DE2638181A1

DE2638181A1 - Waermetauscher-auflager-konstruktion

Info

Publication number: DE2638181A1
Application number: DE19762638181
Authority: DE
Inventors: Jun Larry G Weatherford
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1975-09-22
Filing date: 1976-08-25
Publication date: 1977-03-31
Also published as: ES450620A1; PH14850A; AR216057A1; JPS5342898B2; FI70466B; YU37023B; US4008757A; NL7607674A; AU1589376A; JPS5239851A; NO762343L; CA1029705A; YU177576A; FI70466C; NO139327C; MX142984A; DE2638181C2; FR2324977B1; IL49982A0; SE426094B

Description

A. ÖLeeLaed ütacsUdi 2638181 PATENTANWALT

Z 23. August 1976

Anw.-Akte: 27.106

PATENTANMELDUNG

Anmelder; The Babcock & Wilcox Company

161 East 42nd Street, New York, N.Y. 10017

Titel; Wärmetauscher-Auflager-Konstruktion

Die Erfindung betrifft eine Wärmetauscher-Auflager-Konstruktion, bestehend aus einem Stahlbetonfundament mit darin eingebetteten Ankerschrauben, einer Grundplatte, einem Scherring, einem Stützblock und einer Gleitplatte.

Es besteht die Notwendigkeit, große Wärmetauscher, Druckbehälter und andere Vorrichtungen so aufzulagern, daß diese Konstruktionen gegen die Wirkungen von Erdbeben sowie gegen Schocks geschützt sind, die durch große, plötzliche Änderungen der Druckbehältertemperatur verursacht werden können. Diese Unterstützung muß außerdem in einer Weise vorgesehen werden, die eine Anpassung an normale Wärmedehnungen und -Schrumpfungen erlaubt sowie für Befahrung, Wartung und Reparatur Zugang in einem sinnvollen Maße ermöglicht.

Inbesondere besteht bei Kernkraftanlagen die Notwendigkeit, große Wärmetauscher einzusetzen, die einen Durchmesser von 15 Metern und eine Höhe von 25 Metern im montierten Zustand haben können. Da diese Wärmetauscher bei hohen Temperaturen arbeiten, muß darauf geachtet werden, daß die Temperatur der Betonteile einer Konstruktion, die einen Wärmetauscher dieser Größe trägt, nicht 10O⁰C überschreitet, weil sonst der Beton sein Hydrations- oder Kristallisationswasser verliert und schließlich zu Pulver zerfällt. Wegen der vorhandenen

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großen Konstruktionen erscheinen die Wirkungen der !örmedehnung und -schrumpfung in diesen Vorrichtungen als Größenänderungen, die in der Größenordnung von mehreren Zentimetern liegen. Angesichts dieser großen Auswirkungen, wenn der Iarmetauscher eine schnelle Temperaturänderung durch den zufälligen Ausfall eines der in ihm befindlichen heißen Medien erfährt^ glaubt man, daß die Vorrichtung thermisch mit so großer Geschwindigkeit schrumpft, daß sie einen massiven, erschütternden Aufprall auf die umgebenden Konstruktionen erzeugt. In ähnlicher Weise könnten auch Erdbeben und dergleichen ernste Schaden verursachen, wenn sich seismische Kräfte auf einen dieser großen Wärmetauscher auswirken.

Es ist vorgeschlagen worden, eine Stützplatte an dem unteren Ende des Wärmetauschers zu befestigen. Der Boden dieser Platte ist mit einer konkaven Bogenfläche versehen, die auf einer entsprechenden konvexen Gleit-Platte ruht oder auf einer anderen in geeigneter Weise geschmierten Lagerfläche. Da die Gleit-Platte letztlich auf einem ßetonfundament ruht, wird die vertikale Äbwärtslast, die durch den 'armetauscher auferlegt wird, in einer Weise aufgenommen, die es erlaubt, daß die Konstruktion über kleine horizontale Strecken in bezug auf die Gleit-Platte gleitet oder wandert, um sicher einige der Bewegungen aufzunehmen, die durch diese außerordentlichen Kräfte verursacht werden.

Die bekannte Konstruktion scheint jedoch die Temperatur des Betonfundaments unannehmbar hoch ansteigen zu lassen, und bietet auch keine Möglichkeit, mit vertikalen Aufwärtskräften und mit Horizontalkräften fertig zu werden, die eine beträchtliche Größe haben.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Wärmetauscher-Auflager-Konstruktion zu schaffen, die das Fundament auf einer annehmbaren Temperatur hält, während sie eine Relativbewegung des Wärmetauschers und es der Stützkonstruktion erlaubt, auf kleinen Strecken zu gleiten und sich verhältnismäßig geringfügigen Verlagerungen anzupassen, und auch, um größere horizontale und vertikale

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Aufwärtskräfte aufzunehmen, die durch Erdbeben, plötzliche änderungen der Wärmetauschertemperatur und dergleichen verursacht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Hauptanspruch beschriebenen Merkmalen gelöst. Im einzelnen wird ein Scherring über den Umfang der Stützplatte gelegt. Der Scherring erstreckt sich auch gut in den Rand oder den Umfang der Stützplatte hinein, um die vertikalen Gewindeenden einer Reihe von Ankerschrauben zu erfassen, die in das Betonfundament hineinragen und darin eingebettet sind. Auf diese Weise übertragen die Ankerschrauben und der Scherring vertikale Aufwärtskräfte direkt in das Fundament. Im Zusammenwirken mit den Ankerschrauben sind ein Keil und eine Keilnut in den wechselseitig aufeinanderliegenden Flächen des unteren Wärmetauscher-Schmiedestücks und der Stützplatte ausgebildet, um Quer- oder Horizontalkräfte aufzunehmen, die auf den Wärmetauscher durch Erdbeben oder andere größere körperliche Störungen ausgeübt werden.

Da der Stahl, der für diese Konstruktion benötigt wird, auch ein ausgezeichneter Vürmeleiter ist, ist es wahrscheinlich, daß umgehende Teile des Betonfundaments auf eine unannehmbare Temperatur bei normalen Betriebsbedingungen gebracht werden. In Übereinstimmung mit einem weiteren Merkmal der Erfindung erhöht jedoch ein Kastenholm-Ring,, der in das Betonfundament bei der Ankerschraubenanordnung eingesetzt wird, nicht nur die Festigkeit des Fundaments, sondern erbringt auch eine ausreichende Kühlleistung, um die Überschreitung einer bestimmten Betontemperatur zu verhindern.

Um weiterhin die körperliche Beständigkeit des Wärmetauschers gegenüber Quprkräften zu erhöhen, ist es vorzuziehen, eine Grundplatte zwischen der konvexen Gleit-Platte und dem Betonfundament anzuordnen. Unter diesen Umständen ist es ratsam, in der Grundplatte einen oder mehrere Scherstifte auszubilden. Diese Stifte ragen von der Grundplatte in entsprechende Aussparungen oder Bohrungen hinein, die in der gegenüberliegenden Fläche des Betonfundaments ausgebildet sind.

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Somit schafft die Erfindung eine Vorrichtung, die es dem Fundament und dem Wärmetauscher ermöglicht, sich zu drehen und sich auf begrenzten Strecken relativ zueinander zu bewegen, um geringere Quer- und Längskräfte aufzunehmen. Eine massivere Stahlkonstruktion, die erforderlich ist, um größere Schocks auszuhalten, wird auch in Form von Scherkeilen, Ankerschrauben und Scherstiften in einer Weise vorgesehen, die nicht die Temperatur des Betonfundaments auf eine unzulässige Höhe steigen läßt. Dieses letztgenannte Erfindungsmerkmal, das durch den hohlen Stahlring gekennzeichnet ist, der in dem Fundamentbeton eingebettet ist, kühlt nicht nur den Beton auf eine geeignete Temperatur, sondern bringt den weiteren und nicht erwarteten Vorteil einer Erhöhung der Festigkeit des Betons.

Die Figur der Zeichnung zeigt im vollen Schnitt eine Wärmetauscher-Auflager-Konstruktion.

Gemäß der Darstellung wird ein stehender Wärmetauscher 10 teilweise durch eine Anordnung horizontal liegender seitlicher Halterungen 11, 12 getragen. Die seitlichen Halterungen sind je an einem Ende an einer vertikalen Fläche des Wärmetauschers 10 befestigt und am anderen Ende, über einen Stoßdämpfer oder dergleichen, an einer vertikalen Wand aus Stahlbeton« Die Betonwand 13 gehört zu einem Schacht 14, der den Wärmetauscher 10 aufnimmt. Ein horizontaler Boden 15, ebenfalls aus Stahlbeton, bildet den Boden des Schachts 14. Innerhalb des Bodens 15 ist eine Entwässerung 16 an seiner niedrigsten S-felle ausgebildet, damit sich Wasser sammeln kann, um aus dem Schacht 14 herausgepumpt zu werden.

Ein Stahlbetonfundament 17, erläuternd in Form eines Kegelstumpfes oder einer Pyramide ausgebildet, hat eine im allgemeinen flache obere Fläche 20. Die Oberfläche 20 weist eine Gruppe von im allgemeinen zylindrischen Aussparungen 21, 22 auf, die in die Fundamentkonstruktion hineinragen. Um eine Kühlung für das Fundament 17 zu schaffen und um die Festigkeit des Fundaments zu erhöhen^ ist ein hohler, ringförmiger Stahlkastenholm 23 in dem Fundamentbeton unmittelbar unter der Unterkante der Bohrungen 21, 22 eingebettet.

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Ankerschrauben, von denen in der Zeichnung nur die Ankerschrauben 24, 25 dargestellt sind, sind in einer kreisförmigen Anordnung in bezug auf die Querebene der Oberfläche 20 in dem Fundament 17 angeordnet. Jede der Schrauben 24, 25 hat die Form eines L, bei dem der Längsschaft parallel zur Längsachse des Wärmetauschers 10 und senkrecht zur Ebene der Fundament-Oberfläche 20 verläuft. Der kürzere Schaft der Ankerschrauben-L-Form liegt jedoch senkrecht zur Achse des Längsschafts, um die Schraube innerhalb des Fundaments 17 zu sichern.

Der Längsschaft einer jeden der Ankerschrauben 24, 25 verläuft außerdem durch ausgerichtete Öffnungen in dem unteren Flansch 26 und dem oberen Flansch 27 des Kastenholms 23. Jeder Längsschaft der einzelnen Ankerschrauben 24, 25 endet in einem Gewindeteil, das in einem Schraubeinsatz aufgenommen wird, von dem nur die Einsätze 30, 31 dargestellt sind.

Gemäß der Zeichnung liegen die Einsätze 30, 31, wenn sie voll mit den Gewindeteilen der / nkerschrauben24, 25 in Eingriff stehen, an dem oberen Flansch 27 an und liegen bündig zu der Oberfläche 20 auf dem Fundament 17. Außerdem besteht innerhalb eines jeden der Einsätze 30, 31 eine wesentliche Gewindetiefe, die nicht mit den Ankerschrauben 24, 25 in Eingriff steht. Dieses Gewinde in den Einsätzen 31, 30 steht jedoch mit den unteren Gewindeteilen der Schäfte einer Schraubenanordnung in Eingriff, von der die Zeichnung nur die Schrauben 32, 33 zeigt.

Die Schrauben 32, 33 verlaufen durch ausgerichtete Öffnungen in einer Grundplatte 34 sowie durch eine weitere Anordnung ausgerichteter Öffnungen in einem Scherring 35, der auf der Oberfläche der Grundplatte 34 angeordnet ist.

Die Grundplatte 34 weist eine Unterfläche 36 auf, von der aus eine Anordnung von im allgemeinen zylinderförmigen Scherstiften 37, 40 vertikal nach unten verläuft. Die Scherstifte 37_f 40 werden in den

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zugehörigen Aussparungen oder Bohrungen 22, 21 aufgenommen, die in der Oberfläche 20 des Fundaments 17 ausgebildet sind. Die Grundplatte 34 hat außerdem auch eine ringförmige Oberfläche 41, die eine große, kreisförmige Bohrung 42 mit einer flachen, horizontalen Basis 43 und zylindrischen Wänden aufnimmt.

Der .^c,"cherring 35 hat im allgemeinen Ringform und befindet sich auf der ringförmigen Oberfläche 41 der Grundplatte 34. Aussparungen 44, 45 sind in dem Außenumfang der Ringfläche 41 ausgebildet, um die Köpfe der jeweiligen Schrauben 32, 33 aufzunehmen. Ein Flansch 46 verläuft nach innen in Richtung auf die Mitte des Scherrings 35, um ein Randstück der kreisförmigen Basis 43 zu überdecken, die in der Grundplatte 34 ausgebildet ist.

Eine Gleitplatte 47 mit Teflon oder Lubrite oder eine andere in geeigneter l.eise geschmierte Platte, die eine flache Unterfläche hat, welche auf der horizontalen Basis 43 ruht, weist einen Durchmesser auf, der bedeutend größer ist als der Innendurchmesser des Kragflansches 46 auf dem Scherring 35. Dieser Durchmesser der Gleitplatte ist jedoch kleiner als der Durchmesser der kreisförmigen Bohrung 42, in der sie aufgenommen wird. Dieser Unterschied bei den jeweiligen Durchmessern ergibt einen gewissen Spielraum für eine Relativbewegung zwischen der Gleitplatte 47 und der Grundplatte 34.

In typischer Weise kann eine Gleitplatte einen Bronze- oder Messinglegierungsboden einschließen, in dem zahlreiche Oberflächenringe eingearbeitet sind. Diese Ringe werden mit einem Schmiermittel auf Graphitbasis gefüllt, das, wenn die Kontaktfläche zwischen der Gleitplatte 47 und der horizontalen Basis 43 im Laufe der Zeit abschleißt, neues Schmiermittel freilegt.

Die Oberfläche der Gleitplatte 47 ist konvex ausgebildet und wird ebenfalls in der oben beschriebenen Weise behandelt, um eine geeignete Schmierung zu ermöglichen. In diesem Zusammenhang hat weiterhin ein geschmiedeter Stützblock 50 eine konkave Unterfläche 51, die zu

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der konvexen, geschmierten Oberfläche der Gleit-Platte 47 paßt und auf derselben ruht. Kreisförmig angeordnete und in Längsrichtung ausgerichtete Bohrungen, von denen nur die Bohrungen 52, 53 dargestellt sind, haben in der konkaven Fläche ausgebildete versenkte Aussparungen, von denen jede entsprechende Schrauben aufnimmt, jedoch sind in der Zeichnung nur die ichrauben 54 und 55 dargestellt.

Die Oberfläche des Stützblocks 50 hat einen unteren, vorstehenden Flansch mit einem Durchmesser, der etwas größer ist als der Durchmesser der darunter liegenden Gleit-Platte 47, der aber dennoch kleiner ist als der Durchmesser der kreisförmigen Bohrung 42, welche in der Grundplatte 34 ausgebildet ist, um genügenden Spielraum zu bieten, damit der Wärmetauscher 10 sich in bezug auf das Fundament 17 bewegen kann. Ein icherkeil 56 ist diametral auf der Oberfläche des Stützblocks 50 angeordnet. Der Scherkeil 56 sitzt in einer Keilnut 57, die in einer unteren Kontaktfläche in dem unteren Schmiedestück 60 ausgebildet ist, welches einen Teil des Wärmetauschers 10 bildet. Wie in der Zeichnung dargestellt, werden die 5chrauben 54, 55 sowie die anderen Schrauben, welche dazu dienen, den Stützblock 50 mit dem unteren Schmiedestück 60 zu verbinden, und die sich außerhalb der Ebene der Zeichnung befinden, in Gewindebohrungen aufgenommen, die in das untere Schmiedestück 60 geschnitten werden.

Beim Bau wird das Betonfundament 17 so gegossen, daß nur die Oberflächen der Ankerschrauben-Einsätze 30, 31 freiliegen. Nachdem der Beton abgebunden ist, wird eine Schablone von der Lage dieser Einsätze angefertigt. Mit Hilfe dieser Schablone (die in der Zeichnung nicht dargestellt ist) werden die entsprechenden Bohrungen in der Grundplatte 34 und dem Scherring 35 in Ausrichtung mit den jeweiligen Ankerschrauben-Einsätzen 30, 31 gebohrt. Die Grundplatte 34 wird über die Einsätze 30, 31 auf die Oberfläche 20 des Fundaments 17 gelegt. Die Gleit-Platte 47 wird in die Mitte der kreisförmigen Bohrung 42 gelegt, die in der Grundplatte 34 ausgebildet ist. Um die Tragkonstruktion vollständig zusammenzubauen, wird der Scher-

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ring 35 über das untere Schmiedestück 60 an dem Wärmetauscher 10 gelegt und der Stützblock 50 wird verschraubt. Die aus ! ärmetauscher 10, Stützblock 50 und Scherring 35 bestehende Montagegruppe wird dann sorgfältig auf die Grundplatte 34 und die Gleit-Platte 47 gelegt, um die Schraubenlöcher in dem Scherring 35 mit den entsprechenden Schraubenlöchern in der Grundplatte 34 und den Einsätzen 30, 31 auszurichten,, die in dem Betonfundament 17 eingebettet sind. Der gesamte Zusammenbau wird dann dadurch abgeschlossen, daß men die Schrauben 32, 33 in die ausgerichteten Bohrungen einsetzt und dann in die Einsätze 30, 31 auf ein gewünschtes Drehmoment einschraubt.

lenn der Angriff einer horizontalen Kraft auf den Wärmetauscher 10 oder das Fundament 17 so groß ist, daß sich diese Teile relativ zueinander bewegen, dann wird die Anfangsbewegung, ohne Schaden zu verursachen, durch die Gleit- und Drehbewegung des Stützblocks 50 in bezug auf die Gleit-Platte 47 aufgenommen. Vertikale Aufwärtskräfte werden von dem Umfangsrand des Stützblocks 50 an den Flansch 46 auf dem Scherring 35 übertragen und über die Schrauben 32, 33 auf dos Fundament 17 durch die Ankerschrauben 24, 25 weitergeleitet. Sollten die horizontalen Kräfte jedoch so groß sein, um eine Höhe zu überschreiten, die durch eine Relativbewegung zwischen dem Stützblock 50, der Gleit-Platte 47 und der horizontalen Basis 43 der kreisrunden Bohrung 42 in der Grundplatte 3-4 vernichtet werden kann, denn werden der Scherkeil 56 in dem Stützblock 50, die Schrauben 54, 55 und die Scherstifte 37, 40 in dem Fundament 17 in der Lage sein, den Rest der Kraft aufzunehmen, die nicht auf fine andere Weise aufgenommen wird.

Es gibt natürlich viele Modifizierungen, die bei der obigen Konstruktion eingesetzt werden können und die sich dennoch im Rahmen der Erfindung befinden. Es kann z.B. das untere Schmiedestück 60 in dem Wärmetauscher 10 fortgelassen und ein Rohrstück mit großem Durchmesser an die Außenseite des Wärmetauscherbodens angeschweißt werden, wobei die Längsachse des Rohrs mit der Längsachse des V.armetauschers zusammenfällt. Ein Flansch an dem untersten Ende des Rohrs wird an ein Schmiedestück geschraubt, das eine konkave Unterfläche hat, wel-

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ehe zu der Krümmung der Oberfläche der Gleit-Platte paßt. Diese Spezialausführung kommt nicht nur ohne ein besonders :chmiedestück sowie ohne zusätzliche Bearbeitung in dem unteren Boden des Wärmetauschers 10 aus, sondern vergrößert auch den Abstand zwischen dem Wärmetauscher und dem Betonfundament 17, was dazu führt, die Temperatur des Fundaments herabzusetzen.

Der Hohlkastenholm 23 ist auch dafür geeignet, ein umlaufendes Kühlmedium aufzunehmen und dadurch die Betriebstemperatur des Betonfundaments 17 weiter herabzusetzen.

Eine weitere Einsparung an Baukosten kann erreicht werden, wenn die seitlichen Halterungen 11, 12 nicht, wie in der Zeichnung gezeigt, mit dem Wärmetauscher 10 verbunden werden, sondern mit horizontalen Platten, die an dem unteren Schmiedestück 60 befestigt werden oder die, falls ein Rohr an den unteren Boden des Wärmetauschers 10 geschweißt ist, an dem betreffenden Rohr und an benachbarten Abschnitten der Wand 13 des Schachts 14 befestigt werden. Die durch diese besondere Anordnung erzielte Einsparung ist deshalb besonders bemerkenswert, weil für den Bau des Schachts 14 dann weniger Stahlbeton benötigt wird. Die größere Stahlbetonmasse, die benötigt wird, um die Wirkung der seitlichen Halterungen 11, 12 auszuhalten_p befindet sich dann dicht an dem Boden 15 und nicht, wie in der Zeichnung gezeigt, höher von dem Boden. Auf diese Weise wird eine weitere Stahlbetonmasse nicht benötigt, die normalerweise erforderlich ist, um den Betonteil zu stützen, der sich oberhalb des Bodens 15 und bei den seitlichen Halterungen 11, 12 befindet.

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Leerseite

Claims

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1. Wärmetauscher-Auflager-Konstruktion,, bestehend aus einem Stahlbetonfundament mit darin eingebetteten Ankerschrauben (24, 25), einer Grundplatte (34), einem Scherring (35), einem Stützblock (50) und einer Gleitplatte (47), dadurch gekennzeichnet, daß im Fundament (17) ein ringförmiger Kastenholm (23) zur Kühlung des Fundaments eingebaut ist und in dem Fundament (Ί7) Aussparungen (21, 22) vorgesehen sind, die Scherstifte (37, 40) der Grundplatte (34) aufnehmen und Bohrungen in der Grundplatte mit den Ankerschrauben (24, 25) ausgerichtet sind sowie eine in der Grundplatte (34) mittig angeordnete Bohrung in der sich die Gleitplatte (47) befindet und einen Durchmesser aufweist, der kleiner als der Durchmesser der zylindrischen Bohrung ist, wobei die Gleitplatte (47) eine konvexe Fläche aufweist, einen Scherring (35) mit Bohrungen, die in Ausrichtung zu den jeweiligen Ankerschrauben (32, 33) ausgebildet sind, wobei der Scherring (35) auf der Grundplatte (35) angeordnet ist und einen Innendurchmesser hat, der kleiner ist als der Durchmesser der Gleitplatte (47), um einen Rand am Umfang der Gleitplatte (47) zu überdecken, einen Stützblock (50), der eine konkave Fläche hat, die mit der konvexen Fläche der Gleitplatte (47) in Berührung steht, wobei der Stützblock (50) einen Durchmesser besitzt, der größer als der Durchmesser der Gleitplatte (47) und kleiner als der Durchmesser der zylindrischen Bohrung der Grundplatte (34) ist, um teilweise unter dem Scherring (35) zu liegen, sowie Mittel zur Verbindung des Stützblocks (50) mit dem Wärmetauscher.

2. Wärmetauscher-/uflager-Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Scherstifte von der Grundplatte herabhängen und in das Stahlbetonfundament hineinragen.

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3. Wärmetauscher-Auflager-Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Scherkeil zwischen dem Stützblock und den den Stützblock mit dem Wärmetauscher verbindenden Mitteln angeordnet ist mit der Maßgabe, Scherkräfte aufzunehmen.

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