DE1675091B1

DE1675091B1 - Abwaelzfuehrung

Info

Publication number: DE1675091B1
Application number: DE19681675091
Authority: DE
Inventors: Werner Pauli
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1968-02-02
Filing date: 1968-02-10
Publication date: 1970-03-05
Also published as: CH485958A; FR1595052A; NL6803732A

Description

Die Erfindung betrifft eine Abwälzführung für einen Wärmedehnungen unterworfenen Körper, insbesondere Reaktorkern. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung der Abwälzführung.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem festen Widerlager und dem Körper an sich bekannte Lagerkörper mit gekrümmten Abwälzflächen, bei welchen die Summe der Krümmungsradien der Abwälzflächen an jeweils einem Paar Abstützpunkten größer ist als deren Abstand, peripher um einen Zentralpunkt des abgestützten Körpers derart angeordnet sind, daß sie sich bei Wärmedehnungen des abgestützten Körpers in Dehnungsrichtung abwälzen und dadurch den Körper zentrierende Rückstellkräfte hervorrufen.

Aus »Der Bauingenieur«, Heft 5, 1963, S, 186, sind zwar Lagerkörper der oben definierten Art bekannt, jedoch ist dort nur beabsichtigt, die Hertzsche Flächenpressung zu vermindern. Die Brücke nach der genannten Literaturstelle ist an einem Ende fest eingespannt. Im Gegensatz dazu erfolgt die Abstützung des Wärmedehnungen unterworfenen Körpers nach der vorliegenden Erfindung nur über die Abwälzkörper, die peripher um einen Zentralpunkt des abgestützten Körpers angeordnet sind. Durch diese Anordnung findet eine Zentrierung des abgestützten Körpers statt, und zwar unabhängig von der Größe der Wärmedehnung. Durch diese Anordnung und die Form der Lagerkörper wird jede außenmittige Bewegung des abgestützten Körpers verhindert. An eine Zentrierungsfunktion der Lagerkörper war bei der bekannten Konstruktion nicht gedacht.

Vier Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen an Hand der Zeichnungen erläutert werden. Es zeigt

Fig. la, Ib eine Prinzipzeichnung zur Erklärung der Wirkungsweise,

F i g. 2 eine weitere Prinzipzeichnung,

Fi g. 3 im Querschnitt ein Lagersystem,

Fig. 4a einen Kernreaktor mit Verwendung des Lagersystems,

F i g. 4b einen Querschnitt entlang der Linie 4b-4b in Fig. 3a,

F i g. 5 schematisch eine weitere Verwendungsform,

F i g. 6 schematisch noch eine weitere Verwendungsform.

In Fig. la ist mit 1 ein Lagerkörper bezeichnet, der auf einer starren Unterlage 2 aufliegt Und ein gelagertes Element 3 unterstützt. Das gelagerte Element, das ein Gewicht G habe, befinde sich in seiner Ausgangslage, in welcher Lage der Lagerkörper 1 vertikal steht. Die einander gegenüberstehenden Abwälzflächen 4 und 5 des Lagerkörpers sind Ausschnitte aus einer Kugelfläche. Die Höhe des Lagerkörpers ist mit 2H bezeichnet.

Die Abwälzflache 4 weist einen Radius R₁ mit Zentrum Z_x, die Abwälzfläche 5 einen Radius R₂ mit Zentrum Z₂ auf. Beide Radien sind gleich groß angenommen. Der Berührungspunkt zwischen Lagerkörper und Unterlage ist mit A, der zwischen Lagerkörper und gelagertem Element 3 mit B angedeutet. Das Gewicht G und dessen Reaktionskraft, die in den Berührungspunkten B bzw. A angreifen, verlaufen durch die vertikale Achse x-x des Lagerkörpers. Für den gezeigten Lagerkörper gilt, daß die Summe der Krümmungsradien R₁ und R₂ um mindestens 1% größer ist als der Abstand der Punkte A und B.

Bei einer Verschiebung (Fig. Ib) des gelagerten Elementes 3 in der Zeichenebene nach rechts, z. B. unter dem Einfluß einer Temperaturausdehnung, dreht sich der Lagerkörper im Uhrzeigersinn, wobei das Gebiet 6 der Abwälzfläche 4 und damit das gelagerte Element 3 um den Betrag H angehoben wird. Das Gebiet 7 der Abwälzfläche 6 wickelt sich auf der starren Unterlage 2 ab. In der neuen Lage des Lagerkörpers greifen das Gewicht G und die Reaktionskraft in den neuen Berührungspunkten C bzw. D

ίο an, die in einem Abstand Ci₁ bzw. a₂ von der vertikalen Achse x-x liegen. Die Wirkungslinien der beiden Kräfte haben einen Abstand α. Wie ersichtlich, hat sich ein Rückstell moment G Ui₁ + a₂) = G · α gebildet, das bei einer Temperatursenkung des gelagerten Elementes 3 den Lagerkörper im Gegenuhrzeigersinn zurückdreht und damit das gelagerte Element in die Ausgangslage zurückdrückt. Die beschriebenen Vorgänge spielten sich in der Zeichenebene ab. Da die Abwälzflächen 4 und 5 Kugelflächen sind, können die Vorgänge in jeder Ebene durch die vertikale Achse x-x des Lagerkörpers stattfinden, abhängig von der Richtung der Bewegung des gelagerten Elementes 3.

Es ist auch möglich, die Abwälzfiächen 4 und 5 ' als Zylinderflächen zu gestalten. In diesem Fall ist die Beweglichkeit auf eine Ebene beschränkt. Die Abwälzflächen können auch Tonnenflächen sein. Mit Tonnenfläche ist hier eine Krümmungsfläche gemeint, die in zwei senkrecht zueinander stehenden Ebenen konstante, aber verschiedene Krümmungsradien auf-.

weist.

Abwälzflächen mit nicht konstantem Krümmungsradius können auch Verwendung finden, z. B. Abwälzflächen, die Ausschnitte aus einem Ellipsoid sind. Durch sinngemäße Wahl der Abwälzflächen kann somit der Verlauf der Rückstellkraft variiert werden.

Die Krümmungsradien der beiden Abwälzflächen brauchen nicht gleich groß zu sein, weder brauchen die Abwälzflächen selbst dieselben Abmessungen zu haben.

Die bei Kugel- oder Walzenlagerkörpern infolge Bearbeitungsfehlern auftretenden Unrundheiten können theoretisch auch ein Rückstelimoment zur Folge haben, sofern die Lagerkörper im Sinne der Erfindung zwischen den Widerlagern angeordnet sind. Solche Unrundheiten sind aber so klein, daß sie die Rollreibung des Lagerkörpers nicht überwinden können und somit praktisch nicht von Bedeutung sind. Der um 1% höher als der Abstand der Angriffspunkte gewählte Mindestwert für den Unterschied zwischen der Summe der Krümmungsradien und dem Abstand der Angriffspunkte stellt sicher, daß Lagerkörper mit durch ungewollte Unrundheiten hervorgerufenen Rückstellmomenten praktisch ausgeschlossen sind. Die Beziehung zwischen den Radien der Abwälzflächen und dem Abstand der Angriffspunkte ist an Hand der Fig. 2 abgeleitet worden. Der Bogen6 mit Radius R₃ und Zentrum Z₃ stellt einen Teil der Abwälzfläche der oberen Hälfte des Lagerkörpers in ausgelenkter Lage dar. Die Drehung des Lagerkörpers unter dem Einfluß der Verschiebung des gelagerten Elementes 3 ist durch den Winkel 17 gegeben, die daraus resultierende Ausweichung des geometrischen Schwerpunktes S durch H₁.

Aus den geometrischen Verhältnissen in der Figur ergibt sich, daß a_x = (R₃ — H) sin η. Für die Ausweichung der (nicht gezeichneten) gegenüberliegenden Hälfte des Lagerkörpers gilt a₂ = (R₄ — h) sin q, wobei R₄ der Radius der Abwälzfläche dieser Hälfte ist. R₄. ist nicht notwendigerweise gleich R₃. Der Abstand

ORIGINAL IMSPECTED

a = U₁ + £ί₂ der Wirkungslinien des Gewichts G und dessen Reaktionskraft ist

a = (R₃ - H) sin ·, + (R₄ - H) sin ; .
= (K₃ + R₄-2//) sin 7 ,

= (R₁

worin Iv die Gesamtverschiebung des gelagerten Elements 3 aus der Ruhelage ist. Für das Riiekstellmoment auf dem Lagerkörper gilt

G-a = P-2H

Die Rückstellkraft muß kleiner sein als die Reibungskraft zwischen Lagerkörper und gelagertem Element bzw. Unterlage, weil sonst ein Rutschen auftritt. Für einen Reibungskoeffizienten ■>. gilt:

ο V»* -

R₃

2/7

2H , — + 1 .

F i g. 3 zeigt ein Lagersystem mit einem Lagerkörper 9 gemäß der Erfindung, der sich zwischen zwei im wesentlichen parallelen, harten und fein bearbeiteten Widerlagern 10 und 11 befindet. Das Widerlager IO ist mittels eines Ringes 12 mit Flansche 13 und Bolzen 14 fest auf einer Unterlage 15 befestigt. Das Widerlagerll ist mittels eines Ringes 16 und der Bolzen 17 am gelagerten Element 18 befestigt. Der Lagerkörper 9 ist von einem Zylinder 19 umgeben, der mit dem Ring 12 des Widerlagers 10 verbunden ist. Am Umfang des Lagerkörpers sind paarweise vier Ringe 20 angeschweißt. Zwischen jedem Paar Ringe befindet sich ein elastisches Element, z. B. ein Gummiring 21. Die Gummiringe zentrieren beim Herablassen des gelagerten Elementes 18 auf das Lagersystem den Lagerkörper 9 in vertikaler Lage. Die elastischen Elemente können auch aus etwa im Zickzack gefalteten Federblechstreifen bestehen. Der Lagerkörper selbst besteht aus zwei Scheiben 22 und 23, die mittels Hohlkörper, z. B. der Rohrstücke 24 und 25, miteinander verbunden sind. Die Scheiben 22 und 23 weisen einseitig eine schwach gekrümmte Abwälzfläche 26 bzw. 27 auf.

Im folgenden ist die erfindungsgemäße Verwendung des Lagersystems beispielsweise für die Abstützung eines Reaktorkerns in seinem Druckgefäß beschrieben.

Der Reaktorkern 29 (Fig. 4a, 4b) besteht aus mehreren nebeneinander angeordneten Moderatorbehältern 30 mit Trennrohren 31, in welchen Spaltstoffstäbe 32 untergebracht sind. Die Moderatorbehälter sind auf neutronenabsorbierenden Tragbalken 33 angeordnet, z. B. auf einem jeden Balken ein Behälter. Die Tragbalken sind über Briden34 miteinander verbunden. Jeder Tragbalken ruht auf vier Lagern35 gemäß Fig. 3. die auf den Innenschultern 36 und 37 des Betandruckgefäßes 38 befestigt sind. Die Lager stehen vertikal, wenn der Kernreaktor nicht in Betrieb ist. Die Moderatorbehälter und die Tragbalken dehnen sich bei der hohen Betriebstemperatur im" Reaktor aus. Durch die Anwesenheit der Lager 35 ist der ganze Reaktorkern zentrierend gelagert, d. h.. er kann sich in allen Richtungen ausdehnen, während sieh die Mitte des Kerns ίο immer an derselben Stelle befindet. Bei einer Abnahme der Wärmedehnung drücken «iie in den Lagern entwickelten Rückstellmomente die Reaktorkernteile in ihre alte Lage zurück. Der Reaktorkern kommt immer wieder in diese Lage /drück: er kann nicht »wandern«. Der Reaktorkern ist einerseits an eine Kühlmittelwrteilleitung 39 und andererseits an eine Kühlmittelsammelleitung 40 angeschlossen. Die Aufteilung des Reaktorkerns in mehrere Teile ist sowohl für die Fertigung des Kerns als auch für den Einbau in das Druckgefäß vorteilhaft, d-s die Transportmittel und Transportvoluinina klein >«ind. Auch können die Einfuhröffnungen in das Druckgefäß klein gehalten werden.

F i g. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, wobei die Lagerkörper schon in ihrer Ausgangslage eine ausgelenkte Lag. einnehmen. Vor dem Herablassen eines Reaktorkerns 45 auf die Lagerkörper 46 sind diese in ausgelenkter, gegeneinandergeneigter Lage gehalten. Wie ersichtlich, haben die Lagerkörper ein nach außen gerichtetes Rückstellmoment. Der Vorteil dieser Anordnung ist. daß die Lagerkörper den ganzen Reaktorkern in seiner Mittellage fixieren. Bdm Anfahren des Reaktors, d. h. bei zunehmender Wärmeausdehnung werden die Lagerkörper radial nach außen gedreht, bis sie bei voller Betriebstemperatur ihre vertikale Lage erreichen, wobei die Längsv.mmetrieachse y-y der Lagerkörper annähernd vertikal steht. In diesem Zustand sind die Lagerkörper symmetrisch belastet, es tritt keine besonders bei der hohen Betriebstemperatur schädliche Eckbela^tung der Lagerkörper auf. Um die Lagerkörper bdm Herablassen des Reaktorkerns in der gewünschten ausgelenkten Lage zu halten, können beispielsweise magnetische, abgeschrägte Blöcke verwendet werden, die, sobald der Reaktorkern auf den Lagerkörper zu ruhen gekommen ist, entfernt v, erden können.

F i g. 6 zesut ein Ausführungsbeispiel, wobei die Lagerkörper des Reaktorkerns vor dessen Herablassen vorübergehend durch geeignete Mittel in einer derart ausgelenkten Lage.4 gehalten sind, daß sie bei ungefähr halber Betriebstemperatur (z. B. ausgedrückt in C) des Reaktorkerns annähernd vertikal stehen (Lage B). Bei zunehmender Betriebstemperatur und folglicher Ausdehnung des Reaktorkerns lenken die Lagerkörper weiter nach außen aus. bis sie bei voller Betriebstemperatur die Lage C einnehmen. Der Vorteil dieser Anordnung ist, daß die Auslenkung des Lagerkörpers aus der vertikalen Lage, d. h. die Auslenkung des Lagerkörpers zwischen Stillstand und

<>o Vertikalstellung bzw. zwischen Vertikalstellung und Betriebszustand des Reaktors, nur halb so groß ist als bei der Anordnung gemäß Fig. 4a, 4b. Somit ist auch die Rückstellkraft der Lagerkörper nur halb so groß und demzufolge die Reibungskraft der Ruhe. Es ist daher bei einer solchen Anordnung eine Rückstellkraft zulässig, die zweimal so groß ist als bei einer Anordnung gemäß F i g. 4a.4b,ohnedaßeinRutschen auftritt.

Claims

Palentansprüche:

1. Abwäizführung für einen Wärmedehnungen unterworfenen Körper, insbesondere Reaktorkern, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem festen Widerlager und dem Körper an sich bekannte Lagerkörper mit gekrümmten Abwäizllächcn. bei weichen die Summe der Krümmungs radien der Abwälzflachen an jeweils einem Paar Abstützpunkten größer ist als deren Abstand. peripher um einen Zentralpunkt des abgestützten Körpers derart angeordnet sind, daß sie sich bei Wärmedehnungen des abgestützten Körpers in Dehnungsrichtum: abwälzen und dadurch den Körper zentrierende Rückstcllkräfte hervorrufen.

2. Abwälzführung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkörper mittels elastischer Elemente (21) innerhalb eines Hohlkörpers (19) zentriert ist.

3. Verwendung der Abwälzführung nach Anspruch 1 zur Abstützung eines Reaktorkerns auf einem Fundament, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerkörper vor dem Anbringen des Reaktorkerns sich in einer derart ausgelenkten Lage befinden, daß sie bei voller Betriebstemperatur des Reaktorkerns annähernd vertikal stehen.

4. Verwendung der Abwälzführung nach Anspruch 1 zur Abstützung eines Reaktorkerns auf einem Fundament, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerkörper vor dem Anbringen des Reaktorkerns sich in einer derart angelenkten Lage befinden, daß sie bei ungefähr halber Betriebstemperatur des Reaktorkerns annähernd vertikal stehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen