DE1201927B - Leistungsrohr fuer einen Kernreaktor - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

G21c

Deutsche Kl.: 21g-21/20

Nummer: 1201 927

Aktenzeichen: G 38357 VIII c/21 g

Anmeldetag: 30. Juli 1963

Auslegetag: 30. September 1965

Die Erfindung bezieht sich auf Leistungsrohre für Kernreaktoren, bestehend aus einem inneren Druckrohr und einem koaxialen Hüllrohr, die an beiden Enden über je eine Muffenhülse miteinander verbunden sind, in der ein Einlaß bzw. ein Auslaß für ein in dem Ringraum zwischen den Rohren umlaufendes, thermisch isolierendes Strömungsmedium vorgesehen ist.

Aufgabe der Leistungsrohre in den Kernreaktoren ist es, innerhalb des aktiven Reaktorkernes den Moderator oder das Material, das den wesentlichsten Teil dieses Kernes bildet, von dem Strömungsmedium, das zur Kühlung des Brennstoffes dient, zu trennen und thermisch zu isolieren. Als Kühlmittel können Stoffe von ganz verschiedener Art Verwendung finden, die sich außerdem auch in ihren jeweiligen Zustandsbedingungen, wie Temperatur, Druck, Aggregatszustand usw. voneinander unterscheiden können.

Eine weitere Einteilung der Leistungsrohre kann man nach der Art der thermischen Isolierung treffen; sie kann durch Gase, Flüssigkeiten oder feste Stoffe oder durch Kombinationen davon bewirkt werden.

Schließlich lassen sich noch »heiße« und »kalte« Leistungsrohre unterscheiden, je nachdem, ob der den Druckunterschied aufnehmende Bauteil des Rohres auf der hohen Temperatur des Reaktorkühlmittels liegt oder auf einer wesentlich niedrigeren.

Eine zweckmäßige und häufige Ausführungsform eines Leistungsrohres enthält das thermische Isoliermittel zwischen zwei koaxialen Rohren. Das eine dieser Rohre dient dabei als mehr oder weniger dichte Trennwand zwischen unterschiedlichen Strömungsmedien oder festen Stoffen. Das andere Rohr dagegen ist als Druckrohr ausgebildet.

Bei einem bekannten derartigen Leistungsrohr ist das Druckrohr das innere der koaxialen Rohre und wird von dem anderen mit Abstand umgeben. Zur Festlegung dieses Abstandes dient eine an den Rohrenden angeordnete Muffenhülse, die einen Durchlaß für das in dem Ringraum zwischen den Rohren umlaufende Strömungsmedium aufweist, das sich oberhalb des Durchlasses mit dem Kühlmittel vermischen kann, da dort kein dichter Abschluß des Ringraumes zwischen den Rohren und der Muffe vorgesehen ist.

Ausgehend von diesem bekannten Leistungsrohr stellt sich die Erfindung die Aufgabe, die Möglichkeit zu schaffen, das Leistungsrohr an der Abschlußwand des Reaktorblockes festlegbar zu machen und dabei gleichzeitig für eine dichte Verbindung des Druckrohres an seinen Enden bzw. an dessen Verlängerungen mit dem Kühlmittelkreislauf zu sorgen. Als Nebenaufgabe war dabei außerdem für den Aus-Leistungsrohr für einen Kernreaktor

Anmelder:

Groupement Atomique Alsacienne Atiantique,

Le-Plessis-Robinson, Seine (Frankreich)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Beetz und Dipl.-Ing. K. Lamprecht, Patentanwälte, München 22, Steinsdorfstr. 10

Als Erfinder benannt:
Pierre Georges Boiron,
Fresnes, Seine (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 30. Juli 1962 (905 573)

gleich der zwangläufig auftretenden Unterschiede in der thermischen Ausdehnung Sorge zu tragen, ohne die Dichtigkeit der Verbindungen zu gefährden.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben dadurch gelöst, daß die Rohrenden unter Einfügung dichter Abschlußvorrichtungen in die Muffenhülsen eingesetzt sind, die die Rohre untereinander und gegen die Muffenhülsen abdichten, und daß die eine Muffenhülse an einer äußeren Wand des Reaktorblockes befestigt und die zweite gleitend auf einer Befestigungsund Haltestütze geführt ist, die mit einer zweiten, der ersten gegenüberliegenden äußeren Wand des Reaktorblockes fest verbunden ist.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel eines Leistungsrohres gemäß der Erfindung beschrieben, das in diesem Beispielsfall ein »heißes« Leistungsrohr mit Wärmeisolierung durch ein Gas ist und das von einer als Kühlmedium dienenden organischen Flüssigkeit durchströmt wird; dieses Ausführungsbeispiel — das die Erfindung in keiner Weise einschränkt — ist in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 den oberen Teil des Leistungsrohres, das in einem Reaktor mit flüssigem Moderator eingebaut ist, teilweise axial geschnitten,

F i g. 2 den unteren Teil des gleichen Leistungsrohres, ebenfalls teilweise axial geschnitten,

509 689/326

F i g. 3 einen in größerem Maßstab dargestellten Axialschnitt durch die obere Muffenhülse,

F i g. 4 in größerem Maßstab einen Axialschnitt durch die untere Muffenhülse,

F i g. 5 eine abweichende Ausführungsform einer Dichtung in der unteren Muffenhülse in einem Axialschnitt,

F i g. 6 in größerem Maßstab den Dichtungs-Faltenbalg und den Auslaß für den Moderator als vergrößerte Teildarstellung aus Fig. 4.

Wie die F i g. 1 und 2 zeigen, besteht ein Leistungsrohr gemäß der Erfindung aus einem inneren Druckrohr 3, das koaxial in einem Hüllrohr 9 angeordnet ist. Diese beiden Rohre sind an einem ihrer Enden — bei dem vorliegenden Beispiel am oberen Ende — mit dem oberen Teil eines Reaktors mit flüssigem Moderator durch eine Muffenhülse verbunden, welche einerseits an einem mit Rohrdurchlässen versehenen Block 2 befestigt ist, der über dem Reaktorgefäßraum 13 angeordnet ist, und andererseits an einer an die Muffenhülsen anschließenden Verlängerung 4, deren obere Öffnung die Brennstoffbe- und -entladeöffnung des Leistungsrohres bildet. Diese Anordnung gestattet es, die Kräfte, denen der Brennstoff unterworfen ist, auf die feste Gehäusewand 2 des Reaktorblockes zu übertragen und nicht auf das Leistungsrohr.

In der Verlängerung 4 ist ein Betätigungskopf oder -stopfen 5 eingebaut, der über eine Stange 6 mit dem Brennstoffelement 7 verbunden ist. An einer Seite ist die Verlängerung 4 mit einem Rohranschluß 8 versehen, durch den die organische Kühlflüssigkeit eintritt.

Das Druckrohr 3 ist in der Achse der Muffenhülse 1 angeordnet und wird in dieser durch eine Abdichtvorrichtung in Form einer Stopfbuchse 20 a (F i g. 3) dichtend festgehalten, die aus einem zylindrischen Körper und einer im Inneren dieses zylindrischen Körpers angeordneten Dichtungsgarnitur 20 besteht, die das Druckrohr 3 einspannend umschließt. In dem Druckrohr ist an dieser Stelle ein isolierender Zylinder 21 angeordnet. Die Garnitur 20 ist durch einen Leckprüf ring 22 in zwei Teile unterteilt; der Leckprüfring 22 ist über Kanäle 23 und eine Leitung 24 mit einem Leckdetektor 25 verbunden.

Die Stopfbuchse 20iz hat an ihrem Umfang eine längs einer Schraubenlinie mit mehreren Windungen umlaufende Nut 26, in der ein Kühlmedium umlaufen kann, das über einen Leitungsanschluß 27 einströmt und über einen Leitungsanschluß 28 abfließt.

An ihrem unteren Ende stützt sich die Stopfbuchse 20 a auf den Kopf 9 a des Hüllrohres 9 ab, der bis zu einer Innenschulter la der Muffenhülse 1 in diese hineinragt. Dieser Kopf verlängert sich im Inneren der Muffenhülse, er hat eine Umfangsausnehmung9c und Radialkanäle 9 b, über welche ein äußerer Rohrleitungsanschluß 29 für die Zufuhr des Isoliermediums, das durch die Wand der Muffenhülse hindurchtritt, mit dem Durchflußraum zwischen den Rohren 3 und 9 verbunden ist, in dem das Isoliermedium umlaufen soll. Ringdichtungen 30 gewährleisten die äußere Abdichtung dieses Umlaufs.

Die Muffenhülse 1 ist über eine innere Endausnehmung auf einem Rohransatz 11 des Reaktorgefäßes festgelegt und ruht auf einer Durchführungsbuchse 12 des oberen Rohrdurchlaßblockes 2.

Zwischen dem Rohransatz 11 des Reaktorgefäßes und dem Hüllrohr 9 ist ein Ringstopfen 10 eingefügt, der mit dem Kopf des Rohres 9 und dem Rohransatz 11 in Kontakt ist und radiale Öffnungen 31 aufweist, über welche ein an der Muffenhülse 1 vorgesehener Rohranschluß 32 für die Zuleitung des flüssigen Moderators, beispielsweise schweren Wassers, mit dem Innenraum 13 des Reaktorgefäßes in Verbindung steht. Eine Ringdichtung 33 zwischen dem ringförmigen Stopfen 10 und der Muffenhülse 1 sorgt für die äußere Abdichtung dieses Umlaufes.

ίο Weitere Ringdichtungen 34 dichten an der Berührungsstelle zwischen dem Rohransatz 11 des Reaktorgefäßes und der Muffenhülse 1 ab, während zumindest eine Dichtung 35 zwischen die Muffenhülse und dem mit Durchlässen versehenen Block 2 eingefügt ist. Die Abdichtung kann mittels bekannter Dichtungsmaterialien erfolgen, wie Kunstharzen, elastomeren Stoffen usw., weil alle die vorher erwähnten Dichtungen in einer Zone liegen, in der die Strahlung nur sehr schwach ist. Insbesondere kann man glatte Leistungsrohre verwenden, wobei deren Abdichtung mittels gekühlter Dichtungspackungen oder Dichtungsgarnituren erfolgt, wie dies oben geschildert ist; es können auch nicht gekühlte Dichtungen verwendet werden, die in die Muffenhülse eingebaut sind.

Das Druckrohr 3 und das Hüllrohr 9 treten in den Gefäßraum 13 (F i g. 1) des Reaktors ein; an dieser Eintrittsstelle kann eine Ausschlußverbindung 14 vorgesehen sein, welche Prüfungen unter Einwirkung des Neutronenflusses gestattet (beispielsweise Prüfungen von dichten Anschlüssen zwischen dem Leistungsrohr und einem Verlängerungsrohr).

An der Austrittsstelle des Druckrohres 3 aus dem Gefäßraum 13 des Reaktors (F i g. 2) kann eine andere Ausschlußverbindung 15 vorgesehen sein, die gleichfalls die Durchführung von Untersuchungen unter Neutronenfluß gestattet.

Das Druckrohr 3 tritt in den mit Rohrdurchlässen versehenen unteren Block 16 im Inneren des Hüllrohres 9, eines unteren Rohransatzes 17 des Reaktorgefäßes und einer Durchführungsbuchse 18 des unteren mit Rohrdurchlässen versehenen Blockes ein.

An ihrem Austrittsende sind die Rohre 3 und 9 — wie dies die F i g. 4 zeigt — von einer zweiten Muffenhülse39 umgeben, an derem Ende ein Abschlußkörper 40 sitzt. An diesem Abschlußkörper ist durch Schrauben 41 eine Abdichtvorrichtung in Form einer Doppel-Stopfbuchse 42 befestigt, die eine äußere Abdichtung an dem Druckrohr 3 und darüber eine äußere Abdichtung an dem Hüllrohr 9 bewirkt, und die an ihrem äußeren Umfang eine schraubenlinienförmig umlaufende Nut 43 aufweist, die nach außen durch eine zylindrische, an der Stopfbuchse 42 festgelegte Hülse 44 abgeschlossen ist. An dieser Stopfbuchse sind zwei Leitungszuleitungen 45 und 46 vorgesehen, über die in der mehrfach umlaufenden Nut 43 ein Kühlkreislauf mittels einer geeigneten Flüssigkeit hergestellt werden kann.

In der Stopfbuchse 42 ist eine in zwei Teile oder Abschnitte unterteilte Dichtungsgarnitur 47 eingefügt, zwischen deren Teilen ein Leckprüfring 48 sitzt, welcher über einen Kanal 49 und eine Leitung 50 mit einem Leckdetektor 51 verbunden ist. Die Dichtungsgarnitur 47 ist zwischen einer inneren Schulter der Stopfbuchse 42 und einem Druckring 52 eingespannt, der mit dem unteren Ende des Druckrohres 3 fest verbunden ist. Der Druckring 2 stützt sich auf eine Futterbuchse 53 ab, die unter Zwischenlage einer Dichtung auf dem Abschlußkörper 40 ruht. Innerhalb des

Druckrohres 3 ist ein Isolierzylinder 54 angeordnet, der sich über den Bereich der Stopfbuchsengarnitur und beiderseits etwas darüber hinaus erstreckt.

An ihrem oberen Ende enthält die Stopfbuchse 42 eine Dichtungsgarnitur 55, die durch einen Ring 56 eingespannt ist und den unteren Abschnitt des Hüllrohres 9 dichtend umspannt.

An der Stopfbuchse 42 ist ein Leitungsanschluß 57 vorgesehen, der durch die Muffenhülse 39 frei hindurchführt und in eine ringförmige Ausnehmung 58 mündet; über diesen Rohranschluß kann das isolierende Strömungsmedium austreten, das zwischen dem Hüllrohr 9 und dem Druckrohr 3 umläuft.

Auf dem Hüllrohr 9 ist mittels eines Ringes 59 ein hohler Ringkörper 60 befestigt, der um das Rohr herum einen zylindrischen Hohlraum 61 begrenzt, in den ein Rohranschluß 62 hineinführt (F i g. 6).

Andererseits ist an dem Rohransatz 17 des Reaktorgefäßes ein Ring 63 angeschraubt, an dem mit den Schrauben 64 ein zweiter hohler Ringkörper 65 befestigt ist, der mit dem einen Ende eines Dehnungs-Faltenbalges 66 fest und dichtend verbunden ist und der außerdem eine oder mehrere Führungsstangen 67 trägt, welche durch Augenlappen 60 a des ersten Ringkörpers 60 hindurchragen, an dessen oberem Ende das andere Ende des Faltenbalges 66 dichtend festgelegt ist. Der Innenraum des zweiten Ringkörpers 65 steht über das Innere des Faltenbalges mit dem Ringraum 61 derart in Verbindung, daß das den Moderator bildende schwere Wasser, das aus dem Reaktorgefäß kommt und in den Ringraum zwischen dem Hüllrohr 9 und dem Rohransatz 17 des Reaktorgefäßes eingeströmt ist, durch den Ringkörper 65 und den Faltenbalg 66 hindurch in den Ringraum 61 gelangt und dann über den Rohranschluß 62 abgeführt werden kann.

Der Ring 63 (F i g. 4) ist an seiner Außenseite fest mit einer rohrförmigen Haltestütze 36 verbunden, die im wesentlichen als Hohlzylinder mit oberem Radialflansch ausgebildet ist und durch Schrauben 37 an der unteren Fläche der unteren Wand des mit Rohrdurchlässen versehenen Blockes 38 befestigt ist. Diese Haltestütze ragt zwischen der Hülse 44 der Stopfbuchse 42 und der Muffenhülse 39 hindurch; bei Dehnungen der unterschiedlichen Elemente des Leistungsrohres kann die Muffenhülse auf der zylindrischen Haltestütze gleiten. Die Haltestütze 36 und die Muffenhülse 39 sind mit Durchbrüchen versehen, die das Hindurchtreten der Zu- und Ableitungsrohre für die unterschiedlichen Strömungsmedien mit allseitigem freien Spiel gestatten.

Der Abschlußkörper 40 enthält einen zentralen inneren Kanal 40 a, an dessen unterem Ende ein Flansch 40 b sitzt, an den ein zweiter Flansch 68 mit Hilfe der Schrauben 69 festgelegt werden kann.

Der zweite Flansch 68 ist einstückig mit einer Leitung 70 verbunden, die eine Leitung für den Umlauf des organischen Kühlmediums bildet. Diese Leitung und ihr Anschluß sind mit einer Wärmeschutz-Isolation 71 umgeben.

Die F i g. 5 zeigt eine Variante, bei der ein elastisches Organ, wie eine Feder 72, zwischen den fest mit der Stopfbuchse 42 verbundenen Ring 52' und die Dichtungspackung oder -garnitur 47 eingefügt ist, welche das Druckrohr 3 dichtend festspannt.

Man erkennt, daß in bezug auf die Zuleitung oder die Ableitung der Medien, die Abdichtung und den Zusammenbau, die untere Verbindungsvorrichtung — d. h. die Muffenhülse 39 mit ihren Einbauten — praktisch in der gleichen Weise wirkt wie die obere Verbindungsvorrichtung mit der Muffenhülse 1. Sie weist darüber hinaus den Unterschied auf, daß sie als Führung für das Leistungsrohr dient und unterschiedliche Dehnungen zwischen seinen Bestandteilen, dem Reaktorgefäß und den Bauteilen des Reaktors gestattet, weil die Muffenhülse 39 in axialer Richtung auf der zylindrischen Haltestütze 36 gleiten kann. Außerdem ist sie mit dem Faltenbalg 66 versehen, der die Dehnungen ausgleichen kann, welche sich in dem Kühlkreislauf des Leistungsrohres, d. h. zwischen dem Hüllrohr 9 und dem unteren Rohransatz des Reaktorgefäßes ergeben. Diese Anordnung gestattet es, das Leistungsrohr soweit als irgend möglich von axialen Spannungen freizuhalten und gestattet infolgedessen die Anwendung hoher Temperaturen im Kühlkreislauf des Reaktors.

Wie jeder Fachmann erkennt, können eine Reihe von Änderungen in bezug auf die Gestaltung und die Einzelheiten des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels vorgesehen werden — das lediglich als die Erfindung in keiner Weise einschränkendes Beispiel gewertet werden soll —, ohne über den Rahmen der grundsätzlichen Erfindung hinauszugehen. Es können beispielsweise gewisse Bauteile entsprechend der Art des Isoliermittels, das zwischen dem Druckrohr 3 und dem Hüllrohr 9 umläuft, etwas abgeändert werden, je nachdem, ob es sich bei diesem Isoliermedium um ein Gas, eine Flüssigkeit oder ein festeres Material handelt; diese Änderungen ändern aber in keiner Weise die wesentlichen Kennzeichen der Erfindung.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Leistungsrohr für einen Kernreaktor, bestehend aus einem inneren Druckrohr und einem koaxialen Hüllrohr, die an beiden Enden über je eine Muffenhülse miteinander verbunden sind, in der ein Einlaß bzw. ein Auslaß für ein in dem Ringraum zwischen den Rohren umlaufendes, thermisch isolierendes Strömungsmedium vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrenden unter Einfügung dichter Abschlußvorrichtungen (la, 20a und 30 bzw. 40 und 42) in die Muffenhülsen (1 bzw. 39) eingesetzt sind, die die Rohre (3, 9) untereinander und gegen die Muffenhülsen (1,39) abdichten, und daß die eine Muffenhülse (1) an einer äußeren Wand (2) des Reaktorblockes befestigt und die zweite (39) gleitend auf einer Befestigungs- und Haltestütze (36) geführt ist, die mit einer zweiten, der ersten gegenüberliegenden äußeren Wand (38) des Reaktorblockes fest verbunden ist.

2. Leistungsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung der ersten Muffenhülse (1) und der Haltestütze (36) an der ersten bzw. der zweiten äußeren Wand des Reaktorblockes (2 bzw. 38) über Rohransätze (11 bzw. 17) des Reaktorgefäßes erfolgt, von denen der erste (11) die Wand (2) durchquert und der zweite mit dem Hüllrohr (9) über einen Dehnungsfaltenbalg (66) dichtend verbunden ist.

3. Leistungsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Muffenhülsen (1 bzw. 39) zusätzlich mit einem Einlaß (8) bzw. mit einem Auslaß (70) für ein Kühlmedium verbunden sind, welches das Druckrohr (3) durchströmt.

4. Leistungsrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffenhülsen (1 und 39) weiter einen Einlaß (32) bzw. einen Auslaß (62) für den flüssigen Moderator aufweisen, die beide über den Zwischenraum zwischen dem Hüllrohr (9) und den Rohransätzen (11, 17) des Reaktorgefäßes mit dem Inneren dieses Gefäßes in Verbindung stehen.

5. Leistungsrohr nach Anspruch 4, dadurch gekenzeichnet, daß zwischen das Hüllrohr (9) und den Rohransatz (11) des Reaktorgefäßes ein Ringstopfen (10) eingefügt ist und daß der Einlaß (32) der ersten Muffenhülse (1) für die Moderatorflüssigkeit mit dem Raum zwischen dem Hüllrohr (9) und dem Ringstopfen (10) in Verbindung steht.

6. Leistungsrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dich-

tungsstopfbüchsen (20 a, 42) der Abschlußvorrichtungen für die Rohre durch umlaufendes Kühlmedium gekühlt sind.

7. Leistungsrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußvorrichtungen bzw. deren Stopfbuchsen (20 a, 42) mehrere Dichtungspackungen oder -garnituren (20, 47) enthalten, die mit Druck an einem über das Ende des Hüllrohres (9) herausragenden Abschnitt des Druckrohres (3) angepreßt sind und zwischen denen Leckprüfringe (22, 48) sitzen, an die Leckdetektoren (25, 51) angeschlossen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 830 496;
französische Patentschriften Nr. 1269 965,
281 779;

»Atompraxis« 4, Heft Nr. 12, 1958, S. 457.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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