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$Absperrvorrichtung für ein Leitungssystem zur Führung von Gasen hoher
Temperatur und hohen Drucke.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Absperrvorrichtung für ein
Leitungssystem zur Führung von Gasen hohor Temporasur und hohen Druckes, das in
innerhalb der Wandung eines Druckbehälters befindlichen Kanälen angeordnet ist und
mindestens einen geraden Leitungsteil sowie eine vorzugsweise unter 90° verlaufende
Abknickung aufweist, die von dem übrigen Leitungsteil abgesperrt werden soll.
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Zum Absperren von Rohrleitungen sind Klappen bekannt, die um eine
axial gegenüber der Klappenebene versetzte Achse schwenkbar sind (sogenannte exzntrisch
gelagerte Klappen).
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Da die Klappe bierbei unter drehender bzw. gleitender Bewegung in
den Dichtsitz hineigepreßt wird , ergibt sich in der Schließphase der Klappe eine
stark schleißende Beanspruchung der Dichtung. Absperrvorrichtungen der genannten
Art werden daher nach einer gewissen Betriebszeit häufig undicht, was beispielsweise
bei kerntechnischen Anlagen ein
hohes Sicherheitsrisibo darstellt.
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Zum Absperren von Rohrleitungen sind weiterhin Mebrhebelklappen bekannt,
bei denen ein erster Hebel um eine am Umfang der Rohrleitung angebrachte Welle schwenkbar
ist während ein zweiter Hebel als Lenkhebel wirkt, so daß die Klappe in axialer
Richtung in die Schließlage gedrückt wird. Hierbei wird somit zwar ein Dichtungsverschleiß
durch eine stark reibende Klappenbewegung vermieden. Nachteilig ist jedoch, daß
die Gelenk- und Lagerstellen dcr beiden Klappenhebel dem in der Rohrleitung geführten
Nedium ausgesetzt t sind. Zur Erzielung einer einwandfreien Abdichtung ist außerdem
bei. diesen Ausführungen eine 1'. oho Fertigungsgenauigkeit erforderlich.
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Zum Stand der Technik gehören ferner Rohrstopfen zum zeitweiligen
, druckdichten Verchließen von Rohren, insbesondere von Wärmetauscherrohren in Kernreaktoranlagen,
bei der Druckprüfung, die einen in das Rohr einsetzbaren, spreizbar ausgebildeten
Klemmkörper aufweisen (deutsche Offenlegungsschrift 2 211 809) oder aus einer in
das Rohr einführbaren, mit einem Kolben verbundenen Stange bostehen, an der sich
unter Druckeinwirkung auf den Kolben an die Rohrwand legende Spreizorgane angebracht
sind (deutache Offenlgungsschrift 2 253 343). Eine weitere Verschlußein richtung
für gerade Rohre umfaßt einen axial versciebbaren, teilweise koicen Stopfen und
eine durch die Verschiebung des Stopfens aufweitbar Dichthülse, die auf ihrer Außenseite
mehrere hintereinanderliegende, in Umfangsrichtung verlaufende Dichtkanten besitzt
(deutsche Offenlengungsschrift 1 813 5c"9). Bei einer Verschiebung des Stopfens
schneiden die Dichtkanten nacheinander in das Roflr ein, wobei die Rohrwandung beschädigt
wird.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik hat die vorliegende Erfindung
zur Aufgabe, eine Vorrichtung anzugeben, mit der ein aus mindestens einem. geraden
Leitungsteil und einer Abknickung bestehendes Leitungssystem auch unter erschwerten
Bedingungen, wie sie bei hohem Druck und hoher Temperatur sowie bei Strahlenbelastung
herrschen, mit geringem Aufwand schnell und sicher abgesperrt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der gerade
Leitungsteil so weit titer die Abknickung hinausgeführt ist, daß in dem so entstandenen
Raum ein mit ringförmigen Dichtelementen versehener Absperrkolben Platz findet,
daß das dem Leitungssystem zugewandte Kolbenende dem Strömungsverlauf von dem geraden
Leitungsteil zu der Abknickung angepaßt und mit einer wärmeisolierenden Schicht
bedeckt ist und daß die Betätigung des Absperrkoibens mittels einer kolbenstange
erfolgt, die von einer außerhalb des Druckbehälters befindlichen Einrichtung angetrieben
wird.
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Eine gemäß der Erfindung ausgebildete Absperrvorrichtung gestattet
es, den Teil des Leitungssystelus, der sich an die Abknickung anschließt, schnell
und zuverlässig gogen das übrige Leitungssystem abzudi cht en, wobei der Durchmesser
der Rohre keine Rolle spielt; d.h, es können auch große Rohrdurch:-aesser abgesperrt
werden. Durch die warmeisolierende Schicht wird der Absperrkolben vor unzulässiger
Erwärmung bewahrt, und die besondere Ausbildung des dem Leitungssystern zugewandten
Kolbenendes bewirkt, daß nur geringe Druck verluste auftreten, da infolge der strömungstechnisch
günstigen. Form des Kolbenendes eine Verwirbelung des ströw menden Gases vermieden
wird. Die Verschiebung des Absperrkolbens erfolgt mittels einer Kolbenstange, die.die
Antriebskraft
von einer außerhalb des Druckbehälters vorgesehenen
Einrichtung auf den Absperrkolben überträgt. Diese Einrichtung kann hydraulisch,
pneumatisch oder auch mechanisch arbeiten.
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Die erfindungsge.äße Absperrvorrichtung ist generell im Anlagenbau
anwendbar. Eine besonders gute Einsatzmöglichkeit ergibt sic bei Kern1raftwerkon,
insbesondere bei gasgekühlten Hochtemperaturreaktoren mit Ein- oder Zweikreisscheltung,
bei Prozeßwärmeanlagen oder in Verbindung mit "Schnellen Brutern11* Dabei spielt
es keine Rolle, ob die Hauptkreislau£komponenten voll oder nur teilweise im Druckbehälter
integriert sind oder ob es sich um einen Spannbetondruckbehälter oder einen -zorgespannten
Hetalldruckbehälter handelt.
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Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Absperrvorrichtung dazu verwendet
werden; ein Leitungssystem mit koaxialer Gasführung teilweise abzusperren, das die
in einen Spannbetondruckbehälter installierten Hauptkreisalufkomponenten eines gasgokühlten
Hochtemperaturreaktors mit Heliumturbine verbindet. Wird z.B. das vom Reaktorkern
kommende heiße Gas in dem Innenrohr des koaxialen Leitungssystems zur Turbine geführt,
so muß im Falle einer Turbinerevision wegen der hohen Temperatur und der YOntaminierung
die Turbine von der Heißgaszuführung abgetrennt werden. Zu diesem Zwecke ist t der
Absperrkolben in Innenrohr des geraden l.eitungsteils Installiert, der an den Reaktorkern
angeschlossen ist. Durch Verschieben des Absperrkolbens in dem geraden Leitungsteil
kann die zur Turbine führende Abknickung gasdicht verschlossen werden.
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Die Kolbenstange ist in einem Hohlzylinder angeordnet, der
an
seinem dem Absperrkolben zugewandten Ende einen Flansch aufweist. Über diesen Flansch
ist der Hohlzylinder lösbar mit dem Mantel des Innenrohres des geraden Leitungsteils
verbunden. Der innerhalb der Wandung des Spannbetondruckbehälters vorhandene Kanal,
der der Aufnahme des geraden Leitungsteils dient, erstreckt sich bis zur Turbinenkaverne,
so daß er Raum für die Installation des Hohlzylinders bietet.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Absperrvorrichtung scematisch dargestellt, und zwar wird im Längsschnitt ein Teilstück
der 1eißgasführung von Kernreaktor zur Turbine in einer Hochtemperaturreaktoranlage
mit installierter Absperrvorrichtung gezeigt.
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Die Zeichnung läßt einen Ausschnit aus einem zylindrischen Spannbetondruckbehälter
1 erkennen, der in einer Kaverne einen graphitmoderierten, heliumgekühlten Hochtemperatuereaktor
enthält (nicht dargestellt). Die übrigen Hauptkreislaufkomponenten - Heliumturbine,
Kompressor und wärmeausetauschende Apparate - sind ebenfalls in HohIräumen des Spannbetondruckbehälters
1 untergebracht, die mit Stahllinern ausgekleidet sind. Die Rohrleitungen zur Führung
des Gasos zwischen den Komponenten verlaufem teils in senkrechten, teils in waagerechten
Bohrungen in der Druckbehälterwandung.
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Die vom Kernreaktor kommende Heißgasführung zur Turbine ist als koaxiale
Rohrleitung 6 ausgebildet, die in einem senkrechten Schacht 2 mit einer Liher-Auskleidung
3 und in einem waagerechten Stollen 4 mit einer Liner-Auskleidung 5 freiverlegt
ist. Die innerc Leitung 7 der Rohrleitung 6 ist mit einer Innenisolierung 8 vorsehen
und weisu einem Druckmantel 9 auf. Die Innenisolierung 8 ist als Faser- oder Hotallfolienisolierung
aus
mehreren Lagen ausgeführt und am Druckmantel 9 befestigt. Ein innerer Gasführungsniantel
10 ist elastisch am Druckmantel 9 aufgehängt.
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Die innere Leitung 7 besteht aus einem geraden Leitungsteil 11. und
einer Abknickung 12 (weitere Teil stücke der Heißgasführung sind in diesem Zusamnenhang
ohne Bedeutung und daher nicht dargestellt). Durch einen dreiteiligen Klemmring
13 ist die Abknickung 12 mit dem geraden Leitungsteil 11 verbunden.
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Das heiße Gas wird - von oben kommend - durch die innere Leitung 7
der Turbine zugeführt, deren Eintrittsstutzen durch einen Rohrkrümmer mit der Abknickung
12 verbunden ist. DAS Gas besitzt ie Temperatur von 850° C und einen Druck, von
60 bar. Nachdem es in der Turbine entspanat ist, durchläuft es die übrigen Kreislaufkomponenten,
die eine Anzahl von Rekuperatoren und Vorkühlern sowie einen zweistufigen Kompressor
mit Zwischonkühlern umfassen. Die Rückleitung des aus den Rekuperatoren austretenden
kalten Gases zum Reaktorkern erfolgt koaxial zu der inneren Leitung 7, d.h. in dem
Stollen 4 und dem Schacht 2. Dabei wird die Heißgasführung gekühlt und der Boton
vor unzulässiger Erwärmung geschützt.
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Der gerade Leitungsteil 11 ist über die Abknickung 12 hinaus nach
unten verlängert, und in dem so entstandenom Raum ist ein Absperrkolben 14 angeordeot,
der auf seinem Umfang mehrere ringförmige Dichtelemente 15 aufweist. Das obere Eude
16 des Absperrkolbens 14 ist in seiner Form dem Verlauf der Strömung den Gases vom
Leitungsteil 11 in den Leitungsteil 12 angepaßt, so daß nur geringe Druckverluste
auftreten. Um den Kolben vor Erwärmung durch das heiße Gas zu schützen, ist das
Kolbenende 16 mit einer Schicht 17 aus
wärmeisolierendem Material
versehen. Die Betätigung des Absperrkolbens 14 erfolgt mittels einer Kolbenstange
18, die ihrerseits von einer außerhalb des Spannbetondruckbehälters 1 vorgesehenen
Einrichtung aiigetrieben wird. Die Antriebseinrichtung kann pneumatisch, hydraulisch
oder mechanisch ausgebildet sein. Die Kolbenstange 18 ist innerhalb eines ohlzylinders
19 ausgeführt, der an seinem dem Absperrkolben 14 zugewandten Ende einen Flansch
20 aufweist. Über diesen Flansch sind der Hohlæylinde 19 und der Druckmantel 9 der
inneren Leitung 7 lösbar miteinander verbunden.
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Sollen an der Turbine Wartungs- oder Reparaturarbeiten durchgeführt
werden, so ist es erforderlich, den vom aktor kommenden Gasstrom abzusperren und
somit die Turbine VCLE; Reaktorkern abzutrennen. Zu diesem Zweck wird der Abspcrrschi
eber 14 mittels der Solberstange 18 so weit nach oben, bewegt, daß die Abknickung
12 der koaxialen Rohrleitung 6 vollständig gegen den geraden Leitungsteil 11 abgedichtet
ist. Mit nur geringem Aufwand kann auf diese Weise der eine Leitungsteil schnell
und zuverlässig abgesperrt werdtexl.