DE3927624A1

DE3927624A1 - Waermedaemmsystem fuer flaechen, an denen ein heisser gasstrom entlanggefuehrt wird

Info

Publication number: DE3927624A1
Application number: DE3927624A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Dr Becker; Hans-Guenter Dipl Ing Dr Gross; Johannes Dipl Ing Henssen; Josef Dipl Ing Dr Schoening
Original assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date: 1989-08-22
Filing date: 1989-08-22
Publication date: 1991-02-28
Also published as: US5110006A; JPH0396796A

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmedämmsystem für Flächen, an denen ein heißer Gasstrom entlanggeführt wird, gemäß dem Ober begriff der Patentansprüche 1 und 2.

Ein derartiges Wärmedämmsystem findet beispielsweise im Kern kraftwerksbau Verwendung, wo es zum Wärmeschutz des den Kern reaktor umschließenden Spannbetondruckbehälters eingesetzt wird oder dem Schutz von Gasführungen dient, in denen das aus dem Kernreaktor kommende erhitzte Gas den weiteren Komponenten des Primärkreislaufs zugeleitet wird. Als Tragstruktur, an der das Wärmedämmsystem befestigt ist, dient im ersten Fall der Liner der Druckbehälterkaverne und im zweiten Fall der Druckmantel der Gasführungen.

Das Wärmedämmsystem muß so ausgelegt sein, daß unter den ein wirkenden Lasten (im wesentlichen Eigengewicht, Vorspannkräfte, akustische und strömungsinduzierte Schwingungsanregung sowie Wasser nach einem Störfall) ein Versagen für die ganze Be triebszeit sicher ausgeschlossen werden kann.

Die Funktionsfähigkeit, d.h. die Dämmwirkung des Dämmstoffes kann dann als gewährleistet angesehen werden, wenn der Dämm stoff seine Lage zwischen der Tragstruktur und den Abdeckplat ten nicht verändert. D. h. es muß vermieden werden, daß sich infolge Zusammensackens oder Abrutschens des Dämmstoffes Hohl räume in dem Wärmedämmsystem bilden. Diese Gefahr besteht ins besondere in vertikalen Bereichen des Wärmedämmsystems, z. B. an den senkrechten Wänden eines Spannbetondruckbehälters. In diesen Bereichen des zu schützenden Bauteils wird das kerami sche Fasermaterial durch die vertikalen Reibungskräfte zwischen den Fasern und seinen Begrenzungswänden in seiner Position ge halten. Um ein Zusammensacken der Fasermatten zwischen diesen Begrenzungswänden und damit ein Nachlassen ihrer Formstabilität zu vermeiden, muß die Reibungskraft größer sein als das Eigen gewicht der Fasermatten. Es muß daher eine Rückstellkraft vor handen sein, die auch nach allen möglichen Störfällen noch nicht verschwunden ist. Diese muß mit anfänglich hoher Verdich tung der Fasermatten erkauft werden, da bekanntlich die Rück stellkraft über die Zeit sowie durch Temperatur- und Wasser einflüsse geringer wird.

Aus der DE-PS 29 49 726 ist ein Wärmedämmsystem bekannt, das für einen Gaskanal zur Verbindung des Heißgassammelraums eines gasgekühlten Hochtemperaturreaktors mit einem Dampferzeuger bestimmt ist. Das Isoliermaterial besteht aus mehreren Lagen oder Schichten, die durch Zwischenbleche voneinander getrennt sind. Zwischen den Isoliermaterial-Lagen und den Zwischenble chen können noch Futterbleche vorgesehen sein. Die rechteckigen Abdeckplatten sind nicht nur - wie üblich - durch zentral an geordnete Halteboxen fixiert, sondern sie werden zusätzlich durch an den Ecken der Abdeckplatten vorgesehene Bolzen gehal ten. Ferner sind in dem Isoliermaterial noch Konvektionssperren angeordnet, und zwar in Form von Einfassungen, die jeweils eine Lage des Isoliermaterials umschließen.

Ein weiterer thermisch isolierter Gaskanal ist in der DE-OS 29 45 877 beschrieben. Auch hier ist das Isoliermaterial an der heißen Seite mit an der Tragstruktur befestigten Abdeckplatten abgedeckt. Als Isoliermaterial können Schichten von keramischen Fasermatten verwendet werden, die mittels der Abdeckplatten leicht komprimiert sind. Die Schichten sind hier jedoch nicht durch Zwischenbleche getrennt. Um die Lage der Abdeckplatten von den Rückstellkräften des Isoliermaterials unabhängig zu machen, sind auf die Haltebolzen der Abdeckplatten Distanzhül sen aufgeschoben.

Aus der DE-OS 29 45 921 ist eine thermische Isolierung hoher Permeabilität für die Innenwand eines Spannbetondruckbehälters bekannt, die ebenfalls aus einzelnen, durch Zwischenbleche ge trennten Schichten Isoliermaterials, Abdeckplatten und Halte bolzen besteht. Als Isoliermaterial wird hier eine Vielzahl von losen Blechstreifen verwendet, und auf der obersten Lage der Zwischenbleche ist eine über ihre gesamte Fläche dicht ver schweißte Abdichtfolie angebracht.

Ausgangslage für die vorliegende Erfindung bildet die Patentan meldung P 38 12 572.2, in der ein Wärmedämmsystem mit den Merk malen des Oberbegriffs der Ansprüche 1 und 2 vorliegender An meldung vorgeschlagen wird. Die Zwischenbleche sind hier als beidseitig mit Nägeln versehene Nagelbleche ausgeführt, die sich an den zentral in den Abdeckplatten angeordneten Halte bolzen abstützen. Die Nägel übertragen die Kräfte von den Fa sermatten auf die Zwischenbleche.

Von dem angegebenen Stand der Technik ausgehend liegt der Er findung die Aufgabe zugrunde, ein Wärmedämmsystem gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2 auf kostengünstige Weise so auszubilden, daß sowohl das metallische Befestigungs system als auch das keramische Dämmaterial über die gesamte Lebensdauer des zu schützenden Bauteils voll funktionsfähig bleiben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des kennzeichnen den Teils der Patentansprüche 1 und 2.

Wesentlich für die Versagenssicherheit des metallischen Befe stigungssystems ist ein niedriges Beanspruchungsniveau. Bei den Haltebolzen liegt ein solches Beanspruchungsniveau vor, das in Verbindung mit einem geeigneten Herstellungsverfahren und einer vollvolumetrischen Prüfung der Schweißnähte die Versagenssi cherheit der Haltebolzen gewährleistet. In den Abdeckplatten hingegen treten im Bereich der Lochränder maximale Beanspru chungen auf. Bezüglich dieser Lochrandspannungen erfolgt daher eine Optimierung zwischen Plattendicke und Plattengröße.

Die Versagenssicherheit des Dämmstoffes ist eng damit verbun den, daß eine Konvektion innerhalb des Dämmstoffes verhindert oder zumindest minimiert werden kann und die Fasermatten durch Reibungskräfte auch an vertikalen Wänden in ihrer Lage gehalten werden. Eine Zwangskonvektion wird bei dem Erfindungsgegenstand durch die auf den Haltebolzen angeordneten Dichthülsen unter bunden. Wie an sich bekannt, kann auch direkt unterhalb der Ab deckplatten noch ein Dichtblech vorgesehen sein. Die zwischen den Schichten der Fasermatten angeordneten, als Halte- und Dichtbleche dienenden Zwischenbleche verhindern eine Naturkon vektion innerhalb des Dämmstoffes und fixieren gleichzeitig den Dämmstoff an vertikalen Wänden. Sie sind an den Haltebolzen aufgehängt. Die Kraftübertragung von dem Dämmstoff auf die Zwi schenbleche erfolgt entweder über die an einigen Zwischenble chen vorgesehenen laschenförmigen Spitzen, die in einem Ar beitsvorgang beidseitig aus dem Blech gestanzt werden können, oder über das zwischen den Fasermatten angeordnete Streckme tall.

Im ersten Fall halten die laschenförmigen Spitzen die Faser matten - unabhängig von der Höhe der Dämmschicht - formstabil und sind als redundante Maßnahme zu den während der Lebensdauer nachlassenden Vorspann- und Reibkräften zu sehen. Die Abstüt zung der Matten zwischen den Spitzen erfolgt durch die gegen seitige Verschlingung der einzelnen Fasern im mikroskopischen Bereich. Makroskopisch erfolgt die Lastabtragung der vertikalen Eigengewichtskräfte der Dämmatten über die laschenförmigen Spitzen und von hier über die Haltebolzen an die Tragstruktur.

Bei der zweiten Lösung sind die mit laschenförmigen Spitzen versehenen Zwischenbleche, die die Stabilität des Dämmstoffes gewährleisten, durch Lagen von Streckmetall ersetzt, die zwi schen den Schichten der Fasermatten angeordnet sind. Beim Kom primieren des Dämmstoffes während der Montage drückt sich das Streckmetall in das Fasermaterial ein. Auf diese Weise können die vertikalen Eigengewichtskräfte der Dämmatten auf das form stabile Streckmetall und von hier aus auf die Haltebolzen über tragen werden.

Die Zwischenbleche wirken nicht nur als Konvektionssperren, sondern begrenzen auch bei einem Wassereinbruch die in den Dämmstoff eindringende Feuchtigkeit. Eine solche Möglichkeit ist dann gegeben, wenn das Wärmedämmsystem zur thermischen Isolierung einer Primärkreiskomponente eines Kernreaktors ein gesetzt wird und ein Dampferzeuger-Rohrbruch auftritt.

Bei der ersten Lösung erleichtert die Perforierung der Zwi schenbleche an den Stellen der ausgestanzten Spitzen zudem das Austreiben der Feuchtigkeit und verkürzt dadurch die erforder liche Trocknungszeit. Die Perforierung gewährleistet außerdem eine ausreichende Druckentlastung der Fasermatten-Schichten bei einem Druckabfall im Primärkreis.

Günstig wirkt sich auch aus, daß durch die Zwischenbleche der Faseraustrag in den Primärkreis verringert wird.

In vorteilhafter Weiterentwicklung der Erfindung kann das hohe Spannungsniveau an den Lochrändern der Abdeckplatten durch eine Verstärkung der Lochränder abgesenkt werden. Eine Reduzierung der Lochrandspannungen läßt sich auch durch Vergrößerung des Lochdurchmessers erreichen.

Obwohl die Haltebolzen, da versagenssicher, keiner weiteren Ab sicherung bedürfen, kann eine solche Absicherung dadurch vorge nommen werden, daß an den Haltebolzen als Montagehilfsmittel Eckplatten angeschweißt werden. Diese bilden eine redundante und diversitäre Befestigung für die Abdeckplatten und halten sie bei Versagen eines Haltebolzens fest.

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung ge mäß Anspruch 1 ein Ausschnitt aus einem Wärmedämmsystem sche matisch dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 den genannten Ausschnitt im Längsschnitt, Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem Zwischenblech in der Draufsicht.

Die Fig. 1 und 2 lassen ein Stück eines Wärmedämmsystems erkennen, das beispielsweise dem Schutz eines Kernreaktordruck behälters dient. Es ist auf einer Tragstruktur 1, dem Liner dieses Druckbehälters, angebracht. Das Isoliermaterial besteht aus fünf Schichten keramischer Fasermatten 2, die leicht kom primiert sind. Das Zusammendrücken der Fasermatten 2 erfolgt mit Hilfe von rechteckigen Abdeckplatten 3, die auf der heißen Seite der Fasermatten 2 vorgesehen sind. Sie sind mittels Hal tebolzen 4, von denen je einer im Zentrum einer Abdeckplatte 3 angeordnet ist, an der Tragstruktur 1 befestigt. Zwischen den einzelnen Abdeckplatten 3 befinden sich Dehnungsfugen 5.

Die Haltebolzen 4 durchdringen die Abdeckplatten 3 wie auch die Fasermatten 2 in Löchern, zu deren Abdichtung auf die Haltebol zen 4 Dichthülsen 6 aufgeschoben sind. Dicke und Größe der Ab deckplatten 3 sind hinsichtlich der an den Lochrändern auftre tenden Spannungen optimiert. Die Löcher können auch einen ver stärkten Rand aufweisen (nicht dargestellt). Die Haltebolzen 4 sind an der Tragstruktur 1 angeschweißt; auf der heißen Seite sind Muttern auf die Haltebolzen 4 aufgeschraubt.

Das Wärmedämmsystem weist mehrere Zwischenbleche 8 auf, die als Dicht- und Haltebleche dienen und jeweils zwischen zwei Schich ten der Fasermatten 2 angeordnet sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind einige der Zwischenbleche 8 speziell als Dichtbleche 8a ausgebildet und mit den Dichthülsen 6 ver bunden. Das oberste Dichtblech 8a befindet sich unmittelbar unter den Abdeckplatten 3. Die übrigen Zwischenbleche dienen als Haltebleche 8b, die die Aufgabe haben, vornehmlich an den Seitenwänden des Kernreaktordruckbehälters die Fasermatten 2 auch in Störfällen zu fixieren und damit die Versagenssicher heit des Wärmedämmsystems zu gewährleisten. Zu diesem Zweck sind aus den Halteblechen 8b beidseitig laschenförmige Spitzen 9 ausgestanzt, die die Gewichtskräfte der Fasermatten 2 auf die Haltebleche 8b übertragen. Die Haltebleche 8b sowie die Dicht bleche 8a stützen sich an den Haltebolzen 4 ab.

Wie die Fig. 2 erkennen läßt, sind die laschenförmigen Spitzen 9 in einem Raster angeordnet, wobei die auf der einen Blechsei te vorgesehenen Spitzen 9 gegenüber denen auf der anderen Blechseite auf Lücke stehen.

Die Haltebleche 8b wie auch die Dichtbleche 8a wirken zugleich als Konvektionssperren.

Claims

Wärmedämmsystem für Flächen an denen ein heißer Gasstrom entlanggeführt wird, bestehend aus
- a) mehreren Schichten leicht komprimierter keramischer Fasermatten (2) ,
- b) auf der heißen Seite der Fasermatten (2) angebrachten rechteckigen Abdeckplatten (3),
- c) zwischen den Schichten der Fasermatten (2) angeordne ten, gleichzeitig als Halte- und als Dichtbleche die nenden Zwischenblechen (8), die in vertikalen Berei chen z.T. mit Kraftübertragungselementen versehen sind bzw. als solche wirken,
- d) einer Vielzahl an einer an der kalten Seite der Fa sermatten (2) befindlichen Tragstruktur (1) befestig ter Haltebolzen (4), die die Abdeckplatten (3), die Fasermatten (2) und die Zwischenbleche (8) in Löchern durchdringen,
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
- e) Dicke und Größe der Abdeckplatten (3) sind hinsicht lich der an den Rändern der Löcher auftretenden Span nungen optimiert;
- f) auf jedem Haltebolzen (4) sind mehrere Dichthülsen (6) angeordnet;
- g) die in vertikalen Bereichen des Wärmedämmsystems an den Zwischenblechen (8b) vorgesehenen Kraftübertra gungselemente werden von beidseitig aus den Zwischen blechen (8b) gestanzten laschenförmigen Spitzen ge bildet (9), die Gewichtskräfte der Fasermatten (2) auf die Zwischenbleche (8b) übertragen.
2. Wärmedämmsystem für Flächen, an denen ein heißer Gasstrom entlanggeführt wird, bestehend aus
- a) mehreren Schichten leicht komprimierter keramischer Fasermatten (2),
- b) auf der heißen Seite der Fasermatten (2) angebrachten rechteckigen Abdeckplatten (3),
- c) zwischen den Schichten der Fasermatten (2) angeordne ten, gleichzeitig als Halte- und als Dichtbleche die nenden Zwischenblechen (8), die in vertikalen Berei chen z. T. mit Kraftübertragungselementen versehen sind bzw. als solche wirken,
- d) einer Vielzahl an einer an der kalten Seite der Fa sermatten (2) befindlichen Tragstruktur (1) befestig ter Haltebolzen (4), die die Abdeckplatten (3), die Fasermatten (2) und die Zwischenbleche (8) in Löchern durchdringen,
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
- h) Dicke und Größe der Abdeckplatten (3) sind hinsicht lich der an den Rändern der Löcher auftretenden Span nungen optimiert;
- i) auf jedem Haltebolzen (4) sind mehrere Dichthülsen (6) angeordnet;
- k) die als Kraftübertragungselemente wirkenden und in vertikalen Bereichen angeordneten Zwischenbleche (8) werden von Lagen aus Streckmetall gebildet, die die Gewichtskräfte der Fasermatten auf die Haltebolzen (4) übertragen.
3. Wärmedämmsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die in den Abdeckplatten (3) vorhandenen Löcher für die Haltebolzen (4) einen verstärkten Lochrand aufweisen.
4. Wärmedämmsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß an den Haltebolzen (4) als Montagehilfsmit tel Eckplatten angeschweißt sind, die zugleich als redun dante Befestigungsmittel für die Abdeckplatten (3) dienen.