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Wärmeisolierende Einrichtung für eine mit
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heißem Gas beaufschlagte Fläche Die Erfindung betrifft eine wärmeisolierende
Einrichtung für eine mit heißem Gas beaufschlagte Fläche an einer Kernkraftwerkskomponente,
insbesondere für einen Dampferzeugermantel, bestehend aus einer Vielzahl von lose
nebeneinander angeordneten, sich überlappenden Blechsegmenten, die jeweils von einer
Anzahl an der zu schützenden Fläche befestigter Bolzen gehalten werden, wobei jeder
Bolzen durch ein Loch in einem der Segmente gesteckt ist und an seinem Ende ein
Gewinde aufweist, auf das eine Mutter aufgeschraubt ist.
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Eine Wärmeisolierung 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 ein von perforierten Deckblechen
gebildeter Gasführungsmantel mittels Bolzen gehalten, die sowohl an dem Druckmantel
oder Liner als auch an den Deckblechen angeschweißt sind. Das in mehreren Schichten
auf dem Druckmantel oder Liner aufgebrachte Isoliermaterial wird von den Deckblechen
leicht komprimiert.
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In der Offenlegungsschrift 27 05 314 wird eine Wärmeisolierung für
eine Rohrleitung großer Nennweite gezeigt, bei der das Isoliermaterial ebenfalls
zwischen dem Druckmantel und einem koaxial zu diesem verlegten Gasführungsmantel
angeordnet ist, wobei der Ringraum zwischen den beiden Mänteln durch eine Vielzahl
von dünnwandigen Dichtungselementen unterteilt ist. Als Isoliermaterial dienen Strahlungsbleche,
die in mehreren Lagen angeordnet und mittels Distanzscheiben und an dem Gasführungsmantel
angeschweißter Hohlbolzen fixiert sind. Der Raum zwischen den Strahlungsblechen
kann mit Fasermatten ausgefüllt sein.
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Stand der Technik ist auch eine Wärmeisolierung für Reaktordruckbehälter,
die mehrere Lagen hochporösen metallischen Maschengeflechtes und zwischen den Lagen
befindliche dünne Metallbleche umfaßt. Sie ist in der Offenlegungsschrift 21 59
781 dargestellt. 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 an dem Liner angeschweiß und
auf der heißen Seite Schraubverbindungen vorgesehen sind.
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In der Offenlegungsschrift 29 14 040 wird ferner eine wärmeisolierende
Vorrichtung an Flächen in einem Kernreaktor beschrieben, die aus mehreren, durch
Zwischenbleche getrennten Lagen von Metallgewebe oder Metallgittern besteht, die
zu Tafeln zusammengefügt sind. Die Tafeln sind an ihrem Umfang von einer Umhüllung
umschlossen. Sie liegen auf der einen Seite auf der zu schützenden Fläche an; auf
der anderen Seite sind sie von einem Stützblech bedeckt. Die Befestigung der Tafeln
an der zu schützenden. Fläche erfolgt mittels die Tafeln
durchquerender
Hohlbolzen, die an ihrem "heißen" Ende mit Gewinde versehen sind und Muttern tragen.
In der Achslinie jedes Hohlbolzens ist ein Stehbolzen angeordnet, der ebenfalls
an der zu schützenden Fläche angebracht ist, durch die Muttern hindurchführt und
mit einer zweiten Mutter zusammenwirkt.
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Eine unterhalb der zweiten Mutter angeordnete Unterlegscheibe verhindert
das Herabfallen des Hohlbolzens sowie der Tafeln in dem Fall, daß der Hohlbolzen-zu
Bruch geht.
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Von diesem Stand der Technik wird bei der vorliegenden Erfindung ausgegangen,
wobei ihr die Aufgabe zugrunde liegt, eine wärmeisolierende Einrichtung der eingangs
beschriebenen Bauart so auszubilden, daß-während eines langen Zeitraumes auch bei
Belastung durch sehr-hohe Temperaturen weder eine Beeinträchtigung der Isolierwirkung
noch eine Zerstörung der Einrichtung eintritt.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf jeden
Bolzen eine Distanzhülse aufgeschoben ist, die sich - ggf. unter Zwischenschaltung
von Unterlegscheiben - auf der einen Seite an der Mutter und auf der anderen Seite
an einer Schulter des Bolzens abstützt, daß auf jeder Distanzhülse Blechscheiben
angeordnet sind, in denen die Blechsegmente geführt werden, daß für jedes Blechsegment
ein Fixpunkt vorgesehen- ist, der durch einen im oberen Bereich in der Mittelachse
des Blechsegments befindlichen Bolzen (Fixbolzen) verkörper#t wird, und daß weitere
in der Mittelachse des Blechsegments, aber unterhalb des Fixbolzens befindliche
Bolzen je in einem Langloch geführt sind, während für alle übrigen Bolzen dieses
Blechsegments runde Löcher von solcher Größe vorgesehen sind, daß Wärmedehnungen
des Blech#segments nicht behindert werden.
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Die lange Funktionsfähigkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung wird
dadurch sichergestellt, daß keine Wärmespannungen in den Blechsegmenten auftreten
können. Durch Anordnung der Distanzhülsen wird gewährleistet, daß nach Anziehen
der auf die Bolzen aufgeschraubten Muttern ausreichendes Spiel für die Wärmedehnungen
der Blechsegmente zur Verfügung steht.
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Dem gleichen Zweck dient die in Bezug auf Größe und Form verschiedene
Ausbildung der Löche#r für die Bolzen. Durch die auf den Bolzen angeordneten Blechscheiben
erhalten die Blechsegmente eine gute Führung.
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Je nach dem Temperaturbereich, in dem die wärmeisolierende~ Einrichtung
verwendet wird, können mehrere Blechsegmente hintereinander angeordnet sein. So
kann durch die Anzahl der Lagen an B#lechsegmenten Einfluß auf die Temperatur der
zu schützenden Fläche genommen werden. Eine weitere Möglichkeit, auf die Temperatur
der zu schützenden Fläche einzuwirken, besteht darin, den Abstand-der einzelnen
Blechsegmenten von Temperaturbereich zu Temperaturbereich zu variieren. So kann
z.B.
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für Stellen erhöhter Temperatur eine größere Zahl von Blechsegmentlagen
mit kleinem Abstand voneinander gewählt werden.
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Eine besonders gute Einsatzmöglichkeit für die wärme#isolierende Einrichtung
gemäß der Erfindung ergibt sich bei dem Mantel eines Dampferzeugers, der zu den
Primärkreislaufkomponenten eines mit Helium gekühlten Hochtemperaturreaktors gehört.-
Der Dampferzeugermantel wird innen mit von dem Reaktorkern kommendem heißem Helium
beaufschlagt und ist daher Temperaturen bis zu 950 DC ausgesetzt. Bei normalem Betrieb
wird die Wärme von einem kalten Heliumstrom abgefihrt, der außen an dem Dampferzeugermantel
entlang und zu dem Reaktorkern zurückgeführt wird.
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So kann die Temperatur auf einen Wert herabgesetzt werden, der
die
Verwendung von wirtschaftlichen Werkstoffen für den Dampferzeugermantel erlaubt.
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Es muß jedoch davon ausgegangen werden, daß sich instationäre Zustände
herausbilden können, in denen die Kühlung des Dampferzeugermantels mit kaltem Helium
teilweise oder ganz ausfällt.
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Daher muß eine Einrichtung vorgesehen sein, die die Strahlungswä.rme
vom Strukturmaterial des Dampferzeugermantels fernhält und dafür sorgt, daß auch
in Störfällen ein Temperaturhöchstwert (530 OC) nicht überschritten wird. Eine solche
Einrichtung stellt die wärmeisolierende Einrichtung gemäß der Erfindung dar.
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Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Einrichtung kann für den Dampferzeugermantel
ein in Bezug auf Preis, Schweißfähigkeit und Rißunempfindlichkeit optimaler Werkstoff
gewählt werden. So kann auch ferritisches Material zugelassen werden, dessen Einsatz
bei den vorliegenden hohen Temperaturen für einen nicht wärmeisolierten Dampferzeugermantel
nicht in Betracht käme.
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Die Verwendung genormter Bauteile für die erfindungsgemäße Einrichtung,
wie z B. Gewindebolzen, Kronenmuttern, Scheiben, Distanzhülsen und einfache Bleche,
erlaubt eine wirtschaftliche Konstruktion der Einrichtung.
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Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß bei
der Fahrweise des Hochtemperaturreaktors auf die Temperatur des Dampferzeugermantels
keine Rücksicht genommen zu werden braucht.
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Vorteilhafterweise sind an den Stellen des Dampferzeugermantels mit
besonders hohen Temperaturen zwischen den einzelnen Lagen der Blechsegmente Scheiben
aus Graphitgewebe angeordnet, die Verschweißungen der Blechsegmente in der Heliumatmosphäre
verhindern.
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Um ein Verschweißen der BlechsegmeAte mit den zur Führung dienenden
Blechscheiben zu vermeiden, ist es zweckmäßig, die Blechscheiben mit einer Beschichtung
zu versehen. Die Beschichtung kann beispielsweise mit Nickel/Silber erfolgen.
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Zwischen der zu schützenden Fläche, im speziellen Fall also dem Dampferzeugermantel,
und der dieser Fläche zunächst angeordneten Lage der Blechsegmente kann im Bereich
von in horizontaler Richtung verlaufenden überlappungen eine Anzahl von Blattfedern
vorgesehen sein, um einen hinreichenden Abstand zwischen den Blechsegmenten und
der zu schützenden Fläche einzuhalten.
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Die der Befestigung dienenden Bolzen können direkt an der zu schützenden
Fläche angeschweißt werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Bolzen durch
die zu schützende Fläche hindurchzuführen und sie durch Aufschrauben von Muttern
auf die mit Gewinde versehenen Bolzenenden festzuhalten.
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In einer Kernreaktor-Zweikreisanlage sind die Dampferzeuger im Kühlgaskreislauf
unmittelbar hinter den Reaktorkern geschaltet, wobei das heiße Kühlgas durch einen
Heißgaskanal aus dem Heißgassammelraum jeweils einem der Dampferzeuger zugeführt
wird.
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Jeder Heißgaskanal weist innen eine Wärmeisolierung auf und ist an
seinem einen Ende mit dem entsprechenden Dampferzeugermantel
verschweißt.
Gemäß der Erfindung kann bei einer solchen Anlage die wärmeisolierende Einrichtung
so ausgestaltet sein, daß die Blechsegmente unmittelbar an die Wärmeisolierung des
Heißgaskanals anschließen.
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In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der wärmeisolierenden
Einrlchtung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar ist die Verwendung
der Einrichtung bei einem Dampferzeugermantel für einen Hochtemperaturreaktor wiedergegeben.
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Die Figuren zeigen im einzelnen: Figur 1 den gesamten Dampferzeugermantel
in perspektivischer Darstellung, teilweise aufgebrochen, Figur 2 einen Abschnitt
des Dampferzeugermantels im Längsschnitt# an der mit "A" bezeichneten Stelle mit
einem Fixbolzen und einer Blechsegmentlage, Figur 3 einen Abschnitt des Dampferzeugermantels
im Querschnitt an der mit "B" bezeichneten Stelle mit vier Lagen von Blechsegmenten
in Explosionsdarstellung, Figur 4 ein Teilstück des Dampferzeugermantels im Längsschnitt
im Bereich seiner Verbindung mit einem Heißgaskanal.
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Die Figur 1 läßt einen Dampferzeugermantel 1 erkennen, an dem innen
eine Wärmeisolierung 2 angebracht ist. Diese besteht aus einer Vielzahl von Blechsegmenten
3, die sich gegenseitig überlappend tose nebeneinander angeordnet sind. Sie können
in einer Lage oder in mehreren Lagen vorgesehen sein, wobei ihre Befestigung an
dem Dampferzeugermantel 1 mittels Gewindebolzen und Schrauben erfolgt, wie in den
Figuren 2, 3 und 4 noch gezeigt wird.
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Jedes.Blec#segment 3 weist im oberen Bereich in seiner-Mittelachse
einen. Fixpunkt auf, an dem das Segment durch den in der Figur -2 dargestellten
Fixbolzen 7 gehalten wird. Ebenfalls in der-Mittelachse, aber unterhalb des Fixpunktes,
besitzt jedes Blechsegment 3 zwei Langlöcher 5, durch die jeweils ein Bolzen zur
Befestigung des Segments gesteckt ist. An weiteren Befestigungsstellen jedes Blechsegments
3 sind für die Bolzen runde Löcher 6 vorgesehen, deren Durchmesser so groß gewählt
ist, daß die Wärmedehnungen des Segments nicht behindert werden. Eine solche Befestigungsstelle
ist in der Figur 3 dargestellt.
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Die Figur 2 zeigt einen Abschnitt des Dampferzeugermantels 1 an der
mit "A" bezeichneten Stelle, also an einem Fixpunkt 4.
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Die B#efestigung des Blechsegments 3, von dem hier nur eine Lage vorge#sehen
isti erfolgt mittels eines Fixbolzens 7, der an dem Dampferzeugermantel 1 angeschweißt
ist. An seinem "heißen" Ende ist er mit Gewinde versehen, auf das eine Kro; nenmutter
8 aufgeschraubt ist. An dem anderen Ende weist- er eine Schulter 9 auf.
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Auf den Fixbolzen 7 ist eine Distanzhülse 10 aufgeschoben, die sich
- unter Zwischenschaltung zweier Unterlegscheiben 11 und 12 --- an der Kronenmutter
8 und der Schulter 9 des Fixbolzens abstützt. Sie sorgt dafür, daß dem Blechsegment
3
hinreichend Spiel für Wärmedehnungen zur Verfügung steht. Seine
Führung erhält das Blechsegment 3 durch zwei Blechscheiben 13, die ober- und unterhalb
des Segments auf der Distanzhülse 10 angeordnet sind. Um ein Verschweißen des Blechsegments
3 mit den Blechscheiben 13 in der Heliumatmosphäre zu verhindern, sind letztere
beschichtet, beispielsweise mit Nickel/ Silber.
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Im unteren Teil der Figur 2 ist eine in horizontaler Richtung verlaufende
Überlappung 14 zweier Blechsegmente 3 a und 3 b dargestellt. Im Bereich dieser Uberlappung
sind Blattfedern 15 zwischen der Überlappungsstelle und dem Dampferzeugermantel
1 vorgesehen, die für den nötigen Abstand zwischen diesem Mantel und den Blechsegmenten
3 a und 3 b sorgen.
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In der Figur 3 ist der Abschnitt "B" des Dampferzeugermantels 1 wiedergegeben,
in dem die Wärmeisolierung 2 ein rundes Loch 6 für die Bolzendurchführung aufweist.
Dieser Abschnitt befindet sich in einem Bereich, in dem sehr hohe Temperaturen auftreten;
daher ist die Wärmeisolierung mehrlagig ausgeführt, d.h. es sind vier Blechsegmente
3It 3IIZ 3III' 3IV hintereinander angeordnet.
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Ein Bolzen 16, der an dem Dampferzeugermantel 1 angeschweißt ist,
ragt durch das runde Loch 6 in den Blechsegmenten3 3IV Er ist an dem einen Ende
mit einer Schulter 17 versehen; auf das andere Ende ist wieder eine Kronenmutter
8 aufgeschraubt. Auf dem Bolzen 16 sitzt eine Distanzhülse 10, zwischen der und
der Kronenmutter 8 eine Unterlegscheibe 12 angeordnet ist. Eine weitere Unterlegscheibe
11 ist zwischen der Distanzhülse 10 und der Schulter 17 des Bolzens 16 vorgesehen.
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Die Führung der Blechsegmente erfolgt auch hier durch beschichtete
Blechscheiben 13, und zwar sind jeweils zwei der Blechsegmente zwischen zwei Blechscheiben
13 angeordnet. Um ein Verschweißen von aneinandergrenzenden Blechsegmenten zu vermeiden,
ist jeweils eine Scheibe 18 aus Graphitgewebe zwischen zwei Blechsegmenten eingelegt.
Die innere der beiden Blechscheiben 13 zur Führung der Blechsegmente 3I und 3II
ist von der Blechscheibe 13, die die Blechsegmente 3III und 3IV innen begrenzt,
durch einen Distanzring 19 getrennt. Dieser ist auf die Distanzhülse 10 aufgeschoben.
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Die Figur 4 zeigt das untere Stück des Dampferzeugermantels 1, an
dem ein Heißgaskanal angeschweißt ist (nicht dargestel#lt).
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Der Heißgaskanal ist innen mit einer Wärmeisolierung 20 versehen,
die etwas über den Heißgaskanai hinausgeführt ist. In diesem Bereich ist die Wärmeisolierung#
2 des Dampferzeugermantels 1 so gestaltet, daß sie unmittelbar an die Wärmeisolierung
20 anschließt, wie die Figur 4 erkennen läßt.
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Die Befestigung der Wärmeisolierung ist hier mittels eines Bolzens
21 vorgenommen, der nicht an dem Dampferzeugermantel 1 angeschweißt, sondern in
einer Bohrung 22 durch diesen gesteckt ist. Auf das an diesem Bolzenende befindliche
Gewinde ist eine Kronenmutter 23 aufgeschraubt. Der Bolzen 21 weist eine Schulter
24 auf, an der eine Unterlegscheibe 11 anliegt Zwischen dieser Unterlegscheibe 11
und einer zweiten Unterlegscheibe 12, die sich an der auf das ~heiße" Bolzenende
aufgeschraubten Kronenmutter 8 befindet, ist eine Distanzhülse 10 angeordnet.
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In diesem Bereich des Dampferzeugermantels 1 sind zwei Blechsegmente
3 hinterenander vorgesehen, die lose auf die Distanzhülse 10 aufgeschoben sind.
Jedes Blechsegment 3 ist in zwei beschichteten Blechscheiben- 13 geführt. Zwischen
den beiden inneren Blechscheiben 13 befinde#t sich ein Distanzstück 25.