DE2060794A1

DE2060794A1 - Vorrichtung zur Kompensation von Bruchkraeften an Anlagenkomponenten und Gebaeuden,insbesondere in Kernkraftwerken

Info

Publication number: DE2060794A1
Application number: DE19702060794
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl-Ing Kraupa
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1970-12-10
Filing date: 1970-12-10
Publication date: 1972-06-15
Also published as: GB1378664A; FR2117112A5; DE2060794C3; US3796286A; DE2060794B2; SE379601B; NL7114357A; IT943712B; BE776511A; AT309156B; CH540404A

Description

SIEKENS AKTIEIiGESELISCHAi¹T Erlangen, 9-12.70

Berlin und München Werner-von-Siemens-Straße

Unser Zeichen: VPA 70/9450 Mes/Di

Vorrichtung, zur Kompensation von Bruchkräften an Anlagenkomponenten und Gebäuden, insbesondere in Kernkraftwerken

Bei Auftreten eines Bruches, beispielsweise in druckführenden Rohrleitungen oder Komponenten einer Anlage, wie insbesondere einem Kernkraftwerk, treten kurzzeitig sehr hohe Kräfte auf. Es können dadurch die Komponenten aus ihrer Verankerung gerissen werden und große Folgeschäden verursachen. Dabei ist es besonders wichtig, daß die Sicherheitshülle des Reaktorgebäudes nicht durchschlagen wird. Dies soll jedoch im allgemeinen durch Abstützvorrichtungen verhindert werden, die die Kräfte in die Fundamente ableiten. Diese Abstützvorrichtungen müssen aber dabei zu den Komponenten gewisse Mindestspiele aufweisen, damit die im Betrieb auftretenden Wärmebewegungen nicht behindert werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen- mit der derartige Bruchkräfte sicher kompensiert ■werden können, so daß größere Schäden vermieden werden.

Die Erfindung besteht dabei darin, daß zwischen die kraftauwirkenden und kraftaufnehmenden Bauteile ein zentral sowie schräg zur Längsachse belastbares-und derart plastisch verformbares Dämpfungselement aus einem bei einem vorgegebenen Druck fließenden Material und. mit über seine Gesamtlänge unterschiedlichem Materialquerschnitt angeordnet ist, daß bei einer auftretenden Bruchkraft der Verformungoweg des Dämpfungselementes zunächst proportional zur einwirkenden Kraft und bei Erreichen einer vorgegebenen Kraft überproportional bis zur festgelegten Maximalkraft zunimmt.

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Diese Dämpfungselemente haften die Aufgabe, die Bewegung der Komponenten, verursacht durch die Reaktionskräfte bei Auftreten eines Bruches, derart abzubremsen, daß die Bruchkräfte und die Verzögerungskräfte einen bestimmten festgelegten Wert nicht überschreiten.

Um eine entsprechende Verformung der Dämpfungselemente mit proportionalem Kraft-Weg-Verhältni-s zu erhalten, ist es dabei zweckmäßig, wenn die Dämpfungselemente auf ihrer Außenseite mit mindestens einer umlaufenden Ausnehmung versehen sind oder im Innern mindestens einen Hohlraum aufweisen.

Ferner soll das kraftaufnehmende Bauteil eine zentrale Bohrung für das fließende Material enthalten sowie zusätzlich mit einer Ausnehmung größeren Durchmessers als dem der Bohrung versehen sein, um die Bruchkraft in ihrem Maximalwert zu begrenzen.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform, die diesen Bedingungen entspricht, besteht das Dämpfungselement vorzugsweise aus einem zylindrischen Körper mit einer umlaufenden nutähnlichen und geneigte Flanken aufweisenden Ausnehmung an seiner Mantelfläche. Dabei weist die Ausnehmung eine Tiefe von mindestens dem halben Radius des Dämpfungseiementes auf. Durch diese Formgebung ist zunächst bei Auftreten der Bruchkräfte eine sichere Verformung gewährleistet, so daß dadurch schon ein Teil der Kräfte absorbiert wird. Als Material mit den entsprechenden Fließeigenschaften eignet sich für die Dämpfungseiemente besonders Reinaluminium oder Weicheisen.

Das Dämpfungselement selbst ist über eine auf der der Anlagenkomponente zugewandten Seite ballig gewölbten Halteplatte mit dem kraftaufnehmenden Bauteil verschraubt. Dadurch ist einmal eine Bewegung der Anlagenkomponente gegenüber der Abstützung sowie andererseits eine Vorspannung des Dämpfungseiementes möglich.

An Hand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung näher erläutert.

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Dabei zeigen

Pig. 1 einen Längsschnitt durch eine Dämpfvorrichtung nach der

Erfindung,
Fig. 2 einen Querschnitt entsprechend der Schnittlinie II-IT

nach Fig. 1 und
Fig. 3 ein Diagramm mit der Kennlinie, nach der die Verformung verläuft.

Nach Fig. 1 ist zwischen dem kraftauswirkenden Bauteil, also einer bruchgefährdeten Anlagenkomponente, von der hier nur ein Auflager 1 dargestellt ist, und dem kraftaufnehmenden Bauteil 2. ein Dämpfungselement 3 geschaltet. Dieses Dämpfungseiement 3 muß eine solche Form aufweisen, daß es bei Auftreten eines Bruches zunächst in sich selbst verformbar ist, um somit einen Teil der Bruchkräfte aufzunehmen. Das bedeutet, daß das Dämpfungselement nicht massiv ausgeführt sein soll, sondern entsprechende Ausnehmungen oder Hohlräume aufweisen muß, die zunächst bei der Verformung ausgefüllt werden.

Eine diesen Forderungen entsprechende Ausführungsform ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei besteht dieses Dämpfungselement aus einem zylindrischen Körper mit den beiden Stirnflächen 4 und 5 sowie der Zylindermantelfläche 6. Dieser zylindrische Körper weist eine umlaufende nutähnliche Ausnehmung 7 an seiner Mantelfläche 6 auf. Die Flanken dieser Ausnehmung 7 verlaufen dabei zweckmäßigerweise geneigt zur Längsachse des Dämpfungselementes.

Zur Abstützung liegt das Dämpfungselement 3 nur mit dem äußeren Bereich seiner Stirnseite 5 auf dem abstützenden Bauteil 2 auf, da dessen zentraler Bereich mit einer schalenförmigen Vertiefung 8 versehen ist. Ferner weist das Bauteil 2 eine zentrale Bohrung 9 auf, deren Bedeutung noch beschrieben wird.

Auf der der Anlagenkomponente 1 zugewandten Seite des Dämpfungselementes 3 ist noch eine kreisförmige Platte 10 angeordnet, die eine ballig gewölbte Oberfläche 11 als Lagerung für die Anlagen-

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komponente 1 aufweist. Über Schrauben 12 ist diese Halteplatte mit dem Bauteil 2 verbunden, wodurch das Dämpfungselement 3 verspannt wird.

An Hand einer Verformungskennlinie, die in Fig. 3 dargestellt ist, ist die Wirkungsweise dieses Dämpfungselementes näher erläutert. In diesem Diagramm ist dabei über dem Verformungsweg s des Dämpfungselementes 3 die Kraft P aufgetragen, die bei einem Bruch auf das Dämpfungselement einwirkt.

Danch ist zunächst im Bereich S.. des Diagrammes der Verformungsweg proportional zur einwirkenden Kraft, so daß die Kennlinie einen linearen Anstieg aufweist. Der gewünschte Anstieg dieses ersten Kennlinienteils kann durch eine entsprechende Dicke des Dämpfungselementes 3 sowie durch Vorspannung über die Schrauben 12 und durch die Wahl der Stützweite D. entsprechend dem Durchmesser der Ausnehmung 8 eingestellt werden. Nach Erreichen des Punktes P. auf dem Diagramm erfolgt eine weitere Verformung des Dämpfungselementes 3 im Übergangsbereich Sp bis zu einer "bestimmten maximalen Kraft P , . die der maximal auf den Baukörper

max dyn'

einwirkenden dynamischen Kraft entspricht. Dieser Übergangsbereich, in dem der Verformungsweg überproportional zur einwirkenden Kraft ansteigt, wird durch eine entsprechende Formgebung des Dämpfungselementes 3 und ein beginnendes Fließen des Werkstoffes erreicht.

Nach Erreichen des Punktes P , erfolgt eine weitere Verformung des Dämpfungsgliedes allein durch Fließen des Werkstoffes. Die maximale Kraft wird dabei durch einen Verformungsvorgang ähnlich dem Strangpreßverfahren begrenzt, indem das aus Weicheisen oder Reinaluminium gefertigte Dämpfungselement 3 in die zentrale Bohrung 9 gepreßt wird.

Die auftretende maximale Kraft kann durch Wahl des Durchmessers der Bohrung 9 genügend nahe an den Höchstwert der Bruchkraft gebracht werden, wobei die Abstützvorrichtung 2 für diese maximale Belastung ausgelegt werden kann.

Das beschriebene Dämpfungselement und die Dämpfungsvorrichtuijg

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sind geeignet, die bei einem Stoßfall über alle Grenzen anwachsende Kraft auf eine etwas über dem Höchstwert der Bruchkraft liegende Maximalkraft zu reduzieren. Dabei weisen die beschriebenen Dämpfungselemente besondere Vorteile auf, da sie keine Störungsquelle im Betrieb darstellen, keiner Wartung bedürfen und nur sehr geringe Herstellungskosten aufweisen. Durch die beschriebene Form des Dämpfungsgliedes können auch Kräfte gedämpft werden, deren Richtung von der längsachse des Dämpfungselementes 3 abweichen und die schräg auf die Stirnfläche 4 auftreffen. '

Die vorliegende Erfindung ist dabei nicht auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfaßt alle Ausführungsformen, deren Dämpfungscharakteristik der angegebenen Kennlinie entspricht und die auch zur Aufnahme von schräg zur Längsachse auftretenden Kräften geeignet sind.

11 Patentansprüche · '

3 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

Vorrichtung zur Kompensation von Bruchkräften an Anlagenkomponenten und Gebäuden, insbesondere in Kernkraftwerken, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die kraftauswirkenden und kraftaufnehmenden Bauteile (1,2) ein zentral sowie schräg zur Längsachse belastbares und derart plastisch verformbares Dämpfungselement (3) aus einem bei. einem vorgegebenen Druck fließenden Material und mit über seine Gesamtlänge unterschiedlichem Materialquerschnitt angeordnet ist, daß bei einer auftretenden Bruchkraft (P) der Verformungsweg (S) des Dämpfungselementes (3) zunächst proportional zur einwirkenden Kraft (P) und bei Erreichen einer vorgegebenen Kraft (P₁) überproportional bis zur festgelegten Maximalkraft (T^ ) zunimmt,
max
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (3) auf seiner Außenseite mit mindestens einer umlaufenden Ausnehmung versehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied (3) mindestens einen Hohlraum aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kraftaufnehmende Bauteil (2) eine zentrale Bohrung (9) zur Aufnahme des verformten fließenden Materials aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (2) zusätzlich mit einer Ausnehmung (8) mit größerem Durchmesser als dem der Bohrung (9) versehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (3) aus einem zylindrischen Körper mit einer umlaufenden nutähnlichen und geneigte Planken aufweisenden Ausnehmung (7) an seiner Mantelfläche (6) besteht,
7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (7) eine Tiefe von mindestens dem halben Radius des Dämpfungselementes (3) aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet,

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daß das Dämpfungselement (3) von dem kraftaufnehmenden Bauteil (2) im äußeren Bereich seiner Grundfläche (5) abgestützt und gehalten ist.
9· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (3) aus Reinaluminium besteht.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (3) aus Weicheisen besteht.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (3) über eine auf der der Anlagenkomponente (1) zugewandten Seite ballig gewölbten Halteplatte (10) mit dem kraftaufnehmenden Bauteil (2) über Schrauben (12) verbunden ist.

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