DE2639951A1

DE2639951A1 - Waermeuebertrager

Info

Publication number: DE2639951A1
Application number: DE19762639951
Authority: DE
Inventors: Georg Hirschle
Original assignee: SGX Sulzer General Atomic Warmetauscher Aktiengesellsch
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1976-09-01
Filing date: 1976-09-04
Publication date: 1978-03-02
Also published as: FR2363773B1; FR2363773A1; DE2639951C3; CH612496A5; DE2639951B2; US4137967A

Description

P. 5086/Wg/IS

SGX Sulzer-General Atomic Wärmetauscher Aktiengesellschaft,

Winterthur/Schweiz

Wärmeübertrager

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Dampferzeuger, für Atomkraftanlagen aus einer Vielzahl von Rohren, die in einem Halterungssystem aufgehängt sind, das sich gegenüber einem zweiten Fixierungssystem, in dem die Zu- und Wegführleitungen zu den Rohren des Wärmeübertragers fixiert sind, infolge von Wärmedehnungen verschiebt, wobei die Verbindungsrohrezwischen den Rohren des Wärmeübertragers und . den Wegführleitungen als Dehnschleifen ausgebildet sind.

Bei Wärmeübertragern der genannten Art tritt das Problem auf, dass der Wärmeübertrager mit dem Halterungssystem seiner häufig sehr langen Rohre erhebliche Verschiebungen gegenüber einem zweiten System ausführt, in dem die Zu- und Wegführleitungen zu den Rohren fixiert sind. Diese Verschiebungen beruhen auf unterschiedlichen Wärmedehnungen der beiden Systeme. Zur Aufnahme dieser Wärmedehnungen ist es bekannt, zwischen den Rohren

des Wärmeübertragers und seinen Zuführ- und/oder Wegführleitungen als Dehnschleifen ausgelegte Verbindungsrohoeanzurodnen. Diese Rohrschleifen haben unter Umständen eine beträchtliche Länge, so dass sie auf Grund ihres Gewichts relativ stark durchhängen und dadurch vor allem in der Nähe ihrer Fixierungen hoch beansprucht werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, diese Beanspruchungen auf ein zulässiges Mass zu vermindern, ohne dass dadurch die Beweglichkeit der genannten Systeme bei ihren relativen Verschiebungen gegeneinander beeinträchtigt wird. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass an den Systemen der Halterung und der Fixierung je eines der beiden Enden mindestens eines doppelarmigen Hebels schwenkbar befestigt ist, dessen Drehpunkt eine Stelle mindestens einer Rohrschleife stützt, und dass ferner die Lage dieser Stelle auf der Länge der Rotorschleife sowie die Lage des Drehpunktes auf der Länge des Hebels so gewählt sind, dass die maximalen Beanspruchungen an der gestützten Rohrschleife beiderseits der Stützstelle unabhängig vom Dehnungszustand, d.h. unabhängig von der herrschenden Temperatur, möglichst gering und einander etwa gleich sind.

Auf diese Weise wird jede Rohrschleife mindestens an einer jedoch im allgemeinen an mehreren - Stellen ihrer freien Länge gestützt und um einen gewissen Betrag gehoben. Die Verbindung

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mit den beiden sich gegeneinander verschiebenden Systemen über schwenkbare Hebel gewährleistet dabei ein ungehindertes Nachgeben gegenüber den auftretenden Wärmedehnungen. Bei der erfindungsgemässen Unterstützung der Rohrschleifen lassen sich in gewissem Umfang die Lage der Unterstützungsstellen entlang der freien Länge der Rohrschleife und diejenige des Drehpunktes auf der Länge des Hebels und damit der Aufhängepunkt der Rohrschleife an dem Hebel frei wählen. Die freie Wahl dieses Aufhängepunktes an dem Hebel erlaubt es dabei, den Betrag, um den die Rohrschleife an diesem Punkt - gegenüber einem freien Durchhängen - angehoben oder verschoben wird, in gewissen Grenzen zu ändern. Erfindungsgemäss erfolgt die Wahl der genannten Stellen und Punkte, für deren Auffinden ein Weg später noch beschrieben wird, so, dass die bei der oder den vorgesehenen Unterstützungen der freien Länge der Rohrschleife auftretenden Belastungen - unabhängig vom Dehnungszustand, d. tu von der Temperatur der Rohrschleife - möglichst gering und zu beiden Seiten des jeweiligen Unterstützungspunktes einander möglichst gleich werden.

Das neue Auflagesystem lässt, sich bei einer Vielzahl von Rohrschleifen erheblich vereinfachen, wenn die Stellen gleicher Soll-Verschiebung verschiedener Rohrschleifen - d.h. Stellen verschiedener Rohrschleifen, die in dem gerade betrachteten Unterstützungspunkt um den gleichen Betrag angehoben werden über einen Tragbalken miteinander verbunden sind, und wenn dieser Tragbalken am Drehpunkt mindestens eines doppelarmigen Hebels aufgehängt ist.

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Weiterhin ist es konstruktiv zweckmässig, wenn die Befestigung der Enden des doppelarmigen Hebels in dem Halterungs- bzw. Fixierungssystem über je eine Lasche erfolgt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein vertikaler Schnitt durch einen aus einem

Dampferzeuger und einem Zwischenüberhitzer bestehenden Wärmeübertrager einer Atomkraftanlage;

Fig. 2 zeigt einen vergrösserten Ausschnitt von Fig. 1,

der einem Schnitt II-II von Fig. 3 und 4 entspricht;

Fig. 3 und 4 sind ein horizontaler Schnitt III-III bzw. ein vertikaler Schnitt IV-IV von Fig. 2, während

Fig. 5 schliesslich, stark vereinfacht, in vergrössertem Massstab einen Schnitt V-V von Fig. 2 darstellt.

Das Wärmeübertragersystem 1 sitzt in einer mit einem Blechfutter 2 ausgekleideten kreiszylindrischen Kammer 3 eines Betondruckbehälters 4, der Teil der Atomkraftanlage ist. Die Kammer 3 wird über eine Verbindungsleitung 5 von einem nicht gezeigten Reaktorkern aus mit heissem Gas versorgt, das von einem ebenfalls nicht dargestellten Umwälzgebläse gefördert wird. Das Gas strömt abgekühlt aus dem oberen Bereich 6 der Kammer 3 zurück zum Reaktorkern.

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In einem den Boden der Kammer 3 durchdringenden Zentralrohr 10 ist über einen Konus 11 ein Tragboden 12 aufgehängt, der radiale Lochplatten 13 trägt, in die Wärmeübertragerrohre 14 eingewunden sind. Die Enden der zusammen ein ringförmiges Rohr bildenden Rohre 14 sind an zwei nicht gezeigte Ein- bzw. Austrittskollektoren angeschlossen. Die oberen Enden der Rohrplatten 13 sind mit einer Ringscheibe 20, die einen Kragen 21 trägt, verbunden. Die Elemente 10 bis 13, 20 und 21 bilden zusammen mit später näher beschriebenen Teilen 60 bis 63 das zweite, mit "Fixierungssystem" (f) bezeichnete System für die an eine Dehnungs-Rohrschleife 73 anschliessenden Wegführleitungen 15 von Rohren 69 eines Wärmeübertragers 70. Zur Abstützung der anderen, als "Halterungssystem" (h) bezeichneten Aufhängung des Wärmeübertragers 70 trägt im oberen Bereich der Kammer 3 das Blechfutter 2 einen inneren Flansch 30. Auf diesem sitzt ein Aussenflansch 31 eines Hemdes 32, das ebenso einen inneren Flansch 33 und unten einen ringförmigen Boden 34 mit einem Kragen 35 hat. Im Boden 34 ist ein Stutzen 40 vorgesehen, in den axial verschiebbar das obere Ende eines Speisewas server tellers 41 geführt ist. Auf den inneren Flansch 33 stützt sich ein Aussenflansch 45 eines inneren Hemdes 46 ab, das unten in einen Konus 47 und in ein zylindrisches Führungsstück 48 übergeht. -

Am Hemd 32 sind im Bereich des Flansches 31 Speichen 50 angeschweisst, die mit einem Innenrohr 51 verbunden sind, das oben mit einem Deckel 52 abgeschlossen ist; über nicht gezeigte Aufhängungen tragen die Speichen 50 weiterhin radial stehende

Lochplatten 53 sowie über das Innenrohr 51 einen Stützring 54.

Das Zentralrohr 10 geht an seinem oberen Ende in einen bereits erwähnten, sich erweiternden Konus 60 über, der sich in einem Blechzylinder 61 fortsetzt. Auf dem Konus 60 sitzen acht radial stehende Stützbleche 62, auf deren innerem Bereich ein Rohrstück 63 koaxial zum Zentralrohr 60 befestigt ist. Dieses zum Fixierungssystem (f) gehörige Rohrstück 63 ist bei Relativ-Verschiebungen der Systeme über Pührungsstücke 64 im zur Halterung (h) gehörigen Innenrohr 51 geführt.

In die Lochplatten 53 sind schraubenförmig gebogene Rohre 69 des Helix-Dampferzeugers 70 eingewunden. Dieser Dampferzeuger wird durch Rohre 44 gespeist, die von einem Rohrboden 42 des Verteilers 41 ausgehen, im ringförmigen Raum zwischen dem Kragen 35 und dem Hemd 32 auf den Umfang verteilt werden, durch den Spalt zwischen dem Hemd 32 und dem Innenhemd 46, den Flansch 33 durchdringend, aufsteigen und von oben her an die Rohre des Helix-Dampferzeugers 70 angeschlossen sind.

Der Rohrboden 42 ist ein weiterer unabhängiger Teil des Fixierungssystems (f), der die Zuführrohre 44 zum Wärmeübertrager 70 umfasst; seine Wärmedehnungen nachgebende Verbindung zu den zum Halterungssystem (h) gehörigen Rohre 69 des Wärmeübertragers ist nicht Gegenstand der Erfindung und daher auch nicht näher beschrieben, da die vom Verteiler 41 zum Flansch 33 sich erstreckenden, Speisewasser führenden Rohrabschnitte 44 nur geringe

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Dehnungsunterschiede aufnehmen müssen, die keine erheblichen . Spannungen verursachen.

Die Austrittsenden der Rohre 69 des Dampferzeugers 70 sind über kurze Rohrschleifen 71 mit Durchdringungshülsen 72 (Fig. 2) des Stützrings 54 verbunden, wo sie an die Rohre 73 angeschlossen sind, die zunächst schraubenförmig gebogen im Ringraum zwischen dem Konus 60, dem Blechzylinder 61, dem Stützring 54 und dem Rohrstück 63 verlaufen, sodann mittels Briden 65 an den radial stehenden Stützblechen 62 befestigt sind, anschliessend schräg nach innen verlaufen und schliesslich als Rohre 15 durch das Zentralrohr 10 zu nicht gezeigten Rohrplatten eines Kollektors absteigen.

Im Gegensatz zu den Verschiebungen der sich vom Verteiler 41 zum Flansch 33 erstreckenden Rohrabschnitte ergeben sich durch die erheblichen Wärmedehnungen des Dampferzeugers 70 verhältnismässig grosse AbStandsänderungen zwischen den Stützblechen 62 und dem Stützring 54, die durch die schraubenförmigen Rohrschleifen 73 überwunden werden. Die schraubenförmigen Rohre 73 haben dabei eine erhebliche Länge in Umfangsrichtung; durch diese Längserstreckung in etwa horizontaler Richtung sind die Rohre 73 durch ihr Eigengewicht auf Durchbiegung beansprucht, so dass sie abgestützt werden müssen.

Erfindungsgemäss geschieht dies durch ein Äufhängesystem (Fig. bis 5), das am äusseren Mantel der ringförmigen Rohrschleifen

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aus doppelarmigen Hebeln 80, 8o, 82 besteht, die über Laschen 90h, 91h und 92h an jeweils einem am Stützring 54 befestigten - und daher zur Halterung (h) gehörigen - Steg 56 und an Laschen 9Of, 91f und 92f aufgehängt sind, die ihrerseits mit einer am Ringmantel 61 des Fixierungssystems (f) befestigten Aufhängung verbunden sind. Analoge, mit einem "'" bezeichnete doppelarmige Hebel 80', 81' und 82', Laschen 9O'h, 91'h und 92'h bzw. 90'f, 91'f und 92'f sowie Stege 56' am Stützring 54 und Aufhängungen 57' am Rohrstück 63 sind an der Innenseite des Ringraumes zwischen dem Zylinder 61 und dem Rohrstück 63 angeordnet.

Die doppelarmigen Hebel 80 bis 82 bzw. 80' bis 82' weisen zwischen den Punkten, an denen sie durch die Laschen 90h bis 92h und 9Of bis 92f bzw. 90"h bis 92'h und 90'f bis 92'f aufgehängt sind, eine horizontale Bohrung 94 auf. Je zwei dieser Hebel 80/80', 81/81' und 82/82' tragen sodann einen Querbalken 95, 96, 97, wobei sie in den Bohrungen 94 je einen, an den Enden der Querbalken 95 bis 97 angedrehten Zapfen 98 aufnehmen. Die Querbalken 95 bis 97 weisen je 11 Querbohrungen 99 auf, in welchen die Rohrschleifen fixiert sind.

Jede Rohrschleife 73 ist an drei Stellen, die ihre freie Länge zwischen der Durchdringungshülse 72 und der Einspannstelle 65 in etwa vier gleichlange Teile teilen, durch die Tragbalken 95, 96 und 97 gestützt. Die mit einem vollen Kreis hervorgehobene Schleife 73' wird z.B. von den Balken 96 und 97 auf der gezeichneten Seite des Wärmeübertragers gestützt, während die dritte

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Abstützstelle dieser Schleife 73' sich in dem Balken 96 befindet, der symmetrisch zu dem gezeigten Balken 96 in der in Fig. 2 dargestellten Ebene jenseits der durch die Rotationsachse verlaufenden Symmr.trie-Ebene liegt.

Während sich die Bohrungen 94 der Hebel 81 und 81' in etwa halber Länge dieser Hebel befinden und etwa die Mitte der ursprünglich freien Länge der jeweiligen Rohrschleife 73 unterstützen, teilen diejenigen der Hebel 80 und 80' den Abstand zwischen den Laschen 90h und 9Of bzw. 90'h und 90'f in einem Verhältnis, das - abhängig von der Steifigkeit der Einspannung der Rohrschleife 73 in den Durchdringungshülsen 72 und an den Briden 65 - gleich oder kleiner ist als 1 : 3. Dieses Verhältnis ist so gewählt, dass die maximalen Beanspruchungen an den Rohrschleifen 73 zu beiden Seiten der Querbalken 95 bis 97 möglichst gering und einander etwa gleich sind. Dementsprechend wird umgekehrt dieses Verhältnis an den Hebeln 82 und 82' gleich oder grosser als 3:1.

Bei einem beispielsweisen Vorgehen zur groben, empirischen Bestimmung des TeilungsVerhältnisses der Hebellänge wird eine Rohrschleife 73 in den Hülsen 72 und unter den Briden 65 normal eingespannt, im übrigen aber nicht abgestützt; sie wird daraufhin an den vorgesehenen Abstützstellen durch weiche Federn so aufgehängt, dass ihr Gewicht gerade kompensiert ist. Anschliessend wird der Stützring 54 relativ zu den Stützblechen.62 um einen bestimmten Betrag vertikal verschoben und die dabei auftretenden

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Bewegungen der vorgesehenen Abstützstellen werden gemessen. Aus der Relativ-Verschiebung zwischen dem Ring 54 und den Blechen 62 und den dabei gemessenen Bewegungen an den vorgesehenen AbstützsteIlen lassen sich die Teilungsverhältnisse dann durch einfache Rechnung ermitteln.

Mit bekannten Methoden der Festigkeitsrechnung lässt sich die Bestimmung der Teilungsverhältnisse verfeinern, indem die an den Rohrschleifen 73 wirkenden Kräfte und Momente in die Rechnung eingeführt und die Verschiebungen der Biegelinien mit den geringsten Maximalspannungen bestimmt werden.

Diese Methode wird dabei bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt, wobei empirisch dafür die Temperaturen ausgewählt werden, bei denen maximale Verschiebungen der beiden Systeme (h) und (f), und damit die stärksten Biegebeanspruchungen an den eingespannten Rohrschleifen 73 auftreten. Je nach der Steifigkeit der Einspannung an den Einspannstellen 72 und 65 kann es zweckmässig sein, die Unterstützungsstellenan den Rohrschleifen 73 unterschiedlich zu wählen, um optimale Beanspruchungsverhältnisse zu erreichen.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1^/Wärmeübertrager, insbesondere Dampferzeuger, für Atomkraftanlagen, aus einer Vielzahl von Rohren, die in einem Halterungssystem aufgehängt sind, das sich gegenüber einem zweiten Fixierungs system, in dem die Zu- und Wegführleitungen zu den Rohren des Wärmeübertragers fixiert sind, infolge von Wärmedehnungen verschiebt, wobei die Verbindungsrohre zwischen den Rohren des Wärmeübertragers und den Wegführleitungen als Dehnungs-Rohrschleife. ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass an den Systemen der Halterung (h) und der Fixierung (f.) je eines der beiden Enden mindestens eines doppelarmigen Hebels (80 bis 82; 80' bis 82') schwenkbar befestigt sind, dessen Drehpunkt (94) eine Stelle mindestens einer Rohrschleife (73) stützt, und dass ferner die Lage dieser Stelle auf der Länge der Rohrschleife (73) sowie die Lage des Drehpunktes (94) auf der Länge des Hebels (80 bis 82; 80¹ bis 82') so gewählt sind, dass die maximalen Beanspruchungen an der gestützten Rohrschleife (73) beidseitig der Stützstelle unabhängig vom Dehnungszustand, d.h. unabhängig von der herrschenden Temperatur, möglichst gering und einander etwa gleich sind.
2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Stellen gleicher Soll-Verschiebung verschiedener Rohrschleifen (73) über einen Tragbalken (95 bis 97) miteinander verbundenesind_y und dass dieser Tragbalken (95 bis 97) am Drehpunkt (94) mindestens eines doppelarmigen Hebels (80 bis 82; 80-' bis 82') aufgehängt ist. :-."■·.

809809/059B original inspected
3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung der Enden des doppelarmigen Hebels (80 bis 82; 80* bis 82') an dem Halterungs-.(h) bzw. Fixierungssystem (f) über je eine Lasche (90h bis 92h bzw. 9Of bis 92f; 90'h bis 92'h bzw. 90^ff bis 92^ff) erfolgt.

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