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Rohrleitungskompensator mit sechs Freiheitsgraden
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rohrleitungskompensator nach
dem Oberbegriff des ersten Anspruchs, insbesondere zur Verwendung in flUssigmetallfUhrenden
Kernenergieanlagen. In derartigen Anlagen, aber auch sonst stellt sich häufig die
Aufgabe, verschiedene Rmonenten, wie z.B. Behälter, Wärmetauscherr P=en usw. durch
fl{{ssigkeitsfUhrende Bohrleitungen miteinander zu verbinden, wobei zur Vermeidung
von unzulässigen Spannungen bei Temperaturänderungen für den Ausgleich der dann
auftretenden Wärmedehnungen gesorgt werden muß. Hierfür können die Komponenten entweder
durch längere, bogenförmig geführte Rohrleitungen verbunden werden (siehe z.B. DE-A-
28 12 124)1 die durch ihr Biegeverhalten die Dehnungen ausgleichen, oder aber es
können in kurze, gerade Rohrleitungen dehnbare Glieder eingesetzt werden, beispielsweise
Wellrohrkompensatoren wie sie unter anderem in den DE-A-26 31 566 und 28 10 338
beschrieben sind. Die eine wie die andere Lösung weisen Nachteile auf: Lange Rohrleitungen
erhöhen den Strömungswiderstand und damit die zum Umwälzen der Flüssigkeit erforderliche
Pumpenleistung, weisen selbst (insbesondere in gefülltem Zustand) ein erhebliches
Gewicht auf, dessen Aufhängung Probleme aufwirft, zwingen zu einer einen größeren
Abstand erfordernden Aufstellung der Kompow nenten (was erhöhte Folgekosten in Form
vergrößerter Gebäude um diese nach sich zieht) und machen aufwendige, weil ausgedehnte
Begleitheizungen notwendig, wenn die in der Anlage umgewälzte Flüssigkeit auf erhöhter
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peratur gehalten werden muß (wie z.B. das in manchen Kernenergieanlagen
verwendete, bei Umgebungstemperatur feste. Natrium); Wellrohrkompensatoren weisen
zur Erzielung der nötigen Flexibilität nur geringe Wandstärken auf und sind so zur
Verwendung in druckführenden Leitungen wenig geeignet, zumal ihr fortgesetztes "Arbeiten"
zu ziemlich rascher Materialermüdung führt.
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Letztere weisen darüber hinaus höchstens zwei Freiheitsgrade (je eine
Translation und Rotation) auf und sind insbesondere nicht in der Lage Torsionsbewegungen
auf zunehmen. Die erforderlichen Baulängen sind zwar geringer als bei einem Dehnungsausgleich
durch Rohrschleifen, doch zur Verbindung zweier gegeneinander verschiebbarer Komponenten
mittels einer Rohrleitung sind auf jeden Fall zwei Wellrohrkompensatoren notwendig.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Kompensator für Flüssigkeit
führende Rohrleitungen, der bei geringerer Baulänge und ausreichender Festigkeit
gegen Innendruck die Verbindung zweier Teile einer Rohrleitung mit einer größeren
Anzahl von Freiheitsgraden ermöglicht. Insbesondere soll der Kompensator Torsionsbewegungen
zulassen.
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Die Lösung der vorstehenden Aufgabe erfolgt durch die im kennzeichnenden
Teil der ersten Anspruchs angegebenen Mittel. Durch Inkaufnahme einer definierten,
kleineren Leckage die, wie weiter unten gezeigt wird, in das System zurückgespeist
werden kann, läßt die vorgeschlagene Konstruktion je drei translatorische und rotatorische
Bewegungen der beiden Hälften der Rohrleitung zueinander zu. Es besteht lediglich
das Erfordernis, die Rohrleitung annähernd senkrecht anzuordnen, damit sich das
äußere Gehäuse in seinem
unteren Teil mit der in der Anlage zirkulierenden
Flüssigkeit füllen kann.
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Die im zweiten Anspruch vorgeschlagene Ausgestaltung der Erfindung
macht den Kompensator auch zur Verwendung in Anlagen geeignet, bei denen ein Kontakt
zwischen der Flüssigkeit'und' der Außenatmosphäre vermieden werden#muß, wie im Falie
äls#Reaktorkühlmittel verwendeten Natriums. Einer weiteren Verbesserung in dieser
Richtung dienen die im dritten Anspruch vorgeschlagenen Merkmale, die das an sich
bekannte Konstruktidnsprinzip der Sperrgasdichtung lauf die vorliegendé"Kbnstruktion
bertragen.
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ion Die im vierten Anspruch vorgeschlagene Ausgestaltung der Erfindung
dient schließlich dazu, die zwangsläufig im Inneren des Kompensators åufiretenden
Leckagen an F;Uasigkeit in den Kreislauf derselben zurückzuführen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt,
und zwar zeigt diese im Axiallängsschnitt eine Hälfte der mit dem Kompensator. versehenen
Rohrleitung.
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Die Rohrleitung besteht aus zwei voneinander unabhängigen, durch einen
Spalt 3 getrennten Teilen 1 und 2, wobei diese infolge von Wärmedehnungen oder ähnlichen
Bewegungen, insbesondere der hier nicht dargestellten angeschlossenen Komponenten
ihre Lage zueinander ändern können, und zwar nicht nur in Form einer axialen Verschiebung
zueinander, sondern auch durch. ein Verkanten der Rohrachsen und durch Rotation
der Rohre um dieselben.
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Die Rohre 1, 2 sind annähernd senkrecht angeordnet und ersteres ist
mit einem halbkugelförmigen, an seiner
Oberseite zunächst offenen
Gehäuse 35 dicht verbunden.
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Zwischen dem Gehäuse 35 und dem zweiten Rohr 2 ist ein inneres Zwischenstück
29 angeordnet, das um letzteres auf einem Radialkugellager 31 gedreht werden kann.
Zugleich kann sich das innere Zwischenstck 29 in axialer Richtung auf dem zweiten
Rohr 2 bewegen, wofür ein Gleitlager 30 vorgesehen ist. Zwischen beiden Teilen ist
ein Drosselspalt 5 in definierter Größe vorhanden, durch den die in der Rohrleitung
befindliche Flüssigkeit bis zu einer gewissen Höhe im Gehäuse 35 steigen kann.
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Der Raum zwischen dem inneren Zwischenstück 29 und dem Gehäuse 35
wird durch ein äußeres Zwischenstück 34 ausgefüllt, wobei ebenfalls Drossel spalte
definierter Größe 7 bzw. 4 vorhanden sind. Zur Verringerung der Empfindlichkeit
gegen thermische Belastungen sind im dargestellten Beispiel die Zwischenstücke 29,
34 nicht massiv, sondern als leichte Hohlkonstruktionen ausgeführt. Über zu diesem
Zweck vorgesehene Bohrungen 12 erfolgt die Angleichung des Flüssigkeitsspiegels
in den zwischen diesen Teilen gebildeten Ringräumen 8, 9, 10 11. Die Höhe des Flüssigkeitsspiegels
selbst wird durch das Vorhandensein einer Überlaufleitung 13 beschränkt, durch die
die aus dem Ringspalt austretende Flüssigkeit (gegebenenfalls durch eine nur schematisch
angedeutete. Pumpe 42 unterstützt) in das Rohr 1 zurückgeführt werden kann. Inneres
und äußeres Zwischenstück 29, 34 stützen sich aufeinander mittels Axialkugellagern
32, 33 ab, die auch eine Drehbewegung der beiden Teile zueinander ermöglichen. Das
äußere Zwischenstück 34 ist seinerseits über ein Kardangelenk 36 am Gehäuse 35 aufgehängt.
Der Kompensator gestattet so innerhalb gewisser Grenzen beliebige translatorische
und rotatorische Bewegungen der Rohre 1, 2 zueinander. Der oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
gelegene Teil der Ringräume 8, 9, 10,11
(ebenfalls durch entsprechende
Bohrungen 15 miteinander verbunden) ist mit einem beliebigen, mit der Flüssigkeit
verträglichen Gas gefüllt, das aus einem schematisch angedeuteten Speicher 43 über
eine Leitung 16 herangeführt wird im Falle von flüssigem Natrium also mit Argon
oder Stickstoff. Die Dichtigkeit gegenüber der Außenatmosphäre wird durch Dichtungen#hergestellt
und zwar durch ein erstes Paar 17, 18 zwischen zweitem Rohr 2 und innerem Zwischenstück
29, einem zweiten Paar 19, 20 zwischen letzterem und dem äußeren Zwischenstück 34
und schließlich durch ein drittes Paar 21, 22 zwischen dem äußeren Zwischenstück
34 und dem Gehäuse 35. Die zwischen diesen Dichtungen entstehenden Ringräume 23,
24, 25 können mit einem Sperrgas beaufschlagt werden, das aus einem unter Druck
stehenden, ebenfalls nur schematisch angedeuteten Speicher 41 über eine Leitung
26 in den dritten Zwischenraum 25 geführt wird. Dieser steht über einen Verbindungskanal
27 mit dem zweiten Zwischenraum 24 in Verbindung und dieser über eine weitere Verbindung
28 mit dem ersten Zwischenraum 23.
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Bei Verwendung der vorgeschlagenen Konstruktion treten an den Rohrleitungsenden
nur geringe Stutzenkrafte auf; die Strömungsverluste in der Rohrleitung sind gleichfalls
gering. Die Anzahl möglicherweise störanfälliger und mit hohem Aufwand zu prüfender
Schweißstellen ist minimiert.
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