DE3144857C2 - Double-walled pipe - Google Patents

Abstract

Ein doppelwandiges Rohr, insbesondere für den Transport heißen Heliums in einer Hochtemperatur-Kernenergieanlage mit einem metallischen Außenrohr (1), einem aus einzelnen Schüssen (21, 22) aufgebauten keramischen Innenrohr (2) und einer den Zwischenraum ausfüllenden Isolierung (7). Innen- und Außenrohr sind durch gleichmäßig über den Umfang verteilte Stäbe (3) miteinander verbunden, die mittels eines ersten Gelenkes (4) am Außenrohr und mittels eines zweiten Gelenkes (5) am Innenrohr befestigt sind, derart, daß die Stäbe (3) Tangenten zum Innenrohr (2) bilden. Neben einer sicheren Halterung des Innenrohrs im Außenrohr wird so eine unbehinderte Wärmedehnung zwischen den beiden Bauteilen ermöglicht.A double-walled tube, especially for the transport of hot helium in a high-temperature nuclear power plant, with a metallic outer tube (1), a ceramic inner tube (2) made up of individual sections (21, 22) and insulation (7) that fills the gap. Inner and outer tube are connected to one another by rods (3) evenly distributed over the circumference, which are fastened to the outer tube by means of a first joint (4) and to the inner tube by means of a second joint (5) in such a way that the rods (3) are tangent to form the inner tube (2). In addition to securely holding the inner tube in the outer tube, this enables unhindered thermal expansion between the two components.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein doppelwandiges Rohr der im Oberbegriff des ersten Anspruchs genannten Art. In Rohrleitungen, die Fluide bei sehr hohen Temperaturen transportieren, ist es oft erforderlich, die einzelnen Funktionen auf mehrere, ineinander angeordnete Einzelrohre zu verteilen. So sind doppelwandige Rohrleitungen für den Transport von in einem Hochtemperatur-Kernreaktor auf Temperaturen bis zu 95O⁰C erhitzten Helium bekannt, die doppelwandig ausgeführt sind, wobei ein aus Graphit oder keramischem Material hergestelltes Innenrohr die Strömungsführung und im Verein mit einer den Zwischenraum zwischen Innen- und Außenrohr ausfüllenden Isolierung eine Wärmedehnung übernimmt derart, daß das metallische Außenrohr auf für diese Werkstoffe noch zulässiger Temperatur gehalten wird. Dieses Außenrohr übernimmt dann den Druckeinschluß. Dabei muß das Innen- und Außenrohr in einer definierten, vorzugsweise koaxialen Lage gehalten werden, was durch entsprechende, oft stabförmig und sich axial erstreckend ausgeführte Abstandshalter bewerkstelligt werden kann. Nicht befriedigend gelöst sind bisher die Probleme, die sich aus den hohen Temperaturänderungen z. B. bei Inbetriebnahme der Rohrleitung ergeben bei gleichzeitiger Forderung nach einer sicheren Halterung des Innenrohres im Außenrohr auch unter Einwirkung äußerer Kräfte, z. B. bei Erdbeben. Letzteres Erfordernis schließt z. B. eine federnde Aufhängung des Innenrohres aus, wie es in der G B 13 16 110 vorgeschlagen wird, wo Befestigungselemente aus Federstahl verwendet werden, oder in der US 33 51 224, bei der das Innenrohr mit Seilen gegenüber dem Außenrohr verspannt ist. Die stattdessen vorgeschlagenen Verbindungen nach Art einer sternförmigen Nut- und Federverbindung mit planen, radialen Gleitflächen erreichen zwar eine quasi spiellose Fixierung in zur Rohrachse senkrechten Ebenen, haben jedoch den Nachteil, daß die Kantenpressung der Gleitflächen leicht das zulässige Maß überschreitet, daß gleichzeitig nicht mehr als zwei über den Umfang verteilten Gleitflächen wirksam sind und daß bereits ein geringes Verziehen der Gleitflächen zu örtlichen Überlastungen führt.The present invention relates to a double-walled pipe of the type mentioned in the preamble of the first claim. In pipelines which transport fluids at very high temperatures, it is often necessary to distribute the individual functions over several individual pipes arranged one inside the other. Double-walled pipelines for the transport of ^{helium heated to temperatures of up to 95O 0} C in a high-temperature nuclear reactor are known, which are double-walled, with an inner tube made of graphite or ceramic material the flow guide and in combination with a space between the inner and insulation filling the outer tube takes on thermal expansion in such a way that the metallic outer tube is kept at a temperature that is still permissible for these materials. This outer tube then takes over the pressure containment. The inner and outer tubes must be held in a defined, preferably coaxial position, which can be achieved by appropriate spacers, often rod-shaped and axially extending. So far, the problems arising from the high temperature changes such. B. when commissioning the pipeline result with simultaneous demand for a secure mounting of the inner pipe in the outer pipe even under the action of external forces, z. B. earthquakes. The latter requirement includes e.g. B. a resilient suspension of the inner tube, as proposed in GB 13 16 110, where fasteners made of spring steel are used, or in US 33 51 224, in which the inner tube is braced with ropes against the outer tube. The instead proposed connections in the manner of a star-shaped tongue and groove connection with planar, radial sliding surfaces achieve a virtually play-free fixation in planes perpendicular to the pipe axis, but have the disadvantage that the edge pressure of the sliding surfaces easily exceeds the permissible level that at the same time not more than two sliding surfaces distributed over the circumference are effective and that even a slight distortion of the sliding surfaces leads to local overloads.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Konstruktion für ein doppelwandiges Rohr, bei der das Innenrohr auch unter Einwirkung äußerer Kräfte sicher im Außenrohr in der vorgegebenen, vorzugsweise koaxialen Lage fixiert wird und die gleichzeitig erhebliche Unterschiede in der Wärmedehnung zwischen Innen- und Außenrohr zuläßt. Da längere Rohrleitungen aus mehreren Einzelstücken bzw. -Schüssen aufgebaut sind, ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, die zur Halterung des Innenrohres im Außenrohr vorgesehenen Elemente zugleich zum Verbinden der einzelnen Rohr-Schüsse miteinander zu verwenden.The object of the present invention is a construction for a double-walled pipe in which the inner pipe even under the action of external forces safely in the outer tube in the predetermined, preferably coaxial Position is fixed and the at the same time significant differences in thermal expansion between interior and outer tube allows. Since longer pipelines are made up of several individual pieces or sections, It is a further object of the invention to provide the elements provided for holding the inner tube in the outer tube to be used at the same time to connect the individual pipe sections with one another.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die im kennzeichnenden Teil des ersten Anspruchs angegebenen Mittel. Durch die besondere Ausrichtung der Stäbe und durch deren gelenkige Verbindung mit dem Innen- bzw. Außenrohr wird erreicht, daß in ihnen keine Momente, sondern nur Normalkräfte übertragen werden. Die relative Lage der beiden Rohre zueinander bleibt auch dann erhalten, wenn eines derselben bzw. die Stäbe gegenüber dem anderen Rohr sich unter Temperatureinfluß erheblich dehnen. Dabei ist jeder der Stäbe in gleicher Weise wirksam, so daß ungleichmäßige Belastungen derselben, der Gelenke oder einzelner Rohrpartien vermieden werden.
Ist die Länge der Stäbe gegenüber der zu erwartenden Wärmedehnung und damit auch gegenüber der in Betracht zu ziehenden Auslenkung gering, kann die im zweiten Anspruch vorgeschlagene, vereinfachte Ausbildung der Erfindung von Vorteil sein.The problem is solved by the means specified in the characterizing part of the first claim. The special alignment of the rods and their articulated connection with the inner or outer tube ensures that no moments, but only normal forces, are transmitted in them. The relative position of the two tubes to one another is retained even if one of the tubes or the rods expand considerably under the influence of temperature compared to the other tube. Each of the rods is effective in the same way, so that uneven loads on the same, the joints or individual pipe sections are avoided.
If the length of the rods is small compared to the expected thermal expansion and thus also compared to the deflection to be taken into account, the simplified design of the invention proposed in the second claim can be advantageous.

Die im dritten Anspruch vorgeschlagene Ausgestaltung der Erfindung gestattet es, die ohnehin vorhandenen Gleitlager zur Aufnahme der zur Anlenkung der Stäbe verwendeten Gelenkbolzen gleichzeitig dazu zu verwenden, die einzelnen Rohrschüsse formschlüssig miteinander zu verbinden. Diese Ausführungsform kommt in erster Linie für ein aus keramischem Material hergestelltes Innenrohr in Frage, das nicht schweißbar ist. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigtThe proposed in the third claim embodiment of the invention allows the already existing Plain bearings for receiving the pivot pins used to articulate the rods at the same time use to connect the individual pipe sections with each other in a form-fitting manner. This embodiment is primarily used for an inner tube made of ceramic material that cannot be welded is. An embodiment of the invention is shown in the drawing, namely shows

Fig. 1 einen Querschnitt entsprechend der Linie I-I derFig.3,Fig. 1 shows a cross section along the line I-I Fig. 3,

F i g. 2 eine hierzu alternative Ausführungsform und F i g. 3 einen Axiallängsschnitt entsprechend der Linie III-IIIderFig. !und 2.
Das doppelwandige Rohr besteht aus einem metallisehen Außenrohr 1 und einem aus einzelnen, ineinander gesteckten Schüssen bestehenden Innenrohr 2 aus einem hochtemperaturbeständigen, keramischen Material.
In mehreren, im Abstand voneinander angeordneten, zur Rohrachse senkrechten Ebenen (hier ist nur eine dargestellt) ist je ein, hieraus vier Stück bestehender Satz von Stäben 3 angeordnet, und zwar alle im gleichen Richtungssinn so, daß sie einerseits am Außenrohr 1 durch erste Gelenke 4 und andererseits durch zweite Gelenke 5 am Innenrohr 2 befestigt sind; die Lage der zweiten Gelenke 5 ist dabei so gewählt, daß die Achse der Stäbe 3 das Innenrohr 2 tangential berührt. Der Zwischenraum zwischen Innenrohr und Außenrohr ist durch eine Faserisolierung 7 ausgefüllt. Auch bei Einwirkung äußerer Erschütterungen, z. B. durch Erdbeben wird das Innenrohr 2 sicher im Außenrohr 1 gehalten. Eine Torsion der beiden Rohre gegeneinander findet auch dann nicht statt, wenn in ihnen und den Stäben 3 unterschiedliche Wärmedehnungen auftreten. Ist die Länge der Stäbe 3 groß gegenüber der zu erwartenden seitlichen Auslenkung, ist die Drehbewegung in den Gelenken 4, 5 nur gering und es können entsprechend der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsformen zumindestF i g. 2 shows an alternative embodiment to this, and FIG. 3 shows an axial longitudinal section according to the line III-IIIderFig. ! and 2.
The double-walled tube consists of a metallic outer tube 1 and an inner tube 2 made of a high-temperature-resistant, ceramic material, consisting of individual sections inserted one inside the other.
A set of rods 3, each consisting of four pieces, is arranged in several planes perpendicular to the pipe axis, spaced apart from one another, and all in the same sense of direction so that they are on the one hand on the outer pipe 1 through first joints 4 and on the other hand are attached to the inner tube 2 by second joints 5; the position of the second joints 5 is chosen so that the axis of the rods 3 touches the inner tube 2 tangentially. The space between the inner tube and the outer tube is filled by a fiber insulation 7. Even when exposed to external vibrations, e.g. B. by earthquake, the inner tube 2 is securely held in the outer tube 1. A torsion of the two tubes against each other does not take place even if different thermal expansions occur in them and the rods 3. If the length of the rods 3 is large compared to the lateral deflection to be expected, the rotational movement in the joints 4, 5 is only slight and, in accordance with the embodiments shown in FIG. 2, at least

für die im kälteren Bereich angeordneten ersten Gelenke 4 entfallen und durch Sollbiegestellen 6 in den Stäben 3 ersetzt werden. Aus der F i g. 3 ist ersichtlich, daß das Innenrohr 2 aus einzelnen Schüssen 21,22 aufgebaut ist, die an ihren Enden mit radial überstehenden Gleitlagern 211, 221 versehen sind (die einen Teil von zwei umlaufenden Flanschen bilden können) und die mit einem ringförmigen Vorsprung 213 bzw. einer dazu passenden Ausdrehung 223 ineinandergesteckt sind. Die Stäbe 3 sind an ihrem Ende gabelförmig ausgeführt mit zwei Armeü 31, 32, an denen einwärlszeigende Bolzenstummel 51, 52 befestigt sind, die in die Gleitlager 211, 221 fassen und so das zweite Gelenk 5 bilden. Zugleich jedoch werden die Rohrschüsse 21,22 durch diese Konstruktion axial zusammengehalten. Muß mit Längsversatz der Gelenke 4 und 5 zueinander gerechnet werden, kann es vorteilhaft sein, die Bolzen 51,52 und die Lagerschalen 211,221 kugelig auszuführen.for the first joints 4 arranged in the colder area are omitted and by predetermined bending points 6 in the Rods 3 are replaced. From FIG. 3 it can be seen that the inner tube 2 is made up of individual sections 21, 22 which are provided at their ends with radially projecting slide bearings 211, 221 (which form part of can form two circumferential flanges) and those with an annular projection 213 or a matching one Turning 223 are inserted into one another. The rods 3 are designed with a fork at their end two arms 31, 32, on which inward-pointing bolt stubs 51, 52 are attached, which engage in the slide bearings 211, 221 and thus form the second joint 5. Simultaneously however, the pipe sections 21,22 by this construction held together axially. Must be calculated with longitudinal misalignment of joints 4 and 5 to each other, it may be advantageous to use the bolts 51,52 and the bearing shells 211,221 to be spherical.

1010

1515th

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

2020th

4040

5555 6060 6565

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Doppelwandiges Rohr mit Zentrierung des Innenrohres (2) im Außenrohr (1), wobei das Innenrohr (2) im Außenrohr (1) durch mindestens einen Satz von drei oder mehr tangential zu ersterem liegenden Haltemitteln gehaltert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemittel aus Stäben (3) bestehen, die in gleichem Richtungssinn jeweils endseitig am Innen- und Außenrohr gelenkig befestigt sind.1. Double-walled tube with the inner tube (2) centered in the outer tube (1), the inner tube (2) in the outer tube (1) by at least one set of three or more tangential to the former Holding means is supported, characterized in that that the holding means consist of rods (3) which each end in the same sense of direction are articulated on the inner and outer tube. 2. Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein als Gelenkverbindung ausgebildeter Stab (3) eine Sollbiegestelle (6) aufweist2. Pipe according to claim 1, characterized in that at least one designed as an articulated connection Rod (3) has a predetermined bending point (6) 3. Aus einzelnen Schüssen (21, 22) aufgebautes Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (3) an ihrem Ende gabelförmig mit zwei Armen (31,32) ausgebildet sind, die in die Gleitlager (211,221) der Rohrschüsse (21,22) eingreifen und so das zweite Gelenk (5) bilden.3. From individual sections (21, 22) constructed tube according to claim 1, characterized in that the rods (3) are fork-shaped at their end with two arms (31,32) which are inserted into the slide bearings (211,221) of the pipe sections (21,22) engage and so form the second joint (5).