CYLINDRICAL METAL JACKET

Abstract: 1. A cylindrical metal jacket (1) as part of piping or of a receptable and having on its inside insulation (2) in the form of mouldings (2a), preferably of ceramic, which are retained by metallic section rings (5) at predetermined distances from the jacket (1) axially thereof and which each have : an arm (5a) extending radially towards the jacket (1) and operative axially as support for the mouldings (2a) ; and on the radially inwards end of the arm at least one arm (5b) which extends substantially axially and which engages in an aperture (2b) of corresponding cross-section in the mouldings (2a), characterized in that the section rings (5), which are not welded to the jacket (1), are secured axially solely by discrete retaining elements (7a, 7b) disposed on the inside surface (1a) of the jacket (1) without impairment of heat-expansion-induced radial mobility of the section rings (5).

Description: Zylindrischer Mantel aus Metall Dle Erfindung betrifft einen zylindrischen Mantel aus ell, beispielsweise als Rohrleitunge- oder Behlltertail,iit einer auf seiner Innenseite angeordneten Isolierung aus Isolations- -. formk#rpern, vorzugsweise aus keramischen Material, die in axialer Richtung des Mantels in vorgegebenen Abständen an die sec gehalten sind. Bei einer Isolierung zylindrischer Mantel wird an diese Isolierung die Aufgabe gestellt. die Wär@e von der Wand des zu schützenden Mantels abzuhalten. Wäbrend das Ieoliermaterial grunds#tzlich in der Lage ist, diese W#rmed#mmung zu bewirken, treten konstruktive Probleme auf, die bisher nicht zufriedenstellend gelöst werden konnten. Die auf der Innenseite des zylindrischen Mantels angeordnete Isolierung muss so gestaltet und montiert sein, dass Wärme- brücken, die eich aus der Befestigung der Isolierung und aus Spalten in der Isolierung ergeben, weitestgehend ausgeschlos- sen werden. Weiterhin muss die Isolierung so konzipiert sein, dass die zu schützende Wand nicht dadurch gefährdet wird, dass eine in einem Spalt zwischen Wand und Isolierung entstehende freie Konvektion den Isoliereffekt aufhebt. Schliesslich muss dafür gesorgt werden, dass nicht nur eine Gefährdung des Mantels durch unzulässige Überhitzung von Wandungsteilen verhindert wird, sondern Wärmeverluste durch unzulässige Isolierungsanordnungen vermieden werden, da mit jedem Wärmeverluet such ein Wirkungsgradverlust verbunden ist. Um die voranatehenden flachteile zu vermeidenwird bei den bekannten Konstruktionen das Isoliermaterial über Bolzen mit der zu schfltzendan Wand in Kontakt gehalten, um die GRösse der W#rmebr#cken zu reduzieren. Damit Konvektionsströme vermieden werden, sind V-förmige Bleche sngoordnot, die den Iso lierraus in axialer Richtung unterteilen. lurch eine speziel- le Gesteltung der Isolationsformk#rper und deren Verbindung durch Zwischenglieder wird versucht, den Formk#rpern nicht nur den erforderlichen Halt zu geben, sondern auch radiale Durchtritte in form von Spalten zu versperren. Auch diesen bekannten Massnahmen haftet eine Reihe von Nach- teilen an. Die Verwendung von Bolzen zur Halterung der Isolation an der zu. schützenden Wand ergibt eine Vielzahl von Wärmebr#cken und schliesst in den meisten Fällen den Einsatz von Isolationsformkörpern aus. Die Konvektionssperren in Form von V-Förmigen Blechen müssen an die z# sch#tzende Wand angeschweisst werden. Hierdurch stellen sieda sie sich über die gesamte Isolierstrecke erstrecken, ebanso wie die Bolzen W#rmebrücken dar. Da die Spitzen der V-förmigen Bleche nur sehr schwer mit Isolationsmaterial auszufüllen und der Istzustand nur sehr schwer zu kontrollieren ist,wird der Isolierwert herabgesetzt und es werden Zwischenkonvektionastr5se erzeugt. Die Schweissverbindung der Konvektionsringe mit tra genden Strukturen ist darüber hinaus nur schwer als prflfbare Verbindung herzustellen, sodass sie insbesondere den AnsprE- ehen nicht gerecht wird, die bei ihrer Verwendung an Nuklearkomponenten gestellt werden. Ein ganz entscheidender Nachteil der bekannten Isolierungen unter Verwendung von Isolations formkörpern ist schliesslich darin zu sehen, dass diese Isola tionsformkörper nicht in der Lage sind,den Wärmesuadehnungen der zu schützenden Wand des zylindrischen Mantels zu folgen, so dass der hohe Isolierwert der Isolationsformkbrper durch die zwangsläufig auftretende Klaffung zwischen Wand und Isolierung zunichte gemacht wird. r Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine aus Ieola- tionsformkörpern bestehende Isolierung zu schaffen, die auf dar Innenseite eines zylindrischen Mantels aus Metall engeordnet und in axialer Richtung des Mantels in vorgegebenen Abstande an diesem gehalten werden kann, ohne dass die voranstehend geschilderten Nachteile auftreten, so dass eine Isolierung geschaffen wird, die mit einfachen technisehen Mitteln sowohl das Entstehen von Wärmebrücken als auch von Konvektionen zwischen Wand und Isolierung vermeidet. Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass jede Halterung aus einem metallt- schen Profilring besteht, der einen radial in Richtung auf den Mantel verlaufenden Schenkel als Auflage fflr die Isolationsform- k#rper in axialer Richtung und an dessen radial nnenlie- gendem Ende indsstens einen im wesentlichen axial verlaufenden Schenkel aufweist, der in eine seinem Querachnittentspre- chende Öffnung der Isolationsformk#rper eingreitrt. Durch die Verwendung metallischer Profilringe als Halterung der Isolationsformkörper wird nicht nur eine 2uverlEssige. Festlegung der Isolierung an der Innenseite des metallischen Mantels ohne Warmebrucken erreicht, sondern es wird auch das Entstehen von Konvektionaspalten zwischen zu isolierender Wand und Isolierung vermieden. Da die Prnfilringe im Inneren -der einzelnen Isolationsformkörper angeordnet sind und die Profliringe somit die Isolierung in Richtung auf die heisse Seite nicht durchstossen, wird ihre Wirkung als WErmebracke auf ein Minimum reduziert und vernachlässigbar klein. Weil die in die Isolierung eingebetteten Profilringe anderer- seits weniger stark gegen Aufwarmung geschützt werden als der zylindrische Mantel, unterliegen sie bei einer Aufheizung suferund ihrer hbheren Temperatur einer grösseren Wärmedeh- nung als der Mantel. Bei einer Aufheizung folgen die Profilringe somit nicht nur dem sich ausdehnenden Mantel,sondern eilen dessen Wärmedehnung vor. Da die Profilringe mit ihrem axialen Schankel in die Isolationsformk#rper singreifen, werden diese Ieolstionstor.kssrper bei einer radialen Ausdehnung der Prortiringe von diesen mitgenommen und hierdurch starker als im kalten Einbauzustend an die Innenfllcbe des zu isolierenden Mantels gepresst. Hierdurch wird das Entstehen eines Konvektionsspaltes zwischen Mantel und Isolierung zuverlisaig verhindert. Die voranstehend geschilderte Wirkung der Erfindung setzt nicht voraus, dass die radial verlaufenden Schenkel der Profil- ringe an der Innenfllche des Mantels anliegen.Wsnn jedoch der radiale Schenkel der Profilringe gon ss einem weiteren Merkmal der Erfindung bis an die Innenfläche des Mantels heranreicht, legt sich die radial aussenliegende Stirnfliche des redialen Schenkels jedes Prcfilringes zusHtzlich dichtend an den Mantel an so dass hierdurch eine verstirkte Sicherheit gegen das Entstehen von Xonvektionsspalten geschaffen wird. Um bei einer Mitnahme der Isolationsformk#rper durch W#rme- ausdehnung der Profilringe das Entstehen von Spalten zwischen den einzelnen,von einem gemeinsamen Profilring getragenen Isolationsformkörpern zu verhindern, k#nnen verschiedene Massnahmen getroffen werden. Zu. einen ist es moglich,benachbarte Isolationsformkörper miteinander durch in entsprechende Aussparungen eingesetzte Zwischenglieder zu verbinden, die das Entstehen durchgehender Spalte verhindern. Zu. anderen können die Isolationsformk#rper an ihren aneinanderatossenden Flechten so ausgebildet werden, dass sich trotz einer geringfflgi gen Auseinanderbewegung keine durchgehenden Spalten bilden, beispielsweise indem sich benachbarte Isolationsformkörper treppenartig überlappen. Bei grösseren Langen des zu isolierenden Mantels kann es gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung erforderlich sein, mindestens einen Teil der Profilringe durch an der Innenfläche des Mantels angeordnete einzelne Halterungselemente festzu legen. Bei einer bevorzugten AusfOhrungsfori der Erfindung bestehen diese Halterungselemente als Paare von Halterungs knaggen,die jeweils an einer der sich gegenflberliegenden Flachen des radialen Schenkel8 des Profilringes anliegen. Bei einer derartigen Ausbildung der Halterungselemente werden die Ptofilringe zwar in axialer Richtung des Mantels festgelegt, nicht jedoch in ihrer radialen Beweglichkeit behindert. Auf der Zeichnung sind verschiedene AuaOhrungsbeiapisle der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen: Fig. 1 einen Längaschnitt durch ein Anwendungsbeispiel eines zylindrischen Mantel. mit der erfindungsgemäss angebrachten Isolierung, Fig. 2 einen perepektivisch gezeichneten AusschnItt in Form eines Teilschnittes des mit einer Isolierung aus Isolationsformkrpern versehenen Mantels, Fig. 3 eine der Fig.2 entsprechende Darstellung, die in der oberen Hälfte den Einbauzustand vor der ErEr- mung und in der unteren Halfte den Zustand nach der Erwärmung zeigt, Fig. 4 einen Axialschnitt durch aneinanderstossende Teile benachbarter Isolstionsformkorper bei Verwendung eines Zwischengliedes, Fig. 5 eine der Fig.4 entsprechende Darstellung,bei welcher benachbarte Isolationsformktrper einander stufen förmig überlappen, Fig. 6 einen in vergr5sserter Darstellung gezeichneten Axialschnitt entsprechend der Schnittlinie VI-VI in Fig.1 und Fig. 7 einen Teilschnitt gemäss der Schnittlinie VIl-Vil in Fig.6. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein zylindrischer Mantel 1 aus Metall zu erkennen, der auf seiner Innenfläche le mit einer Isolierung 2 versehen ist. Im Inneren dieses Mantels 1 strömt beispielsweise ein gasförmiges Medium mit einer Temperatur von 900 Celsius, während auf der Aussen¯ saite des Mantels 1 in einem durch ein Aussengehuee 3 gebilde- ten Ringraum ein Medium mit einer Temperatur von 2500 Celsius strömt. Dieses Aussengehäuse 3 ist auf seiner Aussenseite mit einer Isolierung 4 versehen. Der Mantel 1 ist somit Teil einer Rohrleitung oder eines Behälters. Wie die Fig.2 erkennen lässt, besteht die Isolierung 2 des Mantels 1 aus einzelnen Isolationsformkörpern 2a, die mittels Profilringen 5 am Mantel t gehalten werden. Diese Profilringe 5 sind in vorgegebenen Abstandes angeordnet, wie Fig.l erkennen lässt. Eine konkrete Ausführungsform der Profilringe 5 zeigt Fig.2. Gemäss dieser Darstellung in Fig.2 weist jeder metallische Profilring 5 einen radial in Richtung auf den Mantel 1 verlaufenden Schenkel 5a auf, dessen radial aussenliegendes Ende beim Ausführungsbeispie nach Fig.2 bis an die Innenfläche la des Mantels 1 heranreicht. Am radial innenliegenden Ende dieses Schenkels 5a sind beim Ausführungsbeispiel nach Fig.2 zwei im wesentlichen axial verlaufende Schenkel Sb ausgebildet. Jeder dieser axialen Schenkel Sb ragt in eine seinem Querschnitt entsprechende Öffnung 2b der Isolationsformkörper 2a hinein, die sich im übrigen in axialer Richtung des Mantels 1 auf den radialen Schenkel 5a des Profilringes 5 abstützen. Bei einer zweiten Ausführungsform der Profilringe 51 die in Fig.3 dargestellt Ist,besitzt jeder Profilring Sb am radial innenliegenden Ende seines radialen Schenkels Sa lediglich einen axialen Schenkel Sb.Ausserdem endet der radiale Schenkel 5a im Abstand von der Innen flache la des Mantels 1. Mit strich punktierten Linien ist allerdings dargestellt1 dass der radiole Schenkel 5a auch bis an die Innenfläche le des Mantels 1 heranreichen kann. Anhand des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 soll die Wirkung der Profilringe S zwecks zuverlissiger Halterung der Isola. tionsforikssrper 2e erläutert werden. Zu diesem Zweck ist in der oberen Hälfte der Fig. 3 ein Einbauzustand gezeichnet, wie er sich ergibt, wenn sämtliche Teile Raumtemperatur besit- zen. Es ist zu erkennen, dass die Isolationsformkörper 2a auf der Oberseite des radialen Schenkels 5a des Profilringes 5 aufliegen, der mit seinem axialen Schenkel 5b in die Öffnung 2b der Isolationsformk#rper 2a eingreift. In diesem Zustand kann sich ein Spalt zwischen des axialen Schenkel 5b des Pro fliringes 5 und den Isolationsformkörpern 2e im Bereich deren Öffnung 2b atrf der radial aussen liegenden Seite des axialen Schenkels Sb ausbilden. Ausserdem ist ea nicht erfordeflich, dass selbst bei verlängertem radialen Schenkel 5s die medial aussen liegende Stirnflflche dieses Schenkels 5a an der Innenfls- che la des Mantels 1 anliegt. Wird der Mantel 1 nunmehr aus diesem kalten Zustand heraus aufgeheizt, ergibt sich das in der unteren Hälfte in Fig. 3 eingezeichnete Temperaturprofil. Dieses Temperaturprefil zeigt, dass an der dein heissen Medium zugewandten Innenfläche der Iso- lationsformkörper 28 die Temperatur t herrscht. Infolge der Isolierwirkung der Isolationsformkörper 2a wird der Mantel 1 lediglich auf die Temperatur ta a erwärmt. Trotz dieser erheblich geringeren Temperatur t5 dehnt sich der Mantel 1 aufgrund seines Temperaturanstiegs gegenüber dem ksl- ten Zustand aus, wie aus einen Vergleich seiner Lage in der oberen und unteren Hälfte der Fig. 3 zu erkennen ist. Diese Ausdehnung des Mantels 1 wird noch vergrössert, wenn der Man tel 1 nicht nur einer höheren Temperatur, sondernauch einem hoharen Druck ausgesetzt wird. Obwohl der Profilring 5 in die Isolationsformkorper 2a eingebettet ist, erreicht er - wie das Temperaturprofil erkennen läss - eine über der Temperatur t- liegende Temperatur t weil für ihn nur ein Teil der Isolierwirkung der Isolationsformkörper 2s wirksam wird. Im aufgewärmten Zustand besitzt somit der Profilring 5 eine hbhere Temperatur tr als der Mantel 1. Der Profilring 5 dehnt sich demzufolge aufgrund der Tempera- tureinwirkung stärker aus als der Mantel 1. Dies hat zur Fol- ge, dass sich der radiale Abstand zwischen der Innenfllche la des Mantels 1 und der radial aussen liegenden Flache des axialen Schenkels 5b des Profilringes 5 bei der Aufheizung verringert. Da der axiale Schenkel Sb des Profilringes 5 in die Öffnung 2b der Isolationsformkörper 2s eingreift, nicht er diese Iso lationsformk#rper 2a bei seiner Durchmesservergrösserung infolge Wärmedehnung sit. Selbst wenn im kalten Zustand ein geringfo giger Spalt zwischen axialen Schenkel 5b und Isolationsform- körpern 2a vorhanden war, werden die Isolationsformkörper 2a demgemäss im warmen Zustand gegen die Innenfläche ls des Mantels 1 gedrückt, und zwar unabhängig davon, ob der radiale Schenkel 5a des Profilringes 5 bis an die Innenfläche la des Mantels 1 heranreicht oder nicht. Dreh diese Mitnahme der Isolationsformkörper 2a bei einer Wärmedehnung des Profilringes 5 wird sichergestellt, dass zwischen der Innenfläche la des Mantels l, und der benachbarten Fläche der Isolationaforukörper 2a kein Spalt entsteht, der eine Konvektion und damit unzulässige Aufheizung des Mantels 1 zulassen würde. Für den Fall, dass der radiale Schenkel 5a des Profilringes 5 (wie mit strichpunktierten Linien in Fig. 3 dargestellt) bis an die Innenfläche la des Mantels 1 heranreicht, ergibt dieser radiale Schenkel 5a des Profilringes 5 eine zusätzliche Abdichtwirkung. Die Fig. 3 zeigt auch, dass bei der voranstehend geschilderten Mitnahme der Isoltionsformkorper 2a bei einer Wärmedehnung des Profilringes 5 zwischen den Isolationsformkörpern 2a in Umfangsrichtung Spalten entstehen können, die einen Zutritt des heissen Gases zum Mantel 1 bewirken könnten. Um diesen Zutritt zu verhindern, können benachbarte Isolationsformkörper 2a gemäss dem Ausführungsbeispiel in Fig. 4 durch ein Zischen- glied 6 miteinander verbunden sein. Diese über die gesamte axiale Erstreckung der Isolationsformkörper 2a verlaufenden Zwiachenglieder 6 bilden einen ausreichenden Verschluss der zwangsläufig in Ufangsrichtung entstehenden Spalten, wobei zusätzlich die Möglichkeit besteht, die entsprechenden Raume bei der Montage der Isolationsformkörper 2a mit Fasermatten auszuf#llen. Die Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungamöglichkeit für die Verhinderung von Spalten in Umfangsrichtung. Bei dieser Aus führungsforin überlappen sich benachbarte Isolationsformkörper 2s durch eine treppenartige Ausbildung, die zwar in Ufangs- richtung verlaufende Spalten entstehen lässt, die einzelne Spalte jedoch durch Anliegen der Isolationsformkörper 2a in radialer Richtung voneinander trennt, so dass kein durchgehender Spalt entsteht. Die hierdurch hervorgerufene Lsbyrinthwirkung reicht aus, den Mantel 1 zuverlässig vor einer Aufwärmung zu schutze. Bei qrosseren Längen des mit der voranstehend beschriebenen Isolierung 2 zu versehenden Mantels 1 kann es erforderlich werden, mindestens einen Teil der Profilringe 5 in axialer Richtung am Mantel 1 festzulegen. Da die Profilringe 5 nicht mit dem Mantel 1 verbunden und insbesondere nicht mit diesem verschweisst sind, sind sie gemeinsam mit den Isolationsformkörpern 2a einfach zu montieren. Bei den voranstehend geschilderten Ausführungsbeispielen ergeben sie jedoch keine formschlüssige Festlegung der Isolationsformkörper 2a am Mantel 1. In den Figuren 6 und 7 ist nunmehr eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Profilringe 5 an der Innenflilche la des Mantels 1 festgelegt sind. Zu diesem Zweck sind Paare von lial- terungsknaggen 7a, 7b vorgesehen. Diese Halterungeknaggen 7a, 7b besitzen die Form eines Winkels und sind jeweils an einem Schenkel an der Innenfläche la des Mantels 1 angeschweisst. Mit ihre. anderen Schenkel liegen sie jeweils an einer der sich gegenüberliegenden Flächen des radialen Schenkels Se des Profilringes 5 an, so dass dieser Profilring 5 in axialer Richtung am Mantel 1 festgelegt wird, ohne seinerseits mit dem Mantel - 1 verschweisst zu sein. Die Halterungaknaggen 7a lassen sich als Einzelteile ohne Schwierigkeiten Oberprüfbar an der Innenfläche la des Mantels 1 anschweissen. Sie sind bei. Ausführungs- beispiel gemäss Fig. 6 paarweise angeordnet, jedoch geringfügig in Umfangsrichtung zueinander versetzt, so dass der mit entsprechenden Aussparungen 5c versehene Profilring 5 in axialer Richtung übet die obere Hslterungsknagge 7a auf die untere Halterungsknagge 7b aufgelegt und durch Verdrehen in ümfangs- richtung in beiden Richtungen festgelegt werden kann. Trotz dieser Festlegung in axialer Richtung behindern die Halterung knaggen 7a und 7b die radiale Beweglichkeit der Profilringe 5 nicht, so dass diese den voranstehend geschilderten Wärmedehnun- gen unter Mitnahme der Isolationsformkorper 2a folgen konnen. B e z u g s z i f f e r n l i s t e: 1 Mantel 1a Innenfläche 2 Isolierung 2a Isolationsformkörper 2b Öffnung 3 Aussengeh5use 4 Isolierung 5 Profilring 55 radialer Schenkel 5b axialer Schenckel 5c - Aussparung 6 Zwischenglied 7a Halterungsknagge 7b Halterungsknagge

Claims: Patentanspr#che: 1. Zylindrischer Mantel aus Metall, beispielsweise als Rohr leitungs- oder Behilterteil, mit einer auf seiner Innenseite sbgeordneten Isolierung aus Isolationsfor.körpern, vorzugs- weise aus keramischem Material, die in axialer Richtung des Mantels in vorgegebenen Abständen an diesem gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass jede Halterung aus einem.wetallischen Profilring (5) besteht, der einen radial in Richtung auf den Mantel (1) verlaufenden Schenkel (5a) als Auflage für die Isolations- formkörper (2a > in axialer Richtung und an dessen radial innen liegende. Ende mindestens einen im wesentlichen axial verlaufenden Schenkel (5b) aufweist, der in eine seinem Querschnitt entsprechende Öffnung,(2b) der Isolationsform- körper (2a) eingreift. 2. Zylindrischer Mantel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass der radiale Schenkel (5a) des Profilringes (5) bis an die Innenfläche (la) des Mantels (1) heranreicht. 3. Zylindrischer Mantel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch qe kennzeichnet, dass bei grösseren Langen des Mantels (1) min destens ein Teil der Profilringe (5) durch an der Innen fläche (la) des Mantels (1) angeordnete einzelne Halterungs elemente (7a, 7b) festgelegt ist. 4. Zylindrischer Mantel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, dass die Halterungselemente aus Paaren von Halterungs knaggen (7a, 7b) bestehen, die jeweils an einer der sich gegenüberliegenden Flachen des radialen Schenkels (usa) des Profilringes (5) anliegen.

Inventors: EXNER, RODICA, KRIPS, HERBERT
Applicants: BALCKE-DURR AG
Application year: 1984
Main classification: F16L59
IPC codes: F16L59, F27D1