DE2364332C3

DE2364332C3 - Wärmeisolierung aus mehreren mit Abstand von einander angeordneten Blechen

Info

Publication number: DE2364332C3
Application number: DE19732364332
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 4223 Voerde Hepfner
Original assignee: Diamond Power Gmbh, 4200 Oberhausen
Filing date: 1973-12-22
Publication date: 1976-08-19

Description

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Die Erfindung betrifft eine Wärmeisolierung aus mehreren mit Abstand voneinander angeordneten Blechen, die das zu isolierende Bauteil umgeben.

Bekannte Wärmeisolierungen der genannten Art (DT-PS 7 06 545) bestehen aus Schichten von planpar- 5<> allelen Folien mit geringem Emissionsverhältnis. Als Material für die Folien wird Aluminium oder Stahl verwendet Die Geometrie dieser Isolierungen ist so gehalten, daß bei geringer Wärmeleitung und Konvektion ein Maximum an Wärmedämmung erreicht wird.

Es sind auch Isolierungen bekannt (DTPS 8 43 892), bei denen abwechselnd gewellte und ebene Folien verwendet werden. Die gewellten Folien haben dabei lediglich die Funktion eines Abstandhalters. Diese Isolierungen können daher nur geringe Kräfte und Energien aufnehmen. Sonderformen von Metallisolierungen verwenden metallische Waben- oder Ringstrukturen zur Übertragung von Druckkräften. Die einzelnen Wärmeschutzfolien bleiben auch dabei eben.

Die Vorteile der genannten Ganzmetall- Isolierungen, insbesondere bei Verwendung von austenitischem Stahl als Werkstoff, liegen in ihrer Unempfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit, in ihrer im Vergleich mit nichtmetallischen Isolierstoffen völligen Staubfreiheit, in der Unlöslichkeit in Flüssigkeitea z. B. in borhaltigem Wasser, in der besseren Dekontaminierbarkeit und ihrer Unbrennbarkeit Außerdem liegt ihre Wärmedehnung in der gleichen Größenordnung wie das zu isolierende Bauteil. Trennfugen können daher so konstruiert werden, daß sie sich im Betriebszustand schließea Wegen dieser Eigenschaften lassen sich die Ganzmetall-Isolierungen mit Vorteil im Kernkraftwerksbau verwenden.

In Kernkraftwerken müssen bestimmte Störfälle, z. B. der Bruch einer Hauptkühlmittelleitung, bei der Auslegung berücksichtigt werden. Es ist bekannt, für wärmeisolierte Leitungen in Kernkraftwerken Ausschlagsicherungen vorzusehen, die bei Rohrbruch den Rückstoß des an der Bruchstelle austretenden Mediums auffangen sollen. Diese Ausschlagsicherungen müssen in bestimmten Abständen vom isolierten Rohr angeordnet werden, um Wärmedehnungen zu ermöglichen. Die Ausschlagsicherungen müssen daher nicht nur den Rückstoß des austretenden Mediums, sondern noch zusätzlich die Stoßbelastung durch das beschleunigte Rohr einschließlich Kühlmittel auffangen. Dabei kann diese Stoßbelastung die Größenordnung des Rückstoßes erreichen, so daß die Ausschlagsicherung und deren Verankerung auf die doppelte Last ausgelegt werden müßte. Eine nennenswerte Dämpfung tritt bei der Verwendung der bekannten, oben beschriebenen Isolierungen nicht auf, da die aufgenommenen Kräfte nur die Größenordnung von 10 —⁴ bis 10- ² der auftretenden Lasten haben. Die Auslegung der Ausschlagsicherung und deren Verankerung auf die doppelte Las« bedeutet aber eine Erhöhung des Bauaufwandes.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Wärmeisolierung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die bei einem Bruch des Bauteiles auf die Isolierung von innen wirkenden Kräfte von dieser zumindest teilweise aufgenommen werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Bleche durch Profilierung bei einer Profilhöhe von 5 bis 25facher Blechdicke s ein Einheitsflächenträgheitsmoment bis zu »100-s³« aufweisen, so daß eine Verformung der Bleche bei einem Drurk zwischen 10 und 150 kp/cm² auftreten kann.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Wärmeisolierung ist in der Lage, sich bei Belastung zu verformen, wobei die auftretenden Kräfte durch die für die Verformung aufzuwendenden Energien aufgezehrt werden. Dadurch wirken die im Störfall freiwerdenden Kräfte nicht oder nicht mehr voll auf die Ausschlagsicherung und deren Halterungen. Gegenüber einer Wärmeisolierung aus ebenen Blechen, deren Einheitsflächenträgheitsmoment s³:12 beträgt, liegt bei der erfindungsgemäßen Wärmeisolierung aus profilierten Blechen die Verformungsarbeit um 3 bis 4 Zehnerpotenzen höher.

Nach diesem Grundprinzip sind mehrere Ausführungsformen möglich. So sind nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die profilierten Bleche auf elastische Verformung ausgelegt, wobei vorzugsweise die Profilierungseinrichtungen der in zwei benachbarten Ebenen angeordneten Bleche sich kreuzen. Die auf diese Weise erzielbare hohe Steifigkeit macht eine Biegebelastung der einzelnen Bleche möglich, wodurch etwas größere Federwege und eine bessere Wärmedämmung erreicht werden. Bei dieser statischen Belastung unterhalb der Fließgrenze des Blechmaterials werden * die Kräfte im wesentlichen durch Druck übertragen. Im Hinblick auf einen möglichst hohen Wärmewiderstand sollten die Berührungspunkte zwischen den einzelnen

Blechschichten möglichst weit voneinander entfernt sein. Im Störfall, also bei Bruch der Leitung, wirkt diese Wärmeisolierung in der Weise, daß unter geringer Verformung der Bleche eine weitere Beschleunigung des gebrochenen Rohres durch den Rückstoß verhindert wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die profilierten Bleche auf Verformung im plastischen Bereich ausgelegt wobei d.e Profilierung so bemessen ist, daß die Verformungswege den 0.6 bis 0.9fachen Wert der Isolierdicke erreichen. Bei dieser Anordnung soll bei Stoßbelastung möglichst viel Energie durch Verformungsarbeit der einzelnen Bleche im plastischen Bereich geleistet werden. Die Dimensionierung erfolgt so. daß die Profilstege mit Sicherheit ausknicken. Einen horien Wärmewiderstand erzielt man in diesem Fall di.durch, daß die profilierten Bleche durch Abstandhalter voneinander getrennt sind.

Zur Vereinfachung des Bauaufwandes wird weiterhin vorgeschlagen, daß die aus profitierten Blechen bestehende Isolierung das zu isolierende Bauteil nur abschnittsweise umgibt und daß die dazwischen liegenden Bereiche durch eine aus ebenen Blechen bestehende Isolierung geschlossen sind.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Wärmeisolierung gemäß der Erfindung.

F i g. 2 und 3 die Anordnung der Bleche innerhalb der Wärmeisolierung und

F i g. 4 eine andere Ausführungsform der Erfindung.

Das Rohr 1 ist innerhalb des Sicherheitsbehälters eines Kernkraftwerkes vorgesehen und dient zur Führung des Kühlwassers für den Reaktor. In einem Abstand ist das Rohr 1 von einer Isolierung 2 aus Metall umgeben. Der zwischen dem Rohr 1 und der Isolierung 2 freibleibende Raum 3 ermöglicht eine freie Wärmedehnung des Rohres 1. Auf der dem Rohr I abgewandten Seite stützt sich die Isolierung 2 auf einer Ausschlagsicherung in Form eines Gerüstes 4 ab.

Die Isolierung 2 besteht aus in mehreren Ebenen hintereinander angeordneten profilierten Blechen 5. Im vorliegenden Fall sind trapezförmig gewellte Bleche vorgesehen. Die Richtung der Profile der Bleche 5 in zwei benachbarten Ebenen kreuzen sich (Fig.2). Die seitlichen Stege der Einzelbleche dienen auch als Abstandhalter, um die Zahl der Berührungspunkte zu vtr ringern, damit möglichst wenige Wärmebrücken entstehen. Die Trapeze können auch auf ebene Bleche 6 aufgelegt oder aufgeschweißt werden. In diesem Fall

ίο können die Profile auch in der gleichen Richtung liegen (F ig. 3).

Es ist nicht in jedem Fall erforderlich, daß die die Energie absorbierende Wärmeisolierung aus den profilierten Blechen das zu isolierende Bauteil auf dessen gesamten Umfang umschließt. Bei der in F i g. 4 dargestellten Ausführungsform ist die Isolierung 2 auf vier Eckpunkte beschränkt. Die hier angeordnete Isolierung 2 <st nach den oben beschriebenen Gesichtspunkten ausgebildet. Diese Isolierungen 2 sind durch eine aus ebenen Blechen bestehende Isolierung 7 aus Metall be kannter Bauart derart verbunden, daß das Rohr 1 vollständig wärmeisoliert ist Auftretende Kräfte werden in diesem Fall nur von der in den Eckpunkten angeordneten Isolierung 2 aufgenommen.

Die in F i g. 2 und 3 dargestellten profilierten Bleche 5 weisen »bei einer Profilhöhe von 9 mm und einer Blechdicke von 0,8 bzw. 0,4 mm ein Einheitsflächenträghfitsmomeni von 0,0016 bzw. 0.0008 cnWcm auf. Das Einheitsflächenträgheitsmoment sollte bei den in Frage kommenden Blechdicken zwischen 0,0001 und 0.01 cmVcm liegen. Diese Bleche wurden in einem Druckversuch plastisch verformt. Während der Belastung knickten die einzelnen Bleche hintereinander in den Profilstegen aus.

Bei Isolierdicken von 30 bis 70 mm wurden die untersuchten Isolierungen um 18 bis 50 mm zusammengedrückt Dabei wurden Energiebeträge von 18 bis 102 kg-cm/cm³ aufgenommen. Die erfindungsgemäß ausgebildete Wärmeisolierung wird daher in der Lage sein, die im Störfall freiwerdende Energie aufzunehmen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmeisolierung aus mehreren mit Abstand voneinander angeordneten Blechen, die das zu isoiierende Bauteil umgeben, dadurch gekennzeichnet» daß die Bleche (5) durch Profilierung bei einer Profilhöhe «on 5 bis 25facher Blechdicke s ein Einhehsflächenträgheitsmoment bis zu »100 · s¹« aufweisen, so daß eine Verformung der Bleche bei einem Druck zwischen 10 und 130 kp/cm² auftreten kann.

2. Wärmeisolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierungsrichtungen der in zwei benachbarten Ebenen angeordneten Bleche (5) sich kreuzen.

3. Wärmeisolierung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im unbelasteten Zustand die in mehreren Ebenen angeordneten profilierten Bleche (5) sich nur an wenigen Stellen berühren.

4. Wärmeisolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die profilierten Bleche (5) auf elastische Verformung ausgelegt sind.

5. Wärmeisolierung nach einem der Ansprüche I

bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die profilierten Bleche (5) auf Verformung im plastischen Bereich ausgelegt sind.

6. Wärmeisolierung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung so bemessen ist, daß die Verformungswege den 0,6 bis 0,9fachen Wert der Isolierdicke erreichen.

7. Wärmeisolierung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die profilierten Bleche (5) durch Abstandhalter voneinander getrennt sind.

8. Wärmeisolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aus profilierten Blechen (5) bestehende Isolierung (2) das zu isolierende Bauteil nur abschnittsweise umgibt und daß die dazwischen liegenden Bereiche durch eine aus ebenen Blechen bestehende Isolierung (7) geschlossen sind.