DE3531751A1 - Flaechig vorgespannte isolierung fuer heissgasleitungen und -behaelter - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Isolierung nach dem Oberbegriff des 1. Anspruchs. Sie ist unter anderem zur Anwendung in kerntechnischen Anlagen bestimmt, die mit einem Hochtemperaturreaktor betrieben werden, der auf ca. 950°C aufgeheiztes Helium liefert. Zur Fort­ leitung dieses Heliums und anderer auf ähnlicher Tempe­ ratur befindlicher Prozeßgase sind isolierte Heißgas­ leitungen erforderlich. Diese bestehen aus einem den Druckeinschluß besorgenden äußeren Rohr aus einem metal­ lischen Werkstoff und einem konzentrisch dazu angeord­ netem inneren Gasführungsrohr, z. B. aus keramischen Werkstoffen, sowie einer den Zwischenraum zwischen beiden Rohren ausfüllenden Isolierung, die das nur bis zu einer geringeren Temperatur einsetzbare Außenrohr vor den hohen Temperaturen im Inneren schützt. Als Isoliermate­ rial kommen mineralische oder keramische Fasern zur Anwendung, die ein begrenzt elastisches Verhalten an den Tag legen. Von dieser Elastizität kann dazu Gebrauch gemacht werden, vorgespannte Faserpakete an den ge­ wünschten Einbauort zu bringen und sie dort zu entlasten, so daß sie sich z. B. in Umfangsrichtung einer Rohr­ leitung angeordnet radial an das Außenrohr anpressen, so eine Hinterströmung durch heißes Gas verhindern und ohne weitere Befestigungsmittel in ihrer Einbaulage verbleiben. Um das Entstehen von Konvektionsströmungen innerhalb der Faserpakete selbst zu unterbinden, ist es bekannt, zwischen den einzelnen Fasermatten aus denen sie zusammengesetzt sind Bleche oder Folien einzulegen (DE-A 34 33 180).

Den solcherart bekannten Isolierungen ist jedoch ge­ meinsam, daß sie nur in radialer oder Umfangsrichtung Wärme­ dehnungen auszugleichen vermögen, nicht jedoch die, die insbeson­ dere bei instationärem Betrieb der Anlage zwischen dem metallischen Außen- und dem keramischen Innenrohr in axialer Richtung auftreten. Die Isolierung wird dann auf Scherung beansprucht. Es besteht die Gefahr, daß sie dieser zumindest im Langzeiteinsatz (angestrebt wird ihre Halt­ barkeit über die gesamte Lebensdauer der Anlage, z. B. über 30 Jahre) nicht gewachsen ist und zerrieben wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung von Isolierkörpern aus den bekannten Materialien, die den gleichzeitigen Ausgleich von Wärmedehnungen in zwei oder mehr Richtungen gestattet. Sie soll darüber hinaus wie auch bisher schon leicht zu montieren und gegebenenfalls zu befestigen sein, die Entstehung von Konvektions­ strömungen in ihrem Inneren verhindern, die Isolierung von ebenen, aber auch gegebenenfalls mehrfach gekrümmten Flächen ermöglichen und darüber hinaus eine leichte Anbringung von Abdeckelementen gestatten, mit denen die Isolierung vor den Einwirkungen der Gasströmung geschützt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im kenn­ zeichnenden Teil des 1. Anspruchs angegebenen Mittel. Es sind eine Vielzahl von regelmäßigen, flächendeckenden Mustern bekannt, zu denen entsprechend geformte Isolier­ körper zusammengesetzt werden können. Während für die meisten Anwendungsfälle quaderförmige, in einem vier­ eckigen Raster angeordnete Isolierkörper die günstigste Anordnung darstellen dürften, erscheinen für Sonderfälle (z. B. für das Isolieren von Rohrkrümmern) auch Anord­ nungen nützlich, bei denen n = 3 oder 6 ist. Der Winkel, den die Vorspannrichtung mit den Seiten des Zentral­ körpers bildet, ist vorzugsweise ein rechter Winkel. Eine solche Anordnung federt in mehr als einer Richtung in der Ebene und sorgt gleichzeitig dafür, daß die Relativ­ bewegungen zwischen den einzelnen Isolierkörpern und in ihnen selbst sich nur über geringe Entfernungen erstrecken; die dann noch auftretenden Scherkräfte sind so gering, daß sie die Integrität der Faserstruktur des Isolier­ stoffes nicht gefährden. Die wechselnde Orientierung der zwischen den einzelnen Schichten der Isolierkörper ein­ legten Folien oder Bleche führt zu einem Labyrintheffekt, der das Entstehen großräumiger Konvektionsströmungen in der Isolierung wirksam verhindert. Die sich zwangsläufig ergebende Anordnung der Folien oder Bleche normal zur zu schützenden Wand erleichtert ganz wesentlich die Entgasung der Isolierung bei einem plötzlichen Druckab­ fall im Inneren der Leitung.

Die Ausgestaltung der Erfindung gemäß dem 2. Anspruch erleichtert den Aufbau der Isolierung ganz erheblich, indem die zu Unterverbänden zusammengefaßten Blöcke aus Isolierstoff zunächst nur nebeneinandergelegt werden, sich jedoch nach Lösen der Vorspannmittel zu einer dichten Fläche zusammenschließen.

Die Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 3 und 4 sind alternativ zueinander, wobei die erstere Ausführung einen in allen Richtungen gleichmäßig federnden Block ergibt, während bei der zweiten Ausführung darauf verzichtet wird, zugleich aber die weiter unten angesprochenen verbesserten Möglichkeiten der Befestigung geschaffen werden.

Dazu gehört die im 5. Anspruch herausgestellte Möglich­ keit, die den Austrag von Fasermaterial durch die Gas­ strömung verhindernden Abdeckelemente als integralen Bestandteil der Isolierung auszugestalten.

Der im 6. Anspruch angesprochene Aufbau der Spannkörper aus einzelnen, aufeinandergelegten Isoliermatten erlaubt den Aufbau der Körper aus handelüblichen Konfektionie­ rungen des Isoliermaterials und gestattet zugleich das Einfügen von als Konvektionsbarrieren wirkenden Folien oder dergleichen, wie dies im 7. Anspruch gefordert wird.

Die Ausgestaltung gemäß dem 8. Anspruch verbindet diese Konvektionsbarrieren mit den Abdeckelementen zu jeweils einem Bauteil, was ebenfalls eine Erleichterung der Montage bedeutet.

Gemäß dem 9. Anspruch braucht nur ein Teil der Isolier­ körper an der zu schützenden Fläche befestigt werden (wenn wie bei ebenen Flächen die Spannkörper nicht in der Lage sind, allein eine gleichbleibende räumliche Lage zu gewährleisten), da zwischen den Zentralkörpern auch bei Wärmedehnungen keine Relativbewegung stattfindet.

Die im 10. Anspruch herausgestellte Möglichkeit der Befestigung der Isolierkörper durch einfaches Aufschieben auf in Gegenrichtung sperrende, an der zu schützenden Wand befestigte Elemente, z. B. Spreizdübel erleichtert die Montage weiterhin, indem die Befestigungselemente nicht erst bei der Montage angebracht werden müssen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 eine Anordnung von Isolierkörpern im Viereck­ raster,

Fig. 2 alternativ hierzu eine Anordnung im Dreieck­ raster, jeweils in der Draufsicht,

Fig. 3 die Anordnung im Querschnitt mit Angabe möglicher Vorspanneinrichtungen,

Fig. 4 einen weiteren Querschnitt mit integrierten Abdeckelementen,

Fig. 5 eine andere Art der Abdeckung und Befestigung im Querschnitt und

Fig. 6 dieselbe in der Ansicht.

Eine zu isolierende Fläche beliebiger Ausdehnung wird durch quaderförmige Isolierkörper abgedeckt; jeweils ein Zentralkörper 11 und vier Spannkörper 12 sind zu einem Unterverband 10 (durch schräge Straffur hervorgehoben) zusammengefaßt; die Fläche wird durch eine entsprechende Anzahl solcher Unterverbände abgedeckt. Die Zentral­ körper 11 sind aus konzentrisch um eine Achse herum auf­ gewickelten Isoliermatten 13 (mit entsprechend kleineren Stücken zum Ausfüllen der Ecken) gebildet und federn in jeder Richtung gleich gut. Die genannte Achse fällt zu­ sammen mit einem stabförmigen Befestigungselement 14, das an der zu schützenden Fläche 20 befestigt ist, und an dem auch hier nicht dargestellte Abdeckelemente be­ festigt sein können, die das Isoliermaterial vor einem Faseraustrag durch die Gasströmung schützen. Zwischen einzelnen Isoliermatten 13 sind Graphitfolien 15 ange­ ordnet, die das Entstehen von Konvektionsströmungen im jeweiligen Isoliermaterial verhindern. Um den Zentral­ körper herum sind im Beispiel vier Spannkörper 12 ange­ ordnet, die aus den gleichen Materialien wie der Zentral­ körper aufgebaut sind jedoch in der Art, daß die einzelnen Isoliermatten 13 parallel zueinander aufgestapelt sind.

Dadurch ergibt sich die durch die Pfeile angedeutete Möglichkeit, die Spannkörper zusammenzudrücken, und in dieser Lage durch Spannelemente 16 festzuhalten, die ihr Widerlager in Keramikplatten 17 finden. Nach dem Einbau des Unterverbandes 10 in den gesamten Isolier­ verband werden die Spannmittel 16 gelöst und gegebenen­ falls entfernt. Die Spannkörper 12 verspannen sich dann gegen die entsprechenden Körper aus benachbarten Unter­ verbänden; zwischen den verschiedenen Festpunkten 14 tritt auch bei größeren Temperaturschwankungen keine Verschiebung auf. Die Isoliermatten 13 werden nur auf Druck (senkrecht zur Faser) beansprucht, nicht jedoch auf Scherung. In der Anordnung der Fig. 2 sind um einen jetzt dreieckigen Zentralkörper 11 drei Spannkörper 12 angeordnet, die sich in gleicher Weise an Spannkörpern aus benachbarten Unterverbänden abstützen. Der Zentral­ körper 11 ist hier als Formteil aus einer Faserkeramik hergestellt, wie sie die Anmelderin zum Beispiel in der DE-A-33 15 880 beschrieben hat. Bei der in der Fig. 3 dargestellten Auskleidung einer gekrümmten Fläche, z. B. einer Rohrleitung 20 fügen sich der Zentralkörper 11 und die Spannkörper zu einer gewölbeartigen Konstruktion zu­ sammen, bei der sich der Unterverband 10 nach Lösen der Vorspannung allseitig nach Art eines Gewölbemauerwerks an den Nachbarverbänden abstützt. Der Unterverband 10 ist vor der Montage vorgespannt, und zwar entweder durch Drähte 16 _A , die in Endplatten 17 verankert sind oder durch umlaufende Bandagen 16 _B ; diese Befestigungselemente können unschwer nach erfolgter Montage zertrennt und bei Bedarf auch herausgezogen werden. Die Fig. 4 zeigt alternative Möglichkeiten der Ausgestaltung von Abdeckelementen 18 aus Blech oder einer dünnen Keramik. Diese können ent­ weder (siehe linke Hälfte der Zeichnung) die Gestalt von abgekanteten, zwischen die Mattenlagen 13 eingelegten Blechen haben oder (siehe rechte Hälfte der Zeichnung) von großflächigeren Blechen, die von einer Rahmenkon­ struktion 19 gehalten werden. Die Rahmenkonstruktion 19 kann mit Dornen 21 versehen sein, mit denen die Isoliermatten 13 verankert werden. Die Fig. 5 zeigt eine andere mögliche Befestigung der Isolierung an der Fläche 20. Hier sind Abdeckelemente 20 unmittelbar an den Zentralkörper 11 angeformt; die Abdeckelemente 22 können auch (hier nicht gezeichnet ) getrennte Teile darstellen (z. B. auch aus einem anderen Werkstoff, der weniger wegen seiner Isolier-, als seiner Festigkeitseigen­ schaften gewählt wird) Das Befesti­ gungselement 14 hat hier die Gestalt eines vor der Montage der Isolierung durch eine Öffnung in der Wand 20 hin­ durchgesteckten und dann dichtgeschweißten Spreizdübels 14. Der Zentralkörper 11 ist mit einer entsprechenden Bohrung versehen und wird zusammen mit seinen Spann­ körpern 12 auf den Spreizdübel 14 geschoben. Der Unter­ verband 10 ist damit unverrückbar fixiert. Wie die Fig. 6 zeigt, kann die gesamte Isolierfläche mit den hier kreuz­ förmigen Abdeckelementen vor der Einwirkung eines mit hoher Geschwindigkeit vorbeifließenden Gases geschützt werden.

Claims (10)

1. Isolierung für Heißgasleitungen und -behälter (20), bestehend aus einzelnen in einem regelmäßigen, flächen­ deckenden Muster angeordneten Isolierkörpern (11, 12) mit n aneinanderanliegenden Seiten, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils n + 1 Isolierkörper einen Unterverband (10) bilden, der aus einem Zentralkörper (11) und n Spann­ körpern (12) besteht, die in der Ebene der Isolierung in einer zur anliegenden Seite des Zentralkörpers im Winkel verlaufendenRichtung vorgespannt (16) sind.

2. Unterverband (10) für eine Isolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er vor der Montage in vorgespanntem Zustand durch Mittel (16) zusammengehalten wird, die nach der Montage lösbar bzw. trennbar sind.

3. Zentralkörper (11) für eine Isolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus annähernd symmetrisch um eine senkrecht zur Isolierung verlaufende Achse (14) angeordneten Isolier­ matten (15) besteht.

4. Zentralkörper (11) für eine Isolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Faserkeramik geformt ist.

5. Zentralkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite der Isolierung an ihm Elemente (22) angeformt sind, die die Spannkörper (12) abdecken.

6. Spannkörper für eine Isolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus quer zur Vorspannrichtung angeordneten Iso­ liermatten (15) besteht.

7. Zentralkörper nach Anspruch 3 oder 4 oder Spannkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Isoliermatten (13) gasundurchlässige Folien (15) angeordnet sind.

8. Zentralkörper nach Anspruch 3 oder 4 oder Spannkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Isoliermatten (13) Bleche oder Keramik­ platten (18) angeordnet sind, die an der Innenseite der Isolierung umgekantet bzw. mit einem angeformten Seiten­ teil versehen sind und die Seitenflächen der Isolier­ matten (13) ganz oder teilweise abdecken.

9. Isolierung nach Anspruch 1, die an der Rohr- bzw. Behälterwand (20) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß nur jeweils die Zentralkörper (11) befestigt sind.

10. Isolierung nach Anspruch 9 mit Zentralkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralkörper (11) auf an der Rohr- bzw. Behälter­ wand (20) angebrachte Befestigungsmittel (14) geschoben sind, die gegen ein Ablösen von der Wand selbsttätig sperren.