DE3622445A1 - Von innen druckstossunempfindlicher hohlkoerper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen von innen druckstoßunempfind­ lichen Hohlkörper wie ein Rohr oder ein Kessel der Indu­ strie insbesondere des Kernreaktorbaues.

Druckstoß dämpfende Vorrichtungen in Rohren/Kesseln wer­ den betrieben nach dem hydraulischen Prinzip, entsprechend auch mit Federn und vor allem in Anwendung der Viscose, die desgleichen Druckstoßwirkungen absorbiert. Solche druckstoßmindernden Vorrichtungen im Innern eines Hohlkör­ pers gewinnen zunehmend an Bedeutung, da in ihnen in Medi­ en wie Wasser große Energie freigesetzt werden kann, wobei an den Mikrowelleneinsatz oder sogar an die Gewinnung von Kernenergie in Reaktoren erinnert sei. Beim Einsatz der Mikrowellen, bei denen speziell Energie an die Wassermole­ küle abgegeben wird, kann man in Erfahrung bringen, daß sich dabei unberechenbar, vermutlich im Sinne eines ört­ lichen Siedeverzuges Eruptionen auch mit Herausschleudern von Partikeln und Wassertropfen ergeben. Selbst eruptive Auswirkungen im Mikrowellengerät sind bei diesem beson­ deren physikochemischen Prinzip möglich. Noch wesentlich stärkere eruptive Druckstoßwirkungen nehme ich im enge­ ren Bereich von Kernreaktoren an. Es kommt also sehr auf den Schutz von Rohren oder Kesseln gegen solche Erupti­ onen/Explosionen von innen an, damit die herkömmlich oft einwandigen Rohre/Kessel nicht zerreißen. Eine membranartige derartige Schutzvorrichtung gegen Druckstoß­ wirkungen in einer Waschvorrichtung, die nur mit Mikrowel­ len betrieben wird, ist von W. Schubert mit P 36 06 823.3 beschrieben worden.

Aber auch für den passiven Schutz im Bereich von Kernre­ aktoren stellte sich das Problem, Druckstoßdämpfung zu bewirken. Hierüber wurde in P 36 18 481.0 berichtet: Optimierung der passiven Sicherheit des Betriebes eines Kernreaktors.

Für solche Druckstoßbeanspruchungen im Innern eines Kes­ sels/Rohres insbesondere im Bereich eines Kernreaktors reichen einwandige Kessel/Rohre nicht mehr aus, da sich zumindest bei stärkeren Druckstoßbeanspruchungen von in­ nen Wandzerreißungen und damit Störfälle ergeben müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Hohlkörper, die von innen auf Druckstoß beansprucht werden oder bean­ sprucht werden können wie beim Störfall eines Kernreak­ tors, im Druckstoß von innen möglichst zerreißfest zu machen.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die weitere Ausgestaltung der Erfindung wird in den Un­ teransprüchen, der Zeichnung und deren Beschreibung näher beschrieben.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbe­ sondere darin, daß vergleichsweise zu früheren Vorrichtun­ gen großflächige Schutzvorrichtungen, kompressibel und da­ mit energievernichtend im Innern der auf Druckstoß innen beanspruchten Hohlkörper wie Rohr oder Kessel eingebaut werden können, so daß die Gefährdung bei Eruptionen oder nicht zu heftiger Explosion wesentlich verringert ist. Der ganze innere Umfang des zu schützenden Hohlkörpers ist konzentrisch um die Längsachse des Hohlkörpers von mehre­ ren energievernichtenden Schichten ausgekleidet. Dazu ge­ hören eine das Rohr innen zugleich abdichtende in sich gefaltete meist aus Stahlblech bestehende Innenschicht, deren äußere Kuppen einer zweiten kompressiblen matratzen­ artigen Schicht vor allem mit Stahlfedern aufliegen. Da­ zwischen befindet sich inertes Gas wie Stickstoff oder Helium. Weiterhin wirkt energievernichtend innen und mit den inneren Kuppen der gefalteten Schicht punktual ver­ bunden ein flächenhaft in Wellen vorgeformter Maschen­ draht mit gleichfalls elastischer Eigenschaft bei tangen­ tialer Zugbeanspruchung, was im Druckstoß durch die se­ kundäre überschnelle Abflachung der gefalteten Innen­ schicht geschieht. Es greifen also mehrere je in sich beim Druckstoß energievernichtende Vorrichtungen ineinan­ der und verstärken die Wirkung der Energieabsorption im Innern eines auf Druckstoß innen beanspruchten Hohlkör­ pers. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß auch wieder­ holt Druckstöße im Innern eines solchen innen komplettier­ ten Hohlkörpers aufgefangen werden können.

Zur Fertigung solcher Spezialrohre/Kessel ist zu sagen, daß die äußere feste Schicht durchaus herkömmlich rohrar­ tig ist. Die inneren genannten Schichten können dann vor­ gefertigt später erst in die festere Außenschicht, meist aus Stahl bestehend, eingeschoben werden. Die zirkulären Naht-/Verbindungs-/Abdichtungsstellen zwischen gefal­ teter Innenschicht (Stahlblech) und der festeren Außen­ schicht kann dann in der Regel ohne stärkere Material­ spannungen beispielsweise geschweißt werden.

Die Schutzvorrichtung im Innern eines Hohlkörpers kann be­ sonders wirksam, mehrschichtig und komplex aufgebaut sein, auch aus einfacherer Vorrichtung vor allem mit aus rediär angeordneten Federn bestehen, die radiär mit der festen Außenschicht in Verbindung stehen und in entspanntem Zu­ stand in ausreichendem Abstand zur Druckstoßabsorption sektorenartig leicht gebogene Platten tragen. Im Druckstoß werden diese Platten nach außen mit den sie haltenden Fe­ dern gegen die Innenfläche der festen Außenschicht des Hohlkörpers überschnell gedrückt.

Eine andere sozusagen transportable Form der Schutzvor­ richtung kann zeitweilig auch aus einem druckstoßexponier­ ten Hohlkörper wie einem Kessel herausgenommen werden. Die Scheibenform hierfür eignet sich beispielsweise für die Abdeckung des Bodens, aber auch zylindrische Schutzvor­ richtungen gleicher, mehrschichtiger Art sind möglich. Die Grundschicht oder Auflagefläche braucht dabei nicht be­ sonders stark ausgebildet sein. Nach innen folgt druck­ stoßabsorbierend die schon vordem erwähnte matratzenar­ tige Schicht mit Federn und die in sich mannigfach zum Teil ziehharmonikaartig gefaltete Innenschicht, deren Kup­ pen zusätzlich bei radial angeordneten Federn auch bei mehreren Druckstößen nach innen im druckstoßunempfind­ lichen Hohlkörper gedrückt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der Zeich­ nung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 den Querschnitt durch einen von innen druckstoßun­ empfindlichen Hohlkörper, wobei es sich um den Querschnitt eines Rohres oder eines Kessels handeln könnte, die äußere feste schraffiert gezeichnete Außenschicht (2) des Hohlkörpers, innen davon konzentrisch und abdichtend gegen Fluid die gefaltete Innenschicht (1), die beispiels­ weise aus Stahlblech bestehen kann, die zwischen der gefalteten Innenschicht (1) und der fe­ sten Außenschicht (2) gelegene matratzenartige, vor allem aus radiär angeordneten Federn bestehende kompressible, Druckstoßenergie aufnehmende Schicht (3 ), auf deren inne­ rer Seite ein stellenweise durchbrochenes Blech zur Ab­ deckung dienen kann, wo die äußeren Kuppenteile der gefal­ teten Innenschicht (1) eine Auflage finden, den desgleichen kompremierbaren mediumerfüllten Raum (4) zwischen der Innenschicht (1) und der festen Außenschicht (2), in welchem nicht brennbares Gas wie Stickstoff oder Helium vorhanden zu sein hat, eine weitere radial im Hohlkörper stark durchbrochene In­ nenschicht (5) maschendrahtartig und energieverschluckend dadurch, daß beispielsweise Stahldrähte wellig elastisch vorgeformt und mit Kuppen der gefalteten Innenschicht (1) verbunden sind, den Stutzen ( 6) zu dem mediumerfüllten Raum (4), das dazugehörige Ventil (7) und die im senkrechten Schnitt durch den Hohlkörper wie ein Rohr/Kessel punktual getroffene Längsachse (8) mit der Einzeichnung dort auch eines Druckstoßes in Druckbe­ anspruchung der rechten Seite des Hohlkörpers mit energie­ absorbierender Kompression der verschiedenen beschriebenen Schichten. Die Kennziffer (9) stellt Durchbrechungen der inneren Auf­ lageschicht der radial federnd beanspruchbaren Matratzen­ schicht (3) dar.

Fig. 2 den Querschnitt durch einen Hohlkörper mit der fe­ sten Außenschicht (2), die annähernd gleichgroßen sich ohne Druckstoßbeanspruchung seitlich überlappenden Segmente (1 a) der Innenschicht (1), vor allem aus Stahlblech bestehend, Federn (10), die radial die Segmente (1 a) der Innenschicht (1) tragen und gegen die feste Außenschicht (2) gerichtete Druckstöße im Innern des Hohlkörpers dämpfen/mindern und Durchbrechungen (11) der Segmente (1 a) mit nach innen im Hohlkörper vorhandenen Teilabdeckungen.

Fig. 3 den Querschnitt durch eine scheibenförmige, vorge­ formte und transportabel einlegbare Schutzvorrichtung ge­ gen Druckstöße/Eruptionen/Explosionen im Innern eines Hohlkörpers mit der gefalteten Innenschicht (1), deren seit­ liche Teile (1 b) in geringeren Abständen stärker ziehharmo­ nikaartig gefaltet sind, wobei diese seitlichen Anteile (1 b) der Innenschicht (1) mit der Grundplatte (12) fest (abdichtend) ringförmig verbunden sind, die matratzenartige Schicht (3) der druckstoßabsorbieren­ den Vorrichtung mit den Federn (10) und weiteren Federn (10) zwischen der matratzenartigen Schicht (3) und den Kuppen der gefalteten Innenschicht (1).

Fig. 4 den Querschnitt durch die gleiche Vorrichtung wie mit Fig. 3 beschrieben, jedoch im Moment einer Druckstoß­ beanspruchung innerhalb eines Hohlkörpers.

• Legende:  1 - gefaltete Innenschicht beispielsweise aus Stahlblech bestehend, konzentrisch um die Längsachse eines druckstoßunempfindlichen Rohres/Kessels wasser-, gasdicht gelegt
   2  - feste relativ starkwandige Außenschicht des gleichen Rohres/Kessels
   3 - matratzenartige, vor allem aus radiär ange­ ordneten Federn mit Blechauflage bestehende kompressible Schicht, die der Innenfläche der relativ starkwandigen Außenschicht (2) aufliegt
   4 - mediumerfüllter vor allem kompremierbares Gas enthaltender Raum zwischen der gefalteten In­ nenschicht (1) und der starkwandigen Außen­ schicht (2).
   5  - wellig in der Drahtführung vorgeformter ela­ stischer Maschendraht mit punktualen Verbin­ dungen zu Kuppenteilen der Innenschicht (1) des von innen druckstoßunempfindlichen Hohl­ körpers
   6 - Stutzen für den mediumerfüllten Zwischenraum (4)
   7 - Ventil am Stutzen (6)
   8 - Längsachse des druckstoßunempfindlichen Roh­ res/Kessels und Zeichen eines von hier zur rechten Seite (b) ausgehenden Druckstoßes
   9 - Durchbrechung in der konzentrisch plattenför­ migen inneren Auflage der matratzenartigen kompremierbaren Schicht (3)
  10 - Feder, die radiär auf der festen Außenschicht (1) befestigt
  1 a - Innenschicht, aus mehreren gegeneinander ra­ diär versetzten Sektoren bestehend, die von Federn (10) außen getragen werden
  1 b - stärker ziehharmonikaartig in sich gefalteter seitlicher Teil der Innenschicht (1 )
  11 - abgedeckte Durchbrechung eines Segmentes (1 a) für Fluiddurchtritt zur Dämpfung eines Druck­ stoßes im Hohlkörper,
  12 - Grundschichten einer in einen explosionsexpo­ nierten hohlen Körper hineingegebenen Schutz­ vorrichtung gegen Druckstoßwirkungen.

Claims (7)

1. Von innen druckstoßunempfindlicher Hohlkörper wie ein Rohr oder ein Kessel der Industrie insbesondere des Kern­ reaktorbaues, dadurch gekennzeichnet,
daß statt eines einheitlich starkwandigen Rohres oder ei­ ner Kesselwandung mehrere druckstoßabsorbierende Innen­ schichten des Rohres/eines Kessels vorhanden sind bei relativ starkwandiger Außenschicht (2), die desgleichen herkömmlich konzentrisch um die Längsachse des Rohres oder eines Kessels vorhanden ist,
daß sich nach innen von der festen Außenschicht (2) eine matratzenartige mehrfach komprimierbare vor allem aus Stahlfedern bestehende Schicht (3) befindet,
daß sich weiter innen im Rohr eine gefaltete Innenschicht (1) aus widerstandsfähigem Material und elastisch wie Stahlblech desgleichen konzentrisch um die Längsachse des Rohres/eines Kessels befindet,
daß sich in dem Zwischenraum zwischen der festen Außen­ schicht (2) und der gefalteten Innenschicht (1) ein in­ ertes Gas wie Helium befindet,
daß dieser gaserfüllte Raum (4) zwischen der Außenschicht (2) und der Innenschicht (1) durch Schweißnähte, Gummi­ dichtung oder ähnliches außerhalb des eigentlichen von innen druckbeanspruchten Teils des Hohlkörpers abge­ schlossen ist.
und daß tangential die inneren Kuppen der gefalteten In­ nenschicht (1) durch ein elastisches Netz, beispielsweise aus Maschendraht mit wellig verlaufendem Stahldraht be­ stehend, verbunden sind, um die Ausgangsstellung der Fal­ tungen der Innenschicht (1) auch bei mehreren Druckstoßbe­ anspruchungen des Hohlkörpers zur Druckstoßenergieabsorp­ tion wieder herstellen zu können.

2. Von innen druckstoßunempfindlicher Hohlkörper nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (4) zwischen der gefalteten Innenschicht (1) und der festen Außenschicht (2) einen Stutzen (6) mit Ven­ til (7) hat, so daß in den Raum (4) druckvariabel Gas wie Stickstoff oder Helium, ein anderes Medium für verschiedene Zwecke eingebracht, auch ausgetauscht werden kann.

3. Von innen durckstoßunempfindlicher Hohlkörper nach An­ spruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Schichten der Wandungen des Hohl­ körpers wie Rohr oder Kessel aus Metall wie Stahl, Platin, Kunststoff, Tefflon oder anderem Material bestehen.

4. Von innen druckstoßunempfindlicher Hohlkörper nach An­ spruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vorgefertigt und herausnehmbar die nach Patentanspruch 1 beschriebene Innenschicht (1, 3 und 5) mit auch kompressiblem gaserfüllten Hohlraum (4) in einen auf Druckstoß exponierten Hohlkörper insbesondere Kessel eingelegt wird, in Anlehnung an die feste Außenschicht (2).

5. Von innen druckstoßunempfindlicher Hohlkörper nach An­ spruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die unter Patentanspruch 4 genannte Vorrichtung vor­ gefertigt und herausnehmbar scheibenförmig ist mit den In­ nenschichten (1, 3 und 5) sowie dem darin enthaltenen des­ gleichen kompressiblen gaserfüllten Hohlraum (4), wobei dann eine solche randständig, bezüglich ihres Gasraume verschlossene Schutzvorrichtung gegen Druckstoß auf den Boden beispielsweise eines druckstoßexponierten Kessels gelegt wird.

6. Von innen druckstoßunempfindlicher Hohlkörper nach An­ spruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, zdaß in einen druckstoßexponierten Hohlkörper gegenErup­ tion/Explosion gerichtete Vorrichtungen eingelegt wer­ den.

7.Von innen druckstoßunempfindlicher Hohlkörper nach An­ spruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine eingebrachte/eingelegte Schutzvorrichtung gegen Druckstöße im Innern eines Hohlkörpers eine matratzenar­ tige Schicht (3) mit Federn (10) besitzt sowie eine zum Teil ziehharmonikaartig gefaltete Innenschicht (1), die nach außen beispielsweise ringförmig mit einer festen Grundplatte (12) verbunden ist.