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Rückschlagklappen-Anordnung im Ansaugkanal eines
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Gebläses Die Erfindung bezieht sich auf eine Rückschlagklappen-Anordnung
im Ansaugkanal eines Gebläses. Verwendet man ein gasförmiges Medium als Arbeitsmedium
in einem Kreisprozeß, so ist es vielfach notwendig, einen ausgefallenen Loop vom
Gasstrom abschiebern zu können, um eine Umketirung der Gasströmung zu verhindern.
Dieses Problem tritt z.B. auf bei HTR- oder TllTR-Kernkraftanlagen. Von ganz besonderer
Bedeutung ist es für gasgekühlte schnelle Brutreaktoren. Es ist bekannt, zu diesem
Zweck kreisscheibenförmige Absperrklappen zu verwenden (Butterfly-Valves), für welche
sehr hohe Stellkräfte und damit sehr große Antriebsmechanismen benötigt werden.
Außerdem steht vielfach ein Kreisprofil-Absperrquerschnitt im Ansaugbereich der
Verdichter nicht zur Verfügung; würde man entsprechende Leitungsstrecken vorsehen,
so würde das Bauvolumen erheblich vergrößert.
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Es liegt die Aufgabe vor, eine Rückschlagklappen-Anordnung im Ansaugkanal
eines Gebläses zu schaffen, die nur ein kleines Bauvolumen benötigt, mit vergleichsweise
kleinen Stellkräften auskommt und bei Ausfall eines Hauptloops den zum Verdichter
führenden Ansaugkanal sicher absperrt, so daß eine Rückströmung vom Verdichter zu
den anderen Hauptloops, die noch nicht ausgefallen sind, verhindert ist.
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Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichen
des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den UnteransprUchen beschrieben.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile
sind vor allem darin
zu sehen, daß der Rückschlagklappen-Kranz unschwer in der engste Steile eines Ringkanalquerschnittes
angebracht werden kann, also dort, wo der Staudruck und damit die Stellkräfte zur
Mediumsteuerung am größten sind. Bei einer Ausführungsform wurden z.B.
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zwanzig Einzelklappen über einen Ringkanalumfang verteilt angeordnet.
Die erforderlichen Stellkräfte pro Klappe sind dann relativ klein, so daß den Klappen
kleinvolumige Hilfsantriebe vorzugsweise am Außenumfang der Ringkanalwand zugeordnet
werden können, die dann in Funktion treten, wenn die Gängigkeit einer Klappe vermindert
wäre.
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Da die einzelnen Klappen voneinander unabhängig sind, ist die Austauschbarkeit
sehr einfach. Ihre Lagerung liegt außerhalb des heißen Gasstromes und wird, wie
in den Unteransprüchen im einzelnen beschrieben, durch Sperrgas- und Kühlsysteme
abgedichtet und gekühlt. Der Hilfsantrieb für jede Klappe behindert die Mediumsteuerung
nicht, da er im Normalbetrieb außer Eingriff steht; mit ihm können verklemmte Klappen
wieder gängig gemacht werden.
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Im folgenden wird anhand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden
Zeichnung die Erfindung noch näher erläutert.
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Darin zeigt: Fig. 1 im Ausschnitt den Axialschnitt durch den Ansaugringkanal
eines Verdichters in dem einen Hauptloop eines gasgekühlten schnellen Brutreaktors,
bei dem Helium als Arbeitsmedium verwendet wird, mit einer einzelnen Rückschlagklappe
und ihrer Lagerung; Fig. 2 eine Draufsicht auf die Rückschlagklappen-Anordnung von
oben, wobei nur ein Quadrant des Gesamtumfanges dargestellt ist.
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Gemäß Fig. 1 ragt in den Ansaugringkanal 1 eines nicht näher dargestellten
Verdichters ein Laufschaufelkranz La und ein diesem strömungsmäßig nachgeschalteter
Leitschaufelkranz Le, wobei jeweils lediglich eine Laufschaufel Lal und eine Leitschaufel
Lel ersichtlich sind.
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Der Ringkanal 1 wird durch eine äußere Kanalwand 2 und eine innere
Kanalwand 3 begrenzt, wobei der vertikale Kanalabschnitt 1.1 über einen 900-Bogen
1.2 in den horizontalen Bereich eines engsten Kanalabschnittes 1.3 übergeht. Dieser
engste Kanalabschnitt 1.3 geht über eine weitere Kanalkrümmung in einen trichterförmigen
Ansaugkanalabschnitt 1.4 über. Wie die Strömungspfeile h1 zeigen, wird normalerweise
über die Kanalabschnitte 1.4, 1.3, 1.2 und 1.1 das abgekühlte Helium von nicht dargestellten
Dampferzeugern angesaugt, dieses Kaltgas (250O C) wird im Verdichter verdichtet
und wieder den Eintrittskanälen des gleichfalls nicht dargestellten gasgekühlten
Reaktors zugeführt.
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Wie es Fig. 1 in Verbindung mit Fig. 2 zeigt, ist eine Vielzahl von
ein schaufelartiges Profil aufweisenden Rückschlagklappen R über den Strömungsquerschnitt
des Ringkanalabschnittes 1.3 so verteilt angeordnet, daß die Rückschlagklappen R
in Schließstellung II praktisch den gesamten Ringkanalquerschnitt absperren, dagegen
in Offenstellung I (in Fig. 2 schraffiert) mit ihren Profilen in Strömungsrichtung
h1 der Normalströmung ausgerichtet sind. Jede der Rückschlagklappen R ist in ihrer
Drehachse 4 drehbar gelagert, wozu eine Welle 40 den oberen horizontalen Wandabschnitt
2.3 der äußeren Kanalbegrenzungswand 2 in einer Wandöffnung 5 durchdringt. Der Drehwinkel
f der Rückschlagklappen R (Fig.2) ist Jeweils mittels die Offen- und die Schließstellung
I, II definierender, in den Klappenschwenkbereich ragender Anschlagzapfen 6.1 und
6.2 begrenzt. Die Anschlagzapfen 6.1, 6.2, deren Lage in Fig. 1 strichpunktiert
angedeutet ist, weisen abgeflachte Anlageflächen 6.3
auf, so daß
eine flächige Anlage der Klappen gewährleistet ist. Die medlumgesteuerten Rückschlagklappen
R werden durch den Staudruck der Normal Strömung gemäß Strömungspfeilen h1 in die
Offen-Stellung I aufgefahren, da bei dIeser Strömungsrichtung das Drehmoment in
tChrzeigerrichtung größer ist als das in Gegenzeigerrichtung.
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Durch die Schwenkachse 4 wird nämlich das Klappenprofil in einen längeren
Hebelarm fl mit größerer Klappenteilfläche F1 und in einen kleineren Hebelarm f2
mit demgegenüber kleinerer Wirkfläche F2 unterteilt. Bei einer Druckumkehr, was
bei einem Leck in dem betreffenden Hauptloop eintreten kann, würde sich die Strömungsrichtung
umkehren (Strömungspfeile h2), und diese Strömung würde auf die Klappen R ein resultierendes
Drehmoment im Gegenzeigersinn ausüben, so daß die Klappen von der Offen Stellung
I in die Schließ-Stellung II verschwenkt werden. Sie liegen dann an den Anschlagzapfen
6.2 an.
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Wie man sieht, ist der Schwenkwinkelbereich ç zur Normal- bzw. Rückströmung
h1, h2 so orientiert, daß die Projektion der Klappenfläche in die Richtung der Rückströmung
h2 im Falle der einsetzenden Rückströmung bei Stellung I ein resultierendes Rückstell-Drehmoment
in Stellung II ergibt und umgekehrt. Fig. 2 zeigt weiter, daß die Rückschlagklappen
R ein keulenförmiges bzw.
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ein Stromlinienprofil aufweisen mit einem balligen dickeren Ende r1
und einem balligen dünneren Ende r2.
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In Schließstellung II liegen so das dünnere Ende r2 der einen Klappe
R und das dickere Ende r1 der Nachbarklappe etwa linienförmig abdichtend aneinander,
Es ist auch möglich, in diesem Anlagebereich Dichtleisten an der einen Klappe und
entsprechende Dichtnuten an der benachbarten vorzusehen, so daß so eine Art Labyrinthdichtung
in Schließstellung II gebildet würde. Im übrigen zeigt Fig. 1, daß die Rückschlagklappen
R bei entsprechender Innenkontur des zugehörigen Ringkanalabschnittes 1.3 eine Rechteckkontur
aufweisen.
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Die Rückschlagklappen R sind fn ihren Drehachsen 4 fliegend mittels
der Klappenwelle l>O gelagert (Fig.13* Die das Schaufelblatt der Klappen R umgreifenden
Teile 4.1 der Welle 40 sind etwa rotationsparabolisch abgerundet. D.h., das Schaufelblatt
der jeweiligen Klappe R ist in einen Schlitz des parabolisch abgerundeten Endes
der Welle 40 eingesteckt und hier festgeschweißt. Die rotationsparabolische Form
ergibt in Richtung der Normal strömung hl einen nur geringen Strömungswiderstand,
ebenso wie das Schaufelprofil einen günstigen cw-Beiwert hat. Das außen auf die
Kanalwand 2 In deren Bereich 2.3 aufgesetzte Wellengehäuse 7 besteht aus den einzelnen
in Wellenachsrichtung aneinandergereihten Teilgehäusen 7.1, 7.2, 7.3 und 7.4, welche
mittels axialer Zuganker 8, von denen nur einer ersichtlich ist, zusammengespannt
sind. Die Flansche der Teilgehäuse greifen durch entsprechende Vor- und Rücksprünge
formschlüssig ineinander; sie sind außerdem durch eine am ersten und am letzten
Gehäuseteil dichtend angeschweißten Blech-Dichthaube 9 nach außen abgedichtet. Der
Gehäuseteil 7.1 ist in eine Ringnut 10 der Gehäusewand 2.3 mit einem Ringvorsprung
11 eingesetzt und bei 12 festgeschweißt. Die Nippel 14a und 14b dienen mit entsprechenden
Gehäusekanälen der Sperrgaszuführung (Nippel 14a) und Sperrgasabsaugung (Nippel
14b). Die am oberen Gehäuseteil 7.4 angeordneten Nippel 15a1, 15a2 dienen zusammen
mit entsprechenden Gehäusekanälen der Kühlwasserzuführung, der Nippel 15b im Gehäuseteil
17.1 dient mit entsprechenden Gehäusekanälen der Kühlwasserabsaugung. Das Kühlwasser
passiert auf seinem gehäuseinternen Wegen die beiden Wälzlager 16 und 17, wobei
das Wälzlager 16 zur Hilfsantriebswelle 41 und das Wälzlager 17 zur Klappenwelle
40 gehört. Bei 18 ist mittels entsprechender Sprengringe noch ein Axiallager 18
für die Klappenwelle 40 eingesetzt. Es ist erkennbar, daß die Sperrgaszuführung
und -absaugung 14a, 15b im Bereich des der Ringkanalwand 2.3 unmittelbar benachbarten
Wellenabschnittes angeordnet ist. Die
Wasserkühlung und -schmierung
für die Wellenlager 16, 17, 18 sind ersichtlich auf der dem Ringkanal 1.3 abgewandten
Seite der Sperrgaszuführung und -absaugung 14a, 14b angeordnet.
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Klappenwelle 40 und Hllfsantriebswelle 41 sind mit axialem Abstand
a zueinander gleichachsig gelagert und mittels eines Mitnehmerflügels 41a an der
Hilfsantriebswelle 41 sowie einer Antriebsnase 40a an der Klappen welle 40 miteinander
kuppelbar, weil die Nase 40a in den Drehweg des Mitnehmerflügels 41a ragt. Zwischen
Nase 40a und Flügel 41a ist ersichtlich ein Leerdrehwinkel vorgesehen, welcher zumindest
gleich, vorzugsweise aber größer als der zur mediumgesteuerten Klappenbewegung erforderliche
Schwenkwinkel ? (Fig, 2) ist.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Klappen R im Verdichteransaugkana1
für einen der Hauptloops eines gasgekühlten schnellen Brutreaktors eingebaut.
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Grundsätzlich kann es sich dabei jedoch auch um einen der Hauptloops
eines heliumgekühlten Hochtemperaturreaktors (HTR) handeln. Ferner ist die Rückschlagklappen-Anordnung
nach der Erfindung überall dort mit Vorteil einsetzbar, wo entsprechend enge Verdichteransaug-Kanalquerschnitte
vorliegen und man nicht schwergewichtige Klappenkonstruktionen einbauen möchte.
In Fig. 1 ist der noch anzuflanschende Hilfsantrieb für die Hilfsantriebswelle 41
der Einfachheit halber nicht dargestellt. Für eine Ausführung der Erfindung wurde
festgestellt, daß im Kanalabschnitt 1.3 Strömungsgeschwindigkeiten von ca. 100 m/sec
auftreten, welche einen Staudruck von 0,005 bis 0,5 bar ergeben, so daß damit größere
Stellkräfte zur Klappenbetätigung zur Verfügung stehen.Der Hilfsantrieb dient einerseits
zur Bewegung der Klappen, wenn diese klemmen. Andererseits
dient
er auch zur Klappenbetätigung bei Stillstand oder Brennelementwechsel der Anlage,
wenn kein ausreichender Strömungsdruck zur Verfügung steht.
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2 Figuren 11 Patentansprüche