DE2165408A1

DE2165408A1 - Behälter für unter hohem Druck stehende Fluide

Info

Publication number: DE2165408A1
Application number: DE19712165408
Authority: DE
Inventors: Donald Maidenhead Berkshire; Smith John Reginald Ruislip Middlesex; Crowder Richard Marlow Buckinghamshire; Langan (Großbritannien)
Original assignee: Taylor Woodrow Construction Ltd., Southall, Middlesex (Grossbritannien)
Priority date: 1970-12-31
Filing date: 1971-12-29
Publication date: 1972-08-03
Also published as: FR2121172A5; JPS5642793B1; DE2165408C2; GB1354280A

Description

Dipl.-Ing. H. MITSCHERUCH 8 MÖNCHEN 22.

Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN sw~d.xwrae.io

Telefon: (0811) '29 66 84

Dr. rer. nat. W. KÖRBER
PATENTANWÄLTE

G/Ne

29. Dezember 1971

TAYLOR WOODROW CONSTRUCTION LIMITED,

34-5 Ruislip Road,

Southall, Middlesex / England

P at ent anmel dung Benälter für unter hohem Druck stehende Fluide

Die. Er findung "betrifft einen Behälter für unter hohem Druck stehende Fluide, die auch eine hohe Temperatur haben können und/oder radioaktiv sein können. Unter "hohem Druck" sind

hierbei Drücke in der Grössenordnung von 280 Kp/cm bis

840 Kp/cm und unter "hoher Temperatur" Temperaturen von über 5OO⁰ C zu verstehen.

Die bekannten Behälter dieser Art sind entweder mit einfachen Stahlwandungen oder Verbundstahlwandungen'versehen, die so bemessen und ausgebildet sind, dass sie die gesamten durch den Innendruck ausgeübten Kräfte aufnehmen können. Es sind auch Behälter dieser Art aus Spannbeton bekannt, bei denen der Spannbeton eine mit dem Beton verbundene und ständig mit ihm zusammenwirkende undurchlässige Stahlhaut umgibt und die Dicke der Spannbetonwandungen und die Grosse der in ihnen erzeugten Vorspannkräfte derart bemessen sind, dass die durch den Innendruck im Behälter ausgeübten Kräfte aufgenommen werden können, ohne dass in dem Beton Zugspannungen auftreten.

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Bei Behältern mit Stahlwandungen wird mit zunehmendem Innendurchmesser des Behälters und zunehmenden Innendruck eine Grenze erreicht, bei der die Dicke der Stahlwandungen so gross wird, dass es schwierig wird, den Stahl einwandfrei zu ein-er zusammenhängenden Konstruktion zu schweissen und die Schweissnähte zu untersuchen. Wegen der grösseren Wandungsdicke bei Spannbetonwandungen werden diese insbesondere für Behälter zur Aufnahme von radioaktiven Stoffe bei hohen Temperaturen und mit hohem Innendruck bevorzugt. Jedoch sind auch hier Grenzen hinsichtlich der Herstellung der Wandungen für die hohen Be-

^ anspruchungen durch den Innendruck- und die Temperatur gesetzt.

W Hierzu ist zu beachten, dass

1) in bestimmten Wandungsbereichen die Betonhülle durch Kräfte beansprucht wird, die gleich dem Innendruck oder grosser als dieser sind und periodisch zwischen diesen hohen Werten und Null wechseln; wenn solche Beanspruchungen ihrer Art nach gleich der einachsigen Betonfestigkeit sind, so kann dies unerwünscht sein, da die Ermüdungseigenschaften von Beton unter komplexen Beanspruchungen nicht bekannt sind;

2) eine obere Grenze für die Temperatur besteht, der Beton ohne strukturelle Schäden ausgesetzt werden kann; die undurchlässige Stahlhaut kann zwar ein Isoliersystem enthalten; die an die Art und Form eines solchen Isolier-

Jk systems zu stellenden Anforderungen können äoer so gross sein, dass der Aufwand für das Isoliersystem grosser sein kann als der für die Betonumhüllung;

3) die zeitabhängigen Bewegungen, die bei hochbeanspruchtem Beton bei hohen Temperaturen auftreten, können sich auf die auskleidende Stahlhaut und/oder die ihr innerhalb der Betonumhüllung zugeordneten Teile schädlich auswirken und können auch zu erheblichen Verlusten an Vorspannkräften führen, so dass die Spannglieder von Zeit zu Zeit nachgespannt werden müssen;

4) bei den bekannten Behältern aus Spannbeton, die für sehr hohe Innendrücke bemessen sind, die benötigten Vorspannkräfte so gross sind, dass erhebliche Probleme hinsichtlich

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der Ausbildung einer wirtschaftlichen Konstruktion auftreten, die die Vorspannkräfte ohne Zusammenbruch aufnehmen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Behälter der angegebenen Art derart auszubilden, dass die höchsten Innendrücke und die höchsten Temperaturen ohne Schwierigkeiten und ohne Schaden aufgenommen werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäss der Erfindung darin, dass zur Aufnahme des Fluides ein Innenbehälter angeordnet ist, dessen beide Stirnenden zur Aufnahme der durch Innendruck im Innenbehälter auf die Stirnenden ausgeübten axialen Druckkräfte gegen einen Aussenbehälter abgestützt sind und dessen Seitenwandung zwischen den Stirnenden mit einer Umhüllung versehen ist, die bei Innendruck im Innenbehälter die auf die Seitenwandung ausgeübten radialen Druckkräfte aufnimmt.

Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Pig. 1 einen Axialschnitt durch den Behälter nach der Erfindung, Fig. 2 eine Draufsicht auf den Behälter, Fig. 3 einenAxialschnitt durch einen Teil des Behälters in

vergrösserter Darstellung,
Fig. 4- und 5 cLer Fig. 3 entsprechende Axialschnitte durch

andere Teile des Behälters,
Fig. 6 einen der Fig. 5 entsprechenden Schnitt durch eine etwas

abgeänderte Ausbildung, und
Fig. 7 einen den Fig. 4 bis 6 entsprechenden Axial schnitt einer Einzelheit in vergrösserter Darstellung.

Der in der Zeichnung dargestellte Behälter besteht aus einem zylindrischen Innenbehälter Λ aus Stahl und einem diesen umgebenden Aussenbehälter 2 aus Spannbeton, die mit ihren senkrechten Längsachsen gleichachsig ineinander angeordnet sind. Der Behälter könnte jedoch auch so angeordnet sein, dass die gemeinsame Achse des Innenbehälters 1 und des Aussenbehälters 2 von

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der Senkrechten abweichend jede andere Richtung haben könnte. Der zylindrische Innenbehälter 1, der an beiden Stirnenden 3 und 4 jeweils durch eine fest angeordnete flache Stirnplatte verschlossen ist, besteht ganz aus Stahlblech bzw. Stahlplatten einer solchen Dicke, dass er noch gut herstellbar ist. Um die äussere Umfangsfläche der zylindrischen Seitenwandung ist auf der gesamten Höhe des Innenbehälters eine Umwicklung aus in Lagen angeordnetem Stahldraht angebracht (vgl. K.g. 3) > die beim Umwickeln der Stahlwandung des Innenbehälters wenigstens in solchem Umfang gespannt wird, dass die lagenweise Anordnung der Umwicklung gesichert ist. Die Zugspannung kann dabei nur so gross sein, dass im wesentlichen keine Kraft auf die Stahlwandung ausgeübt wird, wobei dann die Beanspruchung der Behälterwandung von Druck auf Zug übergeht, wenn der Innenbehälter 1 unter Innendruck kommt. Die Zugspannung in der Umwicklung 5 kann aber auch so gross sein, dass in der Stahlwandung immer Druckspannungen vorhanden sind. Ein nach aussen vorspringender unterer Umfangsrand 44 der unteren Stirnplatte und ein oberer Eingflansch 6 des Innenbehälters halten die Lagen der Umwicklung 5 in ihrer Lage.

Die Dicke der Stahlwandung des Innenbehälters 1 und die Anzahl der Lagen der Umwicklung 5 sowie deren Anordnung und Spannung werden den betrieblichen Erfordernissen entsprechend gewählt. Bei der dargestellten Ausführungsform, bei der der Innenbehälter z. B. einen Innendurchmesser von 3,05 m und eine Höhe bzw. axiale Länge von etwa 12 m haben kann, können die zylindrische Seitenwandung und die beiden Stirnplatten aus 0,5 bis 5 cm dicken Plusstahl bestehen, und die Umwicklung 5 kann aus sechs Lagen Stahldraht mit einem Durchmesser von etwa einem halben Zentimeter bestehen, der mit einer geringen Nennspannung von vorzugsweise etwa 3,5 bis etwa 70 Ep/cm um die Stahlwandung herumgewickelt wird. Gegebenenfalls kann der Stahldraht aber auch mit höherer Zugspannung gewickelt werden. Anstelle von Lagen aus Stahl draht können auch Spannglieder in Form von litzenförmigen Stahlbändern oder im Querschnitt prismatische Spannglieder um die Stahlwandung des Innenbehälters 1 herumge-

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wickelt werden. Derartige Spannglieder können auch lose um die Stahlwandung herumgelegt und mittels Druckpressen oder sonstiger Druckstiicke in radialer Eichtung auf der zylindrischen Stahlwandung abgestützt werden, um auf den Innenbehälter eine aktive Kraft auszuüben oder für diesen eine passive Rückhaltekraft zu bilden.

Der Innenbehälter 1 ist in einem im Querschnitt zylindrischen Hohlraum 7 cLes aus Spannbeton bestehenden Aus s enb ehält er s 2 so angeordnet, dass zwischen der Aussenseite der Umwicklung 5 des Innenbehälters und der zylindrischen Innenfläche des Hohlraumes 7 des Aussenbehälters ein im Querschnitt ringförmiger Zwischenraum besteht, und die Stirnplatte am unteren Ende 4-des Innenbehälters 1 fest auf dem Boden des Hohlraumes 7 aufsitzt. Der ringförmige Zwischenraum kann in radialer Eichtung so bemessen sein, dass sich Personen in dem Zwischenraum bewegen können, um die Umwicklung 5 kontrollieren und die Entstehung von irgendwelchen Lockerungen und Fugen beobachten zu können. Im oberen Ende des Hohlraumes 7 ist ein pfropfenartiger Verschluss- und Stützkörper 8 aus Spannbeton angeordnet, der die obere Stirnplatte bei Innendruck in dem Innenbehälter 1 von aussen belastet und durch Stütz- und Ab Standsglieder 9 ia. seiner Lage gehalten wird, die sich ihrerseits gegen ein ringförmiges Widerlagerglied 2A aus Spannbeton abstützen, das den oberen Eandteil des Aussenbehälters 2 bildet. Anstelle des pfropfenartigen Verschluss- und Stützkörpers aus Spannbeton könnte auch ein elliptischer oder kreisförmiger Körper aus Stahl angeordnet sein. Bei der dargestellten Ausführungsform sind im gleichen Umfangsabstand voneinander zehn Stütz- und Abstandsglieder 9 angeordnet, die jeweils einen Durchmesser von etwa 76 cm und eine Länge von etwa 15Ο cm haben. Die Stütz- und Abstandsglieder 9 sind dabei als starre Stempel ausgebildet, zwischen denen und dem Viderlagerring 2A Abstandsstücke 10 angeordnet sind, die zum Lockern und Abnehmen der Stützstempel sowie zum Abheben des Verschluss- und Stützkörpers 8 weggenommen werden können. Hierdurch ist ermöglicht, den Innenbehälter 1 mit den an seinen Stirnenden 3, 4 befestigten Stirnplatten und seiner Umwicklung 5 aus dem Aussenbehälter 2 z. B. ,

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zu Kontrollzwecken oder zum Auswechseln herauszunehmen. Bei einer nicht dargestellten abgeänderten Ausführungsfomi kpnnen die Stützstempel z. B. in !Form von Schraubenspindeln oder als hydraulische Stempel in ihrer Länge ein- und feststellbar ausgebildet sein, derart, dass ihre Stützlänge durch Ausziehen oder Ausschieben zum Aufbringen einer axialen Belastung des Innenbehälters und zum Ausgleich der Beanspruchung beim Unterdrucksetzen des Behälters geändert werden kann.

Der Verschluss- und Stützkörper 8 wirkt in Verbindung mit dem Stützstempeln 9 und dem Widerlagerring 2A einer axialen Bewegung der oberen Stirnplatte nach aussen bzw. oben entgegen. Ebenso wirkt der Boden 2B des Aussenbehälters 2 einer axialen Bewegung der unteren Stirnplatte des Innenbehälters 1 nach aussen bzw. unten entgegen. Der Boden 2B des Aussenbehälters 2 muss daher dementsprechend bemessen sein. Bei der dargestellten Ausführungsform kann der Aussendurchmesser des Aussenbehälters 2 etwa 9,75 m und seine axiale Länge bzw. seine Höhe etwa 24- m betragen. Bei solchen Abmessungen kann der Verschluss- und Stützkörper 8 eine axiale Länge bzw. Höhe von z. B. 4,25 Hi der Widerlagerring 2A eine Höhe von 3,65 m und der Boden 2B des Aussenbehälters 2 eine axiale Dicke von 6,70 ι haben.

Der Beton des Aussenbehälters 2 ist durch längs verlauf ende Spannglieder 11, die in der Zeichnung nur angedeutet sind, vorgespannt. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Spannglieder 11 mit untereinander gleichen Abständen in drei konzentrischen Eingreihen angeordnet, von denen die innere Ringreihe bei einem Radius von etwa 2,95 m z. B. achtundzwanzig Spannglieder, die mittlere Ringreihe bei einem Radius von 2,75 m zweiunddreissig Spannglieder und die äussere Ringreihe bei einem Durchmesser von etwa 3»35 m sechsunddreissig Spannglieder enthält. Ausserdem sind zusätzlich zu der Längsvorspannung durch die Spannglieder 11 der Widerlagerring 2A, der .Verschluss- und Stützkörper 8 und der gesamte Boden 2B des Aussenbehälters 2 unter dem Hohlraum 7 nach in Umfangsrichtung jeweils durch Spannglieder 12 vorgespannt, die auf die äussere

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Umfangsfläche der betreffenden Behälterteile gewickelt sind. Bei der dargestellten Ausführungsform können die Spannglieder 12 aus Stahldrähten mit einem Durchmesser von etwa einem halben Zentimeter aus hochzugfestem Stahl mit einer garantierten spezifischen Zugfestigkeit von 70 % bestehen und an dem Widerlagerring 2A sowie an dem Verschluss- und Stützkörper 8 in sechs Lagen und im Bereich des Behälterbodens 2B mit' zehn Lagen angeordnet sein. Anstelle der Wickellagen der Spannglieder 12 können der Behälterboden 2B und der Verschluss- und Stützkörper 8 auch mit Stahlstäben oder -bändern bewehrt sein.

Zwischen den Stirnplatten am oberen und unteren Stirnende 3 bzw. 4 des Innenbehälters 1 und dem Verschluss- und Stützkörper 8 sowie dem Behälterboden 2B ist jeweils ein reibungsminderndes Element 13 angeordnet, das zwischen der jeweiligen Stirnplatte und einer Deckplatte 14 eingebettet ist, die jeweils die Stirnfläche des Verschluss- und Stützkörpers 8 bzw. des Behälterbodens 2B begrenzt und mit dieser verbunden ist. Das reibungsmindernde Element 13 ist bei der dargestellten Ausführungsform durch eine Schicht oder durch Kissen aus einem Material geringer Reibung gebildet. Es könnte statt dessen aber auch durch eine ein Schmiermittel enthaltende Schichtung allein gebildet oder eine reibungsmindernde Vorrichtung aus einer Kombination einer solchen Schichtung mit Hollen und/oder Kugellagern oder eine Anordnung von in radialer Richtung flexiblen Abstützungen angeordnet sein, die alle mit Kissen aus einem Material geringer Reibung kombiniert sein können.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist in der oberen Stirnplatte des Innenbehälters 1 eine mittlere Zugangsöffnung angeordnet, an die sich ein durch den Verschluss- und Stützkörper 8 hi η durchgehender Einsteigschacht 15 anschliesst. Dieser ist durch einen Innendeckel 16 verschliessbar. Ausserdem ist die obere Stirnplatte als Ganzes wegnehmbar und hierzu an dem oberen Ringflansch 6 gemäss KLg. 7 durch eine Vielzahl von z. B. sechzig Bolzen 17 lösbar befestigt, die durch im gleichen TJmfangsabstand voneinander im Umfangsrand der Stirnplatte ange-

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ordnete Bolzenlöcher hindurchgeführt und in Gewindebohrungen des Eingflansches 6' eingeschraubt sind. Auf der Innenseite der Bolzen 17 ist ein im Querschnitt kreisförmiger Dichtungsring 19 angeordnet. Statt dessen könnte zwischen der oberen Stirnplatte und der Seitenwandung des Innenbehälters 1 auch eine Dichtung anderer Art angeordnet sein, die den Betriebsbedingungen des Behälters hinsichtlich Temperatur, Druck und Art des im.Behälter aufzunehmenden Fluides entspricht.

Bei einer anderen, nicht gezeigten Ausführungsform des Behälters könnte der Innenbehälter 1 an beiden Enden auch durch Stahlscheiben verschlossen sein, die mit dem Beton des Behälterbodens 2B und des Pfropfens 8 fest verbunden sind. Jede dieser Stahlscheiben ist dabei mit einem kreisförmigen Hand versehen, der in den Innenbehälter hinein vorspringt und einen solchen Aussendurchmesser hat, dass er mit Passitz an der Seitenwandung des Innenbehälters anliegt und unter Zwischenfügung eines Dichtungsringes eine Gleitdichtung bildet. Der Innenbehälter kann bei dieser Ausbildung in axialer Richtung Gleitbewegungen ausführen, ohne dass axiale Kräfte auf ihn übertragen werden.

Wie aus Fig. 1 und 5 ersichtlich ist, kann bei der dargestellten Ausführungsform in den Hohlraum 7 ein mittlerer zapfenförmiger Ansatz 21 des Behälterbodens 2B eingreifen, der von einem von der unteren Stirnplatte des Innenbehälters 1 nach unten vorspringendem Kingflansch 22 umgeben ist, der den Innenbehälter in dem Hohlraum 7 zentriert. Bei der Ausführungsförm nach Fig. 6 ist ein solcher Zentrieransatz nicht angeordnet.

Der beschriebene Behälter ist zur Aufnahme von Wasser unter Druck und zur Simulierung von Bedingungen bestimmt, wie sie in grossen Wassertiefen, z. B. in 74-00 m Tiefe, herrschen. Demgemäss sind auch die Abmessungen des Behälters gewählt. Behälter der gleichen Ausbildung können jedoch auch zur Aufnahme anderer Flüssigkeiten und Fluide als Wasser dienen und entsprechend den unterschiedlichen Verhältnissen hinsichtlich Druck und/oder Temperatur und gegebenenfalls nur für Hochdruck-

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bedingungen ausgestattet sein. Ein Beispiel für die letztgenannten Fälle bildet ein Benälter zur Aufnahme eines Kernreaktors, der ein Siedewasserreaktor, ein gasgekühlter Hochtemperaturreaktor, ein Dampfbildungs-Schwerwasserreaktor oder ein Schnellbrutreaktor mit Flüssigmetall- oder Gaskühlung sein kann. Hierzu können der Verschluss- und Stützkörper 8 sowie der Viderlagerring 2A und die Stützstempel 9 so gestaltet und zueinander angeordnet sein, dass direkte Strahlungswege vermieden und Schutz für Seile gewährleistet ist, die im Falle eines Fehlers, der zur Entwicklung von hohen Drücken und hohen Temperaturen führt, wie sie in einem in dem Innenbehälter 1 angeordneten Kernreaktor vorkommen, stark beansprucht würden. Ausserdem kann der Verschluss- und Stützkörper 8 so ausgebildet sein, dass er Brennstoff röhren, Kontrollstäbe usw. enthält, die zur üblichen Ausstattung eines Kernreaktors gehören. Die angegebenen Abmessungen können dabei allen Sonderfällen angepasst werden.

Wenn in dem Innenbehälter 1 hoher Druck herrscht, so werden die auf die zylindrische Seitenwandung des Innenbehälters ausgeübten radialen Druckkräfte von der Stahlwandimg dieses Behälters zusammen mit der Umwicklung derselben aufgenommen. Da diese Druckkräfte gemeinsam von der Stahlwandung und der Umwicklung aufgenommen werden, ist der Einfluss der Stahlentspannung klein und es ergeben sich keine wesentlichen zeitabhängigen Verluste. Durch entsprechende Wahl der Wanddicke ; des Innenbehälters 1 und der Anzahl der Stahldrähte der Um- \ wicklung 5 und deren Spannung kann der Bereich, in dem die Drähte der Umwicklung beim Unterdrucksetzen des Behälters beansprucht werden, im Verhältnis zur Prüfbeanspruchung geringgehalten werden. Z. B. kann bei dem dargestellten Behälter die maximale Beanspruchung der Umwicklungsdrähte nur etwa 20 % der garantierten Zug- bzw. Bruchfestigkeit betragen. Weiterhin kann die Anordnung, wie bereits erwähnt, derart sein, dass die Stahlwandung nur auf Druck beansprucht wird. Beide Faktoren ermöglichen, dass der Behälter eine lange Ermüdungszeit aufweist, selbst wenn er periodisch mit mehr als einer Million

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Perioden unter einem Innendruck gesetzt wird, der dem der Be-. messung zugrunde gelegten Maximal druck mit etwa 40 % bis 60 % entspricht. Der Zwischenraum zwischen dem Innenbehälter 1 und dem Aussenbehälter 2 gewährleistet ferner, dass der Aussenbehälter 2 durch die auf die zylindrische Seitenwandung des Innenbehälters ausgeübten radialen Kräfte nicht beansprucht wird.

Die axialen Kräfte, die auf die Stirnplatten am oberen und unteren Stirnende 3» 4· des Innenbehälters 1 einwirken, werden von dem Verschluss- und Stützkörper 8 und dem Boden 2B des Aussenbehälters 2 aufgenommen und von diesem auf die anderen (Teile des Aussenbehälters übertragen. In dem Verschluss- und Stützkörper 8, dem Widerlagerring 2A und dem Behälterboden 2B werden Kräfte entwickelt, die bestrebt sind, diese !eile auseinander zu treiben und die durch die Vorspannung in den Lagen der Spannglieder 12 oder der sonstigen Bewehrung des Betons zusammen mit den längsverl auf enden Spanngliedern 11 aufgenommen werden. Die Anzahl und Bemessung der längsverl auf enden Spannnglieder 11 sind so gewählt, dass die gesamten senkrechten Kräfte bei der in !Rechnung gesetzten Belastung aufgenommen werden können, wobei die Dicke des Betons des Aussenbehälters 2 so gewählt ist, dass senkrechte Betonbeanspruchungen mit einer Grosse auftreten, die axiale Verformungen und Bewegungen in der gekrümmten Seitenwandung des Innenbehälters beim Wechsel des Innendruckes auf ein Mindestmass beschränken.

Die Stütz stempel 9 werden bei der Übertragung der Kräfte auf den Widerlagerring 2A auf Druck und/oder Schub beansprucht. Sie sind, wie in der Zeichnung dargestellt, gegenüber der Senkrechten geneigt angeordnet und stützen sich gegen bewehrte Teile ab. Da der Widerlagerring 2A radiale und senkrechte Kräfte sowie Schubkräfte aufnehmen muss, besteht er, wie dargestellt, TOrzugsweise nicht aus einem Stück mit den Seitenwandungen und dem Boden des Aussenbehälters, so dass Biege- und/oder Schubspannungen, die insbesondere durch die Vorspannung erzeugt werden, nicht auf den gesamten Aus s enb ehält er 2 übertragen werden.

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Da der Verschluss- und Stiitzkörper 8 den axialen Kräften widersteht, sind die einzigen Kräfte, die das Öffnen der Dichtung am oberen Ende 3 des Innenbehälters 1 verursachen könnten, die sich aus der axialen Längung des Innenbehälters 1 und der Biegung der oberen Stirnplatte ergebenden Kräfte. Diese Kräfte können aber bei entsprechender Wahl der Dicke der oberen Stirnplatte und der senkrechten Steifigkeit des Aussenbehälters 2 aufgenommen werden. Die Verbindung durch Bolzen ist daher im wesentlichen nur notwendig, um die Dichtung im zusammengedrücktem Zustand zu halten, wenn die maximalen Öffnungskräfte auftreten. Bei einer nicht gezeigten, bevorzugten Ausbildung dieser Dichtung sind die Dichtungsflächen zwischen dem Innenbehälter 1 und der oberen Stirnplatte derart angeordnet, dass die durch diese Teile infolge des Innendruckes ausgeübten Kräfte weiterhin Druck auf die Dichtung ausüben.

Wie bereits erwähnt, wird durch die Anordnung des Zwischenraumes zwischen dem Innenbehälter 1 und dem Aussenbehälter 2 gewährleistet, dass der Aussenbehälter keine radialen Kräfte aufzunehmen braucht. Ausserdem bildet dieser Zwischenraum eine thermische Trennung zwischen dem Beton des Aussenbehälters und dem Stahl des Innenbehälters 1 und lässt zu, dass der Stahl höheren Temperaturen ausgesetzt wird, wie es sonst der Fall wäre, wenn die Isolierung nicht so wirksam wäre. Auch kann gegebenenfalls in dem ringförmigen Zwischenraum ein Kühlmittel angeordnet werden.

Da die gesamten axialen Druckkräfte durch den Beton des Verschluss- und Stützkörpers 8 und des Behälterbodens 2B des Aussenbehälters aufgenommen werden, brauchen die Stirnplatten des Innenbehälters 1 nur so dick zu sein, dass sie den Anforderungen für ihre Konstruktion und ihres druckmitteldichten Abschlusses genügen. Relativ kleine ßadialbewegungen sind an den Grenzflächen zwischen den Stirnplatten und den diesen zugewendeten Betonflächen durch die reib-^ungsmindernden Elemente bzw. Vorrichtungen 3 ermöglicht, so dass unerwünschte Biegungs- und/oder Zugkräfte in dem Stahl der Stirnplatten undden angren-

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zenden Bereichen der Seitenwandung des Innenbehälters 1 vermieden, werden.

Bei einer nicht dargestellten, abgeänderten Ausführungsform könnten die reibungsmindernden Elemente 13 auch weggelassen und statt dessen die Stirnenden des Innenb ehält er s 1 durch entsprechende Wahl der Stahl dicke und der Stahl draht Umwicklung 5 so ausgebildet sein, so dass sie alle Kombinationen von Biegungsbeanspruchungen und radialen Bewegungen aufnehmen können.

Weiterhin ist es möglich, in einem vorgespannten Aussenbehälter der dargestellten Art mehrere zylindrische Innenbehälter anzuordnen, für die die jeweiligen Bedingungen unabhängig voneinander verschieden sein können.

Bei der dargestellten Ausführungsform kann der Irrenbehälter 1 ohne schwierige Schweissarbeiten so hergestellt werden, dass er alle radialen Kräfte aufnehmen kann und keinerlei radialen Kräfte auf den Spannbeton-Aussenbehälter 2 übertragen werden. Der Aussenbehälter dient daher im wesentlichen zur Absetzung der Stirnplatten des Innenbehälters 1, d. h. zur Aufnahme der Achsialkräfte. Hierzu kann der Umfang der Vorspannung des Aussenbehälters auf einem Minimum gehalten werden. Wenn jedoch der Aussenbehälter auch zur Aufnahme radialer Kräfte vorgespannt und/oder auch in der Seitenwandung entsprechend bewehrt wird, so kann der Aussenbehälter, der vorzugsweise für die stärkste Belastung dimensioniert wird, als zweiter Behälter zur Aufnahme von radialen Druckkräften dienen, wenn dies, wie es z. B. beim etwaigen Auftreten eines Fehlers an einem in dem Innenbehälter untergebrachten Kernreaktor der Fall sein könnte, notwendig werden sollte.

Der beschriebene Behälter kann z. B. für Drücke in der G-rössen-Ordnung von 700 Kp/cm oder mehr ausgebildet sein, wobei die Temperatur lediglich durch die Isolierung begrenzt wird, die erforderlich ist, um die Stahltemperatur in annehmbaren Grenzen

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zu halten. Da weiterhin die Seitensteifigkeit und die axiale Steifigkeit der Behälterkonstruktion unabhängig voneinander sind, können Bewegungen bzw. Formänderungen des aus Stahl bestehenden Innenbehälters 1 leicht kontrolliert und den jeweiligen Erfordernissen von geglichen inneren Anlagen, Dichtungen, Fugen, Verbindungen usw. entsprechend begrenzt werden.

Die Dauerfestigkeit der Behälterausbildung nach der Erfindung ist den Betriebserfordernissen in geglicher Hinsicht gewachsen, da (a) die Beanspruchungen des Innenbehälters im wesentlichen Druckbeanspruchungen sein können und die Zugspannungen der Stahldrahtumwicklung 5 so begrenzt werden können, dass sie nur etwa einem Drittel der von üblichen Spanngliedern aufzunehmenden Zugspannungen entsprechen. Weiterhin ändern sich (b) die Spannungen in der übrigen Sp-annglied-Umwicklung und in den im wesentlichen senkrechten längsspanngliedern beim Unterdrucksetzen des Behälters nur wenig, so dass die Spannglieder vorzugsweise entsprechend den bei üblichen Spannbetonbauteilen verwendeten Spanngliedern bemessen werden können, von denen bekannt ist, dass sie eine lange %elt währende Dauerfestigkeit haben. Schliesslich sind (c) die Betonbeanspruchungen bei dem Aussenbehälter geringer als ein Drittel der wahrscheinlichen Ermüdungs-Bruchfestigkeit. Ferner weist der Behälter eine zusammengesetzte Konstruktion auf, bei der durch den aus Beton bestehenden Aussenbehälter eine zusätzliche Sicherheitshülle gebildet ist. Dabei können um den wegnehm^ baren Verschluss- und Stützkörper 8 herum noch Schutzpanzer aus Beton angeordnet werden, derart, dass keine direkten Sichtlinien zu dem Innenbehälter bestehen.

Zu Inspektionszwecken sowie zum Auswechseln oder zur Vergrösserung der Leistung können Teile des Druckbehälters isoliert werden. Z. B, kann der Innenbehälter 1 aus mehreren Abschnitten bestehen, die unter Zwischenfügung von Dichtungen an den beispielsweise durch Flanschen gebildeten Verbindungsstellen durch Bolzen miteinander verbunden sein können und von dem Inspektionsraum aus, der durch den ringförmigen Zwischenraum zwischen

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-lodern Innenbehälter 1 und dem Aussenbehälter 2 gebildet ist, von-. einander gelöst werden könne. Die gelösten Abschnitte des Innenbehälters 1 können dann durch einen Kran zur Inspektion oder zum Auswechseln weggenommen werden. Im Bereich der Verbindungsfuge zwischen der Seitenwandung und dem Boden 2B des Aussenbehälters -2 können zusätzliche Zugänge vorgesehen sein, die eine Inspektion oder ein Auswechseln der unteren Dichtung ermöglichen und auch benutzt werden können, um das Wegnehmen des Innenbehälters 1 zu erleichtern.

Die Spannglieder können gegebenenfalls entspannt, weg-genommen und wieder eingebracht oder ausgewechselt werden.

Im Falle eines Kernreaktors, bei dem ein Wegnehmen des Innenbehälters kaum erforderlich ist, kann anstelle des Verschluss- und Stützkörpers 8, der Stützstempel 9 der Abstandsstücke 10, die zusammen mit dem Widerlagerring 2A gewissermassen einen Stützverschluss für den Hohlraum 7 des Aussenbehälters 2 bilden, ein einziges Verschlussglied angeordnet sein, das durch einen mittleren Betonpfropfen oder eine Betonscheibe gebildet ist, der bzw. die mit dem Aussenbehälter durch schräg verlaufende Spannglieder verbunden ist, die durch den Betonpfropfen oder die Betonscheibe hindurchgehen.

Gegebenenfalls kann der Beton, statt durch in Umf ausrichtung verlaufende Wickellagen aus Stahldraht vorgespannt zu sein, auch nur mit einer üblichen schlaffen Bewehrung versehen sein, oder es kann eine schlaffe Bewehrung zusätzlich zu der Vorspannbewehrung angeordnet sein. In jedem Fall wird ein weitgehend überbestimmtes Konstruktionselement gebildet.

Patentansprüche:

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Claims

- 15 Patentansp rüche

Behälter für unter hohem Druck stehende Fluide, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme des Fluides ein Innenbehaälter (1) angeordnet ist, dessen beide Stirnenden (3, 4-) zur Aufnahme der durch Innendruck im Innenbehälter auf die Stirnenden ausgeübten axialen Druckkräfte gegen einen Aussenbehälter (2) abgestützt sind und dessen Seitenwandung zwischen den Stirnenden mit einer Umhüllung (5) versehen ist, die bei Innendruck im Innenbehälter die auf die Seitenwandung ausgeübten radialen Druckkräfte aufnimmt.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenbehälter (2) als Spannbetonbehälter ausgebildet ist, in dessen Hohlraum (7) der Innenbehälter (1) angeordnet ist.

5. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (7) an dem einen axialen Ende durch den mit der Seitenwandung des Aussenbehälters (2) einen gemeinsamen Betonkörper bildenden Bodenteil (2B) des Aussenbehälters und an dem gegenüberliegenden axialen Ende durch einen wegnehmbaren Stützverschluss (8, 9» 2A) verschlossen ist, der durch die Seitenwandung des Aussenbehälters gehaltert ist.

4-. Behälter nach Anspruch 3? dadurch gekennzeichnet, dass der Stützverschluss einen an dem einen Ende (3) des Innenbehälters (1) angeordneten pfropfenartigen Verschluss- und Stützkörper (8) aufweist, der durch lockerbare Stütz- und Abstandsglieder (9) gegen ein Widerlagerglied (2A) des Aussenbehälters (2) abgestützt ist.

5· Behälter nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet,, dass die Stütz- und Abstandsglieder durch feste Stützstempel (9) und wegnehmbare Abstandsstücke (10) gebildet sind«

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6. Behälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stütz- und Abstandsglieder als Schraubvorrichtungen ausgebildet und in ihrer Länge ein- und feststellbar sind.

7. Behälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stütz- und AbStandsglieder als hydraulische Stützstempel ausgebildet und in ihrer Länge ein- und feststellbar sind.

8. Behälter nach einem der Ansprüche 3 ^is 7> dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbehälter (i) an einem oder beiden Stirnenden (3, 4) durch eine an der Innenfläche seiner Seitenwandung gleitend geführte Stirnplatte verschlossen ist, die gegenüber der Seitenwandung abgedichtet ist und von dem Bodenteil (2B) des Aussenbehälters (2) und/oder dem Stützverschluss (8, 9> 2A) aus vorsteht.

9. Behälter nach einem der Ansprüche 3 bis 7) dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbehälter (1) an jedem Stirnende (3, 4) durch eine fest angeordnete Stirnplatte fest abgeschlossen ist und zwischen jeder Stirnplatte und dem angrenzenden Teil des Bodens (2B) des Aussenbehälters (2) bzw. dem Stützverschluss (8, 9» 2A) eine reibungsmindernde Vorrichtung (I3) angeordnet ist.

10. Behälter nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnplatte des dem Stützverschluss (8, 9> 2A) zugewendeten Stirnendes (3) des Innenbehälters (1) mit einer Öffnung versehen ist, die mit einem in dem pfropfenartigen Verschluss- und Stützkörper (8) angeordneten Einsteigschacht (15) in Verbindung ist und durch einen Innendeckel (16) verschliessbar ist.

11. Behälter nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenbehälter (2) durch längsverlaufende Spannglieder (11) in Längsrichtung vorgespannt ist.

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12. Behälter nach Ansprach 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Aus s enb ehält er (2) durch eine auf seiner Aussenfläche angeordnete Umwicklung aus in Umfangsrichtung verlaufenden Spanngliedern (12) zusätzlich vorgespannt ist.

13· Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbehälter (1) aus Stahl besteht und die Umhüllung (5) seiner Seitenwandung durch eine auf diese gewickelte Wickelbewehrung gebildet ist.

14. Behälter nach Anspruch 13? dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbehälter (1) aus mehreren lösbar miteinander verbundenen Abschnitten zusammengesetzt ist.

15· Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbehälter (1) und der Aussenbehälter (2) zylindrisch gestaltet sind.

Der Patentanwalt

20983?/0651