DE2749927A1

DE2749927A1 - Rohrleitungsanordnung zur foerderung von heissem stroemungsmittel

Info

Publication number: DE2749927A1
Application number: DE19772749927
Authority: DE
Inventors: Eizi Horie; Hideo Nagashima; Hiroshige Suzuki
Original assignee: PRESIDENT OF AGENCY OF IND; Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: PRESIDENT OF AGENCY OF IND; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1976-11-08
Filing date: 1977-11-08
Publication date: 1978-05-11
Also published as: US4155377A; JPS6028868Y2; DE2749927C2; JPS53135407U

Description

Henkel, Kern, Feiler 8- Hänzei Patentanwälte Möhlstraße 37 The President of the Agency of D-8000 München 80 Industrial Science and Technology Tel: 089/982085-87 Tokio, Japan Telex: 0529802 hnkld

^e Telegramme: ellipsoid

f 8. Nov. 1577

Rohrleitungsanordnung zur Förderung von heißem Strömungsmittel

Die Erfindung betrifft eine Rohrleitungsanordnung zur Förderung eines heißen Strömungsmittels, beispielsweise eines in einem Kernreaktor erzeugten Heißgases.

Eine Rohrleitungsanordnung zur Förderung heißen Strömungsmittels muß im allgemeinen hohe Wärmeisolierfähigkeit und hohe Beständigkeit gegen thermische Ausdehnung an dem mit dem heißen Strömungsmittel unmittelbar in Berührung stehenden inneren Metallrohr besitzen, üblicherweise wird eine Rohrleitung zur Förderung von heißen Strömungsmitteln in der Weise hergestellt, daß feuerfeste Blöcke oder Steine an der Außenfläche des inneren Metallrohrs angebracht und mit einem Füllmaterial, wie Mörtel, die Fugen zwischen den feuerfesten Blöcken verschlossen werden. Eine derartige Rohrleitungsanordnung ist jedoch bezüglich Wärmeisolierung und Dauerhaftigkeit nicht zufriedenstellend. Insbesondere neigt das Füllmaterial zu Bruch aufgrund der Wärmeausdehnung des inneren Metall· rohrs. Selbstverständlich muß ein Bruch des Füllmaterials vermieden werden, wenn die Rohrleitung für die Förderung der in einem Kernreaktor erzeugten Heißgase eingesetzt wird.

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Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Rohrleitung zur Förderung von heißem Strömungsmittel, die ein hohes Wärmeisoliervermögen besitzt und die Ausdehnung und Schrumpfung des inneren Metallrohrs aufzunehmen bzw. auszugleichen vermag und daher eine lange Betriebslebensdauer besitzt.

Bei dieser Rohrleitung soll zudem auf Mörtel zum Ausfüllen der Fugen zwischen den Feuerfestblöcken oder -steinen verzichtet werden.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Mit der Erfindung wird also eine Rohrleitungsanordnung für heißes Strömungsmittel geschaffen, die sich durch die Kombination aus folgenden Merkmalen kennzeichnet: Ein von einem heißen Strömungsmittel durchströmtes Metall-Innenrohr; in regelmäßiger Anordnung an der Außenfläche des Innenrohrs vorgesehene und von seiner Außenfläche nach außen ragende Stützoder Tragzapfen; mit Hilfe der Tragzapfen mit dem Innenrohr fest verbundene, feuerfeste Kopplungsglieder, die jeweils eine konzentrisch zur Oberfläche des Metallrohrs liegende Obez*> und Unterseite, zwei in Längsrichtung des Innenrohrs weisende, trapezförmige Flächen und zwei in Umfangsrichtung des Metallrohrs liegende Segmentflächen aufweisen; an den Seitenflächen der Kopplungsglieder verschiebbare, zwischen die einzelnen Kopplungsglieder eingesetzte, wärmeisolierende Feuerfestblöcke, die jeweils an der Unterseite üit einer Polsterschicht aus einem elastischen feuerfesten Material versehen sind; eine aus einem elastischen feuerfesten Material hergestellte Wärmeisolierschicht, welche die Oberseiten der Kopplungsglieder und der Värmeisolierblöcke gleichmäßig bedeckt; und ein die Wärmeisolierschicht umschließendes äußeres Metallrohr.

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In bevorzugter Ausführungsform sind mehrere Tragzapfenanordnungen aus jeweils mindestens zwei auf gleiche Umstände verteilt am Umfang des Metallinnenrohrs angeordneten Tragzapfen in Längsrichtung des Innenrohrs auf gleiche Abstände voneinander angeordnet. Hierbei ist vorzugsweise ein Tragzapfen in einer beliebigen Tragzapfenanordnung auf einer Längslinie angeordnet, welche das Zentrum zwischen zwei benachbarten Tragzapfen in der benachbarten Tragzapfenanordnung einschließt.

Vorzugsweise bilden zudem die beiden trapezförmigen Seitenflächen (je)des Kopplungsglieds einen Winkel entsprechend der Hälfte des Winkels, der von den beiden benachbarten Tragzapfen einer Tragzapfenanordnung festgelegt wird.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise weggebrochene perspektivische Darstellung einer Rohrleitungsanordnung für heißes Strömungsmittel mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 2 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäß verwendeten Kopplungsglieds und

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines bei der Rohrleitung nach Fig. 1 verwendeten wärmeisolierenden Feuerfestblocks.

Die Fig. 1 und 2 veranschaulichen eine Rohrlei tungs anordnung gemäß der Erfindung, bei welcher jede Tragzapfenanordnung aus drei Tragzapfen besteht, die um den Außenumfang eines metallenen

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Innenrohrs herum auf gleiche Abstände verteilt sind und von diesem Rohr nach außen ragen· Dabei sind die drei Tragzapfen, die eine Tragzapfenanordnung bilden, in einer einzigen Ebene senkrecht zur Achse des metallenen Innenrohrs angeordnet. Die Zahl der eine Tragzapfenanordnung bildenden Tragzapfen hängt dabei vom Außendurchmesser des Innenrohrs sowie von den Abmessungen des Kopplungsglieds und des feuerfesten Blocks ab. Jede Tragzapfenanordnung besteht im allgemeinen aus 3-8 und typischerweise 3 oder 6 Tragzapfen·

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 sind die eine Tragzapfenanordnung bildenden Tragzapfen, z.B. die Zapfen 2a, 2a¹ und 2a", auf gleiche Umfangsabstände verteilt um die Außenfläche des Innenrohrs 1 herum von diesem nach außen abstehend angeordnet. Hierbei wird zwischen je zwei der drei, eine Anordnung bildenden Tragzapfen, z.B. den Zapfen 2a und 2a', ein Winkel von 120° festgelegt. Hehrere jeweils auf die beschriebene Weise gebildete Tragzapfenanordnungen sind in Längsrichtung des Innenrohrs 1 auf gleiche Abstände voneinander angeordnet. Wesentlich ist dabei jedoch, daß zwei einander benachbarte Tragzapfenanordnungen mit ihren Tragzapfen um 60° gegeneinander versetzt sind. Beispielsweise bilden die die Tragzapfen 2b und 2b¹ der Anordnung, welche der Anordnung der Tragzapfen 2a, 2a¹ und 2a" benachbart ist, einschließenden Ebenen einen Winkel von 120° miteinander, wie dies auch bei den Tragzapfen 2a und 2a« der Fall ist. Die sowohl den Tragzapfen 2b als auch die Achse des Innenrohrs 1 einschließende Ebene bildet dagegen, wie aus Fig. 1 hervorgeht, einen Winkel von 60° mit der den Tragzapfen 2a und die Achse des Innenrohrs 1 einschließenden Ebene. Sowohl das metallene Innenrohr 1 als auch die Tragzapfen bestehen aus einem warmfesten Stahl, etwa der Sorte SUS 304, wobei Tragzapfen und Innenrohr beispielsweise durch Schweißen miteinander verbunden sind·

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Kopplungsglieder 3» von denen jedes an einem Tragzapfen befestigt ist, bestehen jeweils aus einem wärmeisolierenden feuerfesten Material, wie gesintertem Quarzglas, gesintertem Siliziumnitrid und Ziegel bzw. Schamotte. Gemäß den Fig. 2 und 3 besitzt das Kopplungsglied 3 eine ganz spezielle Form, bei welcher die längs der Länge des Innenrohrs 1 verlaufenden Seitenflächen 3a, 3a¹ eine Trapezform besitzen. Eine Oberseite 3b und eine Unterseite 3b' des Kopplungsgiieds 3 sind zudem konzentrisch zur Außenfläche des Innenrohrs 1 angeordnet. Infolgedessen besitzen die in Umfangsrichtung des Innenrohrs 1 verlaufenden Seitenflächen 3c, 3c¹ eine Kreisringsegmentform. Der Einschlußwinkel zwischen zwei trapezförmigen Seitenflächen 3a und 3a· entspricht außerdem der Hälfte des Einschlußwinkels zwischen zwei benachbarten Tragzapfen einer Tragzapfenanordnung. Besonders wichtig ist der Hinweis darauf, daß alle in Längsrichtung des metallenen Innenrohrs liegenden Querschnitte des Kopplungsglieds 3 eine Trapezform besitzen.

Der Neigungswinkel der Segment-Seitenflächen 3c, 3c' relativ zu einer senkrecht zur Achse des Rohrs 1 verlaufenden Ebene hängt vom Wärmedehnungskoeffizienten sowie vom Durchmesser des Innenrohrs 1 und von den Abständen zwischen den Tragzapfen ab. Im allgemeinen liegtfaieser Neigungswinkel im Bereich von einigen wenigen Graden bis zu etwa 20° oder wenig mehr. Das Kopplungsglied 3 ist mit einer Bohrung 3d versehen, die von seiner Unterseite 3b¹ zur Oberseite 3b durchgehend ist. Der Tragzapfen wird durch die Bohrung 3d hindurchgeführt, und an der Spitze des Tragzapfens wird ein Befestigungselement 5 angebracht, um dadurch das Kopplungsglied 3 am Innenrohr 1 zu befestigen.

Zwischen je zwei in Längsrichtung des Rohrs 1 einander benachbarten Kopplungsgliedern ist jeweils ein wärmeisolierender, feuerfester Block 4 montiert (Fig. 1 und 2). Der Block

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besteht dabei aus einem wärmeisolierenden Feuerfestmaterial, etwa aus gesintertem Quarzglas, gesintertem Siliziumnitrid oder Ziegel bzw. Schamotte (brick)· Die Unterseite des Blocks 4 besteht aus einer Polsterschicht 4' aus einem elastischen, feuerfesten Material, wie Keramikfaser· In Fig. 4 ist mit 4b* die Fläche des Blocks 4 bezeichnet, die mit der Außenfläche des metallenen Innenrohrs 1 in Berührung gelangt.

Die in Längsrichtung des Rohrs 1 verlaufenden Seitenflächen 4a, 4a* des wärmeisolierenden, feuerfesten Blocks 4 sind umgekehrt trapezförmig. Oberseite 4b und Unterseite 4b* des Blocks 4 besitzen dagegen bezüglich Krümmung und Umfangelänge dieselbe Form wie Oberseite 3b und Unterseite 3b* des Kopplungsglieds 3. Infolgedessen besitzen die in Umfangsrichtung des Innenrohrs 1 verlaufenden Seitenflächen 4c, 4c¹ eine Kreis· (ring)segmentform entsprechend derjenigen der Seitenflächen 3c, 3c· des Kopplungsglieds 3·

Der erwähnte Block 4 besitzt im allgemeinen in Längsrichtung des Innenrohrs 1 eine größere Länge als das Kopplungsglied 3. Dabei können Block 4 und Kopplungsglied 3 praktisch dieselbe Höhe besitzen.

Eine in Fig. 1 gezeigte, wärmeisolierende Schicht 6 besteht aus einem elastischen feuerfesten Material, wie Keramikfaser» Ein Metall-Außenrohr 7 (Fig· 1) ist aus einem warmfesten Stahl, etwa der Sorte SUS 304,hergestellt.

Bei der beschriebenen Rohrleitungsanordnung wird die thermische Ausdehnung oder Schrumpfung des unmittelbar mit dem durchströmenden heißen Strömungsmittel in Berührung, stehenden metallenen Innenrohr durch bestimmte Relativbewegungen zwischen Kopplungsgliedern und feuerfesten Blöcken aufgefangen, woraus sich eine erheblich verbesserte Bestfindigkeit bzw. Betriebslebensdauer der Rohrleitung ergibt. Wenn durch die

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Rohrleitung ein Gas von etwa 1000⁰C gefördert wird, dehnt sich das unmittelbar mit dem heißen Gas in Berührung stehende Innenrohr hauptsächlich in Längsrichtung aus. Dabei verschieben sich der Tragzapfen und das daran befestigte Kopplungsglied 3 ebenfalls in Längsrichtung des Innenrohrs Diese Verschiebung wird jedoch in eine Gleit- oder Schiebebewegung der segmentförmigen Seitenflächen 4c, 4c¹ des Blocks 4 auf den segmentförmigen Seitenflächen 3c, 3c' des Kopplungs· glieds 3 umgewandelt. Genauer gesagt: die Längsausdehnung des metallenen Innenrohrs 1 bewirkt eine Erweiterung des Abstands zwischen zwei benachbarten Kopplungsgliedern 3» die zwischen sich den wärmeisolierenden, feuerfesten Block 4 einschließen. Der Block 4 führt demzufolge eine Verschiebung längs des (betreffenden) Kopplungsglieds 3 in Richtung auf das Innenrohr 1 unter Zusammendrückung der Polsterschicht durch. Diese Verschiebung führt selbstverständlich zur Entstehung einer Unebenheit an den Oberseiten von Kopplungsglied 3 und Block 4, doch wird dieser Zustand durch die Elastizität der Isolierschicht 6 ausgeglichen.

Wie erwähnt, besitzen die in Längsrichtung des metallenen Innenrohrs verlaufenden Seitenflächen des Kopplungsglieds eine Trapezform. Außerdem ist der wärmeisolierende, feuerfeste Block so geformt, daß er sich längs der segmentförmigen Seitenflächen der betreffenden Kopplungsglieder zu verschieben vermag. Durch diese spezielle Konstruktion wird die Verwendung von Mörtel zum Ausfüllen der Lücken zwischen den Blöcken überflüssig; außerdem erhält die Anordnung hierdurch eine erheblich verbesserte Betriebslebensdauer bzw. Beständigkeit.

Ein anderes, zu beachtendes Merkmal besteht darin, daß das Kopplungsglied und der feuerfeste Block, die beide das metallene Innenrohr bedecken, aus einem wärmeisolierenden Werk-

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stoff bestehen. Weiterhin sind das wärmeisolierende Kopplungsglied und der gleichartige Block mit einer Wärmeisolierschicht aus Keramikfaser o.dgl. bedeckt. Aufgrund dieser Ausbildung kann die Rohrleitungsanordnung selbstverständlich hohe Wärmeisoliereigenschaften besitzen. Dauerhaftigkeit und Isolierfähigkeit der Anordnung werden speziell dann wesentlich verbessert, wenn als wärmeisolierendes, feuerfestes Material ein Werkstoff angewandt wird, der als Hauptbestandteil gesintertes Quarzglas enthält.

Die beschriebene Rohrleitungsanordnung zur Förderung von heißem Strömungsmittel besitzt also hohe Wärmeisolierfähigkeit und hohe Dauerhaftigkeit bzw. lange Betriebslebensdauer. Infolgedessen eignet sich diese Anordnung sehr vorteilhaft für die Förderung eines in einem Kernreaktor erzeugten Heißgases bzw. Heißwindes zu einem Reduktionsofen für Eisenerz o.dgl.

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Le e i t e

Claims

Henkel, Kern, FeHer tr H£nze4 Patentnwälte

MöMstraße37 The President of the Agency of D-8000 München 80

Industrial Science and Technology Tel, 089/982085-87

Tokio, Japan Telex:0529802hnkld

- Telegramme: ellipsoid

, 18. Nov.

Patentansprüche

., Rohrleitungsanordnung zur Förderung eines heißen Strömungsmittels , gekennzeichnet durch ein metallenes Innenrohr (1), das vom heißen Strömungsmittel durchströmbar ist, durch mehrere von der Außenfläche des Innenrohrs nach außen ragende Tragzapfen (2a, 2b usw.), die mehrere Tragzapfenanordnungen aus jeweils mindestens zwei um den Umfang des Innenrohrs herum auf gleiche Abstände verteilten Tragzapfen bilden» wobei die Tragzapfenanordnungen in Längsrichtung des Innenrohrs (1) derart auf gleiche Abstände verteilt sind, daß ein Tragzapfen einer beliebigen Anordnung auf einer den Mittelpunkt zwischen zwei benachbarten Tragzapfen der benachbarten Anordnung einschließenden Längslinie liegt, durch mehrere mittels der Tragzapfen am metallenen Innenrohr befestigten wärmeisolierenden, feuerfesten Kopplungsgliedern (3) mit in Längsrichtung des Innenrohrs verlaufenden, trapezförmigen Seitenflächen (3a, 3a¹)» in ümfangsrichtung des Innenrohrs verlaufenden, kreis(rinf)segmentförmigen Seitenflächen (3c, 3c*)* konzentrisch zur Itafangsfläche des Innenrohrs liegenden Ober- und Unterseiten (3b bzw. 3b¹) und einer sich von Unter- zu Oberseite erstreckenden Bohrung (3d) zur Aufnahme eines Tragzapfens, wobei der zwischen den trapezförmigen Seiten-

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Ke/Bi/

ro

flächen festgelegte Winkel der Hälfte des Winkels zwischen zwei benachbarten Tragzapfen einer Tragzapfenanordnung entspricht, durch eine Anzahl von jeweils zwischen zwei in Längsrichtung des Innenrohrs (1) benachbarten Kopplungsgliedern angeordnete, wärmeisolierenden, feuerfesten Blöcken (4) mit in Längsrichtung des Innenrohrs verlaufenden, umgekehrt trapezförmigen Seitenflächen (4b, 4b¹), den Segmentflächen des Kopplungsglieds entsprechenden, in Umfangsrichtung des Innenrohrs verlaufenden, kreis· (ring)segmentförmigen Seitenflächen (4c, 4c¹) und einer aus einem elastischen feuerfesten Material hergestellten, den Unterteil des betreffenden Blocks (4) bildenden Polsterschicht (4¹), durch eine aus einem elastischen feuerfesten Material bestehende und die Oberseiten der Kopplungsglieder und der wärmeisolierenden, feuerfesten Blöcke gleichmäßig bedeckende, wärmeisolierende Schicht (6) und durch ein die Außenfläche der wärmeisolierenden Schicht (6) umschließendes metallenes Außenrohr (7).
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 jede Tragzapfenanordnung aus 3 bis 8 Tragzapfen gebildet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeisolierende, feuerfeste Material aus gesintertem Quarzglas, gesintertem Siliziumnitrid und/oder Ziegel bzw. Schamotte besteht.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elastisches feuerfestes Material Keramikfasermaterial vorgesehen ist.
5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der segmentförmigen Seitenflächen jedes Kopplungsglieds relativ zu einer senkrecht zur Achse des

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metallenen Innenrohrs verlaufenden Ebene in der Größenordnung von einigen Graden bis zu 20° oder wenig mehr als 20° liegt.
6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kopplungsglied in der Weise am metallenen Innenrohr befestigt ist, daß ein Befestigungselement an der Spitze des die Bohrung im Kopplungsglied durchsetzenden Tragzapfens angebracht ist.

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