DE1514958A1 - Kernreaktor-Brennstoffelement und Verfahren und Vorrichtung zum Verschliessen eines Schutzrohrs fuer dieses - Google Patents
Kernreaktor-Brennstoffelement und Verfahren und Vorrichtung zum Verschliessen eines Schutzrohrs fuer diesesInfo
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11 - U, 5hariy8 II Litruut-, ^ondon, ^ . 1, ., η (; 1 a η d
Pur diese Anmeldung wird die Priorität aue der britiachen
Patentanmeldung «r, ΐ43β«/64 vom 7. April 1^64 in Aiiepruch
Kernreaktor-Brennstoffelement und Verfahren und Vorrichtung xum Verechließen eines üchutarohre für
dieses
Die Fr find vorig besieht eich auf Kernreaktor-Brennstoffelemente.
Kine der aa meisten verwendeten Arten ven Kernreaktor-Brennstoffelementen ist diejenige, bei der Kernbrennstoffmaterial
in einen Schut»roht eingehüllt ist. das an seinen üuSeren Enden
durch ndkappen abgesohloesen 1st. Jede der beiden ndkappen ist
an die Hülle durch cine 'fmfanga-otumpfBChweiununt :luht an^eechloesen, die durch ein Ar,ijon-;»ichtbo ,enachwöiiivorfahr-Ln hergestellt wird. ;it* Verwendung ti leser geachweidten ridnnppen
bedeutet dann Schwierigkeiten, w«na die irenru3tot'r<.iemünte einen
kloinen Querschnitt haben, wie dies bei sogenannten Jrenn^toffnadeln der "all iat. 'lese ochwieri^keiten hunfee . mit erachiodenen i'aktoren zusammen, wie z.J. der Notwendigtelt einer -·;β-nauen Regelung der ^ehweiiJnahtdurohdrinjun{j, dem testroben, dun
durch die ochweiJwfirme an.je.jriffenen iiereich fiö^lichet klein
BU halten, der ataache, dali in der unmittelbaren <aohbarüchaft
der Jchwöiünaht J-'ihe ^uerachnittBanderungen auftreten, und daw
1 ornwaohetura in den geschweißten / omponenten.
/BBLiü einem Aspekt der Erfindung wird bei einem Verfahren
sun Abschließen eines ndts «ines Schutaröhre fur ein nadelfürmigt· Kernreaktor-Brennstoffelement das nde durch He«rbeit·*
odtr üchaieden bsw, Anspritssn im »essnk /swaging/ geformt,
damit sich eine mit öffnung versehene j-inechnUr<ing an diesem
bildet, und die üffnunj durch LiohweiJen abgedichtet.
(lemäS sinea weiteren Aspskt der erfindunj wird bei einem
Verfahren stm Abscklisflsn eins« ndes »lass bahatsreftrs für ein
Kstnr*sJtter-flr»nmetofsU*eeÄ% der nadelfimigei Bauart ein rohr*
föraiger 3tUtBkör»*r alt dem genannten Itohrsnd· derart anaaranengebaut, daS sin Abschnitt einer übtrfliehe dieses MairtellB an
einer gsgsnUberlisgendsn Fliehe dieses kohrendes angreift, eine
ait Öffnung versehene Einschnürung im Bereich der niteinander In
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15U958
-ingriff befindlichen Fliehen durch Bearbeiten im itjsenk gebildet und die Öffnung durch bchweiuen dicht verschlossen.
'er Stützbauteil ist vorEugsweise nit einem Absohnitt innerhalb und einem Abschnitt außerhalb des Rohres angeordnet, wobei der Abschnitt außerhalb des Kohra ein gesohloaoenee !jide
aufweist.
Vorzugsweise werden vor dem Ausbilden der :insohnürung das
rohrende und der Stutsbauteil durch bchweitien miteinander verbunden.
Außerdem besteht die Erfindung in einem bο hut«rohr für ein
."lernbrennetol'felement, das einen duroh das vorstehend angegebene verfahren hergestellten ndabttchluß aufweist·
rfindung soll nunmehr anhand der sie beispielsweise
wiedergebenden Zeichnungen näher erläutert werden, und awar
zeigen die
Fign. 1-3 vergrößerte Längsschnitte, an denen die versohiedenen btufen bein .ndverechlieüen eines
bohuterohrβ eines Kernreaktor-Hrennetoffelementes durah das erfindungs^eoäße Verfahren veranschaulioht sind.
i)le Zeichnungen »eigen ein Kernreaktor-Brennstoffeleaent
der nadeiförmigen Gattung, da« Kernbrennetoffmaterial 1 aufweist,
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welch·· «wieohen Pellete 2, 3 aue natürlich·« Uranoxyd eingelegt let» und ein bchuterohr 4» da· den Brennstoff 1 und die
Pellets 2, 3 umeohlieüt. Da· Rohr 4 lot typisch aus roitfreiem
Stahl mit einem Innendurchmesser von O1? Zoll (5*08 mm) und
einer Wanddick· von U,015 Zoll (0,4 mmX während da·.Brennstoffmaterial 1 typiech angereicherte· Uranoxyd oder Plutoniumoxyd
oder ein üenziech au· dieeen in Form eine· Stapele von Pellet·
oder in Form von komprimiertem Pulver let. iemäfl der rfindung
wird das eine ~nde de· leeren Hohre 4 duroh Bearbeiten im iesenk
SU einer mit Öffnung versehenen Mneohnttrung geformt. Haohdea
alles iiberachüBaige Material entfernt worden let, wird die
öffnung durch eine Argon-xlohtbogenpunktechweiunaht 3 geechbsöen,
eo daJ das nde 6 dee Rohre 4 ungefähr halbkugelförmig let.
Nachdem dae κohr 4 gereinigt worden let« werden ein Fixierbauteil 7 au· rostfreiera Stahl da· Pellet ?, dae ßrennetoffmaterlal 1, da· Pellet 3 und ein Pixierbautell θ au· roetfreiera
Stahl in der genannten Reihenfolge durch dae offene ^nde 9 des
nohre 4 eingeführt. Der Bauteil 7 hat abgerundete oder abgeeohrägte nden 10, 11 und einen längeverlaufenden üägeeohnltt 12,
während der Bauteil β «in abgerundetee i^ride 13 und einen längeverlaufenden üägeechnitt 14 aufwelat.
«P Figf 1 zeigt einen rohrförmigen ötütsbautall 15, der mit dem
^ Lnde 9 de· Kohra 4 derart suaammengebaut ist, deJ ein Abschnitt
ο d«r Außenfläche dee Bauteil· 15 mit der Innenfläche dee ^ehrendβt>
tf> 9 in .eingriff kommt, L>er Abeehnitt dee Bauteile 15 innerhalb
to
de· Köhre 4 hat ein offenee -nde mit eine« radial nach innen
BAD
geriohteten Flansch 16, während dasjenige ande d·· Bauteil» 15»
das sich außerhalb des Rohr· 4 befindet« in (»esenk bearbeitet»
und durch eine Argon-ijiohtbogen-Jfunkteohweiiinaht 17 abgeschlossen
wird.
Venn der innere ütUtibauteil 15 und das rohrende 9, wie in
Flg. 1 gesengt, suaammeniebaut sind» wird eine durch Argon-.uichtbogeneehweißen hergestellte Umfangskehlnaht 18 gebildet,
um dieee beiden komponenten miteinander »u verbinden.
Nachdem die üchweiflnaht 1H hergestellt ist, werden der
iauteil 1b und das Jide 9 eine* tfesenkbearbsitung unterzogen,
wodurch an der iiaugruppe im Bereich der miteinander im ingriff
stehenden Oberflächen eine mit Öffnung versehene Mnaohnürung 19
(Fig. ?) gebildet wird, ^ie -insohnürung 19 wird dann in der
elurohvpfeile 20 angedeuteten ^inie durchgeschnitten, woduroh
die riohweiünähte 17, 18 entfernt und eine Öffnung 21 freigelegt
wird. Das Kohr A wird dann entgaat und mit Helium gefüllt, wobei die Öffnung ?1 bentitst wird, die echlioßlich durch eine
Helium--lohtbogenechweiöneht 22 (Fig. 3) abgeechloseen wird,
wobei der Bauteil 15 und das Rohrende 9 dient miteinander verbunden werden.
o iJie Erfindung ist nicht auf die vorstehend beispielsweise
to
anhand der Zeichnungen beschriebenen Einzelheiten begrenst· So
*- auch insofern vorteilhaft ist, als er einen Ausdehnungsapalt
^ 23 bildet und die fixierung; „bew. Unterbringung des Brennstoffs 1
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-6- 15H958
und der Pelleta 2, 3 ermöglicht.
Bei der Ausführung von versuchsweisen Kndverschlüsten wurde
eine Doppeigesenksohmiedemasohine /two-die swaging machine/
(Stevens A Bullivant No. 10) für die Greaenkbearbeitungen verwendet, Die Rohre der Brennstoff nadeln werden in einem Spannfutter gehalten, das auf einer Trommel sitst, welche auf einem
Vorschubtlsoh angebracht ist, der so in Sradβ eingeteilt let,
daß die L Inge des in die Gesenke vorgeschobenen Rohres exakt
gesteuert werden kann· Ia Längsschnitt glich dabei die Gesenkform einem Bogen mit einem halbkreisförmigen -nde, wobei die
beiden Gesenke eine Axialöffnung am Unäe bildeten. Für das
Ende 6 iet die Auelaßöffnung kleiner als für das ~nde 9.
Andere experimentelle -^adversohlUsee wurden unter Verwendung einer Doppelgesenk-^rehsohmiedemaechine /two-die rotary
swaging machine/ von Stevens und Bullivant No. 4 hergestellt,
wobei die Gesenke so geformt waren, daß sie einen geraden kegelförmig zulaufenden Abschnitt swisohen dem Hauptabschnitt des
Kohrs und den Einschnürungen bildeten.
Sowohl am Ende 6 als auch am .inde 9 kann ein Stützbauteil verw-endet werden, der dem inneren Stutzbauteil 15 ähnlich ist.
. £r kann als Dorn dienen, und er trägt dazu bei, daß während der
cp
Φ (Jesenkbearbeitung möglichst wenig Risae entstehen. Für die oben
to
™ angegebenen Kohrabmeseungen hat der Bauteil 15 aus rostfreiem
-^ Stahl typisch eine Wanddioke von 0,017 Zoll (0,4 mm), und der
**" Kaltgeaenkschmiedevorgang /cold swaging operation/ wird typisch
verwendet, um eine Kineohnlijnmg mit einem Außendurohmeaser von
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0,16 Zoll (4,06 mm) und einen Innendurchmesser des inneren
tjtützbauteils 15 (d.h. eine viröße der öffnung oder Bohrung 21)
von ungefähr ü,07ü Zoll (1,8 mm) au ergeben, d.h. eine bedeutend·
Verringerung im Vergleich zu dem Innendurchmesser des Rohre 4 von ü,22oll (5,08 ram)*
Berstprüfun$*bei iiaumtemperatur und bei 650 0 bei Rohren
mit den im iesenk bearbeiteten und geschweißten ndverechlüasen
zeigten, dad in aixen Fällen die ürüohe in den nicht im Greaenk*·
bearbeiteten Abschnitten des Rohre bei Brücken entstanden, die
normalerweise nach den ivohrberstdaten auch zu erwarten waren·
i.'as i'Ormen des .ndee eines bchutsrohre für ein nadelförmiges
I.ernreaktor-Brennstoffelement durch Bearbeiten im Gesenk
zur Bildung einer einschnürung ist ein wesentliches . erlern·! der
Erfindung, -^s sind auch andere Verfahren zum formen der Enden
derartiger Rohre ausprobiert worden, die starke Hachteile gezeigt
haben, welche beim ^«arbeiten im Gesenk nicht auftreten.
Beim Drehen lassen c;ich schwer gleichmäßige ^rgebnisae erzielen,
und zum kegeligen Ausbilden /coning/ ist eine Axialbelaetung
erforderlich, um das rinde in eine Form hinein zu deformieren, die
größer als die Knickbeständigkeit des Hauptabschnitte des itohrs
iat, und beim Walzen entstehen Verdünnungen in der wandung und
Hisse.
ο ■ ■ .. ■
» jJUTcli die bchweißnaht 1B wird auch sichergestellt, daß kei-
-* ne Axialbewegung zwischen dem Mohrende 9 und de» Bauteil 15
j^ während des Bearbeitens im Gesenk erfolgt, während die Schweiö-
co- ■ ■ ' ' * ■ . '
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nähte 17, 1β dazu beitragen, daß öl aus dem Schmiersystem der
Maschine das für den liearbeitungevorgang benötigt wird, nicht in
die Brennetoffnadeln eintritt, da es sonst den Brennstoff 1 und
die Pellets 2, 3 verunreinigen würde.
Außerdem ist die J-.rfindung deshalb vorteilhaft, weil duroh
sie keine geschweißten Endkappen verwendet werden must;en, wodurch
die vorstehend erwähnten Schwierigkeiten und Probleme, die beim Ausrichten der Lndkappen auftreten, verhindert werden und einfache Punktechweißnähte für das Abdichten verwendet werden
können.
Der Bauteil 15 stellt «war eine zusätliche Komponente dar,
aber diese wird durch die vorstehend erläuterten Vorteile aufgewogen, und die Kehlnaht 16 kann dadurch eliminiert werden,
daß ein Interferenaeitz zwischen dem Bauteil 15 und dem Hohr 4
verwendet wird·
für das Bearbeiten im. ueaenk hat ein üchutirohr für ein
nadelarÖLges Kernreaktor-Brtnnatoffeievent bsw. von eines solchen
einen kleinen Außendurchoesser (s.B. 0,23 Zoll (5,8 mm) für das
Rohr oder die Hülle 4) und eine relativ starke Wanddicke (z.B. ο 0,015 Zoll (0,38 mm) für das Rohr oder die Hülle 4).
*- Patentanspruch 1 umrissenen Aueführungeform und besieht sich vor
allem auoh auf sämtliche ^rfindungsmerkmale, die im einzelnen —
BAD ORfGfNAL
15 U 958
oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung
offenbart sind*
909931/0492
Claims (1)
- PATENTANWALT ,/, τ...,οη, 324«,_.,..____ ί(/ Telegramm-Adr.! Polschuh, SiegenDIPL-ING. ERICH SCHUBERT '" Po5t$chedikont.n,1514958 Köln 106931< k»·".203*2Bankkonten ι Deutsche Bank AG.,Abs.: Patentanwalt Dipl.-Ing. SCHUBERT, 59 Siegen, Eiserner Straß« 227 Filialen Siegen u. Oberhausen (RhId.)Postfach 3256? 037 Ke/daPat en t ansprüche1. Verfahren zum Abschließen eines Endes eines Schutzrohrs füj ein nadeiförmiges Kernreaktor-Brennstoffelement, dadurch&ekennzelchnet, daß das ü>nde duroh Bearbeitung Im ^eeenk so geformt wird, daß β loh eine mit Öffnung versehene i-lnschnürung an diesem bildet» und die Öffnung duroh Schweißen dicht verschlossen wird.2. Verfahren zum Abschließen eines -ndes eines bchutzrohrs für ein nadeiförmiges Kernreaktor-Brennstoffelement, dadurch gekennzeichnet, daß ein rohrförmiger btützbauteil zusammen mit dem Bohrende derart zusammengebaut wird, daß ein Teil einer Oberfläche des Bauteile mit einer gegenüberliegenden Fläche des -ohrende a eingreift, daii duroh Bearbeiten im Gesenk eine mit öffnung versehene .Einschnürung im Bereich der miteinander eingreifenden Oberflächen gebildet und die Öffnung durch Schweißen dicht verschlossen wird.3* Verfahren naoh Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzbauteil mit einem Abschnitt innerhalb des Eohrs und einem6AD ORIGINAL 309*31/0492 —15U958Abschnitt außerhalb dee Rohre angeordnet ist, wobei der Abschnitt außerhalb des Rohrs ein geschlossenes rrnde hat·4. Verfahren naoh Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Ausbilden der einschnürung das Rohrende und der Stützbauteil durch Schweißen miteinander verbunden werden·5. Verfahren zum Abschließen eines Indes eines Schutzrohrβ eines riadeiförmigen iLernreaktor-tirennstoffeleraentes, dadurch g·— kennze leimet, daii ein rohrformiger Stützbauteil mit einem Ab-B-chnitt innerhalb deö Röhrendes und einem Abschnitt außerhalb des Rohrendes angeordnet wird, wobei die Außenfläche des Abschnitte innerhalb des bohrendes mit der gegenüberliegenden Innenfläche des Röhrendes eingreift, daß die Baugruppe im Bereich der eingreifenden Oberflächen im Gesenk bearbeitet wird, damit sich eine Bohrung von verringerter Größe im Vergleich au derjenigen des Kohrs ergibt, und daß die Bohrung durch Schweißen dicht abgeschlossen wird·6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Bearbeiten im Gesenk das Rohrende und der Stützbauteil durch öchw«is3en im Bereich der eingreifenden Flächen miteinander verbunden werden.909831/0492Leerseite
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Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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