DE1283407B - Pressure pipe for nuclear reactors - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

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Aktenzeichen: Anmeldetag: Auslegetag: Number:
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G 21 c G 21 c

Deutsche Kl.: 21g-21/20German class: 21g-21/20

P 12 83 407.0-33 (S 81479)P 12 83 407.0-33 (S 81479)

15. September 1962September 15, 1962

21. November 1968November 21, 1968

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckrohr für Atomkernreaktoren, das aus zwei mit gegenseitigem Abstand koaxial angeordneten Rohren und einem dritten, in den Zwischenraum eingesetzten Rohr besteht, das seinerseits die koaxialen Rohre in gleichmäßigen Abständen berührt und mit diesen Rohren miteinander in Verbindung stehende Hohlräume bildet, die von mindestens einem Kühlmittel durchströmt werden.The invention relates to a pressure pipe for nuclear reactors, which consists of two with mutual There is a distance between coaxially arranged pipes and a third pipe inserted into the space, which in turn touches the coaxial tubes at regular intervals and with these tubes forms interconnected cavities through which at least one coolant flows will.

Für Messungen oder Bestrahlungsversuche in unter Druck stehenden Atomreaktoren wird häufig ein Rohr benötigt, in dessen Innerem ein niedrigerer, beispielsweise atmosphärischer Druck herrscht. Dabei besteht außerdem noch zwischen dem innerhalb und dem außerhalb des Rohres befindlichen Medium meist eine erhebliche Temperaturdifferenz. Werden für diese Medien verschiedene, insbesondere unverträgliche gasförmige oder flüssige Stoffe verwendet, so müssen diese durch das Rohr sicher getrennt werden. Da das Rohr durch Neutronenabsorption den Neutronenhaushalt des Reaktors ungünstig beeinflußt, muß die Wandstärke des Rohres möglichst klein gehalten werden.For measurements or irradiation experiments in pressurized nuclear reactors, a Tube required, inside which there is a lower, for example atmospheric pressure. Included also exists between the medium located inside and outside the pipe usually a considerable temperature difference. Will be different, especially incompatible, for these media If gaseous or liquid substances are used, these must be safely separated through the pipe. Since the tube has an unfavorable influence on the neutron balance of the reactor through neutron absorption, the wall thickness of the pipe must be kept as small as possible.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein materialsparendes Druckrohr zu schaffen, das zwei verschiedene Medien innerhalb und außerhalb des Rohres, zwischen denen gleichzeitig große Druck- und Temperaturunterschiede bestehen, sicher voneinander trennt, wobei Lötungen oder Schweißungen bei der Fertigung des Druckrohres möglichst vermieden werden sollen, weil dadurch die Festigkeit des für Atomreaktoren vorzugsweise aus einer Zirkonlegierung hergestellten Druckrohres herabgesetzt werden würde.Accordingly, the invention is based on the object of creating a material-saving pressure pipe, the two different media inside and outside the pipe, between them simultaneously large pressure and temperature differences exist, safely separates from each other, with soldering or Welds in the manufacture of the pressure pipe should be avoided as much as possible, because this results in the Reduced strength of the pressure pipe preferably made of a zirconium alloy for nuclear reactors would be.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1 830 496 ist ein Druckrohr mit Innenisolierung für vorzugsweise schwerwassermoderierte Druckreaktoren bekanntgeworden, bei dem zwischen dem äußeren Druckrohr und dem inneren Isolationsrohr ein Zwischenrohr mit ringförmigen Abstandshaltern angeordnet ist, durch das die Breite des Ringspaltes festgelegt wird. Hierbei ist jedoch ein gleichmäßiger Kühlmittelstrom innerhalb des Zwischenraumes nicht gewährleistet.From the German utility model 1 830 496, a pressure pipe with internal insulation is preferably used Heavy water moderated pressure reactors become known, in which between the outer Pressure tube and the inner insulation tube, an intermediate tube with annular spacers is arranged by which the width of the annular gap is determined. However, this is a more even Coolant flow within the space not guaranteed.

Ferner sind aus der französischen Patentschrift 1 233 935 und der schweizerischen Patentschrift 348 754 Brennstoffstäbe bekanntgeworden, bei denen der Wärmeübergang zwischen den Stäben und dem kühlenden Gasstrom durch schraubenlinienförmige Leitflächen verbessert werden soll. Diese schraubenförmigen Leitflächen haben jedoch nicht die Aufgabe, wesentliche Druckunterschiede zwischen Druckrohr für AtomkernreaktorenFurthermore, from the French patent specification 1 233 935 and the Swiss patent specification 348 754 fuel rods become known in which the heat transfer between the rods and the cooling gas flow is to be improved by helical guide surfaces. This helical However, baffles do not have the task of significant pressure differences between Pressure pipe for nuclear reactors

Anmelder:Applicant:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8520 ErlangenSiemens Aktiengesellschaft, Berlin and Munich, 8520 Erlangen

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dr. Albert Ziegler, 8520 ErlangenDr. Albert Ziegler, 8520 Erlangen

Innen- und Außenraum aufzunehmen und den Strömungskanal besonders steif zu machen.Record indoor and outdoor space and make the flow channel particularly stiff.

Ferner ist aus der französischen Patentschrift 255 437 ein Wärmetauscher bekanntgeworden, bei dem zwischen einem inneren und einem äußeren Rohr ein wendelförmig verlaufendes Rohr zur Führung eines der beiden Strömungsmedien vorgesehen ist. Auch dieses Rohr dient lediglich einer Verbesserung des Wärmeüberganges zwischen wärmeaufnehmenden und wärmeabgebenden Medium.Furthermore, a heat exchanger has become known from French patent specification 255 437, at between an inner and an outer tube, a helically extending tube for guidance one of the two flow media is provided. This pipe is also only used for improvement the heat transfer between the heat-absorbing and heat-emitting medium.

Die angegebene Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Druckrohr dadurch gelöst, daß das dritte, an seinen Berührungsstellen mit den koaxialen Rohren formschlüssig verbundene Rohr balgartig gewellt und mit gewindeartig verlaufenden Wellenzügen versehen ist und daß der Zwischenraum an den Enden der koaxialen Rohre derart abgeschlossen ist, daß das Kühlmittel die Hohlräume nacheinander durchströmt. The specified object is achieved in the aforementioned pressure pipe in that the third, at its points of contact with the coaxial tubes, the tube is corrugated in a bellows-like manner and is provided with thread-like running wave trains and that the space at the ends the coaxial tubes is closed in such a way that the coolant flows through the cavities one after the other.

Dabei können die koaxialen Rohre und das dritte Rohr mit achsparallelen, beim Zusammensetzen des Druckrohres gleitend ineinandergreifenden Nuten und Federn versehen sein.The coaxial tubes and the third tube with axially parallel tubes can be used when assembling the Pressure tube be provided sliding interlocking grooves and tongues.

Das Kühlmittel kann nun also zunächst den einen und dann den anderen der gewindeartigen Hohlräume nacheinander durchströmen und anschließend durch eine weitere Leitung nach außen abgeführt werden.The coolant can now first of all and then the other of the thread-like cavities flow through one after the other and then be discharged to the outside through another line.

Durch diesen Kühlmittelstrom läßt sich die Dichtheit des inneren und äußeren Rohres ständig überwachen. Die Wärmeisolation des erfindungsgemäßen Druckrohres ist allein infolge der Hohlräume bereits wesentlich besser als die eines massiven Rohres. Durch die Kühlmittelströmung in den Hohlräumen wird ein Wärmeübergang vom Innen- zum Mantelrohr praktisch völlig unterbunden, da ständig Wärme von der kälteren zur wärmeren Seite zurücktransportiert wird. Wärmespannungen, die in einem massiven Rohr bei großen Temperaturdifferenzen problematisch sind, treten hier nicht auf, da zwischen denThe tightness of the inner and outer tubes can be continuously monitored by means of this coolant flow. The thermal insulation of the pressure pipe according to the invention is already due to the cavities alone much better than that of a solid pipe. By the coolant flow in the cavities a heat transfer from the inner pipe to the jacket pipe is practically completely prevented, as there is constant heat is transported back from the colder to the warmer side. Thermal stresses in a massive Pipe are problematic at large temperature differences, do not occur here because between the

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Rohren genügend elastische Deformierbarkeit besteht. Pipes have sufficient elastic deformability.

Zwei unverträgliche Medien, wie z. B. Wasser und Natrium, werden durch die dreifache Wand und das Zwischenmedium sicher voneinander getrennt.Two incompatible media, such as B. water and sodium, are through the threefold wall and that Intermediate medium safely separated from each other.

In der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Druckrohres nach der Erfindung dargestellt, an Hand dessen die Erfindung näher erläutert werden soll.In the drawing, an embodiment of a pressure pipe according to the invention is shown schematically, on the basis of which the invention is to be explained in more detail.

F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Druckrohr,F i g. 1 shows a longitudinal section through an inventive device Pressure pipe,

F i g. 2 einen Querschnitt durch das Druckrohr nach F i g. 1, während inF i g. 2 shows a cross section through the pressure pipe according to FIG. 1, while in

F i g. 3 und 4 die mit I bzw. II bezeichneten Stellen in vergrößertem Maßstab dargestellt sind.F i g. 3 and 4, the points marked I and II are shown on an enlarged scale.

Nach F i g. 1 und 2 besteht das Druckrohr aus einem Mantelrohr 10, einem koaxialen Innenrohr 11 und einem in dem Zwischenraum zwischen diesen beiden Rohren angeordneten gewellten Rohr 12 sowie zwei ringförmigen Endstücken 13, 14, an die die Rohre 10,11 und 12 beispielsweise angeschweißt sind. Das Rohr 12 ist so gewellt, daß sich die Rohrwand im Längsschnitt als Sinuskurve abzeichnet. Die Wellenzüge sind nach Art einer Schraubenlinie angeordnet, wobei die Kämme der aufeinanderfolgenden Wellenzüge 15,16 abwechselnd mit dem Innenrohr 11 und dem Mantelrohr 10 in Berührung stehen. Der von dem gewellten Rohr 12 und dem Innenrohr 11 umschlossene gewindeartige Hohlraum 17 ist mit dem von dem gewellten Rohr 12 und dem Mantelrohr 10 gebildeten, ebenfalls gewindeartigen Hohlraum 18 durch Bohrungen 19 verbunden, die in Höhe des ringförmigen Endstückes 13 im gewellten Rohr 12 angebracht sind. Das Endstück 14 bildet mit dem Innenrohr 11 einen Ringspalt 20, der in den Hohlraum 17 übergeht und in den eine im Endstück 14 vorgesehene Leitung 21 mündet. Eine weitere im Endstück 14 vorgesehene Leitung 22 ist mit dem Hohlraum 18 verbunden. Mit Hilfe dieser Leitungen kann durch die gewindeartigen Hohlräume 17 und 18 ein Kühlmittelstrom geleitet werden, der außer zur Kühlung auch zur Überwachung der Dichtheit des Innen- und des Mantelrohres ausgenutzt werden kann.According to FIG. 1 and 2, the pressure pipe consists of a jacket pipe 10 and a coaxial inner pipe 11 and a corrugated tube 12 and disposed in the space between these two tubes two annular end pieces 13, 14 to which the tubes 10, 11 and 12 are welded, for example are. The tube 12 is corrugated in such a way that the tube wall emerges as a sine curve in a longitudinal section. the Wave trains are arranged in the manner of a helical line, the crests of the successive Wave trains 15, 16 are alternately in contact with the inner tube 11 and the jacket tube 10. Of the by the corrugated tube 12 and the inner tube 11 enclosed thread-like cavity 17 is with the Also thread-like cavity 18 formed by the corrugated tube 12 and the jacket tube 10 connected by bores 19 which are at the level of the annular end piece 13 in the corrugated tube 12 are appropriate. The end piece 14 forms with the inner tube 11 an annular gap 20 which enters the cavity 17 passes and into which a line 21 provided in the end piece 14 opens. Another in the The line 22 provided at the end piece 14 is connected to the cavity 18. With the help of these lines can be passed through the thread-like cavities 17 and 18, a coolant flow, which in addition to Cooling can also be used to monitor the tightness of the inner and outer tubes can.

Auf der Innenfläche des Mantelrohres 10 und auf der Außenfläche des Innenrohres 11 sind, wie aus den F i g. 3 und 4 ersichtlich, in gleichmäßigen Abständen achsparallele Federn 23 und in den Kämmen der Wellenzüge 15,16 des gewellten Rohres diesen Federn angepaßte Nuten 24 angeordnet. Die Federn und die Nuten 24 greifen nach dem Zusammenbau ineinander und verhindern dadurch eine tangentiale Verschiebung der Rohre gegeneinander. Daraus resultiert eine höhere Festigkeit des Rohres gegen hohen Außendruck und ein großes Flächenträgheitsmoment, das einer infolge des hohen Außendruckes möglichen radialen Verbeulung entgegenwirkt.On the inner surface of the jacket tube 10 and on the outer surface of the inner tube 11 are, as from the F i g. 3 and 4 can be seen, at regular intervals axially parallel springs 23 and in the combs of the wave trains 15, 16 of the corrugated tube, grooves 24 adapted to these springs are arranged. The feathers and the grooves 24 interlock after assembly, thereby preventing tangential Displacement of the pipes against each other. This results in a higher strength of the pipe against high external pressure and a large area moment of inertia, which is a result of the high external pressure counteracts possible radial bulging.

Die beim Zusammenbau notwendige Durchmessertoleranz zum Ineinanderschieben der Rohre läßt sich durch eine axiale Dehnung des gewellten Rohres erzeugen. Ein festes Anliegen der Wellenzüge des gewellten Rohres an den beiden anderen Rohren ist — wenn das elastische Zurückfedern des gewellten Rohres hierzu nicht ausreicht — durch axiales Zusammendrücken des gewellten Rohres erzielbar. Die Druckkraft wird nach dem Anschweißen der Endstücke als Zugspannung vom Innen- und Mantelrohr aufgenommen. Infolge der axialen Dehnbarkeit des gewellten Rohres bereitet es keine Schwierigkeiten, die einzelnen, das Druckrohr bildende Rohr an die Endstücke 13,14 anzuschweißen.The diameter tolerance required during assembly for pushing the tubes into one another can be generated by an axial expansion of the corrugated pipe. A firm concern of the wave trains of the corrugated pipe on the other two pipes is - if the elastic spring back of the corrugated Tube is not sufficient for this - can be achieved by axially compressing the corrugated tube. the After the end pieces have been welded on, compressive force is generated as tensile stress from the inner and outer tubes recorded. Due to the axial expandability of the corrugated tube, there are no difficulties weld the individual pipe forming the pressure pipe to the end pieces 13, 14.

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Druckrohr für Atomkernreaktoren, das aus zwei mit gegenseitigem Abstand koaxial angeordneten Rohren und einem dritten, in den Zwischenraum eingesetzten Rohr besteht, das seinerseits die koaxialen Rohre in gleichmäßigen Abständen berührt und mit diesen Rohren miteinander in Verbindung stehende Hohlräume bildet, die von mindestens einem Kühlmittel durchströmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte, an seinen Berührungsstellen mit den koaxialen Rohren formschlüssig verbundene Rohr balgartig gewellt und mit gewindeartig verlaufenden Wellenzügen versehen ist und daß der Zwischenraum an den Enden der koaxialen Rohre derart abgeschlossen ist, daß das Kühlmittel die Hohlräume nacheinander durchströmt. 1. Pressure pipe for atomic nuclear reactors, which consists of two coaxially arranged at a mutual distance Pipes and a third pipe inserted into the space, which in turn the coaxial tubes touched at regular intervals and with these tubes with each other communicating cavities through which at least one coolant flows are, characterized in that the third, at its points of contact with the coaxial tubes positively connected tube bellows-like corrugated and with thread-like extending wave trains is provided and that the space at the ends of the coaxial Pipes is closed in such a way that the coolant flows through the cavities one after the other. 2. Druckrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die koaxialen Rohre und das dritte Rohr mit achsparallelen, beim Zusammensetzen des Druckrohres gleitend ineinandergreifenden Nuten und Federn versehen sind.2. Pressure pipe according to claim 1, characterized in that the coaxial pipes and the third tube with axially parallel, slidingly interlocking when assembling the pressure tube Grooves and tongues are provided. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 830 496; französische Patentschriften Nr. 1233 935, 255 437;Documents considered: German utility model No. 1 830 496; French Patent Nos. 1233 935, 255 437; schweizerische Patentschrift Nr. 348 754.Swiss patent specification No. 348 754. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings «09 638/1532 11.68 © Bundesdruckerei Berlin«09 638/1532 11.68 © Bundesdruckerei Berlin