DE1525803A1 - Arbeitsbehaelter z.B. Dampferzeuger,mit einem Stuetzgeraet,das eine thermische Laengenaenderung der Verbindungsrohrleitungen gestattet - Google Patents

Description

EEACTOR -CEITiDRUM. KEDERLAND, (Stichting) Haag, Niederlande

Arbeitsbehälter z. B. Dampferzeuger, mit einem Stützgerät, das eine thermische Längenänderung der ■Verbindungsrohrleitungen gestattet.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung mit einem in ihr enthaltenen Arbeitsbehälter zum Aufnehmen und Abgeben von Mediumströmen, die eine große Temperaturdifferenz in Bezug auf die Umgebung aufweisen. Palis die Mediumströme mittels Rohrleitungen, wie dies üblich ist, in den Arbeitsbehälter eingebracht oder von ihm abgeführt werden, entsteht in der Praxis die Gefahr, daß der Arbeitsbehälter und die Leitungen thermischen AusdehnungsSrräften ausgesetzt werden, die hstfpbsächlich von den an den Arbeitsbehälter angeschlossenen Rohrleitungen herrühren. Infolge dieser Kräfte ist man in den meisten Fällen genötigt, lange Leitungen mit zusätzlichen Krümmern anzubringen, was in erster Linie ein erhöhtes Konstruktionsgewicht bedeutet, während außerdem noch für diese Krümmer zusätzlicher Raum zur

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Verfügung gestellt werden, muß. TJm diese Nacht eile zu vermeiden, und die Wärmespannungen dennoch innerhalb annehmbarer Grenzen zu halten, wird erfindungsgemäß der Arbeitsbehälter, der durch eine Verbindungskonstruktion mit dem Fundament vereinigt ist, derart ausgeführt, daß diese Terbindungskonstruktion eine Schwingungsbewegung des Arbeitsbehälters gestattet.

Unter Schwingungsbewegung ist hier nicht nur eine Bewegung zu verstehen, die durch Übereinanderabrollen einer Anzahl Polflächen entsteht, sondern auch der besondere Fall, bei dem eine Rotation derselben, sei es um einen Punkt oder um eine Achse, entsteht.

Obwohl die Rotationsachse natürlich nicht fest zu sein braucht, wird im nachstehenden mit Schwingungsbewegung u. a. diejenige Bewegung gemeint, bei der eine Oszillation um eine feste, gerade Achse ausgeführt wird.

Bei dieser Ausführung wird die Yerbindungskonstruktion als wenigstens eine, den Arbeitsbehälter umfassende Lagerkonstruktion gebaut, in welcher eine große Anzahl Lagerelemente eingeschlossen sind, die eine abrollende Bewegung ausführen können, wobei diese Lagerelemente an wenigstens einer Seite ihrer Hollachse mit einer ersten Rollbahn in Berührung sind und an der anderen Seite vorzugsweise durch einen Stützring gestützt werden, der entweder mit einer zweiten Rollbahn oder mit Lagerzapfen für die Lagerelemente ausgeführt ist.

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Die Wirkung hiervon ist, daß nicht nur eine leichte und kompakte Anlage erzielt werden kann, in der die Wärmespannungen infolge der erhähten Freiheit des Arbeitsbehälters stark verringert eind, sondern auch eine Konstruktion geschaffen ist, die durch die Einschließungseigenschaft der Lagerkonstruktion imstande sind, Massenbeschleunigungskräfte in allen Sichtungen aufzunehmen.

Es zeigt sich, daß die vorgeschlagene Konstruktion sich besonders gut eignet zur Verwendung in Schiffen, wo man dem Umstand Rechnung tragen muß, daß infolge der durch Seegang verursachten Schlingerbewegungen des Schiffes beträchtliche Beschleunigungskräfte auf einen derartigen Arbeitsbehälter ausgeübt werden.

Falls die Erfindung auf eine Kernanlage angewandt wird, bietet die auf diese Weise erzielte Leitungsverkürzung noch eine Ersparnis im Strahlungsschutz.

Ferner wird durch Fortfallen der überflüssig gewordenen Ausdehnungskrümmer bei einer Kernanlage der Inhalt des Primärkreises geringer.

Die Lagerkonstruktion, die u. a. als Kugel- oder Rollenlager oder als ein mit konischen RoIlen.-versehenes Lager ausgeführt sein kann, wird vorzugsweise derart hergestellt, daß

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sie über ihren Umfang aus demontierbaren Segmenten zusammengebaut 1st. Dies ist möglich, weil die Rotation, die in diesem Lager ausgeführt wird, außerordentlich gering ist und nur einen Bruchteil des Lagerumfangs darstellt. Dieser Zusammenbau aus Segmenten erleichtert nicht -nur die Montage des eigentlichen Lagers, sondern auch die Montage und Demontage der in der Nähe befindlichen, umfangreichen Installationsteile. .V

Ferner wird zwischen einer Verbindungsmansohette, die die Lagerkonstruktion mit dem Arbeitsbehälter verbindet und dem Arbeitsbehälter selbst Wärmeschutzmaterial angeordnet, um Erhitzung ' der Lagerkonstruktion durch Wärmeentwicklung im Arbeitsbehälter nach Möglichkeit zu verhüten.

Die Rohranschlüeee sind so auszuführen, daß alle thermischen Ausdehnungekräfte, die von den an den Arbeitsbehälter angeschlossenen Bohrleitungen herrühren, eine kleine Drehung des Arbeitsgefässes um den Mittelpunkt der zulässigen Schwingungbewegung aur folge haben. Hierbei müssen sämtliche Drehimpulse in derselben Richtung arbeiten, so daß die Wärmeausdehnungen einander nicht entgegenwirken, was wieder Extraspannungen verursachen würde.

Die Erfindung läßt βloh auf «ahllose Gebiete der Technik anwenden* Der Arbeitsbehälter kann als Dampferzeuger ausgeführt werden. Besonders bei Maechinenanlagen mit einem Damperzeuger, bei denen man, wie bei Kernanlagen auf sehr engem

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Raum innerhalb eines Umfassungsraumes bauen muß, bietet die Erfindung eine erhebliche Raumersparnis, die eine leichtere Ausführung und einen kleineren Umfassungsraum zur Folge hat.

In nachstehender FigurbeSchreibung werden beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung näher erläuterte

Pig. 1 gibt eine schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Anwendung.

Fig. 2 ist eine vertikale Ansicht nach A in Figur 1.

Fig. 3 zeigt eine mögliche lage eines erfindungsgemäßen Stützgerüstes in dem am häufigsten vorkommenden Fall.

Fig. 4 stellt einen vertikalen Teilquerschnitt eines erfindur^ gemäßen Arbeitsbehälters dar.

"Fig. 5 gibt einen horizontalen Teildurchschnitt nach V-Y in Figur 4.

Fig. 6 stellt drei Konstruktionsausführungen des aus Segmenten zusammengebauten lagers dar.

Fig. 7 ist eine Variante eines Stiitzgerüstes.

Fig. 8 ist eine weitere Variante. ·

Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht einer Ausführung,«bei der die Erfindung angewandt wird. Hierin stellt 1 den Arbeitsbehältex dar, der von einem Stützlager 4 umgeben ist. Unter dem Arbeitsbehälter 1, der eine ziemlich vertikale Mittellinie hat, befindet sich ein Teil des Arbeitsbehälters, der beiderseits senkrecht zur Mittellinie des Behälters hervorspringt*

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Dieser Teil ist mit 45 bezeichnet. N,eben dem Arbeitsbehälter befindet sich ein anderer Installationsteil 46, der mit Hilfe von Unterstützungsorganen 53 fest am Fundament befestigt ist, Der Installationsteil 46 hat einen Anschlußflansch 47» an den eine leitung 52, 48, 49, 51 ansohließt, der mit einem Flansch 50 des Behälterteils 45 gekuppelt ist. Der Lauf dieser Verbindungsleitung ist nicht nur in Horizontalprojektion in Fig. 1,' sondern auch in Vertikalprojektion in Fig. 2 sichtbar.

Fig.·1 zeigt, daß infolge der sich drehenden Unterstützung des Arbeitsbehältersleine Wärmeausdehnung des Leitungsteiles 48 in Pfeilrichtung eine Verlagerung 56 des Leitungsteiles 49 verursachen wird. Infolge dieser Verlagerung wird die Mittellinie des Teile a 45 von. Lage 51 in Lage 57 umschwenken» Diese Wärmeausdehnung hat also keine Wärmespannungen zur Folge, denn die Ausdehnung von Leitung 48 kann unbehindert vor sich gehen» Wärmespannungen der zweiten Ordnung, die infolge der 'Winkeländerungen zwischen den Leitungen 48 und 51 eintreten können, werden u. a, durch die Torsion, die die Leitung 49 erfahren kann, in genügendem Masse aufgenommen.

Wie Fig. 1 zeigt, brauchen die Längenänderungen der Leitungsteile 52 und 51 nicht voneinander zu differieren, vorausgesetzt, daß die Temperaturen t des Installatimnsteils 46, des Arbeitsbehälters 1 und der Verbindungsleitungen gleich hoch, die Wärmeausdehnungskoeffizienten Agleich groß sind und der Leitungsteil 48 parallel zur Verbindungslinie der vertikalen Mittellinien des Installationsteils 46 und des Arbeitsbehälters läuft. 90 9828/0212 ..-.'. v.

Aus Pig·. 2 ist zu ersehen, auf welche Weise die Stelle des .'Lagers-4.».* das zur Unterstützung des Arbeitsbehalters 1 dient, zu bestimmen ist. Einfachheitshalber wird auch bei dieser Figur angenommen, daß die für den Installationsteil 46 und für die Leituhgsteile 52, 48 und 49 verwendeten Materialien im wesentlichen, dieselben sind. Da die Längenänderung des Leitungateils 49 gleioh groß sein wird wie die Verlagerung von Punkt 47 in Bezug auf die Unterstützung 53, wird Punkt 56 von Leitung 49 sich nicht in vertikaler Riehtung verlagern.

Wenn nun im nachstehenden darstellen; -A 1-» » die Wärme aus dehnung nach unten von Leitung 56 - 50;

> die Wärmeausdehnung von dem zwischen 50 und 4 liegenden Teil dee Behälters 1;
* die Wärmeauedehnung nach unten von dem zwischen 4 und liegenden Teil des Behälters 1,

bo kann man für die Bedingung, daß keine Wärmespannungen vorkommen aollen, die Gleichung formulieren: - Λ Tky *-Ai^ - ~ Ax"■ m O

oder«
A* * Al₁ - ΔΙ, · \tl^^₆

Hierin iet 1. ,-g der vertikale Aba t and zwischen Unters tut zungelager 4 und Punkt 56.

Aus dieser Beziehung kann daher die Stelle, wo Lager 4 anzuordnen ist, bestimmt werden, und zwar gemäß!

Ali- Al·*
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Pig. 5 zeigt, daß Lager 4» das zur Unterstützung für Arbeite- _t behälter 1 dient, nicht notwendigerweise dieselbe Mittellinie wie der Arbeitsbehälter hat. Zwisphen diesen Mittellinien kann sich, jedenfalls im allgemeinen lall,, ein Winkel α befinden. Man kann aämlioh vorstellen, daß infolge der in Pig. 3 nicht gezeichneten Ansohlußleitungen dieser Behälter in warmen Zustand eine Verlagerung, das heißt eine Verdrehung, in Bezug auf den kalten Zustand erfahren wir4 Bs ist natürlich immer möglich, duroh eine bestimmte Verdrehung vom kalten Ausgangszustand in den warmen Endzustand zu gelangen. Man kann dies auch so formu-Heren, daß jeder Leitungsanachluß infolge der Wärmeausdehnung dieser Leitung einen ,Verdrehungsvektor einleitet. Die Summierung aller dieser Verdrehungsvektoren ergibt letzten Enden einen gemeinsamen resultierenden Verdrehungsvektor des Arbeitsbehälters 1. Im allgemeinen wird man die Wärmespannungen möglichst niedrig halten können, wenn man die Mittellinie des Unterstützunge lagers mit der Biohtung des resultierenden Verdrehungsvektors zusammenfallen läßt.

In Pig. 4 stellt 1 einen Arbeitebehälter dar, versehen mit einer Verbindungsmanschette,2, die an Stelle 3 mit dem Arbeitsbehälter verbunden ist. Am Ende der Manschette 2 befindet sich ein Kugellager 4·, dessen Außenring 5 mit einem Stützring 6 verbunden 1st. Dieser Stützring 6 ist mit Hilfe von Befestigungselementen 7 mit dem Fundament, von dem 8 einen Unterstützungsbalken darstellt, fest verbunden. Der untere Teil 9 des Arbeitsbehälters hat in dem gezeigten Beispiel eine Ab-

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teilung 10, an der zwei Rohranschlüsse 11 und 12 befestigt sind.

Fig.'5 zeigt, daß Rohrleitungen 13 und 14mit letzterwähnten Rohransehlüsaen verbunden sind. Leitung14 ist hierbei an ihrem anderen Ende an einen Anschlußstumpf 15 eines weiteren Installationsteils 16 angeschlossen. Die Verbindungslinien 17'bzw. 18 der Anschlußkanäle des Arbeitsbehälters und sonstiger Installationsteile sind, an zwei Kreisen 19 und 20, die beide vom selben Mittelpunkt 21 aus gezogen sind, derart tangential gerichtet, daß die Wärmeausdehnungen an denselben. Mittellinien 17 und 18 entlang eine Rotation in derselben Richtung des Arbeitsbehälters ium die Vertikalachse 21 bewirken.

In Fig. 6 ist eine Anzahl von Ausführungsbeispielen des Lagers 4 gegeben. Dieses Lager, das aus 6 Segmenten 22, 25, 24, 25 zusammengebaut ist, kan auf verschiedene Arten ausgeführt werden. Wie Segment 22 dies zeigt, können die Lagerelemente 26 die Form von Kugeln oder von Rollen haben. Es ist aber ebenfalls möglich, Lagerelemente 27 zu benutzen, die nur über einen Teil ihrer Außenöberfläohe den erforderlichen kugelförmigen, oder zylindrischen Außenmäntel haben. In äussersten Fällen kan der Krümmungsradius der Oberflächenteile der Lagerelemente, die zum Abrollen zwischen die umfangsgemäß angeordneten Außen- und. Innbenbegren.·»· zu'ngöBL des Lagers bestimmt sind», so klein sein, daß ein Lagerelement 28 entsteht, das mit einer an wenigstens -einer Seite befindlichen Schneide ausgeführt ist, wobei diese Schneiden einen sehr kleinen Äbrundungs^radius aufweisen. Da es bei dem

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beschreibeaen lager genügt, wenn es eine sehr geringe Drehung ausführen kann., ist es auch nicht unbedingt notwendig, den Ge samt umfang des lagers mit Lagerelementen 26,27, oder 28 zu besetzten. Es genügt, wenn dies 25. B. an etwa drei Stellen des Umfangs der Lagerkonstruktion stattfindet. Der übrige Teil des Umfangs der Lagerkonstruktion kann auch mit Se&menten aufgefüllt werden,' die zum Aufnehmen von lagerelementen nicht bestimmt sind, sondern ausschließlich zum Verbinden der Elemente 22, 23 und 24 dienen.

In Fig. γ ist eine Variante abgebildet, bei der die Manschette 2 des nicht abgebildeten Arbeitsbehälters 1, dessen Rotationsachse hier wieder 21 ist, eine Felge 41 hat, die sich auf eine Rollkonstruktion 42 stützt, die ihrerseits über eine Kügel- und Rollenlägerkonstruktion 43 mit einem Stift 44 verbunden ist. Dieser Stift ist im Stützring 6 befestigt.

In I*ig. 8 ist eine weitere Variante dargestellt, in der die beschriebene Rolle 42 nicht am Stützring, sondern im Gregenteil an der Felge 41 des Arbeitsbehälters befestigt ist.

In den beiden letztbeschriebenen Varianten ist es für eine gute Unterstützung des Arbeitsbehälters ausreichend, wenn derartige Rollen 42 an wenigstens 3 Stellen des Umfangs befestigt sind.

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Claims (8)

Pate η t a η s ρ r ü c he

1. Ein.rioh.tung mit einem in ihr enthaltenen Arbeitsbehälter zum Aufnehmen und Abgeben von Mediumströmen, die eine große Temperatürdifferenz in Bezug auf die Umgebung aufweisen, wobei die Mediumströme in den Arbeitsbehälter eingebracht oder von ihm abgeführt werden mittels wenigstens einer mit ihm gekuppelten Rohrleitung, die eine Strömungsverbindung zwischen einem Anschlußkanal des Arbeitsbehälters und einem Ansohlußkanal eines anderen Installationsteils bildet und wobei der Arbeitebehälter mit einem Fundament befestigt ist mittels einer Verbindungskonstruk1?ion, die in allen räumlichen Sichtungen Unterstützungskräfte aufbringen kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungskonstruktion eine Schwingungsbewegung des Arbeitsbehälters gestattet. .

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schwingungsbewegung als Oszillation um eine (stationäre) Rotationsachse dee Arbeitsbehälters ausgeführt wird, wobei · die Verbinduttgskonstruktion als wenigstens eine, den Arbeitsbehälter umgebende Lagerkonstruktion ausgeführt ist, in welcher eine Anzahl Lagerelemente eingeschlossen sind, die eine abrollende Bewegung ausführen können, wobei diese Lagerelemente an wenigstens einer Seite ihrer Rollachse mit einer ersten Rollbahn in Berührung sind und an der anderen Seite gestützt werden, vorzugsweise durch einen Stützring, der entweder mit

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mit einer zweiten Rollbahn oder mit Lagerzapfen für die Lagerelemente ausgeführt ist, wobei die thermische Ausdehnung der vorerwähnten Rohrleitung in eine durch die Yifärme hervorgerufene Rotation des Arbeitsbehälters um seine Rotationsachse umgesetzt wird. _k

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerkonstruktion über ihren Umfang aus demontablen Segmenten zusammengebaut ist, die in Radialrichtung entfernt werden können.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von jeder mit dem Arbeitsbehälter verbundenen Rohrleitung eine gerade Linie", welche die geometrische Verbindung zwischen dem Anschlußkanal des Arbeitsbehälters und dem Anschlußkanal des anderen Installationsteils bildet, im wesentlichen tangential in Bezug auf einen Kreis^richtet ist, der vom Mittelpunkt der Schwingungsbewegung aus beschrieben wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die geraden Linien zwischen den Anschlußkanälen jeder Rohrleitung bei Verwendung mehrerer Rohrleitungen radial-symmetrisch derart gerichtet sind, daß die Schwingungs- oder Oszillationsbewegungen, die infolge der Längenänderungen der Rohrleitungen eintreten können, in Drehrichtung immer in gleichem Sinne gerichtet sind.

6. ' - Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche»

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dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Teil der Lagerkpnstruktion mittels einer um den Arbeitsbehälter angeordneten Manschette am Arbeitsbehälter befestigt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Wärmeisolierungsmaterial in dem Raum zwischen der Außenwand des Arbeitsbehälters und der Verbindungsmanschette angeordnet ist. '

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsbehälter als Dampferzeuger ausgeführt ist ο

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