DE2213126A1

DE2213126A1 - Rohrbündelanordnung

Info

Publication number: DE2213126A1
Application number: DE19722213126
Authority: DE
Inventors: Michel J. Deep River Ontario Pettigrew (Kanada)
Original assignee: Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Current assignee: Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Priority date: 1971-03-19
Filing date: 1972-03-17
Publication date: 1972-09-28
Also published as: FR2130384B1; CA921020A; SE379096B; GB1364571A; NL146628B; FR2130384A1; US3837397A; JPS513582B1; IT953980B; NL7202974A

Description

DR. MÜLLER-BORE DIPL-PHYS. DR. MANITZ DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL DIPL.-ING. FINSTERWALD DlPL.-lNG. GRÄMKOW

PATENTANWÄLTE

»■· -u * I₁T, HRL197?

München, den *

Mak/Sv - C 2494

ATOMIC-ENERGY OF CMADA LIMITED Ottawa, Ontario, Canada

Rohrbündelanordnung

Die Erfindung betrifft eine Ho iir bund elanor dnung.

Es ist beispielsweise bei Wärmetauscher-Rohrbündelanordnungen notwendig, benachbarte Röhren in dreieckföriniger bzw. V-förmiger Anordnung auf Abstand anzuordnen, so daß ein Fluid um die Röhren für einen Wärmeaustausch mit einem Fluid in den Röhren strömen kann. Die Einrichtungen, die die Röhren in dieser Weise auf Abstand halten, sollten bevorzugt die folgenden Merkmale aufweisen:

1) einen minimalen diametralen Spielraum mit den Röhren oder bevorzugt Eigenschaften einer zwangsläufigen Rohrhalterungj

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um eine Reibung an der Zwischenflache Zwischen dem Hohr und der Abstandshalteeinrichtung zu verzögern bzw. zu dämpfen oder zu verhindern,

2) gute Dämpfungseigenschaften, um jegliche Vibration zu absorbieren, die durch ein um die oder entlang den Bohren strömendes Fluid erzeugt werden^

3) einen billigen bzw. wenig aufwendigen Aufbau,

^zl·) eine leichte Zusammenbaubarkeit mit den Röhren und

5) die geringstmögliche Behinderung für ein zwischen den Röhren strömendes Fluid.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Rohrbündelanordnung nit einer die Röhren auf Abstand voneinander haltenden Einrichtung, die eine minimale Reibung mit den Röhren hervorruft, gute Dämpfungseigenschaften aufweist, wenig aufwendig ist und mit den Röhren leicht zusammengebaut werden kann und die einen geringen Widerstand der Strömung des Fluids entlang den Röhren entce^ensetzt.

Erfindungsgemäß ist eine Rohrbündelanordnung vorgesehen mit einem Bündel von in Querrichtung mit Abstand angeordneten Röhren, mit einem Rahmen um die äußeren Röhren, der diese an ihrer Stelle hält, und mit einem Gitter aus Drahtseilen, deren Enden gegen eine Querverschiebung durch den Rahmen gehalten werden, wobei zumindest alle außer den äußersten Röhren jeweils in einem Gitterzwischenraum angeordnet sind und jedes Drahtseil um einen Abschnitt jeder zu diesem benachbarten Röhre gebogen ist und dadurch die Röhren in V-förmigen Anordnungen in einer aufrechten Richtung auf Abstand hält.

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Die Erfindung betrifft also eine Rohrbundelanordnung, beispielsweise ein Wärmet ausch-er-Rohr bund el oder ein Kernbrennstoffelement-Rohrbündel mit einem Bündel von in Querrichtung mit Abstand angeordneten Röhren, mit einem Rahmen um die äußeren Röhren und einem Gitter aus Drahtseilen, deren Enden gegen eine seitliche Verschiebung durch den Rahmen gehalten werden, wobei die Rohren in Gitter-Zwischenräumen angeordnet sind.

Die Seile werden um einen Teil jedes Rohres abgebogen, um die Röhren voneinander auf Abstand zu halten, und die Seile sind bevorzugt gegen den Rahmen zu diesem Zweck gespannt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben} in dieser zeigt:

Jig. 1 eine Stirnansicht einer Rohrbündelanordnung,

E¹Ig. 2 eine Stirnansicht einer anderen Rohrbündelanordnung,

Fig. 3 eine Stirnansicht einer weiteren Rohrbündel anordnung,

Fig. 4 eine geschnittene Seitenansicht der in Fig. 2 gezeigten Rohrbündelanordnung in einem Gehäuse,

Fig. 5 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Kernbrennstoff element-Rohrbündels ,

Fig. 6 eine Stirnansicht der Fig. 5>

Fig. 7 eine geschnittene Stirnansicht entlang Linie VII-VII in Fig. 5, · ·

Fig. 8 eine Teilansicht eines Kernbrennstoffelement-Rohrbündels, das sich von dem in den Fig. 5 bis 7 gezeigten Bündel unterscheidet,

Fig. 9 eine geschnittene Stirnansicht entlang Linie IX-IX in Fig. 8 und

Fig.10 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Teils einer weiteren Kernbrennstoffelement-Rohrbündelanordnung, die sich von der in den Fig. 5 bis 7 gezeigten unterscheidet.

Nach Fig. 1 umfaßt eine Eohrbündelanordnung ein Bündel von in Querrichtung mit Abstand angeordneten Röhren 1 und 2, einen Rahmen 4 um die äußersten Röhren 2, der diese an ihrer Stelle hält, und ein Gitter 6 aus Drahtseilen 8 und 10, deren Enden gegen eine Querverschiebung durch den Rahmen 4 gehalten werden, wobei sich alle außer den äußersten Röhren 2 (d.h. alle der Röhren 1) jeweils in einer Gittermasche bzw. einem Gitterzwischenraum 12 befinden und jedes Drahtseil um einen Teil jeder zu diesem benachbarten Röhre 1 und 2 abgebogen ist, um die Röhren 1 und 2 in dreieckigen bzw. dreiseitigen Reihen in einer aufrechten Richtung auf Abstand zu halten.

Die Drahtseile 8 und 10 sind verdrallte Stahldrahtseile bevorzugt mit kreisförmigem Querschnitt, von denen jedes einen Durchmesser D aufweist, der geringfügig größer als der Abstand T zwischen irgendwelchen benachbarten Röhren 1 und 2 ist. Wenn beispielsweise die Röhren 1 und 2 einen Außendurchmesser von 1,27 cm (0,50 inches) haben und der Spalt T etwa 3₅8 mm aufweist, dann sind Seile 1 und 2 geeignet, die einen Außendurchmesser von etwa 4,1,mm aufweisen.

Die äußersten Röhren 2 werden bevorzugt an ihrer Stelle dadurch gehalten, daß sie in gekrümmten bzw. gebogenen Aussparungen in dem Rahmen 4 angeordnet sind.

Die Baden der Seile 8 und 10 werden bei dieser Ausführungsform gegen eine Querverschiebung dadurch gehalten, daß sie in Bohrungen 14 bzw. 15 mit Engpaßßitz la,dem Rahmen 4 geschoben sind.

Gewünschtenfalls können die Seile 1 und 2 an dem Rahmen 4 durch Verschweißen in den Bohrungen 14 angebracht sein. Bev_orzugt sind jedoch die Seile 8 und 10 in den Löchern 14 in dem Rahmen 4 entfernbar befestigt beispielsweise durch Keile oder Schraubgewindeverbindungen, um den Austausch eines der Röhren 1 und 2 oder eines der Seile 8 und 10 zu erleichtern.

In Pig. 2 sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet,

Nach Fig. 2 erstrecken sich weitere Seile 18 ähnlich den Seilen 8 und 10 entlang Pfaden zwischen den Röhren auf jeder Seite der Stellen 20, an welchen die Gitterdrahtseile 8 und 10 sich einander kreuzen, wobei die weiteren Drahtseile 18 an ihren Endengegen eine Querverschiebung durch den Rahmen 4 gehalten werden und um die Röhren 1 und 2 gebogen sind, um sie auf Abstand zu halten.

Die weiteren Seile 18 sind in Engpaßbohrungen 22 in der gleichen Weise eingeschoben, wie die Seile 8 und 10 in die Bohrungen 14 bzw. 15 geschoben sind, und können darin gewünschtenfalls befestigt sein.

Bei dieser Ausführungsform werden die Röhren 1 und 2 fester an ihrer Stelle durch die Seile 8, 10 und 18 gehalten als durch die Seile 8 und 10 allein, wie es bei der Ausführungsform in Fig.2 gezeigt ist. Somit ist in dem Fall, wenn eine robuste Rohrbündelanordnung erforderlich ist, diese Ausführungsform bevorzugt.

In Fig. 3 sind die gleichen Teile wie in den Fig. 1 und 2 mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

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Nach Fig. 3 sind die Röhren 1 und 2 in einem Rahmen 24 angeordnet, der gegengesenkte bzw. versenkte öffnungen 26 für Spanneinrichtungen 29 für Seile 28 und 30 aufweist. Jedes Seil 28 bis 30 weist einen mit Gewinde· versehenen Eisenbeschlag bzw. ein G-ewindeglied 32 auf, das an ein Ende angeschweißt ist, und eine Spannmutter 34- ist auf dieses geschraubt. Die Gewinde an den Gewindegliedern 32 und den Muttern 34- weisen eine Schraubenlinie bzw. Gewindesteigung auf, durch die hervorgerufen wird, daß die Muttern 34- in einer Richtung gedreht werden, in der die Drahtstränge bzw. Seillitzen der Seile 28 bis 30 fester gezogen werden, wenn die Seile 28 bis 30 gespannt werden.

An den anderen Enden der Seile 28 bis 30 ist ein Eisenbeschlag bzw. Endglied 36 angeschweißt und in einer versenkten öffnung 38 eingesetzt.

Die Seile 28 und 30 erstrecken sich entlang Pfaden zwischen den Röhren 1 und 2, die von denen der Seile 8 und 10 in E¹Ig. verschieden sind.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform wird die in Fig.2 gezeigte Ausführungsform beispielsweise benutzt, um ein Rohrbündel innerhalb eines zylindrischen Gehäuses 38 zusammenzubauen. Ebenso können die in den Fig. 1 und 3 gezeigten Ausführung sformen benutzt werden, um ein Rohrbündel in einem Gehäuse in gleicher Weise zusammenzubauen.

Die Röhren 1 und 2 sind an jedem Ende durch Seile c, 10 und und einen Rahmen 4 auf Abstand angeordnet und die Rahmen 4 passen im Gleitpaßsitz in den Innendurchmesser des Gehäuses

Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung können geflochtene, flache Seile benutzt werden, wobei die flachen Seiten in Berührung mit den Röhren stehen. Geflochtene flache Seile weisen den

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Vorteil auf, daß sie einen Linienkontakt mit den Röhren und eine erhöhte !Festigkeit insbesondere in dem Fall, wenn die Abstände zwischen den Röhren klein sind, vorsehen.

Wenn erfindungsgemäß Seile benutzt werden, um Röhren auf Abstand zu halten, werden die folgenden Vorteile erreicht:

1) Zwangsläufige Rohrhalterungseigenschaften und Bremsreibung an den Zwischenflächen zwischen den Röhren und Seilen,

2) gute Dämpfungseigenschaften, durch die jegliche Vibrationen absorbiert werden, die durch ein Fluid erzeugt werden, das um die oder entlang den Röhren strömt,

3) eine wenig aufwendige Halterung für die Röhren,

4) eine leicht zusammengebaute Halterung für die Röhren und

5) eine geringe Behinderung für das zwischen den Röhren strömende Fluid, da die Reihen von Seilen gestaffelt sind, d.h. die Reihen sich in "verschiedenen Ebenen befinden, und· das Fluid um eine Reihe strömt, bevor es um die nächste Reihe strömt.

Der Rahmen 4- kann in seiner äußeren Kontur jegliche gewünschte Form aufweisen, die in das Innere des Gehäuses 38 paßt, oder kann für eine kompakte Ausbildung Teil des Gehäuses 38 sein.

Bei anderen Ausführungsformen kann das Gehäuse 38 mit einem kreisförmigen Innenquerschnitt zwei oder mehr sektorförmige Rahmen aufweisen, die in dieses im Paßsitz eingesetzt sind, um das Innere mit Röhren zu füllen, es können beispielsweise zwei halbmondförmige Rahmen benutzt werden. Bei anderen Ausführung sformen, bei denen das Gehäuse keinen kreisförmigen

können
Innenquerschnitt aufweist, zwei oder mehr Rahmen

anderer Formen im Paßsitz in das Innere eingesetzt werden,

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um das Innere mit Röhren zu füllen.

Während bevorzugt die Abbiegungen der Seile so sind, daß eine gekrümmte Abbiegung um einen Teil jeder Röhre sichtbar ist, kann die Abbiegung in einigen Fällen genügend klein bei jedem Seil sein, so daß dieses geradlinig erscheint.

Bevorzugt bestehen die Seile aus rostfreiem Stahl, jedoch können sie in einigen Fällen aus einem anderen Material wie Aluminium oder einer Nickellegierung, und wenn die Arbeitstemperaturen es zulassen, aus einem Kunststoff wie einem Polyamid oder einem Polytetrafluorethylen bestehen.

In einigen Fällen können die Seile an dem Rahmen durch Ein- richtungen befestigt sein, die über den äußeren Umfang des Rahmens hinaus gelegen sind.

Nach den Fig. 5 bis 7 'umfaßt ein Kernbrennstoffelement-Rohrbündel Brennstoffelemente 40 und Stirnplatten 42 und 44, die Kühlmitteldurchgänge 46 bis 50 aufweisen und von denen jßie an einem Ende der Brennstoffelemente 40 befestigt ist. Drei Rahmen in Form äußerer Halteringe 52, 54 und 56 sind vorgesehen, die an in Längsrichtung entlang dem Rohrbündel gelegenen Stellen angeordnet sind. Die äußeren Halteringe 52, 54 und 56 weisen Aussparungen 58 auf, die gekrümmte Abschnitte jedes äußersten Kernbrennstoffelementes 40 aufnehmen und es gegen eine Querverschiebung relativ zu dem Rahmen halten. Drahtseile 60, die genügend Flexibilität aufweisen, verlaufen über und untereinander zur Bildung einer Gitterstruktur, wobei die Brennstoffelemente 40 in den Gitterzwischenräumen angeordnet sind.

Nach den Fig. 8 und 9 stehen die· Drahtseile 60 in Berührung mit Hülsen 62, die an die Brennstoffhüllen der Brennstoffelemente 40 hart angelötet oder angeschweißt sind, um eine

Abnutzung der Brennstoffhüllen durch die Drahtseile 60 zu verhindern.

Nach Fig. 10 sind die Drahtseile 60 in einem Gitter ähnlich dem in Fig. 7 gezeigten angeordnet, jedoch erstreckt sich J3des entlang einer Ebene und sie verlaufen nicht über und untereinander.

Diese Ausführungsform ist ordentlicher und geometrisch stabiler als die in den Fig. 5 bis 7 gezeigte Ausführungsform, es ist jedoch dann notwendig, wie es dargestellt ist, daß die Seile 60 jedes Gitters in vier Kabelebenen anstatt in zwei Kabelebenen, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, angeordnet werden. Diese Ausführungsform behindert weniger die Strömung des" Kühlmittles . durch das Gitter.

Bei einigen Ausführungsformen kann es vorteilhaft sein, zwei verschiedene Abmaße bzw. Größen für die Drahtseile zu benutzen. Dies würde wahrscheinlich eine größere Flexibilität in der Gitterauslegung ermöglichen.

In Abhängigkeit von der Konstruktion bzw. Auslegung des Brennstoffbündels kann ein oder können mehrere äußere Halteringe 52, 54 oder 56 im Paßsitz mit dem Brennstoffbundel verbunden sein.

Bei einigen Ausführungsformen kann es erforderlich oder erwünscht sein, dassmehr oder weniger als die in Fig. 10 gezeigten vier Kabelebenen vorgesehen sind.

Bei anderen Ausführungsformen können alle Eöhren einschließlich der äußersten in einem Gitterzwischenraum angeordnet sein, wobei dies beispielsweise durch Benutzung eines rechtwinkligen Rahmens erreicht werden kann.

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Bei allen Ausführungsform en wird durch die geometrische Interferenz bzw. Beeinflussung, die dadurch hervorgerufen wird, daß Jedes Seil um eine Röhre gebogen wird, das Seil gewzungen, sich durchzubiegen, und jegliche Biegefestigkeit der Seile beträgt im starken Maße zu der zwangsläufigen Halterungscharakteristik der Röhren durch die Seile bei.

- Patentansprüche -

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Claims

/A

Patentansprüche

Eohrbündelanordnung, gekennzeichnet durch ein Bündel von quer mit Abstand angeordneten Röhren, durch einen Rahmen um die äußersten Röhren und ein Gitter aus Drahtseilen, die an ihren Enden gegen eine Querverschiebung durch den !Rahmen gehalten v/erden, wobei zumindest alle außer den äußersten Höhren jeweils in einem Gitterzwischenraum angeordnet sind und jedes Drahtseil um einen Abschnitt jeder an dieses angrenzenden Röhre gebogen ist und dadurch die Röhren in dreieckförmigen Anordnungen in einer aufrechten Richtung auf Abstand voneinander gehalten werden.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Seil-Spanneinrichtungen jedes Seils an dem Rahmen festhalten.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch g ekennzei chnet, daß weitere Drahtseile sich entlang Pfaden zwischen den Röhren auf jeder Seite von Stellen erstrecken, an denen die Gitter-Drahtseile sich einander kreuzen, und daß die weiteren Drahtseile an ihren Enden gegen eine seitliche Verschiebung durch den Rahmen gehalten werden und um die Röhren gebogen sind und diese dadurch auf Abstand gehalten werden.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußersten Röhren an ihrer Stelle durch Anordnen in Aussparungen in dem Rahmen gehalten werden.
5· Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, daß die Drahtseile einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

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6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,-daß der Rahmen und die Drahtseile an einem Ende der Röhren angeordnet sind, daß ein ähnlicher Rahmen und ein ähnliches Gitter aus Drahtseilen um das andere Ende der Röhren vorgesehen ist, daß ein Gehäuse um die Röhren angeordnet ist und daß die Rahmen das Rohrbündel in dem Gehäuse lokalisieren.
7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel mit seitlich mit Abstand angeordneten Röhren ein Kernbrennstoffelement-Rohrbündel ist, daß der Rahmen an einer Zwischenposition entlang der Länge des Bündels angeordnet ist und daß die Anordnung weiterhin zwei Stirnplatten umfaßt, die Kühlmitteldurehgange aufweisen und von denen Jede an einem Ende des Brennstoffbündeis angebracht ist.
5. Anordnung nach Anspruch 7) gekennzeichnet durch eine Vielzahl von ähnlichen Rahmen und Gittern aus Drahtseilen, die jeweils voneinander auf Abstand angeordnet sind entlang einem Zwisclienabschnitt de3:> Länge des kernbrennstoffelement-Bündels.
9. Anordnung nach Anspruch 7? dadurch gekennzeichnet, daß an den Hüllen der Brennstoffelemente Hülsen befestigt sind für eine Berührung nit .Gen Drahtseilen nur Vermeidung einer Abnutzung -.\er Hüllen durch die Drahtseile.

BAD ORIGINAL

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