Druckbehälter

Strömungsversuche unter hohem Druck sind aufgrund der notwendigen Wandstärken kompliziert zu instrumentieren. Außerdem ist die sicherheitstechnische Prüfung als Hochdruckanlage zeitaufwendig und teuer. Um diese Einschränkungen zu umgehen, wird an der Versuchsanlage TOPFLOW eine Technik genutzt, die den Betrieb einer Teststrecke im Druckgleichgewicht mit der Innenatmosphäre eines Druckbehälters ermöglicht.

Der Druckbehälter wird entweder mit Luft für Versuche bei Raumtemperatur beaufschlagt oder bei Dampfexperimenten mit Stickstoff gefüllt. Bei Luft bzw. Dampf/Wasser-Versuchen werden am Teststreckenende Gas und Flüssigkeit in einem Separator voneinander getrennt. Luft bzw. überschüssiger Dampf strömen vom Separator in den Kondensator (Bild 1). Der Dampf wird dort kondensiert. Das kalte Ende des Kondensators ist nicht absperrbar mit dem Innenraum des Druckbehälters verbunden, so dass das Druckgleichgewicht garantiert ist.

Schema des Drucktanks
Bild 1: Schematische Darstellung des Drucktankes mit Heißstrangversuch  

Durch das Druckgleichgewicht sind Hochdruckexperimente in Versuchsanordnungen mit dünnwandigen Bauteilen möglich. Dabei entfallen Konstruktionsbeschränkungen aufgrund von Festigkeitsanforderungen an die Bauteile. Außerdem können Teststrecken beispielsweise mit großflächigen Glasscheiben (Bild 2) ausgerüstet werden, wodurch die Zweiphasenströmung mit geeigneter Videotechnik untersucht werden kann.

Der Druckbehälter der TOPFLOW-Anlage, der zur Versuchsdurchführung dient, ist ein 6 m langer, liegender zylindrischer Tank mit einem Innendurchmesser von 2,44 m. Er wurde aus dem Stahl 1.0565 gefertigt, hat im zylindrischen Teil eine Wandstärke von 38 mm und ist für Drücke bis 55 bar zugelassen. Für die Bereitstellung der Medien ist der Behälter an verschiedene Hilfssysteme angeschlossen. Die eine Seite des Behälters ist mit einem Schnellverschlussdeckel ausgerüstet, um Montagearbeiten an Versuchssektionen im Innenraum zu beschleunigen und zu vereinfachen. Ebenfalls zur Montage bzw. Reparatur von Testkomponenten dient die Gleisbrücke vor dem Behälter (Bild 3)

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Heißstrang mit Glasscheibe
Bild 2: Teil des Heißstrangmodells
mit Glasscheibe

Drucktank mit horizontaler Testsektion
Bild 3: Drucktank mit
horizontaler Testsektion

Im Behälter können verschiedene Testanordnungen innerhalb eines freien Volumens von ca. 5 x 2 x 2 m aufgebaut und im Gleich- bzw. Gegenstrom betrieben werden. Im Falle der Heißstrangexperimente ist die Teststrecke ein Modell des heißen Stranges eines Druckwasserreaktors (DWR), die zwischen zwei Separatoren eingebaut ist (Bild 3). Außerdem sind Experimente zur zweiphasigen Notkühlwasservermischung im kalten Strang eines DWR („Pressurised Thermal Shock“ - PTS) geplant.

Der Einsatz von elektronischer Messtechnik im Behälterinnenraum ist prinzipiell möglich. Die Geräte müssen jedoch einem Druck von 50 bar und einer Temperatur bis zu 50°C standhalten können oder entsprechend gekapselt sein. Zur Übertragung der Messsignale nach Außen stehen druckfeste Flanschdurchführungen in der Behälterwand zur Verfügung.