DE2322520A1 - Verfahren und wandanordnung zum festlegen von bauteilen gegenueber einer elastischen, zusammendrueckbaren zwischenschicht - Google Patents

Verfahren und wandanordnung zum festlegen von bauteilen gegenueber einer elastischen, zusammendrueckbaren zwischenschicht

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Description

Patentanvälte Dipl.-Ing. KWsickmanm,
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Verfahren und Wandanordnung zum Festlegen von Bauteilen gegenüber einer elastischen, zusammendrückbaren
Zwischenschicht
Die Erfindung bezieht sich generell auf Befestigungsanordnungen und insbesondere auf eine Befestigungsanordnung zum Festlegen zweier Bauteile gegenüber einer elastischen, zusammendrückbaren Zwischenschicht, wie auf eine Doppelwandanordnung.
Die Erfindung wird im folgenden insbesondere im Zusammenhang mit der Bereitstellung einer doppelwandigen Wärmebarriere bzw. -sperre beschrieben, die im Innern eines vorgespannten Betonreaktorbehälters für einen Kernreaktor vorgesehen ist. Die Erfindung besitzt jedoch eine breitere Anwendung als hier speziell beschrieben. So ist die Erfindung insbesondere in jedem Fall anwendbar, in welchem Spannungsbelastungen zwischen zv/ei Bauteilen aufgefangen werden müssen, in denen eine relative
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Bewegung zwischen Bauteilen unter Spannungsbelastung aufgefangen werden muß oder in denen ein maximaler Widerstand gegenüber einer Wärmeleitübertragung zwischen Bauteilen gefordert ist.
Bei vielen Arten von Kernreaktoren, bei denen der Reaktorkern, Wärmeaustauscher oder andere Elemente in einem vorgespannten Beton-Reaktorbehälter untergebracht sind, ist im Innern des Druckbehälters eine Wärmebarriere bzw. Wärmetrennwand vorgesehen. In typischer Weise besteht diese Wärmetrennwand aus einer Vielzahl von Platten oder Tafeln, die an der Metallauskleidung für den Druckbehälter in Abstand von dieser befestigt sind, aus einer faserförmigen Wärmeisolationszwischenschicht in dem Zwischenraum zwischen den Tafeln bzw. Platten und der Auskleidung und aus einer Vielzahl von Befestigungsanordnungen, die die Tafeln bzw. Platten gegenüber dem faserförmigen Material festlegen und die die betreffenden Tafeln bzw. Platten an der Auskleidung befestigen bzw. anbringen.
In einem Kernreaktor dieses Typs tritt eine Relativbewegung zwischen den Tafeln bzw. Platten und der Auskleidung auf Grund einer thermischen Ausdehnung und Zusammenziehung der Platten und der Auskleidung auf. Die bisher bekannten Befestigungsanordnungen sind, um diese Bewegung aufzunehmen, so ausgebildet worden, daß sie häufig äußerst kompliziert zusammengebaut waren und relativ hohe Kosten verursacht haben. Jegliche Bereiche in den Befestigungsanordnungen, in denen ein gleitender Metall-Metall-Kontakt notwendig ist, sind jedoch unerwünscht, da nämlich eine Selbstschweißung und Abnutzung durch Reibung der Elemente bei einem Metall-Metall-Kontakt mit einer Wahrscheinlichkeit auftritt. Dies kann ein Festfressen der gleitenden Elemente mit der Möglichkeit eines Ausfalls oder einer erheb-
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lichen Beschädigung der Befestigung bewirken. Auf der anderen Seite müssen stabile Befestigungen sehr stark ausgebildet sein, um hohen Biegebeanspruchungen zu widerstehen. Dies führt zu einer verstärkten Wärmeübertragung zwischen den Platten und der Auskleidung und vermindert somit den thermischen Wirkungsgrad.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Befestigungsanordnung zu schaffen. Ferner ist ein verbessertes Verfahren zur Sicherung zweier Bauteile gegenüber einer Spannungsbelastung zu schaffen. Ferner ist eine Befestigungsanordnung für eine Wärmetrennwandanordnung zu schaffen, welche Anordnung eine parallele Relativbewegung zwischen den Bauteilen aufnimmt ohne daß ein gleitender Metall-Metall-Kontakt auftritt. Außerdem ist eine eine Wärmeübertragung auf einen minimalen Wert herabsetzende Befestigungsanordnung für eine Doppelwandanordnung zu schaffen. Schließlich ist eine Befestigungsanordnung zu schaffen, die geringe Kosten verursacht, von einfachem Aufbau ist und die leicht zu installieren ist.
Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung.
An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise erläutert.
Fig. 1 zeigt in einer Perspektivansicht die generelle Anwendung einer Befestigungsanordnung gemäß der Erfindung. Fig. 2 bis 5 zeigen, wie die Befestigungsanordnung gemäß der Erfindung installiert wird.
Ganz allgemein enthält die Befestigungsanordnung 10 gemäß der Erfindung ein flexibles Kabel 11 mit einer ersten
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Schaftkugel 12, die an einem Ende des Kabels befestigt ist. Die betreffende Schaftkugel 12 ist dabei in einer Kugelpfanne bzw. Kugelschale 13 befestigt. Die Kugelpfanne 13 ist an einem Bauteil der Bauteile befestigt, um nämlich das eine Ende des Kabels an dem einen Bauteil zu befestigen. Eine zweite Schaftkugel 14 ist an dem anderen Ende des Kabels mittels einer zweiten Kugelpfanne 15 befestigt, welche an dem anderen Bauteil befestigt ist.
Im folgenden sei insbesondere auf Fig. 1 eingegangen. Die Anordnung gemäß der Erfindung ist in Verbindung mit einem vorgespannten Beton-Kernreaktorbehälter dargestellt. Ein Teil des Beton-Reaktorbehälters ist mit 21 bezeichnet; der Behälter begrenzt eine zylindrische Kammer 22. Die Kammer 22 kann den Reaktorkern oder Wärmeaustauscher (nicht gezeigt) enthalten; sie ist vorzugsweise thermisch isoliert, um einen geringen Wärmeverlust zu erzielen und um eine Verschlechterung in der strukturellen Integrität des Beton-Druckbehälters zu verhindern. Die Kammer 22 ist mit einer Stahlwand oder Auskleidung 23 versehen, die in geeigneter Weise an dem Beton befestigt bzw. in diesem verankert ist, und zwar durch nicht näher dargestellte Einrichtungen. Auf der Innenseite der Stahlauskleidung bzw. des Stahlmantels befindet sich eine Zwischenschicht aus einem faserförmigen thermischen Isolationsmaterial 25 irgendeines Typs, der für einen solchen Zweck geeignet ist, wie dies auf dem vorliegenden Gebiet bekannt ist. Die Doppelwandkonstruktion wird durch eine Innenwand vervollständigt, die aus einer Vielzahl von Stahlplatten oder Stahltafeln 27 besteht, welche ein wenig voneinander in Abstand vorgesehen sind und welche an der Auskleidung 23 befestigt sind, um gegen die Isolation 25 zu drücken. In typischer Weise können die Tafeln 27 eine Größe von ca. 2,1 m zu 0,9 m (entsprechend 7 Fuß zu 3 Fuß)
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besitzen, obwohl auch andere Größen oder Konfigurationen möglich sind, und zwar in Abhängigkeit von dem besonderen Reaktoraufbau.
Bei der beschriebenen Kernreaktorkonstruktion ist die den Innenraum des vorgespannten Beton-Reaktorbehälters auskleidende Doppelwandanordnung dadurch gebildet, daß das Wärme-Fasermaterial 25 zusammengedrückt wird und daß die Abdeckplatten 27 durch geeignete Befestigungsanordnungen an der Auskleidung 23 angebracht werden. Um die Belastung aufzufangen, die durch das zusammengedrückte Faserisolationsmaterial während der Biegung ausgeübt wird, um thermisch hervorgerufene Abmessungsänderungen in der Befestigungsanordnung, den Abdeckplatten 27 und der Auskleidung 23 zu ermöglichen, müssen die Befestigungsanordnungen, wie oben bereits erwähnt, geeignet ausgelegt sein. Bei einem typischen Reaktoraufbau können bis zu 1000 Platten 27 verwendet sein, deren jede eine Vielzahl von Befestigungsanordnungen erfordert. Typische Arbeitstemperaturen , mit denen zu rechnen ist, liegen über 3710C (entsprechend 7000F). Wie zuvor erwähnt führen die bisher bekannten Einrichtungen dieser Art zu einer Kompliziertheit, zu hohen Kosten, zu einer schwierigen Anbringung und zu einer starken Wärmeübertragung.
Bei Anwendung der Befestigungsanordnung gemäß der Erfindung ist die in Fig. 1 dargestellte Wärmetrennwand dadurch gebildet, daß ein stabilerBefestigungsstift 29 irgendeiner geeigneten Gestalt dazu benutzt wird, an der Auskleidung bzw. dem Mantel 23 angeschweißt zu werden, sowie dazu, sich zu der Mitte der Platten 27 jeweils hin zu erstrecken und an diesep? angeschweißt zu werden. An jeder Platte bzw. Tafel sind in typischer Weise vier Befestigungsanordnungen 10 gemäß der
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Erfindung vorgesehen. Diese Befestigungsanordnungen sind gegenüber den vier Ecken der jeweiligen Tafel angeordnet. Während des Reaktorbetriebs wird ein Wachsen der Platte 27 zwischen dem stabilen Mittelstift 29 und dem Umfang der Platte durch die Befestigungsanordnungen gemäß der Erfindung aufgefangen, während gleichzeitig die durch die zusammengedrückte faserförmige Isolation ausgeübte Belastung absorbiert wird. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Verwendung einer stabilen MittelBtiftes 29nicht absolut erforderlich ist, da die Befestigungsanordnungen bereits ausreichen können, um eine richtige Festlegung und Abstützung der Tafeln zu bewirken.
Beim Zusammenbau der in Fig. 1 dargestellten Wandanordnung werden die mit 10 bezeichneten Befestigungsanordnungen zuerst an der Auskleidung bzw. dem Mantel 23 befestigt. Sodann wird die Wärmetrennwand 25 an ihre Stelle gebracht, und dann werden die Platten 27 an den Befestigungsanordnungen 10 angebracht. Im Zuge der Ausführung dieses Vorgangs wird das Verfahren zur Befestigung der Platte 27 an der Auskleidung 23 gegenüber der Wärmetrennwand 25 in Verbindung mit einer einzelnen Befestigungsanordnung 10 beschrieben werden. Es dürfte jedoch einzusehen sein, daß die anderen Befestigungsanordnungen in entsprechender Weise gleichzeitig befestigt werden.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 5 sei nunmehr das Verfahren zur Befestigung der Platten 27 an der Auskleidung 23 näher beschrieben. Die Schaftkugeln 12 und 14 weisen (nicht gezeigte) gegenüberliegende Öffnungen auf; sie weisen hohlzylindrische Ansätze auf, die zu diesen Öffnungen ausgerichtet sind. Vor einer Montage werden die Schaftkugeln 12 und 14 auf das Kabel 11 geführt, und zwar derart, daß das Kabel durch die in den Schaftkugeln befindlichen Öffnungen und die Ansätze hindurchläuft. Die Schaftkugel wird dann an das Kabel ange-
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staucht. Sodann wird die Schaftkugel 12 in die Kugelpfanne 13 eingesetzt, welche im Bereich 33 um die Schaftkugel 12 herum gestaucht wird. Die Kugelpfanne 13 wird dann, wie im Bereich angedeutet, an der Auskleidung 23 angeschweißt. Ss sei darauf hingewiesen, daß eine überschüssige Kabellänge vorgesehen ist, die durch die Schaftkugel 14 vorsteht. Dieses überstehende Kabel wird, wie unten noch beschrieben werden wird, während der Installation dazu herangezogen, ein Zusammendrücken des faserförmigen Isolationsmaterials 25 zu ermöglichen. Das betreffende überstehende Kabel wird auf die Beendigung der Installation bzw. Montage hin entfernt. Im übirgen wird das überstehende Kabel bei einer Zugprüfung zur Prüfung der Schweißstelle 35 ausgenutzt.
Der nächste Schritt bei dem Montagevorgang ist in Fig. 3 veranschaulicht. Die faserförmige Wärmetrennwand 25 wird über die Befestigungsanordnungen aufgesetzt. Die betreffende faserförmige Wärmetrennwand 25 besteht hier aus einer Vielzahl von Decken 37, die in typischer Weise 25,4 mm dick sind. In den Decken 37 sind Löcher 39 eingeschnitten, die die betreffenden Decken über die Befestigungsanordnungen hinweg zuführen gestatten.
Nach der Unterbringung der Decken 37 wird die Platte 27 in die aus Fig. 3 ersichtliche Stellung gebracht. Vor der Anbringung der Platten 27 wird eine dünne Dichtungsschicht 41, die in typischer Weise ca. 1,6 mm (entsprechend 1/16 Zoll) dick ist, zwischen das Isolationsmaterial 37 und die Abdeckplatte 27 untergebracht. Der Zweck dieser Dichtungsschicht 41 besteht darin, das Isolationsmaterial in den Spalten zwischen den Abdeckplatten 27 festzuhalten. Die Abdeckplatte 27 ist mit einer kegelstumpfförmigen Öffnung oder einem kegelstumpfförmigen Loch 43 versehen, und außerdem ist sie mit drei Halte-
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löchern 45 versehen, die in 120°-Abständen um die Öffnung herum verteilt vorgesehen sind. Das Kabel 11 läuft durch die öffnung 43 hindurch.
In Fig. 4 ist der nächste Schritt des Montage- bzw. Installationsvorgangs veranschaulicht. Gemäß Fig. 4 wird ein Kabelspannwerkzeug 4? geeigneten Aufbaus verwendet. Das Kabelspannwerkzeug 47 weist drei Führungsstangen 49 auf, die von dem betreffenden Werkzeug abstehen und die in 120°-Abständen um ein zusätzliches Kabelspannwerkzeug. 51 angeordnet sind, welches in der Mitte des Körpers 53 des Kabelspannwerkzeugs angebracht ist. Die unteren Enden der Führungsstangen sind mit Halteansätzen 55 versehen, welche in die Haltelöcher 45 eintreten, die in der Platte 27 vorgesehen sind, um das Kabelspannwerkzeug festzulegen bzw. einzustellen. Hit dem Festlegen des Kabelspannwerkzeugs wird das Kabel 11 durch den Kabelgreifer 51 nach oben gezogen, und ferner wird ein geeigneter, nicht dargestellter Mechanismus betätigt, um den Körper 53 des Kabelspannwerkzeugs auf den Führungsstangen 49 nach Art eines Niederhalters zu bewegen. Durch die Bewegung des Körpers 53 des Kabelspannwerkzeugs 47 längs der Führungsstangen 49 in einer Richtung von der Platte 27 weg wird das faserförmige Wärmeisolationsmaterial 25 zusammengepreßt (das in Fig. 4 teilweise zusammengepreßt dargestellt ist), und zwar soweit, bis schließlich die Schaftkugel 14 durch die Öffnung 43 hindurchtritt und sicfc auf der anderen Seite der Platte 27 befindet.
Nachdem die Schaftkugel 14 durch die öffnung 43 hindurchgeführt ist, wird die zweite Kugelpfanne 15 an der Platte 27 befestigt. Die zweite Kugelp'ianne ist in der dargestellten Ausführungsform der Erfindung (Fig* 5) ein geschlitzter Sicherungsring 15« Die beiden Hälften des Sicherungsringes
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werden in eine Stellung oberhalb der Schaftkugel 14 gebracht. Die Außenseite des Sicherungsringes 15 ist an der Stelle 61 kegelstumpfförmig; sie steht mit der kegelstumpfförmigen Fläche des Loches 43 in Eingriff. Der Sicherungsring 15 enthält ferner einen Ringflansch 63» der an der Fläche der Platte 27 gegenüber der Auskleidung 23 anliegt. Die Innenseite des Sicherungsringes besitzt eine solche Form, daB sie mit der Schaftkugel 14 in einer Kugelpfanne zusammenpaßt und diese Kugel festhält.
Nachdem der geschlitzte Sicherungsring 15 sich in entsprechender Stellung befindet, wird das Kabelspannwerkzeug 47 zurückgezogen. Dadurch erfolgt eine Spannungsentlastung und ein Festhalten des Sicherungsringes 15 in dem Loch 43. Das überstehende Kabel 11 wird dann beseitigt, indem es abgeschnitten wird, und der Sicherungsring wird durch eine Schweißung, wie sie in Fig. 5 an der „Stelle 65 angedeutet ist, bleibend an der Platte 27 befestigt.
Die beschriebene Befestigungsanordnung nimmt eine Relativbewegung der Platten 27 und der Auskleidung bzw. des Mantels 23 unter Spannungsbelastung durch eine Biegung des Kabels 11 auf, ohne daß bedeutende Lastmomente hervorgerufen werden. Ferner sind keine gleitende Metall-Metall-Kontakte in den Einzelteilen vorhanden, und außerdem sind keine hohen Biegebelastungspegel vorhanden. Die Anzahl der pro Befestigungsanordnung erforderlichen Einzelteile ist äußerst gering, was zu einer erheblichen Kostenersparnis führt. Die Installation ist relativ einfach, da das Kabel auf Grund seiner Biegung und seiner Dreh-Freiheit eine erhebliche Verlagerung der f zueinander passenden Teile ausgleichen kann. Dies führt zu einer nennenswerten Milderung der Toleranzprobleme bezüglich der Abdeckplattenanordnung.
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Ein weiterer bedeutender Vorteil gemäß der Erfindung stellt die Minimisierung der Wärmeübertragung zwischen den befestigten Bauelementen 23 und 27 dar. Dies ist von besonderer Wichtigkeit in Kernreaktoren, um nämlich den Wärmeverlust vom Innenraum des Reaktorbehälters her zu minimieieren. Der Grund hierfür liegt darin, daß mit Rücksicht darauf, daß die Vorrichtung nur unter Spannungsbelastung betrieben wird, keine Anordnung benötigt wird, um Biegemomentbelastungen aufzuheben bzw. zu entfernen. Dies ermöglicht eine bedeutende Verringerung der Querschnittsfläche im Vergleich zu Befestigungsanordnungen, die so ausgelegt sind, daß sie ebenfalls Biegemomentbelastungen aufnehmen.
Es dürfte somit ersichtlich sein, daß durch die Erfindung eine Befestigungsanordnung, eine Wandanordnung und ein Verfahren zur Sicherung zweier Bauteile vor einer Spannungsbelastung geschaffen sind, wobei eine relative Verschiebung der Bauteile ohne weiteres aufgefangen wird, ohne daß hohe Lastmomente in der Anordnung hervorgerufen werden. Weitere Vorteile umfassen eine leichte Installation, geringe Kosten und einen einfachen Aufbau sowie eine Minimisierung der Größe für eine geringe Wärmeübertragung.
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Claims (8)

Patentansprüche
1.7Verfahren zum Festlegen von ersten und zweiten Bauteilen
v—^ gegenüber einer elastischen, zusammendrückbaren Zwischenschicht, dadurch gekennzeichnet, daß ein flexibles Kabel (11) an dem ersten Bauteil (23) befestigt und durch eine in dem zweiten Bauteil (27) befindliche· Öffnung (43) hindurchgeführt wird, daß das zweite Bauteil (27) in einem vorgewählten Abstand gegenüber der Zwischenschicht (25) versetzt angeordnet und gehalten wird, daß das Kabel (11) auf der dem ersten Bauteil (23) gegenüberliegenden Seite des zweiten Bauteiles (27) befestigt wird und daß das zweite Bauteil (27) dann derart entlastet wird, daß das Kabel (11) unter Spannung gesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bauteil (27) dadurch versetzt angeordnet wird, daß zwischen dem Kabel (11) und dem betreffenden zweiten Bauteil (27) eine Kraft in einer solchen Richtung ausgeübt wird, daß das Kabel (11) durch die in dem zweiten Bauteil (27) befindliche Öffnung (43) gezogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von der dem ersten Bauteil (23) gegenüberliegenden Seite des zweiten Bauteiles (27) abstehende Teil des Kabels (11) anschließend abgetrennt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1t ! dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel (11) an dem zweiten Bauteil (27) mittels eines Halteteiles (14) befestigt wird, welches an dem Kabel (11) derart befestigt wird, daß es an der dem ersten Bauteil (23) gegenüberliegenden Seite des zweiten Bauteiles (27) anliegt.
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5. Wandanordnung, enthaltend eine erste Wand und eine davon in Abstand vorgesehene zweite Wand, eine den Zwischenraum zwischen den beiden Wänden ausfüllende elastische, zusammendrückbar Zwischenschicht und zumindest eine Befestigungsanordnung, welche die beiden Wände aneinander befestigt, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsanordnung ein flexibles Kabel (11) enthält und daß Befestigungseinrichtungen (12,14) vorgesehen sind, welche gegenüberliegende Enden des Kabels (11) mit den Wänden (23,27) derart verbinden, daß das Kabel (11) unter Spannung steht.
6. Wandanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtungen erste und zweite Schaftkugeln (12,14) enthalten, die an gegenüberliegenden Enden des Kabels (11) befestigt sind, und daß Lagereinrichtungen (13,15) vorgesehen sind, durch die eine Befestigung der Schaftkugeln (12, 14) an den Wänden (23,27) ermöglicht ist.
7. Wandanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagereinrichtungen eine Kugelpfanne (13) enthalten, die an der ersten Wand (23) befestigt ist, daß die erste Schaftkugel (12) von der betreffenden Kugelpfanne (13) derart aufgenommen und festgehalten ist, daß das eine Ende des Kabels (11) an der betreffenden ersten Wand (23) festgehalten ist, daß die zweite Wand (27) eine Öffnung (43) aufweist, daß das Kabel (11) durch diese Öffnung (43) hindurchläuft und daß ein geschlitzter Sicherungsring (15) um die zweite Schaftkugel (14) herum in der Öffnung (43) der zweiten Wand (27) befestigt ist.
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8. Wandanordnung nach einem der Ansprüche 5 Ms 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl der Befestigungsanordnungen vorgesehen ist.
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