE2949726C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen von einem Gas hohen Druckes und hoher Temperatur durchströmten Gaskanal großer Abmessungen, insbesondere zur Verbindung des Heißgassammelraums eines gasgekühlten Hochtemperaturreaktors mit einer Komponente des Kühlgaskreislaufs, mit einer Tragstruktur und einer auf de­ ren Innenseite angeordneten thermischen Isolierung aus meh­ reren, durch Zwischenbleche getrennten Lagen Isoliermate­ rials und aus auf dem Isoliermaterial angebrachten, die In­ nenwand der Heißgasleitung bildenden rechteckigen Abdeck­ platten, die mittels an den Stoßstellen von jeweils vier Abdeckplatten vorgesehener, die ganze Isolierung durchdrin­ gender Haltebolzen und einer jeweils am freien Bolzenende angeordneten Druckscheibe an der Tragstruktur befestigt sind, wobei das Isoliermaterial durch die Bolzen und die Druckscheiben leicht komprimiert ist.

In der deutschen Auslegeschrift 16 25 296 ist eine Wärmeisolierung beschrieben, die auch für einen von einem Gas hohen Druckes und hoher Temperatur durchströmten Gaskanal geeignet ist. Sie ist auf ei­ ner Tragstruktur angeordnet und besteht aus mehreren durch Zwischenbleche getrennten Lagen Isoliermaterials sowie aus auf der obersten Lage angebrachten rechteckigen Abdeckplat­ ten. Die Abdeckplatten sind an der Tragstruktur befestigt, und zwar mittels die ganze Isolierung durchdringender Halte­ bolzen. Die Haltebolzen sind an den Stoßstellen von jeweils vier Abdeckplatten vorgesehen. Zum Halten der Abdeckplatten trägt jeder Haltebolzen eine Scheibe. Mittels auf die Köpfe der Haltebolzen aufgeschraubter Muttern wird über die Schei­ ben und die Haltebolzen ein leichter Druck auf das Isolier­ material ausgeübt.

Von dem vorgenannten Stand der Technik ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Gaskanal gemäß Oberbegriff die Funktionsfähigkeit der thermischen Isolie­ rung zu verlängern.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Ein gemäß der Erfindung ausgestalteter Gaskanal hat den Vor­ teil, daß infolge der guten Wirkung der thermischen Isolie­ rung und ihrer langen Funktionsfähigkeit sowie durch die gezielte Führung eines Kaltgasstromes außen an der Trag struktur entlang die Tragstruktur auf einer relativ niedri­ gen Temperatur gehalten wird, so daß der zu verwendende Werkstoff - bei Einhaltung aller einschlägigen Sicherheits­ vorschriften - nach kostengünstigen Gesichtspunkten ausge­ wählt werden kann. Der erfindungsgemäße Gaskanal gestattet zudem Freizügigkeit bei seiner Formgebung, so daß er gut den unterschiedlichsten konstruktiven Gegebenheiten angepaßt werden kann. Er eignet sich daher besonders gut für den Ein­ satz als Heißgaskanal in einem Hochtemperaturreaktor. Dieser verbindet den Heißgassammelraum mit einem Dampferzeuger, zu welchem Zweck er abgewinkelt ist und vor der Umlenkstelle einen rechteckigen, nach der Umlenkstelle aber einen kreis­ runden Querschnitt aufweist.

Tragstruktur und thermische Isolierung lassen sich getrennt herstellen, und die Montage der Isolierung kann unabhängig von der Baustelle vorgenommen werden.

Die lange Funktionsfähigkeit der thermischen Isolierung wird durch die Beschichtung der aufeinander gleitenden Teile, durch eine gleichmäßige Verdichtung des Isoliermaterials infolge des Vorhandenseins zusätzlicher Haltebolzen in den Zentren der Abdeckplatten, durch die spezielle Lagerung der Abdeckplatten sowie durch die Kühlung der mit Gewinde verse­ henen Enden der Haltebolzen mittels des Kaltgasstroms er­ reicht. Zu den beschichteten Teilen gehören einmal die er­ sten und die zweiten Bolzen, die (bei Verwendung des Gaska­ nals in einem heliumgekühlten Kernreaktor) vor selektiver Korrosion durch die Helium-Atmosphäre geschützt werden müs­ sen, und zum anderen die die einzelnen Lagen des Isolierma­ terials trennenden Zwischenbleche, soweit sie sich im "hei­ ßen" Bereich der Isolierung befinden, sowie weitere der Un­ terteilung der Isolierung dienende Futterbleche. Durch das Beschichten dieser Bauteile wird verhindert, daß Teile, die aufeinander gleiten sollen, miteinander verschweißen.

An den abgekröpften Ecken der Abdeckplatten sowie auf den oberen und unteren Gleitscheiben der Haltebolzen ist eben­ falls eine verschleißfeste Beschichtung vorgesehen, um die Reibverhältnisse zu verbessern.

Die Ausbildung der Abdeckplatten mit abgekröpften Ecken er­ möglicht es zudem, eine homogene Druckkraft auf das Isolier­ material auszuüben. Die Druckkraft kann ganz gezielt im Be­ reich der Haltebolzen ausgeübt werden, so daß sich - zusätz­ lich zu der Wirkung der zweiten Haltebolzen - eine Ver­ gleichmäßigung der Verdichtung des Isoliermaterials errei­ chen läßt.

Es ist vorteilhaft, mindestens den in den heißeren Lagen des Isoliermaterials befindlichen Zwischenblechen sowie auch den dort vorhandenen Futterblechen die gleichen Abmessungen zu geben wie den Abdeckplatten, um die Reibwege vernachlässig­ bar klein zu machen und eine Beanspruchung der Abdeckplatten durch die Bleche oder umgekehrt zu unterbinden.

Die Stoßfugen zwischen den einzelnen Abdeckplatten sowie auch die Stoßfugen zwischen den Zwischenblechen können zweckmäßigerweise mit Laschen abgedeckt sein. Es ergibt sich dadurch ein in sich geschlossenes Isoliersystem ohne direkte Spalte.

Die Abdeckplatten können im Bereich der ersten Bolzen wie auch der zweiten Bolzen zweckmäßigerweise je mit einer Ver­ drehsicherung ausgerüstet sein. Diese kann aus einer an der oberen Gleitscheibe (bei den ersten Bolzen) oder an der Druckscheibe (bei den zweiten Bolzen) angebrachten Lasche bestehen, die mit einer der Abdeckplatten verschweißt ist.

Vorteilhafterweise sind die in dem Isoliermaterial vorgese­ henen Bohrungen für die Haltebolzen mit vorzugsweise runden Scheiben abgedeckt, die ebenfalls mit einer Beschichtung versehen sind. Sie verhindern das Vordringen von heißem Gas durch die Lagen des Isoliermaterials bis zu der Tragstruk­ tur.

Das Auftreten von Konvektionsströmen in der Isolierung kann noch zusätzlich durch die Anordnung von Konvektionssperren in dem Isoliermaterial erschwert werden. Diese sind so aus­ gestattet, daß sie sowohl in Längs- als auch in Umfangsrich­ tung wirksam sind. Zu dem gleichen Zweck können noch Einfas­ sungen an den einzelnen Lagen des Isoliermaterials vorgese­ hen sein, die jeweils eine Lage im Bereich der Bohrungen für die Haltebolzen umschließen. Sie bewirken eine Abdichtung der Isoliermatten gegenüber den Bolzenschäften. Die thermi­ sche Isolierung bildet daher ein nach außen abgeschlossenes System, das im Inneren eine Vielzahl von gegeneinander abge­ schotteten Isolierkammern umfaßt.

Zwischen den Einfassungen jeder Lage Isoliermaterials und dem jeweiligen Haltebolzen kann zweckmäßigerweise ein Di­ stanzring angeordnet sein, um die einzelnen Lagen in ihrer Position festzuhalten.

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine koaxiale Gasführung schematisch dargestellt, deren in­ nerer Leitungsteil den Heißgaskanal eines Hochtemperaturre­ aktors bildet und dessen Heißgassammelraum mit einem Dampf­ erzeuger verbindet und in deren äußeren Leitungsteil das in dem Dampferzeuger abgekühlte Kaltgas zu dem Reaktorkern zu­ rückgeführt wird. Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die koaxiale Gasführung nach der Linie I-I der Fig. 2,

Fig. 2 die Draufsicht auf das in der Fig. 1 dargestellte Teilstück der Gasführung,

Fig. 3 einen Ausschnitt aus der thermischen Isolierung des Heißgaskanals in der Draufsicht,

Fig. 4 ein Detail der in der Fig. 3 gezeigten Isolierung mit einem ersten Bolzen in Explosionsdarstellung,

Fig. 5 ein anderes Detail der in der Fig. 3 gezeigten Isolierung mit einem zweiten Bolzen in Explosions­ darstellung.

Die Fig. 1 und 2 lassen eine aus dem Heißgaskanal 1 und der Kaltgasleitung 2 bestehende koaxiale Gasführung erken­ nen, die um ca. 90° noch oben abgewinkelt ist. An der Um­ lenkstelle ist zur Vergleichmäßigung des Strömungs- und Tem­ peraturprofils in dem Heißgaskanal 1 eine Lochplatte 3 schräg eingebaut. Der Heißgaskanal 1 ist an seinem oberen Ende mit dem Mantel eines Dampferzeugers verschweißt; das andere Ende ist durch eine Abdichtvorrichtung 4, die thermi­ sche Ausdehnungen erlaubt, mit dem den Reaktorkern umschlie­ ßenden Seitenreflektor verbunden.

Das horizontale Leitungsstück der koaxialen Gasführung weist einen rechteckigen Querschnitt auf, während das nach oben abgewinkelte Leitungsstück einen kreisförmigen Querschnitt besitzt. Die Wandung 5 der Kaltgasleitung 2 ist im horizon­ talen Bereich und im Bereich der Umlenkstelle aus Grauguß hergestellt und bildet somit gleichzeitig eine Abschir­ mung 5 a gegen Neutronen. In der Abschirmung 5 a ist ein Ab­ stützelement 6 für den Heißgaskanal 1 installiert, das einen Fixpunkt für den Heißgaskanal darstellt. Eine weitere Ab­ stützung des Heißgaskanals 1 erfolgt mit Hilfe von Lagerele­ menten 7.

Der Heißgaskanal 1 besteht aus einer Tragstruktur 8 und ei­ ner innen auf dieser angeordneten thermischen Isolierung 9, die in den Fig. 3 bis 5 detailliert dargestellt ist. Als Isoliermaterial werden Drahtgewebematten verwendet. Durch die Isolierung 9 wird in Verbindung mit dem in der Kaltgas­ leitung 2 strömenden Gas, das außen an der Tragstruktur 8 entlangströmt, die Temperatur der Tragstruktur 8 so niedrig gehalten, daß sie aus wirtschaftlichen Werkstoffen herge­ stellt werden kann.

Wie die Fig. 3 bis 5 zeigen, besteht die thermische Iso­ lierung 9 aus dem schon erwähnten Isoliermaterial 10, das mehrere Lagen umfaßt, aus auf dem Isoliermaterial 10 ange­ brachten rechteckigen Abdeckplatten 11 sowie aus die einzel­ nen Lagen des Isoliermaterials voneinander trennenden Zwi­ schenblechen 12. Zwischen den Isoliermaterial-Lagen und den Zwischenblechen 12 sind an einigen Stellen noch Futter­ bleche 13 angeordnet. In den "heißeren" Bereichen der Iso­ lierung 9 weisen die Zwischenbleche 12 und die Futterble­ che 13 die gleichen Abmessungen auf wie die Abdeckplat­ ten 11. Die Stoßfugen der Abdeckplatten 11 sind mit La­ schen 14 abgedeckt, wie aus Fig. 3 zu erkennen ist. In ähn­ licher Weise sind auch die Stoßfugen der Zwischenbleche 12 abgedeckt (nicht dargestellt).

Die Abdeckplatten 11 sind mittels ersten Bolzen 15 und zwei­ ten Bolzen 16 an der Tragstruktur 8 angebracht, und zwar sind die Bolzen 15 und 16 durch eine Schraubverbindung an der Tragstruktur 8 befestigt, zu welchem Zweck sie an dem entsprechenden Ende ein Gewinde 17 aufweisen. Die ersten Bolzen 15 befinden sich in solchen Positionen, in denen je­ weils vier Abdeckplatten 11 zusammenstoßen; sie werden im folgenden als Eckbolzen bezeichnet. Die zweiten Bol­ zen 16 - hinfort Fixbolzen genannt - sind in den Zentren der Abdeckplatten 11 vorgesehen.

Die mit dem Gewinde 17 versehenen Enden der Bolzen 15 und 16 ragen in die Kaltgasleitung 2 hinein und werden daher von dem Kaltgasstrom gekühlt. Die Bolzen 15 und 16 sind mit ei­ ner Beschichtung 22 versehen. Mit Hilfe der Abdeckplatten 11 und der Bolzen 15 und 16 sowie der Dicke von Distanzrin­ gen 27 wird eine Druckkraft auf das Isoliermaterial 10 aus­ geübt.

Wie bereits beschrieben, sind die Fixbolzen 16 in den Zen­ tren der rechteckigen Abdeckplatten 11 angeordnet, während die Eckbolzen 15 solche Positionen einnehmen, an denen je­ weils die Ecken 11 a, 11 b usw. von vier Abdeckplatten zusam­ mentreffen, wie aus Fig. 3 hervorgeht. Die Fig. 3 zeigt auch die Sicherung der Abdeckplatten 11 gegen Verdrehen mittels Verdrehsicherungen 18, die sowohl im Bereich der Eckbol­ zen 15 als auch der Fixbolzen 16 vorgesehen sind.

In der Fig. 4 ist ein Ausschnitt aus der thermischen Isolie­ rung 9 mit einem Eckbolzen 15 dargestellt. Jeder Eckbol­ zen 15 trägt eine obere Gleitscheibe 19 und eine untere Gleitscheibe 20, die einen Ringspalt 21 bilden. In dem Ring­ spalt 21 sind jeweils vier aneinanderstoßende Abdeckplat­ ten 11 gelagert, und zwar mit ihren Ecken 11 a, 11 b, usw., die abgekröpft sind. Sowohl die abgekröpften Ecken aller Abdeckplatten 11 als auch die oberen und unteren Gleitschei­ ben 19, 20 sind mit einer verschleißfesten Beschichtung 22 versehen.

Unterhalb der unteren Gleitscheiben 20 sind auf die Eckbol­ zen 15 runde Blechscheiben 23 zur Abdichtung aufgesteckt. Weitere runde Scheiben 24 aus Blech zur Abdeckung der Boh­ rungen für die Eckbolzen 15 sind über den "oberen" (d. h. den Bolzenköpfen zugewandten) Bereich der thermischen Iso­ lierung 9 verteilt. Die Scheiben 24, die unterschiedliche Durchmesser haben können, wie auch die Blechscheiben 23 sind ebenfalls beschichtet, um die Reibung herabzusetzen.

In der Fig. 5 ist ein Ausschnitt aus der thermischen Isolie­ rung 9 gezeigt, in dem ein Fixbolzen 16 durch die Isolierung geführt ist. Jeder Bolzen 16 sitzt in einer Druckplatte 25, mit deren Hilfe das Isoliermaterial 10 komprimiert werden kann. So läßt sich eine gleichmäßige Komprimierung des Iso­ liermaterials über die ganze Isolierung 9 hin erzielen.

Die Bohrungen für die Fixbolzen 16 sind ebenfalls durch be­ schichtete runde Scheiben 24 abgedeckt, um ein Eindringen von Heißgas an den Bolzenschäften entlang in die Isolierung zu verhindern. Die gleiche Aufgabe erfüllen Einfassungen 26, die jede Lage des Isoliermaterials 10 im Bereich der Bohrun­ gen für die Fixbolzen 16 und für die Eckbolzen 15 um­ schließen. Zwischen den Einfassungen 26 und den Bolzenschäf­ ten sind die Distanzringe 27 angeordnet, die auf die Bolzen­ schäfte aufgeschoben sind.

Um die Entstehung von Konvektionsströmen durch die thermi­ sche Isolierung 9 hindurch zu verhindern bzw. solche Ströme wirkungsvoll zu begrenzen, sind zusätzlich über die ganze Isolierung 9 verteilt Konvektionssperren 28 in dem Isolier­ material angebracht, die in Längs- und in Umfangsrichtung wirksam sind.

Claims (8)

1. Von einem Gas hohen Druckes und hoher Temperatur durch­ strömter Gaskanal großer Abmessungen, insbesondere zur Verbindung des Heißgassammelraumes eines gasgekühlten Hochtemperaturreaktors mit einer Komponente des Kühl­ gaskreislaufs, mit einer Tragstruktur und einer auf deren Innenseite angeordneten thermischen Isolierung aus mehreren, durch Zwischenbleche getrennten Lagen Isoliermaterials und aus auf dem Isoliermaterial ange­ brachten, die Innenwand der Heißgasleitung bildenden rechteckigen Abdeckplatten, die mittels an den Stoß­ stellen von jeweils vier Abdeckplatten vorgesehener, die ganze Isolierung durchdringender Haltebolzen und einer jeweils am freien Bolzenende angeordneten Druck­ scheibe an der Tragstruktur befestigt sind, wobei das Isoliermaterial durch die Bolzen und die Druckscheiben leicht komprimiert ist, gekennzeichnet durch die fol­ genden Merkmale:

• a) die Bolzenenden tragen in an sich bekannter Weise eine zweite Druckscheibe (20), die mit der ersten (19) jeweils einen Ringspalt (21) bildet;
• b) die Ecken der Abdeckplatten (11) sind abgekröpft, und die jeweils an einem Haltebolzen (15) aneinan­ derstoßenden Ecken (11 a, 11 b, ...) sind in dem betreffenden Ringspalt (21) gelagert;
• c) in den Zentren der Abdeckplatten (11) sind zweite Haltebolzen (16) angeordnet, die jeweils über eine Druckscheibe (25) eine Druckkraft auf die Abdeck­ platten (11) ausüben;
• d) alle im heißen Bereich der Isolierung (9) befind­ lichen aufeinander gleitenden Teile (11 a, 11 b, . . ., 12, 15, 16, 19, 20) sind mit einer ver­ schleißfesten Beschichtung (22) versehen;
• e) die von den Abdeckplatten (11) begrenzte Heißgas­ leitung (1) bildet in an sich bekannter Weise den inneren Leitungsteil einer koaxialen Gasführung, deren äußerer Leitungsteil (2) von Kaltgas durch­ strömt wird, wobei die mit Gewinde (17) versehenen Enden der ersten Haltebolzen (15) und der zweiten Haltebolzen (16) in dem Kaltgasstrom liegen.

2. Gaskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenbleche (12) mindestens in den heißen Lagen die gleichen Abmessungen aufweisen wie die Abdeckplatten (11).

3. Gaskanal nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßfugen der Abdeckplatten (11) und der Zwischen­ bleche (12) mit Laschen (14) abgedeckt sind.

4. Gaskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckplatten (11) im Bereich der ersten Haltebolzen (15) und der zweiten Haltebolzen (16) je durch eine Verdreh­ sicherung (18) gesichert sind.

5. Gaskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Isoliermaterial (10) vorgesehenen Bohrungen für die ersten (15) und die zweiten Haltebolzen (16) in an sich bekannter Weise durch Scheiben (24) abgedeckt sind und daß die Scheiben (24) eine verschleißfeste Beschichtung (22) aufweisen.

6. Gaskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise in dem Isoliermaterial (10) in Längs- und in Umfangsrichtung wirkende Konvektionssperren (28) angeordnet sind.

7. Gaskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lage des Isoliermaterials (10) im Bereich der Bohrungen für die ersten (15) und die zweiten Haltebolzen (16) mit einer Einfassung (26) versehen ist.

8. Gaskanal nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwi­ schen den Einfassungen (26) jeder Lage Isoliermaterials (10) und dem jeweiligen Haltebolzen (15 bzw. 16) ein Di­ stanzring (27) angeordnet ist.