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Dampferzeuger für eine Kernreaktoranlage
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Die Erfindung betrifft einen in einer Kaverne eines Druckbehälters
angeordneten Dampferzeuger für eine Kernreaktoranlage mit mehreren nacheinander
von einem gasförmigen Reaktorkühlmittel durchströmten Heizflächenelementen, die
in einem zylindrischen Außenmantel installiert sind und eine Vorwärmerzone, eine
Verdampferzone und eine aus mindestens zwei Teilen bestehende überhitzerzone umfassen,
wobei der letzte Teil der Überhitzerzone (Endüberhitzer) als Geradrohrbündel ausgebildet
und innerhalb eines Leitmantels im zentralen Bereich des zylindrischen Außenmantels
angeordnet ist, während die übrigen Heizflächenelemente aus einem kompakten Helixbündel
mit ringförmigem Querschnitt bestehen. Dieses ist konzentrisch um den Endüberhitzer
angeordnet und sowohl von einem äußeren Leitmantel als auch von einem inneren Leitmantel
umgeben, wobei der erste Teil der Überhitzerzone über der Verdampferzone und diese
über der Vorwärmerzone angeordnet ist.
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Ein solcher Dampferzeuger ist beispielsweise aus der Auslegeschrift
24 59 472 bekannt. Der dort beschriebene Dampferzeuger weist noch einen Zwischenüberhitzer
auf, der als U-Rohrbündel ausgebildet und unterhalb der übrigen Heizflächenelemente
angeordnet ist. Das Heizgas wird dem in einem Kasten befindlichen Zwischenüberhitzer
durch zwei einander gegenüberliegende Eintrittsöffnungen zugeleitet und strömt danach
in die übrigen Heizflächenelemente ein, wobei das Gas zunächst durch eine zentrale
Öffnung von unten in den Endüberhitzer eintritt.
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In der Offenlegungsschrift 25 39 440 wird ein weiterer Wärmetauscher
beschrieben, der mindestens ein Rohrbündel aus geraden Rohren und ein oder mehrere
Rohrbündel aus gewickelten Rohren umfaßt. Die Rohrbündel sind in Ringräumen installiert,
die ineinanderliegen und von mindestens zwei koaxialen zylindrischen Mänteln gebildet
-werden.
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Zum Stand der Technik wird ferner noch die Offenlegungsschrift 26
44 196 genannt, in der ein aus einem Hochtemperaturabschnitt und einem Niedertemperaturabschnitt
bestehender Dampferzeuger für eine Kernreaktoranlage dargestellt ist. Der Hochtemperaturabschnitt
umfaßt eine große Zahl von parallel zueinander ausgerichteten Geradrohren, die zu
einem langgestreckten Bündel zusammengefügt sind. Der Niedertemperaturabschnitt
besteht aus im wesentlichen spiralförmigen Rohren, die ein ringförmiges Rohrbündel
bilden. Dieses ist koaxial zu dem Geradrohrbündel des Hochtemperaturabschnittes
angeordnet. Ein Nacherhitzen in Form eines Geradrohrbündels ist achsenparallel zu
dem Hochtemperaturabschnitt neben dessen unterem Ende aufgestellt. Das Heizgas wird
zunächst quer über die Rohre des Nacherhitzers geleitet, bevor es an den Rohren
des Hochtemperaturabschnittes entlang nach oben strömt. Dort wird der Gasstrom umgelenkt
und an den Rohren des Niedertemperaturabschnittes entlang nach unten geführt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dampferzeuger der
eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem auch ohne Vorhandensein eines Zwischenüberhitzers
eine konzentrische Einströmung des Reaktorkühlgases in den Endüberhitzer erreicht
wird und der sich auf dem Boden einer Druckbehälter-Kaverne aufstellen läßt. Ferner
soll der Dampferzeuger eine möglichst kompakte Bauform aufweisen und für Wiederholungsprüfungen
zugänglich sein.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß um den
unteren Teil des Endüberhitzer-Geradrohrbündels, der über das Helixbündel hinausgezogen
ist, eine Einströmhaube vorgesehen ist, die sich an den Leitmantel des Endüberhitzers
anschließt und in die seitlich die Kühlgaseintrittsleitung einmündet, daß das Geradrohrbündel
im Bereich der Einströmhaube von einem eng anliegenden, mit einer Vielzahl von radialen
Bohrungen versehenen Prallhemd umgeben ist, daß der innere Leitmantel des Helixbündels
nach unten über das Helixbündel hinausgezogen und an einem Tragrost befestigt ist,
an dem sich nach unten ein Stützmantel anschließt, der eine Öffnung für die Kühlgaseintrittsleitung
aufweist und in seinem unteren Teil in mehrere Einzelstützen übergeht, die auf dem
Boden der Druckbehälter-Kaverne aufgestellt sind, und daß die Speisewasserleitungen
und die Frischdampfleitungen nach unten aus dem Dampferzeuger herausgeführt sind,
wobei die Frischdampfleitungen zentral verlegt sind.
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Durch Zusammenwirken der Einströmhaube mit dem Prallhemd läßt sich
eine konzentrische Einströmung des Kühlgases in das Geradrohrbündel erzielen. Die
in dem Prallhemd vorhandenen radialen Bohrungen sind ausreichend groß ausgeführt,
um niedrige Einströmgeschwindigkeiten zu erreichen. Die Bohrungen können im Querschnitt
von beliebiger Form sein, beispielsweise kreisrund, drei- oder mehreckig mit abgerundeten
Ecken. Sie geben dem Kühlgasstrom bei seinem Eintritt in das Geradrohrbündel eine
radiale Richtung.
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Sämtliche Speisewasser- und Frischdampfanschlüsse befinden sich auf
einer Seite des Dampferzeugers, und zwar in seinem unteren Bereich. Die Verbindungsstelle
der Kühlgaseintrittsleitung mit dem Dampferzeuger liegt ebenfalls in diesem Bereich
und ist
von unten her zugänglich. Die Einströmhaube kann in der
horizontalen Ebene dieser Verbindungsstelle oder in einer nicht weit von dieser
entfernten horizontalen Ebene federnd auf dem Stützmantel gelagert sein. Durch diese
Maßnahme können vertikale Dehnungsdifferenzen zwischen dem Dampf erzeuger und der
Kühlgaseintrittsleitung gering gehalten werden.
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Der oberhalb des Geradrohr- und des Helixbündels befindliche Raum
ist vorteilhafterweise durch einen Zwischenboden in einen Umlenkraum für den aus
dem Endüberhitzer austretenden Kühlgasstrom und in einen über dem Umlenkraum liegenden
weiteren Raum unterteilt, der für die von dem Helixbündel zu dem Geradrohrbündel
führenden Kompensations- und überleitungsrohre reserviert ist.
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Um den Transport und die Montage des Dampferzeugers leichter durchführen
zu können, ist es zweckmäßig, in dem Kühlgas-Umlenkraum einen Führungsrost vorzusehen.
Er nimmt auch die bei Erdbeben auftretenden horizontalen Kräfte auf. In an sich
bekannter Weise besteht der Führungsrost aus einem inneren und einem äußeren Tragring
und aus einer Anzahl von Tragarmen, die die beiden Tragringe miteinander verbinden.
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In der Ebene des Führungsrostes kann noch eine weitere Absicherung
gegen Erdbebenkräfte vorgesehen sein. Diese besteht aus mindestens drei horizontal
wirkenden Abstützungen, mit denen der Dampferzeuger bzw. sein Außenmantel sich an
die Wandung der Druckbehälter-Kaverne anlehnt.
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Zur Abdichtung des Spaltes zwischen dem Leitmantel des Endüberhitzers
und dem inneren Leitmantel des Helixbündels ist vorteilhafterweise im Bereich unterhalb
des Tragrostes ein
Axialkompensator vorgesehen. Er verhindert,
daß sich das (auf ca. 3000C) abgekühlte Kühlgas mit dem heißen Kühlgas vermischt.
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Für den Fall des Versagens des Axialkompensators kann am oberen Ende
des Endüberhitzers zwischen seinem Leitmantel und dem inneren Leitmantel des Helixbündels
eine Spaltdichtung angeordnet sein.
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Es ist zweckmäßig, die nach unten aus dem Dampferzeuger herausgeführten
Frischdampfleitungen innerhalb des Stützmantels enger zu bündeln und sie in einer
Lochplatte zusammenzufassen. Diese Lochplatte bildet einen Festpunkt der fest mit
dem Endüberhitzer verbundenen Einströmhaube.
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Die Einströmhaube kann konzentrisch oder exzentrisch um den unteren
Teil des Endüberhitzers angeordnet sein. Die letztgenannte Möglichkeit wird gewählt,
um über den ganzen Umfang des Endüberhitzers die gleiche Geschwindigkeit des eintretenden
Kühlgases zu erreichen. Die Einströmhaube ist dann zu der Kühlgaseintrittsleitung
hin versetzt.
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Die Einströmhaube kann kugelförmig oder annähernd kugelförmig ausgebildet
sein. Sie kann auch aus einem zylindrischen Mittelteil und zwei gewölbten Abschlußkappen
zusammengesetzt sein.
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In dem Mittelteil mündet der Stutzen der Kühlgaseintrittsleitung.
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Die Vergleichmäßigung der Kühlgaseintrittsgeschwindigkeit kann auch
dadurch bewirkt werden, daß die radialen Bohrungen in dem Prallhemd mit unterschiedlichen
Mittenabständen über den Umfang des Prallhemdes verteilt sind.
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Der Stützmantel kann in seinem an den Tragrost anschließenden Teil
als kegeliger Mantel ausgebildet sein, der in einen zylindrischen Mantel übergeht.
An dem Tragrost ist er an dessen Innenrand befestigt. Die Öffnung für die Kühlgaseintrittsleitung
befindet sich in dem zylindrischen Mantelteil.
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Es besteht auch die Möglichkeit, den Stützmantel im wesentlichen zylindrisch
auszubilden. In diesem Falle ist er am Außenrand des Tragrostes befestigt. Im oberen
Teil des Stützmantels können Öffnungen für den Austritt des Kühlgases vorgesehen
sein, die über seinen ganzen Umfang verteilt sind.
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Der Kühlgasaustritt kann auch am oberen Ende des Dampferzeugers vorgesehen
sein. Der oben mit einer Kappe abgeschlossene Außenmantel des Dampferzeugers weist
in diesem Falle in der Kappe einen Stutzen auf, an den sich eine Kühlgasaustrittsleitung
anschließt. Unterhalb des Tragrostes ist vorteilhafterweise ein den Außenmantel
nach unten abschließender Umlenkboden für das Kühlgas installiert, und zwischen
dem Dampferzeuger-Außenmantel und dem äußeren Leitmantel des Helixbündels ist ein
Ringspalt zur Kühlgasrückführung vorhanden.
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Zweckmäßigerweise ist in dem oberhalb des Geradrohr- und Helixbündels
befindlichen Umlenkraum eine Leitvorrichtung zur Umlenkung des Kühlgasstromes vorgesehen,
mit deren Hilfe sich ein besserer Strömungsverlauf an der Umlenkstelle erzielen
läßt.
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Die Leitvorrichtung kann z. B. die Form einer Halbtoruschale haben
und an dem Zwischenboden oder auch an dem Führungsrost angebracht sein.
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Der den Umlenkraum nach oben begrenzende Zwischenboden kann ebenfalls
an dem Führungsrost befestigt sein, und zwar an dessen innerem Tragring und/oder
an den Tragarmen des Führungsrostes.
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Es ist vorteilhaft, die nach unten aus dem Dampferzeuger herausgeführten
Speisewasserleitungen zu mindestens einem von einem Leitmantel umschlossenen Bündel
zusammenzufassen und jedes Bündel mit seinem unteren Ende in eine Lochplatte ein
zu setzen. Sind mehrere Bündel vorhanden, so sind diese auf einem Teilkreis um die
Dampferzeuger-Längsachse angeordnet, wobei sie auf Lücke zu den Einzelstützen des
Stützmantels stehen.
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Die Lochplatten befinden sich auerhalb des Stützmantels.
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Bei den Dampferzeugern, die die Kühlgasaustrittsleitung im oberen
Bereich haben, können die Leitmäntel der Speisewasserrohrbündel fest an dem (unteren)
Umlenkboden für das Kühlgas angeschlossen sein. Die erforderlichen Dicht- und Schiebestellen
sind jeweils am unteren Ende der Leitmäntel zwischen diesen und den zugehörigen
Lochplatten vorgesehen.
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Um Wärmedehnungsdifferenzen in vertikaler und auch horizontaler Richtung
auszugleichen, sind neben den Dicht- und Schiebestellen noch andere Lösungen möglich.
So können die Speisewasserleitungen sowie die Leitmäntel elastisch genug sein, um
die Dehnungsdifferenzen aufzunehmen. Die Leitmäntel können dann sowohl an dem Umlenkboden
(falls ein solcher vorhanden ist) als auch an der zugehörigen Lochplatte fest angeschlossen
sein.
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Eine weitere Möglichkeit kann darin bestehen, in dem zwischen jeder
Lochplatte und dem Umlenkboden befindlichen Bereich der Speisewasserleitungen Kompensatoren
einzubauen. In diesem Falle wird vorteilhafterweise - um einem eventuellen Versagen
der Kompensatoren entgegenzuwirken - am oberen Ende jedes Leitmantels zwischen diesem
und dem Umlenkboden eine Spaltdichtung angeordnet.
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Eine weitere Variante bildet die Verwendung von Thermosleeves, mit
deren Hilfe die-einzelnen Speisewasserleitungen an dem Umlenkboden befestigt sind.
Hierbei müssen die zwischen dem Helixbündel und dem Umkehrboden auftretenden Dehnungsdifferenzen
von den betreffenden Abschnitten der Speisewasserleitungen aufgenommen werden. Die
nach unten weitergeführten Speisewasserleitungen werden enger gebündelt und sind
bündelweise von einem Leitmantel umgeben, der nicht fest an dem Umlenkboden angeschlossen
ist.
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An den Durchtrittsstellen der Speisewasserrohre durch den Umlenkboden
ist zweckmäßigerweise ein Halterungsrost vorgesehen, der in Richtung der Rohrachsen
nur geringe Spalte frei läßt.
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Auf diese Weise wird das Eindringen des schnell strömenden Kühlgases
in das nach unten austretende Speisewasserbündel weitgehend verhindert.
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Ein gemäß der Erfindung ausgebildeter Dampferzeuger kann auch ein
Zwischenüberhitzerteil aufweisen, das in an sich bekannter Weise als Geradrohrbündel
konzipiert ist. Dieses ist in ringzylindrischer Form hergestellt und innerhalb der
Einströmhaube konzentrisch um den unteren Teil des Endüberhitzer-Geradrohrbündels
angeordnet. Dadurch ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise für den Dampferzeuger.
Der Zwischenüberhitzer wird radial von dem Kühlgas durchströmt, das anschließend
in den innenliegenden Endüberhitzer eintritt.
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Die Zuleitungs- und Ableitungsrohre für den Dampf werden dem Zwischenüberhitzer
von unten zugeführt. Am oberen Ende des Zwischenüberhitzers ist vorteilhafterweise
eine Anzahl von Umkehrsammlern vorgesehen, die jeweils mehrere aufwärts und abwärts
führende Heizflächenrohre zusammenfassen und mit diesen
ein Einzelelement
bilden. Ein Einzelelement kann beispielsweise aus vier aufwärts und ebensovielen
abwärts führenden Heizflächenrohren bestehen. Die Einzelelemente können auf verschiedene
Art auf dem kreisringförmigen Grundriß angeordnet sein; vorzugsweise liegen sie
jedoch auf konzentrischen Kreisen.
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Um die Geschwindigkeit des Kühlgases beim Eintritt in den Zwischenüberhitzer
in bestimmten Grenzen zu halten, kann der Zwischenüberhitzer von einem Zwischenzylinder
umgeben sein, der mit einer Vielzahl von radialen Bohrungen ausgestattet ist.
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Ähnlich wie bei dem Prallhemd des Endüberhitzers können die radialen
Bohrungen in dem Zwischenzylinder mit unterschiedlichen Mittenabständen über den
Umfang des Zwischenzylinders verteilt sein.
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Es ist vorteilhaft, die Heizflächenrohre des Zwischenüberhitzers in
einer leicht trapezförmigen Rohrteilung anzuordnen, um eine lückenlose Teilung der
Heizflächenrohre auf den konzentrischen Kreisen zu erzielen; d. h. die Mittenabstände
der auf einem kleineren Kreis liegenden vier Rohre jedes Einzelelements sind kleiner
als die Mittenabstände der anderen vier auf einem größeren Kreis liegenden Rohre.
In jedem Einzelelement sind die aufwärts und die abwärts führenden Heizflächenrohre
in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet; d. h. auf die Gruppe der aufwärts führenden
Rohre folgt die Gruppe der abwärtsführenden Rohre.
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Am unteren Ende des Zwischenüberhitzers können jeweils mehrere der
aufwärts führenden Heizflächenrohre zu einem Zwischenverteiler und mehrere der abwärts
führenden Heizflächenrohre zu einem Zwischensammler zusammengefaßt sein. Alle Zwischenverteiler
und
alle Zwischensammler sind je durch ein weiterführendes Rohr mit einer Lochplatte
verbunden, wobei sich die beiden Lochplatten außerhalb der Einströmhaube befinden.
Die Zwischenverteiler und Zwischensammler sind vorzugsweise in einer kompakten Struktur
angeordnet, die einen kreisringförmigen Grundriß besitzt.
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Zweckmäßigerweise sind die Einzelelemente an einem Tragrost aufgehängt,
der sich oberhalb der Umkehrsammler befindet. An diesem Tragrost ist auch die Einströmhaube
befestigt.
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Der Zwischenzylinder kann konzentrisch oder exzentrisch um das Zwischenüberhitzer-Geradrohrbündel
angeordnet sein. In letzterem Falle ist er zur Kühlgaseintrittsleitung hin versetzt,
um am ganzen Umfang des Geradrohrbündels die gleiche Geschwindigkeit des eintretenden
Kühlgases zu erreichen. Durch die versetzte Anordnung des Zwischenzylinders wird
außerdem Platz gewonnen für die nach unten aus dem Dampferzeuger herausgeführten
Speisewasserleitungen und den Stützmantel (unter der Voraussetzung, daß auch die
Einströmhaube in der gleichen Richtung versetzt ist).
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Die von den Zwischenverteilern bzw. Zwischensammlern zu der zugehörigen
Lochplatte weiterführenden Rohre sind vorteilhafterweise als Kompensationsrohre
ausgebildet und von einer Stützstruktur mit kreisringförmigem Grundriß umgeben.
Aus dieser Stützstruktur treten sie, im Querschnitt betrachtet, kreisförmig gebündelt
nach unten aus und werden zu der Lochplatte für den zu überhitzenden Dampf bzw.
der Lochplatte für den zwischenüberhitzten Dampf geführt.
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Zur Aufnahme von Dehnungsdifferenzen und zur Spaltabdichtung zwischen
der Stützstruktur des Zwischenüberhitzers und dem unteren Ende des Endüberhitzers
ist zweckmäßigerweise zwischen diesen beiden ein Axialkompensator vorgesehen. Im
Versagensfall des Axialkompensators wird eine Notdichtung wirksam, die sich am inneren
Rand der kreisringförmigen kompakten Struktur aus den Zwischenverteilern und den
Zwischensammlern befindet.
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Verschiebungen zwischen dem oberen Bereich des Zwischenüberhitzers
und dem Endüberhitzer werden vorzugsweise durch einen Axialkompensator ausgeglichen,
der oberhalb des Tragrostes für die Umkehrsammler zwischen dem Leitmantel des Endüberhitzers
und einer an dem Tragrost angebrachten Haube angeordnet ist, die den Zwischenüberhitzer
nach oben abschließt. Anstelle eines Axialkompensators kann auch eine andere Abdichtung,
die Verschiebungen zuläßt, gewählt werden. Eine feste Verbindung des Zwischenüberhitzers
mit dem Endüberhitzer ist nur in einer horizontalen Ebene vorgesehen.
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Der Dehnungsausgleich im Bereich der die Zwischenverteiler bzw.
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Zwischensammler mit der zugehörigen Lochplatte verbindenden Rohre
kann durch eine schiebende Umfangsdichtung erfolgen, die an den Lochplatten angebracht
ist. Es kann aber auch eine Stelle in der Stützstruktur dafür vorgesehen sein.
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In gleicher Weise wie die Einströmhaube kann auch das Zwischenüberhitzer-Rohrbündel
in der horizontalen Ebene der Kühlgaseintrittsleitung oder in einer unweit davon
entfernten horizontalen Ebene federnd auf dem Stützmantel gelagert sein, der mit
den Einzelstützen die Haupttragstruktur des Dampferzeugers bildet. Durch diese Maßnahme
sollen vertikale Dehnungsdifferenzen zwischen der Kühlgaseintrittsleitung und dem
Zwischenüberhitzer-Rohrbündel so gering wie möglich gehalten werden.
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In der Zeichnung sind fünf Ausführungsbeispiele des Dampf er zeugers
gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Insbesondere ist dabei an eine Verwendung
des Dampferzeugers in einer Kernreaktoranlage mit einem heliumgekühlten Hochtemperaturreaktor
gedacht. Die Figuren zeigen im einzelnen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes
Ausführungsbeispiel ohne Zwischenüberhitzer, Fig. 2 einen Querschnitt durch dieses
Ausführungsbeispiel nach der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Längsschnitt durch
ein zweites Ausführungsbeispiel ohne Zwischenüberhitzer, Fig. 4 einen Längsschnitt
durch den unteren Teil eines dritten Ausführungsbeispiels mit Zwischenüberhitzer,
Fig. 5 einen Querschnitt durch dieses Ausführungsbeispiel nach der Linie V-V der
Fig. 4, Fig. 6 ein Einzelelement der Fig. 4 mit Zwischensammler und -verteiler im
Längsschnitt, Fig. 7 die Anordnung der Einzelelemente der Fig. 4 auf konzentrischen
Kreisen, Fig. 8 einen Längsschnitt durch ein viertes AusftihruncJsbeispiel mit Zwischenüberhitzer,
Fig. 9 ein fünftes AusführunqsbeispieL mit Zwischenüberhitzer im Längsschnitt, von
dem nur der untere Teil gezeigt ist.
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Die Fig. 1 und 2 lassen einen Dampferzeuger erkennen, der in einem
zylindrischen Außenmantel 1 installiert ist. Dieser ist oben mit einer Kappe 2 abgeschlossen.
Der Dampferzeuger umfaßt ein kompaktes Helixbündel 3 mit ringförmigem Querschnitt
sowie ein zentral in dem Helixbündel angeordnetes Geradrohrbündel 4, das durch eine
Anzahl von Rohrhalterungen 5 gehalten wird. Das Helixbündel 3 stellt den Vorwärmer
6, den Verdampfer 7 und die erste überhitzerstufe 8 dar und ist von einem äußeren
Leitmantel 9 und einem inneren Leitmantel 10 umgeben. Das zentral angeordnete Geradrohrbündel
4 bildet die zweite überhitzerstufe (im folgenden Endüberhitzer genannt). Es ist
ebenfalls von einem Leitmantel 11 umgeben. Das Helixbündel 3 ruht auf einem Tragrost
12, der sich seinerseits an dem Außenmantel 1 abstützt. Oberhalb des Helixbündels
3 und des Geradrohrbündels 4 ist ein Führungsrrost 13 vorgesehen, der in an sich
bekannter Weise aus seinem inneren und einem äußeren Tragring sowie aus einer Anzahl
von Tragarmen zusammengesetzt ist, die die beiden Tragringe verbinden (nicht dargestellt).
In der Ebene dieses Führungsrostes weist der Dampferzeuger eine horizontale Abstützung
14 auf, die an drei Stellen 15 des Außenmantels 1 vorgesehen ist. Die Abstützung
14 ist an der Wandung der Druckbehälter-Kaverne angebracht, auf deren Boden 16 der
Dampferzeuger aufgestellt ist. Die horizontale Abstützung 14 und der Führungsrost
13 haben die Aufgabe, bei Erdbeben auftretende horizontale Kräfte aufzunehmen. Letzterer
erleichtert außerdem den Transport und die Montage des Dampferzeugers.
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An dem inneren Rand des Tragrostes 12 ist der nach unten ver-Längerte
innere Leitmantel 10 des EleLixbündeLs 3 befestigt.
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An den äußeren Rand des Tragrostes 12 schließt sich nach unten ein
Stiitzmnntel 17 an, der zunächst zyLindrische Gestalt hat und in seinem unteren
TeiL in drei Einzelstützen 18 übergeht,
die nach innen gezogen
sind. Sie sind auf dem Boden 16 der Druckbehälter-Kaverne befestigt. Der Stützmantel
17 weist eine Öffnung 19 auf, durch die eine Leitung 20 seitlich in den Dampferzeuger
eintritt. In dieser Leitung wird das von einem Hochtemperaturreaktor kommende heiße
Kühlgas, im vorliegenden Falle Helium, mit einer Temperatur von 7000C dem Dampferzeuger
zugeführt. Im oberen Teil des Stützmantels 17 befinden sich weitere Öffnungen 21,
die über seinen Umfang verteilt sind und die dem Austritt des auf 3000C abgekühlten
Heliums in die Druckbehälter-Kaverne dienen.
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Der untere Teil des Geradrohrbündels oder Endüberhitzers 4 ist über
das Helixbündel 3 hinausgezogen und von einer Einströmhaube 22 umgeben, die sich
an den Leitmantel 11 des Endüberhitzers 4 anschließt. In der Einströmhaube 22 mündet
die Helium-Eintrittsleitung 20. Im vorliegenden Fall hat die Einströmhaube 22 kugelförmige
Gestalt und ist konzentrisch um den Endüberhitzer 4 angeordnet. Im Bereich der Einströmhaube
22 ist der Endüberhitzer 4 von einem eng anliegenden Prallhemd 23 umgeben, das eine
Vielzahl von radialen Bohrungen 24 aufweist.
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Durch das Prallhemd 23 wird die Eintrittsgeschwindigkeit des Heliums
in das Geradrohrbündel 4 herabgesetzt. Die radialen Bohrungen 24 können gleichmäßig
oder ungleichmäßig über den Mantel des Prallhemdes 23 verteilt sein.
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Um den Spalt zwischen dem Leitmantel 11 des Endüberhitzers 4 und dem
inneren Leitmantel 10 des Helixbündels abzudichten, ist zwischen den beiden Leitmänteln
im Bereich unterhalb des Tragrost 12 ein Axialkompensator 25 angeordnet. Er trennt
das in dem Geradrohrbündel 4 nach oben strömende heiße Helium von dem abgekühlten
Helium, das unten aus dem Helixbündel 3 austritt. Für den Fall des Versagens des
Axialkompensators 25
befindet sich am oberen Ende des Endüberhitzers
26 zwischen diesem und dem inneren Leitmantel 10 des Helixbündels 3 eine Spaltdichtung
26.
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Der oberhalb des Geradrohr- und des Helixbündels vorhandene Raum ist
durch einen Zwischenboden 27 in einen Umlenkraum 28 zur Umleitung des Heliums und
in einen über diesem Umlenkraum liegenden zweiten Raum 29 unterteilt, in dem sich
Kompensations- und Verbindungsrohre 30 befinden. Die Kompensations-und Verbindungsrohre
30 bilden den übergang von dem Helixbündel 3 zu dem Geradrohrbündel 4. Der Zwischenboden
27 ist an dem inneren Tragring des Führungsrostes 13 befestigt. Das Helium strömt
in dem Endüberhitzer 4 nach oben, wobei es einen Teil seiner Wärme an das in den
Rohren befindliche Medium (in diesem Falle Dampf) abgibt, wird an dem Zwischenboden
27 umgelenkt und tritt dann in das Helixbündel 3 ein. Hier strömt es zunächst durch
die erste überhitzerstufe 8, dann durch den Verdampf er 7 und schließlich durch
den Vorwärmer 6, ehe es durch die Öffnungen 21 den Dampferzeuger wieder verläBt.
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Die Speisewasserzufuhr zu dem Helixbündel 3 erfolgt durch Leitungen
31, die unten in den Dampferzeuger eintreten. Sie sind zu einem Bündel zusammengefaßt,
das von einem Leitmantel 32 umschlossen ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich. In der
Fig. 1 ist das Bündel der Speisewasserleitungen 31 in die Schnittebene gelegt. Das
Bündel ist mit seinem unteren Ende in eine Lochplatte 33 eingesetzt, die außerhalb
des Stützmantels angeordnet ist. Zwischen der Lochplatte 33 und dem Tragrost 12
weisen die Speisewasserleitungen 31 und der Leitmantel 32 einen Kompensationsbereich
34 auf, in dem die Leitungen und der Leitmantel elastisch verlegt sind, um Wärmedehnungsdifferenzen
auszugleichen.
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Das Speisewasser tritt mit ca. 1900C in den Dampferzeuger ein und
durchströmt nacheinander den Vorwärmer 6, den Verdampfer 7 und die erste überhitzerstufe
8 des Helixbündels 3. Der im Verdampfer 7 gebildete und bereits etwas überhitzte
Dampf gelangt dann von oben in den Endüberhitzer 4, in dessen Geradrohren er nach
unten strömt. In zentral verlegten Rohrleitungen 35 wird der auf ca. 540"C erhitzte
Frischdampf unten aus dem Dampferzeuger herausgeführt. Innerhalb des Stützmantels
17 sind die Frischdampfleitungen 35 enger gebündelt und in einer Lochplatte 36 zusammengefaßt.
Diese Frischdampf-Lochplatte bildet einen Festpunkt der mit dem Leitmantel 11 des
Endüberhitzers 4 verbundenen Einströmhaube 22.
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In der Fig. 3 ist ein weiteres Beispiel des erfindungsgemäßen Dampferzeugers
ohne Zwischenüberhitzer dargestellt. Sofern die Details übereinstimmen, sind sie
mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet wie in den Figuren 1 und 2. Das gilt auch
für alle weiteren Figuren.
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Bei diesem Dampferzeuger ist der untere Teil des Endüberhitzers 4
von einer Einströmhaube 37 umgeben, die exzentrisch zu dem Endüberhitzer 4 angeordnet
ist, wobei sie zu der Helium-Eintrittsleitung 20 hin versetzt ist. Die Einströmhaube
37 ist aus einem zylindrischen Mittelteil 37 a und zwei gewölbten Abschlußkappen
37 b zusammengefügt.
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Auch hier schließt sich an den Tragrost 12 ein Stützmantel 38 an,
der jedoch am inneren Rand des Tragrostes 12 befestigt ist.
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Er weist zwei zylindrische Teile verschiedenen Durchmessers und einen
zwischen diesen beiden Teilen befindlichen kegeligen Teil auf. Die drei Einzelstützen
18 ruhen auf einer Auf lagerung 39.
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Außer der Öffnung 19 für die Helium-Eintrittsleitung 20 besitzt der
Stützmantel 38 keine weiteren Öffnungen.
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In dem oberhalb des Geradrohrbündels 4 und des Helixbündels 3 vorhandenen
Umlenkraum 28 ist eine Leitvorrichtung 40 vorgesehen, die an dem Führungsrost 13
angebracht ist. Sie hat etwa die Form einer Halbtorusschale und dient der Verbesserung
des Strömungsverlaufs zwischen dem Endüberhitzer 4 und der ersten Überhitzerstufe
8.
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Der Außenmantel 1 des Dampferzeugers ist oben mit einer Kappe 41 abgeschlossen,
in der ein Stutzen 42 angeordnet ist. Der Stutzen 42 ist mit einer Leitung verbunden
(nicht dargestellt), durch die bei diesem Ausführungsbeispiel das Helium aus dem
Dampferzeuger abgeführt wird. Unterhalb des Tragrostes 12 ist ein den Außenmantel
1 nach unten abschließender Umlenkboden 43 für das Helium installiert, das aus dem
Helixbündel 3 austritt.
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Durch einen Ringspalt 44, der zwischen dem Außenmantel 1 und dem äußeren
Leitmantel 9 des Helixbündels 3 vorgesehen ist, wird das Helium zu dem Stutzen 42
geleitet.
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An dem Umlenkboden 43 ist der Leitmantel 32 für das Bündel der Speisewasserleitungen
31 fest angebracht. Um Dehnungsdifferenzen ausgleichen zu können, befindet sich
am unteren Ende des Leitmantels 32 und der Lochplatte 33 für die Speisewasserleitungen
eine Dicht- und Schiebestelle 45.
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Die Figuren 4 bis 7 zeigen einen Dampferzeuger mit Zwischenüberhitzer.
In der Fig. 4 ist nur der untere Teil des Dampferzeugers dargestellt; sein oberer
Teil stimmt mit dem Dampferzeuger der Fig. 1 überein.
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Ein als Geradrohrbündel mit ringförmigem Querschnitt ausgebildeter
Zwischenüberhitzer 46 ist konzentrisch um den unteren Teil des Endüberhitzer-Geradrohrbündels
4 angeordnet, wobei er
seinerseits von einer Einströmhaube 47 umgeben
ist. An die Einströmhaube 47 schließt sich - wie bei Fig. 1 beschrieben - die Helium-Eintrittsleitung
20 an. Das heiBe Helium verteilt sich innerhalb der Einströmhaube 47 und tritt in
horizontaler Richtung in den Zwischenüberhitzer 46 ein, den es radial durchströmt.
Darauf gelangt das Gas durch die Bohrungen 24 in dem Prallhemd 23 in den Endüberhitzer
4.
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Um den Zwischenüberhitzer 46 ist konzentrisch ein Zwischenzylinder
48 angeordnet, der eine Anzahl radialer Bohrungen 49 aufweist. Durch den Zwischenzylinder
48 wird die Eintrittsgeschwindigkeit des Heliums in den Zwischenüberhitzer 46 auf
das zugelassene Maß herabgesetzt.
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Die Zuleitungsrohre 50 und die Ableitungsrohre 51 für den Zwi--schenüberhitzer
46 werden von unten in den Dampferzeuger geführt, wobei sie zunächst je in eine
Lochplatte 52 a bzw. 52 b eintreten. Die Anordnung.der Rohre 50 und 51 zueinander
und zu den Speisewasserleitungen 31 und den Frischdampfleitungen 35 ist aus der
Fig. 5 zu ersehen. Die Einzelstützen 18, auf denen der Dampferzeuger ruht, sind
in der Fig. 4 in die Schnittebene gelegt.
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Der Zwischenüberhitzer 46 ist aus einer Vielzahl von Einzelelementen
53 zusammengesetzt, von denen eins in der Fig. 6 vergrößert dargestellt ist. Jedes
Einzelelement 53 umfaßt vier aufwärts führende Heizflächenrohre 54 und ebensoviele
abwärts führende Heizflächenrohre 55, die in einen schalenartig ausgebildeten Umkehrsammler
56 eintreten. Die Einzelelemente 53 sind am oberen Ende des Zwischenüberhitzers
46 an einem Tragrost 57 aufgehängt. An diesem ist auch die Einströmhaube 47 befestigt,
wie in der Fig. 4 zu erkennen ist. Die Gesamtheit
aller Umkehrsammler
ist in der Fig. 4 mit der Bezugsziffer 58 bezeichnet.
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Am unteren Ende des Zwischenüberhitzers 46 befindet sich eine kompakte
Struktur 59 aus Zwischenverteilern 60 und Zwischensammlern 61, die. einen kreisringförmigen
Querschnitt besitzt.
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Aus den Zwischenverteilern 60 treten jeweils die vier zu einem Einzelelement
53 gehörenden aufwärts führenden Heizflächenrohre 54 aus, während in den Zwischensammlern
61 jeweils die vier abwärts führenden Heizflächenrohre 55 eines Einzelelementes
53 zusammengefaßt sind. Dieser Sachverhalt ist aus der Fig. 6 zu ersehen. Jeder
Zwischenverteiler 60 ist durch ein weiterführendes Rohr 62 mit der Lochplatte 52
a verbunden. Die Zwischensammler 61 stehen jeweils durch ein weiterführendes Rohr
63 mit der Lochplatte 52 b in Verbindung.
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Im Bereich unterhalb der Zwischenverteiler 60 und Zwischensammler
61 sind die weiterführenden Rohre 62 und 63 als Kompensationsrohre ausgebildet,
um Wärmespannungen zwischen den beiden Lochplatten und der Zwischenverteiler- und
Zwischensammlerstruktur 59 zu vermeiden. Eine Stützstruktur 64 mit kreisringförmigem
Grundriß umgibt diesen Kompensationsbereich, aus dem die weiterführenden Rohre gebündelt
nach unten austreten. Dabei sind sowohl die Rohre 62 als auch die Rohre 63 jeweils
zu einem Bündel 65 bzw. 66 mit kreisförmigem Querschnitt zusammengefaßt.
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Um den Spalt zwischen der Stütz-struktur 64 und dem unteren Ende des
Endüberhitzers 4 abzudichten, ist zwischen beiden ein Axialkompensator 67 angeordnet.
Für den Fall des Versagens dieses Kompensators befindet sich zwischen dem inneren
Rand der Struktur 59 der Zwischenverteiler 60 und Zwischensammler 61 und dem Endüberhitzer
4 eine Notdichtung 68. Ein weiterer Axialkompensator
69 ist oberhalb
des Tragrostes 57 für die Einzelelemente 53 vorgesehen, der den Spalt zwischen dem
Leitmantel 11 des Endüberhitzers 4 und einer an dem Tragrost 57 angebrachten Haube
70 abdichtet, durch die der Zwischenüberhitzer 46 nach oben abgeschlossen wird.
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Wie aus der Fig. 7 zu erkennen, sind die Einzelelemente 53 auf konzentrischen
Kreisen angeordnet. Um eine möglichst enge Rohrteilung der Heizflächenrohre 54 und
55 zu erzielen, liegen die Umkehrsammler 56 in verschiedenen horizontalen Ebenen
und überlappen sich im Grundriß. Die Rohrteilung ist leicht trapezförmig; d. h.
der Mittenabstand t1 zweier Heizflächenrohre, die auf einem Kreis mit dem Radius
r1 liegen, ist kleiner als der Mittenabstand t2 zweier Heizflächenrohre, die auf
einem Kreis mit dem Radius r2 angeordnet sind, wenn r1 r2. In jedem Einzelelement
53 befinden sich die vier aufwärts führenden Heizflächenrohre 54 in Umfangsrichtung
gesehen neben den vier abwärts führenden Heizflächenrohren 55.
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Die Fig. 8 zeigt einen Dampferzeuger gemäß der Erfindung, in dem ebenfalls
ein Zwischenüberhitzer 46 installiert ist. Dieser Dampferzeuger unterscheidet sich
von den bisher beschriebenen dadurch, daß der Stützmantel 71 in seinem an den Tragrost
12 anschließenden Teil als kegeliger Mantel 72 ausgebildet ist, an den ein zylindrischer
Teil 73 angeschlossen ist. Der Stützmantel 71 ist hier an dem Innenrand des Tragrostes
12 befestigt.
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Er weist außer der Öffnung 19 für die Durchführung der Helium-Eintrittsleitung
20 keine weiteren öffnungen auf, da der Heliumstrom an dem Umlenkboden 43 umgelenkt
und in dem Ringspalt 44 nach oben zurückgeführt wird. Durch den Stutzen 42 tritt
das Helium wieder aus dem Dampferzeuger aus.
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Zwischen dem Umlenkboden 43 und der Speisewasserlochplatte 33 ist
zum Ausgleich von Wärmedehungsdifferenzen in dem Leitmantel 32 für das Bündel der
Speisewasserleitungen 31 und eventuell auch in den Speisewasserleitungen ein Kompensator
74 eingebaut.
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Der Leitmantel 32 ist fest an dem Umlenkboden 43 angebracht.
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Zur Absicherung kann, wie bei Fig. 9 beschrieben wird, noch eine Spaltdichtung
vorgesehen sein. Die Anordnung der Zuführungsrohre für den Dampferzeuger und den
Zwischenüberhitzer und der Ableitungsrohre für diese beiden Wärmetauscher ist die
gleiche wie in der Fig. 5 dargestellt.
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In der Fig. 9 wird der untere Teil eines Dampferzeugers gezeigt, der
ebenfalls einen Zwischenüberhitzer 46 aufweist. Auch bei diesem Dampferzeuger ist
der Stützsmantel 71 in seinem oberen Teil als kegeliger Mantel 72 ausgebildet, der
nach unten in einen zylindrischen Teil 73 übergeht. Das obere Ende des Stützmantels
71 ist am Innenrand des Tragrostes 12 befestigt. Die Helium-Austrittsöffnung befindet
sich in der oberen Abschlußkappe des Dampferzeugers (nicht dargestellt).
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Der um den Zwischenüberhitzer 46 angeordnete Zwischenzylinder 76 nimmt
eine exzentrische Position zu ersterem ein, und zwar ist er zu der Helium-Eintrittsleitung
20 hin versetzt. Die Einströmhaube 75 ist in gleicher Weise exzentrisch angeordnet.
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Sie weist eine annähernd kugelartige Form auf und ist an dem Tragrost
57 für die Einzelelemente 53 angebracht.
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In dieser Figur läßt sich gut der Kompensator 74 erkennen, der im
Bereich zwischen der Speisewasserlochplatte 33 (hier nicht dargestellt) und dem
Umlenkboden 43 in dem Leitmantel 32 für die Speisewasserleitungen 31 eingebaut ist.
Für den Fall des Versagens des Kompensators 74 befindet sich zwischen dem oberen
Ende des Leitmantels 32 und dem Umlenkboden 43 eine Spaltdichtung 77.
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