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Deckel für Öffnungen von unter Druck stehenden Behältern
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Die Erfindung betrifft Deckel für Öffnungen von unter Druck stehenden
Behältern, insbesondere für mit einem zylindrischen Liner ausgekleidete Kavernen
oder Durchführungen in Behältern für Kernreaktoren, bei denen der Deckel auf die
Öffnung aufgesetzt ist und mit Spannkabeln vorgespannt und gehalten ist.
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Es sind Verschlußeinrichtungen für große Öffnungen bekannt, bei denen
die Verschlußteile funktionsmäßig voneinander getrennt und als Dichtdeckel und Tragdeckel
ausgebildet sind.
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Hierbei sind die beiden Deckel durch in Längsrichtung des Behälters
wirkende Spannglieder gehalten. Ein Flansch ist mit einem Dichtdeckel versehen,
der sich unter Belastung durch den Behälterinnendruck gegen den Tragdeckel abstützt.
Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine aus mehreren Teilen bestehende
Verschlußeinrichtung für große Druckbehälteröffnungen zu schaffen, die eine bessere
Dichtwirkung und eine
einfache Herstellung gegenüber den bekannten
Erfindungen aufweist.
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Weitere bekannte Deckelausführungen in Beton weisen ein beträchtliches
Gewicht auf.
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In der DE-OS 2 456 379 ist ein vorgespannter Mehrlagendeckel angegeben,
der aus einem Zentralstück und aus Sektorenteilen unter Vermeidung von in den Lagen
sich deckenden Fugen zusammengesetzt ist, wobei die Zentralteilstücke und Sektorteilstücke
über die Lagen durchlaufende Spann kanäle aufweisen.
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Hierbei wird ein Deckel geschaffen, bei dem der Kraftfluß im Deckel
bestimmt und eindeutig überschaubar ist.
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Ausgehendvon diesemptand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, Öffnungen am Reaktordruckbehälter dicht- und druckfest zu verschließen,
wobei der Deckel ein minimales Gesamtgewicht bei einer maximalen Strahlendämpfung
während des Betriebes oberhalb der Öffnung aufweist und ein leichtes Handhaben beim
Abnehmen des Deckels an einer kontaminationsfreien Öffnung ermöglicht.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einem Deckel der eingangs
genannten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Deckel durch Rippen getrennte
Hohlräume aufweist, wobei unter dem Deckel ein Wärmeschutzsystem angeordnet ist,
unter dem eine ringförmige Durchflußbegrenzung auf dem Behälter vorgesehen ist,
und daß im oberen Bereich des Liners eine Stützkonstruktion befestigt ist.
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Die drucktragende Konstruktion des Deckels ist in besonderer Ausführung
beispielsweise eine planparallel kreisförmige und ebene Gußscheibe. Entsprechend
der Abtragung der Druckkräfte aus dem Inneren der Kaverne bzw. Öffnung besitzt die
Gußscheibe Rippen die ein besonders günstiges Gesamtgewicht des Deckels erzielen.
Die'Rippen bilden rechteckige Hohlräume aus, in denen zur besseren Strahlendämpfung
oberhalb der Öffnung Abschirm-
materialien eingefüllt werden können.
Der Deckel ist über Spannelemente am Außenumfang radial vorgespannt und mit vertikalen
Spannelementen niedergehalten. Unter dem Gußdeckel ist ein Wärmeschutzsystem derart
angeordnet, daß die zu erwartenden Remperaturen aus dem Öffnungsbereich gut vom
Deckel abgeschirmt werden können. Weiterhin liegt unter dem Wärmeschutzsystem besonders
günstig angeordnet eine Durchflußbegrenzung direkt oberhalb des Abschlusses des
Deckelliners. Die Durchflußbegrenzung kommt zum Tragen, sobald der Liner undicht
wird. Hierbei übernimmt die Durchflußbegrenzung ein limitiertes Gasabströmen aus
dem Öffnungsbereich. Innerhalb des Liners ist eine spezielle Stützkonstruktion angeordnet,
die bei den großen Dimensionen der Kaverne bzw. der Öffnung ein Abstützen des Deckelliners
ermöglichen.
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Der Deckel besteht aus mindestens zwei Teilen, die mit runden oder
eckigen Scherelementen und/oder Verzahnung- form- und kraftschlüssig miteinander
verbunden sind. Der einteilige Deckel ist bei Manipulationsarbeiten oberhalb der
Öffnung schwer bzw. schwierig zu transportieren. Ein Aufteilen des Deckels in mehrere
Teile ermöglicht eine wesentlich günstigere Handhabung der Teile für ein schnelles
Montieren an Komponententeilen innerhalb der Öffnung unterhalb des Deckels. Runde
oder eckige Scherelemente führen mit der radialen Vorspannung des Deckels zu einer
form- und kraftschlüssigen Verbindung besteht in einer Verzahnung der Einzelteile
des Deckels. Die runden Scherelemente weisen geringe Spitzenspannungen auf. Die
eckigen Scherelemente an' den Nuten dagegen hohe Zugspannungen.
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Der Deckel ist aus konzentrisch um ein Mittelteil angeordneten Segmentteilen
zusammengesetzt. Eine spezielle Ausführung besteht darin, daß das Mittelteil sechseckig
ist,und daß um das Sechseck jeweils sechs Segmente angeordnet den Deckel bilden.
Um ein frühzeitiges Verformen einzelner Scherelemente feststellen zu können, besteht
ein Unterschied zwischen runden und eckigen Scherelementen darin, daß die runden
als primäre Scherelemente
und die eckigen als sekundäre Scherelemente
benutzt werden. Die runden Scherelemente nehmen die ersten Bewegungen der einzelnen
Segmentteile gegeneinander als Verformung auf, da sie fest zwischen den Segmentteilen
an deren Berührungsflächen eingepaßt sind. Die eckigen Scherelemente können die
erste Bewegungsänderung der Segmentteile, die auch zu den Verformungen der primären
Scherelemente führen können, gut ausführen, ohne einer zu großen Belastung ausgesetzt
zu sein. Die sekundären eckigen Scherelemente können damit kleinste Bewegungen ausführen,
ohne einer strukturellen Veränderung, z.B. durch Veränderung der Streckgrenze bei
Uberbelastungen, ausgesetzt zu sein.
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Die sekundären Scherelemente besitzen mechanische Mertwertaufnehmer.
Die kleinsten Bewegungen der sekundären eckigen Scherelemente können über Meßwertaufnehmer
angezeigt werden und dienen auf diese Art und Weise als Sicherheitssystem des gesamten
Deckelabschlußsystems.
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Die Rippen besitzen Bohrungen. Die Bohrungen verbinden die Hohlräume,
in denen Abschirmaterial aufgefüllt sein kann. Hierbei spielt die Form der Hohlräume
keine Rolle. Die Bohrungen sind, außer an dem untersten Auflagerand des Deckels
in jedem Bereich der Verrippung, so daß die Hohlräume untereinander zu jedem Bereichsabschnitt
des Deckels verbunden sind.
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Ein Drittel des Durchmessers des Deckels liegt auf dem Behälter auf
und im Auflagenbereich sind zwei Teilkreise angeordnet, auf denen versetzt vertikale
Spannkabel den Deckel niederhalten. Um die Teilkreise so dicht wie möglich am Außenrand
des Deckels anzuordnen, sind die Spannkabel auf den beiden Teilkreisen versetzt
zueinander angeordnet.
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Das Wärmeschutzsystem besteht aus einer Kühlplatte und einer darunter
angeordneten Isolierplatte. Die Anordnung einesWärmeschutzsystems unterhalb des
planparallelen ebenen Gußdeckels ist besonders günstig, da die Berechnungen bzw.
die Auslegungs-
daten des Deckels im Hinblick auf den Durchmesser
minimiert werden können, in dem davon ausgegangen werden kann, daß die Hauptwärmemenge
durch dieses Wärmeschutzsystem innerhalb der Durchführung bzw. Kaverne bleiben bzw.
über die Kühlstromsysteme abgeführt werden.
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Die Kühlplatte besteht aus verklebten Fasermatten, die parallel angeordnete
Langlöcher aufweisen, welche sinnvoll miteinander verbunden sind. Hierbei ist die
Anordnung der Langlöcher besonders günstig gewählt, in der Form, daß die Außenenden
am Rand miteinander verbunden sind, so daß ein Kühlschlangensystem unterhalb des
Deckels entsteht. Das heißt zwischen zwei in einer Richtung fließenden Kühl strömen
befindet sich das mittlere Langloch mit einem in entgegengesetzter Richtung fließenden
Kühl strom. Um die Abfuhr der Wärmemengen zu maximieren, können auch zusätzliche
neue Kühlstromanschlüsse in einem Drittel der Gesamtlänge der Langlöcher angeordnet
sein oder in der Hälfte je nach den abzuführenden Wärmemengen.
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Die Kühlplatte entspricht im wesentlichen dem Durchmesser des Deckels
und die Langlöcher sind innerhalb der Teilkreise angeordnet. Die verklebten Fasermatten
liegen auf der Reaktordruckbehälteroberseite bis zum äußersten Rand des Deckels
auf. Die zur Wärmemengenabfuhr benötigten Langlöcher befinden sich dagegen nur im
Mittelteil der Teilkreise über der Öffnung.
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Die Isolationsschicht innerhalb der Teilkreise ist aus druckfesten
Guß-Basaltsteinen gebildet. Hierbei ist Guß-Basalt ein besonders günstiger Werkstoff
zur Aufnahme von großen Drücken. Die Guß-Basaltsteine können je nach erforderlicher
Isolationsdicke auch in doppelter Reihe gelegt werden.
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Die Durchflußbegrenzung besteht auch einem Stahlblech und einem Ring.
Hierbei leigt das Stahlblech direkt unter der Isolations-
schicht
und weist den gleichen Durchmesser wie diese auf.
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Der Ring liegt auf einer Ausnehmung im Reaktordruckbehälter auf, oberhalb
der Öffnung uns ist stirnseitig am zylindrischen Liner angeschweißt. Die gesamte
Fläche des Ringes bildet mit dem darüberliegenden Stahlblech die spaltförmige Durchflußbegrenzung.
Die Durchflußbegrenzung konditioniert ein Abströmen der Gase aus dem Inneren der
Öffnung.
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Die Stützkonstruktion besteht aus I-Trägern und einem Auflagering.
Die I-Träger sind mit Sicherungsbolzen befestigt.
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Die Stützkonstruktion ist als freitragende Konstruktion ausgelegt.
Die I-Träger sind sternförmig unter dem Deckel angeordnet.
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Eine andere Ausführung der Stützkonstruktion sieht vor, daß die I-Träger
auf Konsolen aufliegen, die'gleichmäßig ans Umfang der öffnung am Liner befestigt
sind. Auch bei dieser Konstruktion sind die I-Träger sternförmig unter dem Deckel
innerhalb der Öffnung angeordnet.
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Es zeigen im Ausschnitt Fig. 1 einen Längsschnitt eines aufgesetzten,
planparallelen ebenen einteiligen Deckels, Fig. 2 eine Draufsicht eines einteiligen
Deckels mit zwei Teilkreisen für vertikale Spannglieder, Fig. 3 einen Längsschnitt
eines planparallelen geteilten Deckels, Fig. 4 eine Draufsicht einer möglichen geteilten
Anordnung des planparallelen Deckels,
Fig. 5 einen Schnitt durch
einen Teil einer Stützkonstruktion des Liners, Fig. 6 einen Längsschnitt durch zwei
Segmente, die zwischen ihren Berührungsflächen Scherelemente besitzen, Fig. 7 einen
Längsschnitt durch einen Deckel der neben den Scherelementen eine zusätzliche Verzahnung
aufweist, Fig. 8 einen Längsschnitt durch ein eckiges Scherelement mit Meßwertaufnehmer.
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Fig. 1 zeigt einen aufgesetzten planparallelen und ebenen Deckel 1,
der über einer Öffnung 2 auf einem Behälter 3 aufliegt. Der Deckel 1 ist mittels
Spannkabel 4 gehalten und in Form einer kreisförmigen Gußscheibe 5 gefertigt. Die
Gußkonstruktion des Deckels 1 sieht Rippen 6 vor. Die Rippen 6 sind in der Draufsicht
sternförmig vom Mittelpunkt sowie kreisförmig um den Mittelpunkt der Gußscheibe
5 angeordnet.
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Je nach der Stärke der Guß scheibe 5 sind zwischen der Ober-und Unterseite
verschiedene parallelliegende Zwischenlagen in Form der Rippen 6 zur Festigkeit
und Versteifung der Guß scheibe 5 angeordnet. Die Rippen 6 bilden im wesentlichen
rechteckige Hohlräume 13 aus. Die Hohlräume 13 sind durch Bohrungen 20 untereinander
verbunden. Hierbei sind an der Unterseite des Deckels 1 keine Bohrungen 20 vorgesehen
bzw. angeordnet. Unterhalb des Deckels 1 schließt ein Liner 7 die Öffnung 2 gasdicht
ab. Zwischen dem Liner 7 und dem Deckel 1 liegt ein Wärmeschutzsystem 8. Innerhalb
des Liners 7 ist eine freitragende Stützkonstruktion 9 befestigt, die das Gewicht
des Deckelliners bei Betriebsstillstand abtragen bzw. aufnehmen kann.
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Zwischen dem Deckelliner und dem Wärmeschutzsystem 8 ist eine Durchflußbegrenzung
14 vorgesehen. Die Durchflußbegrenzung 14
besteht aus einem Stahlblech
26 und einem Ring 27. Der Ring 27 liegt flach und eben auf der Oberfläche des Behälters
3 auf. Uber dem Ring 27 liegt lose das Stahlblech 26, das einen größeren Durchmesser
als der Durchmesser der Öffnung 2 besitzt, auf und bildet einen kreisförmigen Spalt.
Der Spalt der Durchflußbegrenzung 14 kann sich nicht vergrößern, da das gesamte
Gewicht des Deckels 1 sowie seine Vorspannung 4 über das Wärmeschutzsystem 8 auf
das Stahlblech 26 wirkt. Die Stützkonstruktion 9 besteht aus sternförmig in der
Öffnung 2 angeordneten I-Trägern 28,32, die auf einem Auflagering 29 oder auf Konsolen
31 aufliegen und-befestigt sind. Der Auflagering 29 bzw. die Konsolen 31 sind am
Liner 7 verschweißt.
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Die Anzahl der am Umfang der Öffnung 2 angeordneten Konsolen 31 und
den damit aufliegenden I-Trägern 28,32 richtet sich nach der Größer Öffnung 2. In
den Hohlräumen 13 der Oußscheibe 5 bzw. des Deckels 1 kann je nach den Abschirmproblemen
oberhalb der Öffnung 2 ein Abschirmmaterial 21 über die Bohrungen 20 eingefüllt
werden. Das Wärmeschutzsystem 8 setzt sich aus einer Kühlplatte 23 und einer Isolationsplatte
24 zusammen. Die Kühlplatte 23 besteht aus verklebten Fasermatten, in denen parallelliegende
Langlöcher 25 angeordnet sind. Die Langlöcher 25 sind wechselseitig an ihren Enden
miteinander derart verbunden, daß ein Kühlschlangensystem in der Kühlplatte 23 entsteht.
Die Isolationsplatte 24 ist aus Guß-Basaltsteinen gebildet. Die Anzahl der übereinanderliegenden
Lagen der Guß-Basaltsteine kann variiert werden. Das Wärmeschutzsystem 8 schützt
den Deckel 1 vor zu hohen Temperaturen aus dem darunterleigenden Bereich der Öffnung
2.
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Fig. 2 zeigt den Deckel 1 in der Draufsicht. Der Deckel 1 ist ungeteilt
und weist zwei Teilkreise 22 auf, auf denen gleichmäßig verteilt Spannkabel 4 den
Deckel 1 niederhalten. Hierbei ist die Anordnung der Spannkabel 4 versetzt zueinander
gewählt.
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Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch einen geteilten Deckel la, der
aus Teilen 15,16 zusammengesetzt ist. Die Teile 15,16 sind mittels runder Scherelemente
10 formschlüssig verbunden.
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Am Außenrand des Deckels 1a sind radiale Spannkabel 33 gleichmäßig
über die gesamte Stärke des Deckels 1a verteilt angeordnet. Die Teile 15,16 liegen
an Berührungsflächen 34 aneinander. Die weitere Ausbildung ist der unter Fig. 1
beschriebenen Deckelausführung 1 vergleichbar.
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Fig. 4 zeigt eine Draufsicht eines geteilten Deckels Ib.
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Die Teilung des Deckels ib ist besonders günstig und kann für mittlere
Größen von Öffnungen 2 gewählt werden. Um ein sechseckiges Mittelteil 12 sind Radialsegmente
11 angeordnet. Hierbei sind auch andere Teilungen je nach der Größe des Deckels
ib möglich. Die Berührungsflächen 34 verlaufen parallel zur Mittelachse der Öffnung
2, können aber auch geneigt dazu sein.
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Auch bei dieser geteilten Ausführung des Deckels ib sind die weiteren
Details entsprechend der Ausführung wie in Fig. 1.
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Fig. 5 zeigt die Stützkonstruktion 9 unterhalb des Liners 7 über dem
das Stahlblech 26 angeordnet ist im Schnitt. Die Stützkonstruktion 9 ist wie oben
in Fig. 1 erwähnt, aus den I-Trägern 28 und dem Auflagering 29 gebildet. Die I-Träger
28 sind mittels Sicherungsbolzen 30 am Liner 7 befestigt. Eine andere Ausführung
sieht statt des Ringes 29 Konsolen 31 unterhalb der I-Träger 28,32 vor. Die Stützkonstruktion
9 ist eine freitragende Konstruktion, die das gesamte Gewicht des Deckelliners mit
dem darüber angeordneten Wärmeschutzsystem 8 abtragen kann.
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Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt der Deckelteile 15,16 mit den parallel
zur Mittelachse der Öffnung 2 verlaufenden Berührungsflächen 34. Zwischen den Berührungsflächen
34 sind primäre, runde Scherelemente 10 unten im Deckel la angeordnet und darüber
sekundäre, eckige Scherelemente 17. Die Anzahl der Scherelemente 10,17- über die
gesamte Stärke des geteilten Deckels 1a kann verschieden gewählt werden. Die'primären
runden Scher-
elemente werden bei kleinsten Verschiebungen der
Teile 15,16 verformt. Die eckigen Scherelemente 17 können diese kleinsten Bewegungen
ohne Verformungen ausführen. Die Ausbildung der Rippen 6 bzw. der Hohlräume 13 ist
entsprechend den Fig. 1,3 ähnlich. Parallel zu den Berührungsflächen 34 sind in
der Fig. 6 Durchführungen 35 zu erkennen. Diese Durchführungen 35 sind bei speziellen
Öffnungen 2 vorgesehen.
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Fig. 7 zeigt eine weitere Möglichkeit, den geteilten Deckel ib formschlüssig
mit Verbindungselementen 10,17,18 auszurüsten. Die Spannkabel 4 halten die äußeren
Segmente 11 am Außenumfang des Deckels ib nieder. Die radialen Spannkabel 33 verspannen
beim geteilten Deckel ib die Segmentteile 11 fest an das sechseckige Mittelteil
12. Die unteren Scherelemente 10 sind rund und damit primäre Scherelemente 10.
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Die oberen eckigen Scherelemente 17 liegen über eine Verzahnung 18,
die die Teile 11,12 formschlüssig verbinden. Die Verzahnung 18 kann hierbei maximale
axiale Kräfte am Deckel 1b aufnehmen. Die weiteren Ausführungen der Rippen 6 und
der Hohlräume 13 bzw. der Bohrungen 20 ist wie in Fig. 1,3 beschrieben.
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Fig. 8 zeigt einen Längs schnitt durch ein eckiges Scherelement 17,
das zwischen dem Segment 11 und dem Mittelteil 12 des Deckels 1b zwischen den Berührungsflächen
34 angeordnet ist.
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Das eckige Scherelement 17 kann wie in der Fig. 6 beschrieben, die
Bewegungen an den Berührungsflächen 34 in axialer Richtung der Öffnung 2 über mechanische
Meßwertaufnehmer 19 anzeigen.
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Hierbei sind auch andere Anzeigesysteme denkbar. Deutlich zu erkennen
sind an den Ecken der Scherelemente 17 Freiräume 36.
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Die Abflachung an den Ecken der Scherelemente 17 führt zu keinen Verlusten
der Stabilität, da in diesem Bereich sehr hohe Spitzenspannungen auftreten.