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Die Erfindung betrifft eine abgewinkelte Gasleitung in einem gasgekühlten Hochtemperaturreaktor mit schräg eingebauter Lochplatte mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Es gehört zum Stand der Technik (DE-AS 10 83 945), bei gasgekühlten Kernreaktoren, die mit den Primärkreislaufkomponenten, wie z.B. Dampferzeugern, in einem gemeinsamen Druckbehälter untergebracht sind, den den Reaktorkern enthaltenden Teil der Anlage durch Abschirmeinrichtungen von dem Teil zu trennen, in dem die Primärkreislaufkomponenten installiert sind. So wird verhindert, daß diese Komponenten durch direkte Neutronenbestrahlung aktiviert werden. Ferner wird dafür Sorge getragen, daß das Kühlgas ohne wesentlichen Druckabfall von dem Reaktorkern zu den Primärkreislaufkomponenten strömen kann, ohne daß schädliche Strahlung durch den freien Querschnitt der den Reaktorkern mit den Komponenten verbindenden Gasleitung durchtritt. Die bekannte Abschirmeinrichtung weist ein zylindrisches Innenstück und einen äußeren Abschirmungsring auf, welche zusammen mit einem weiteren Abschirmungsring den Strömungsweg für das Kühlmittel begrenzen. Diese Abschirmung bedingt einen großen Materialaufwand.
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Neben anderen Maßnahmen ist es üblich, die Gasleitung nach dem Durchtritt durch eine Abschirmwand umzubiegen, also eine abgewinkelte Gasleitung zu verwenden. Dies ist beispielsweise bei dem THTR-300 MWe der Fall (Druckschrift D HRB 40 100 D). Bei diesem Hochtemperaturreaktor wird das in dem Reaktorkern aufgeheizte Gas in einem Heißgassammelraum gesammelt und durch je eine Gasleitung den Dampferzeugern zugeleitet. Die Gasleitungen treten zunächst horizontal durch den thermischen Schild hindurch und werden darauf um 90° nach oben umgebogen derart, daß sie mit dem Mantel eines der Dampferzeuger verbunden werden können.
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Bei einer solchen Gasleitung stellt sich durch die Umlenkung des Gasstromes in dem abgewinkelten Leitungsstück der Gasleitung eine ungleichmäßige Geschwindigkeits- und Temperaturverteilung ein. Erstere führt zu ungünstigen Anströmverhältnissen bei der der Gasleitung nachgeschalteten Komponente, was eine Überbeanspruchung und damit Zerstörung von Teilen des unteren Bereichs dieser Komponente zur Folge hat. Das ungleichmäßige Temperaturprofil wirkt die Bildung von unterschiedlich heißen Strähnen in der Gasströmung, was ebenfalls vermieden werden muß.
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Bei der eingangs beschriebenen abgewinkelten Gasleitung wird eine Vergleichmäßigung des Strömungs- und Temperaturprofils in dem abgewinkelten Leitungsstück der Gasleitung durch die an der Umlenkstelle schräg angeordnete Lochplatte erzielt. Wie sich bei Versuchen zeigte, bringt die Lochplatte das gewünschte Resultat, ohne daß eine wesentliche Erhöhung des Druckverlustes in Kauf genommen werden muß. Wenn die Lochplatte eine hinreichende Dicke aufweist, kann sie gleichzeitig als Abschirmung gegen Strahlung dienen, so daß innerhalb der Gasleitung keine zusätzlichen Einbauten erforderlich sind.
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Die Lochplatte darf die Ausführung von eventuell erforderlich werdenden Reparaturarbeiten an der Innenisolierung der abgewinkelten Gasleitung nicht behindern; sie muß daher ausbaubar sein. Sie muß aber auch sicher und funktionsfähig gelagert sein.
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Stand der Technik ist auch eine ebenfalls um 90° abgewinkelte Gasleitung zur Verbindung eines Reaktorkerns mit einem Wärmetauscher (GB-PS 10 13 926), die durch eine Abschirmwand geführt ist. Die Gasleitung weist eine Gasleitvorrichtung in der Art eines Schaufelgitters auf, die an den Umlenkstellen der Gasleitung schräg eingebaut ist. Sie hat die Aufgabe, den Druckverlust in der Gasleitung zu vermindern. Die Art der Befestigung des Schaufelgitters ist dem Stand der Technik nicht zu entnehmen.
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Ferner ist es bekannt, bei einem aus einem Außenrohr und einem Innenrohr bestehenden innenisolierten gekrümmten Rohrleitungsstück an der Krümmungsstelle ein den Strom des Mediums führendes Schaufelgitter vorzusehen (DE-OS 22 57 699), das in zwei Führungen gehaltert ist. Die beiden Führungen sind an ihrer einen Seite jeweils mittels eines Federblatts an dem Außenrohr des Rohrleitungsstücks verankert. An ihrer anderen Seite ist die eine Führung mit dem Innenrohr verbunden, während die andere Führung an einem Band befestigt ist, das als Stütze zwischen Innen- und Außenrohr vorgesehen ist und das Innenrohr teilweise umschlingt. Eine Möglichkeit, das Schaufelgitter auszubauen, ist nicht vorgesehen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die eingangs beschriebene abgewinkelte Gasleitung so auszugestalten, daß die Lagerung der Lochplatte auch bei hohen Temperaturen und in Heliumatmosphäre funktionsfähig bleibt und der Ausbau der Lochplatte ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Diese Art der Halterung stellt auch in Heliumatmosphäre und bei den vorliegenden Drücken und Temperaturen eine sichere und funktionsfähige Lagerung für die Lochplatte dar, die eine Vielzahl von Gleitbewegungen infolge von Wärmedehnungen zuläßt und die Ausbaubarkeit der Lochplatte sicherstellt. Fertigungstoleranzen der Montage werden durch die Kugelgelenke ausgeglichen.
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Bei großen Druckdifferenzen in der Gasleitung kann in jedem halbschalenförmigen Einsatz in den Lochplatten-Ausnehmungen und in dem äußeren Ring jedes Tragbolzen-Kugelgelenkes eine Hartmetalleinlage (z.B. aus P 30) angeordnet sein derart, daß die Hartmetalleinlagen die Auflage- oder Reibstellen für die Lochplatte bilden. Alle Hartmetalleinlagen weisen eine TiC- Beschichtung auf.
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Es ist vorteilhaft, für jeden Tragbolzen eine Kühleinrichtung vorzusehen, um die Lagerung der Lochplatte möglichst lange funktionsfähig zu halten.
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Jeder Tragbolzen kann aus einem hohlzylindrischen Außenteil und einem zentral in dem Außenteil angeordneten dornartigen Innenteil bestehen. Das hohlzylindrische Außenteil verjüngt sich an seiner der Lochplatte zugekehrten Seite zu einem Zapfen, auf dem das Kugelgelenk angeordnet ist. Der Zapfen sitzt seinerseits auf einem Ende des dornartigen Innenteils auf.
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Zwischen dem Außenteil und dem Innenteil jedes Tragbolzens ist zweckmäßigerweise eine thermische Isolierung vorgesehen, die Teil der Kühleinrichtung für den Tragbolzen ist. Diese besteht außerdem aus einer mit kaltem Gas beaufschlagten Kühlplatte, die an dem der Lochplatte abgewandten Ende des dornartigen Innenteils angebracht ist und über das dornartige Innenteil Wärme von dem Kugelgelenk abzieht.
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In der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Gasführung dargestellt.
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Die Figuren zeigen im einzelnen:
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Fig. 1 Skizze der mit der Gasleitung ausgerüsteten Hochtemperaturreaktoranlage im Längsschnitt,
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Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Gasführung nach der Linie I-I der Fig. 3,
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Fig. 3 die Draufsicht auf das in der Fig. 2 dargestellte Teilstück der Gasführung,
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Fig. 4 eine mit "X" bezeichnete Einzelheit aus der Fig. 2 in vergrößerter Darstellung.
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Die in der Fig. 1 gezeigte Kernreaktoranlage besteht im wesentlichen aus einem Spannbetondruckbehälter 100 mit einer Kaverne 101, dem Reaktorkern 102, den Dampferzeugern 103 und den für die Umwälzung des Kühlgases erforderlichen Gebläsen 104.
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Der Reaktorkern 102 ist von einem Reflektor umgeben, der aus einem Deckenreflektor 107, einem zylindrischen Seitenreflektor 108 und einem Bodenreflektor 109 gebildet wird. Decken- und Bodenreflektor weisen Durchlässe für das Kühlgas auf. Oberhalb des Deckenreflektors 107 befindet sich ein Kaltgassammelraum 110, und unter dem Bodenreflektor 109 ist ein Heißgassammelraum 111 vorgesehen, an den sich mehrere Gasleitungen 112 anschließen. Die Gasleitungen 112 sind abgewinkelt und verbinden den Heißgassammelraum 111 mit je einem Dampferzeuger 103. An der Umlenkstelle jeder Gasleitung 112 ist eine Lochplatte 113 schräg eingebaut, wie in den weiteren Figuren noch näher beschrieben wird.
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Die Fig. 2 und 3 lassen einen Teil der Gasleitung 1 erkennen, die den Gasleitungen 112 in der Fig. 1 entspricht. Sie besteht aus einem ersten, horizontal angeordneten Leitungsstück 2 und einem um 90° nach oben abgebogenen zweiten Leitungsstück 3, im folgenden auch abgewinkeltes Leitungsstück genannt. Die Umlenkstelle ist mit 4 a, 4 b bezeichnet. Die Leitung 1 ist auf ihrer Innenseite mit einer Metallfolienisolierung 5 versehen, die eine Abdeckung 6 aufweist.
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Das erste, horizontal angeordnete Leitungsstück 2 der Gasleitung 1 besitzt einen rechteckigen Querschnitt und stützt sich über Abstützelemente 8 auf einer aus Graphit bestehenden Abschirmung 7 ab.
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Das abgewinkelte Leitungsstück 3, das einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, ist in seinem unteren Bereich beweglich in einer weiteren Abschirmung 9 eingelassen. Zwischen dem Leitungsstück 2 und der Abschirmung 7 wie auch zwischen dem abgewinkelten Leitungsstück 3 und der Abschirmung 9 befindet sich je ein freier Raum 10 bzw. 11.
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In dem abgewinkelten Leitungsstück 3 ist eine dicke Lochplatte 12 (der Lochplatte 113 der Fig. 1 entsprechend) aus Metall oder Keramik installiert, die elliptischen Querschnitt besitzt und eine Vielzahl von kreisrunden Durchbrüchen 13 aufweist. Die Durchbrüche 13 haben alle denselben Durchmesser und sind in einem regelmäßigen Gitter 14 über die Lochplatte verteilt. Anzahl und Größe der Durchbrüche 13 sind so festgelegt, daß der freie Querschnitt der Lochplatte 12 mindestens 50% beträgt.
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Die Lochplatte 12 ist schräg in dem abgewinkelten Leitungsstück 3 der Gasleitung 1 eingebaut; in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist sie um 20° gegenüber der Horizontalen geneigt. Ihre Anordnung ist so getroffen, daß sie den größten an der Umlenkstelle 4 a, 4 b vorhandenen Querschnitt überdeckt; d.h. sie erstreckt sich von 4 a nach 4 b, wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist. Die Mantelfläche 15 und die Durchbrüche 13 der Lochplatte 12 sind parallel zur Wandung des abgewinkelten Leistungsstücks 3 ausgerichtet.
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Die Halterung der Lochplatte 12 umfaßt drei Tragbolzen 16, die an drei Punkten in der Wand der Gasführung 1 angeordnet sind. Die Lochplatte 12 weist an den entsprechenden Stellen je eine nach unten offene Ausnehmung 17 in ihrer Mantelfläche auf, in die je einer der Tragbolzen 16 mit seinem einen Ende hineinragt. Auf jedem dieser Tragbolzen-Enden sitzt ein Kugelgelenk 18.
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Wie die Fig. 4 zeigt, ist in jeder Ausnehmung 17 ein halbschalenförmiger Einsatz 19 angeordnet, in dem sich eine Hartmetalleinlage 20 befindet. Diese weist eine Beschichtung 21 mit TiC auf. Eine gleichartige Hartmetalleinlage 22 ist in dem äußeren Ring 18 a jedes Kugelgelenkes 18 vorgesehen, auf der ebenfalls eine TiC-Beschichtung 21 aufgebracht ist. Die Hartmetalleinlagen 20 und 22 bilden die Reib- oder Gleitstellen der Lochplattenhalterung, die gemäß ihrer Konstruktion infolge von Wärmedehnungen auftretende Gleitbewegungen zuläßt.
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Jeder der drei Tragbolzen 16 besteht aus einem hohlzylindrischen Außenteil 23 und einem konzentrisch in dem Außenteil 23 angeordneten dornartigen Innenteil 24. Die hohlzylindrischen Außenteile 23 verjüngen sich je zu einem Zapfen 25. Die Zapfen 25 sitzen unmittelbar auf den Enden 26 der dornartigen Innenteile 24 auf und tragen ihrerseits die Kugelgelenke 18.
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Zwischen dem Außenteil 23 und dem dornartigen Innenteil 24 jedes Tragbolzens 16 ist eine thermische Isolierung 27 angeordnet, die Teil einer Kühleinrichtung 29 ist, welche für jeden der Tragbolzen 16 vorgesehen ist. Zu der Kühleinrichtung 29 gehört jeweils noch eine Kühlplatte 28, die an dem der Lochplatte 12 abgewandten Ende jedes dornartigen Innenteils 24 angebracht ist. Die Kühlplatten 28 sind so positioniert, daß sie sich in dem freien Raum 11 befinden, durch den das von den Gebläsen 104 kommende kalte Gas strömt. Das kalte Gas führt über die Kühlplatten 28 und die dornartigen Innenteile 24 die Wärme von den dem Heißgas ausgesetzten Kugelgelenken 18 und äußeren Ringen 18 a ab.