DE2949726C2 - - Google Patents
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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.
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Also Published As
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