CH661334A5

CH661334A5 - Vorrichtung zum abdichten einer rohrverbindung und verwendung der vorrichtung.

Info

Publication number: CH661334A5
Application number: CH4653/83A
Authority: CH
Inventors: Glen Elwin Schukei; Frank Joseph Formanek; Donald Vanemburgh Graf
Original assignee: Combustion Eng
Priority date: 1982-10-13
Filing date: 1983-08-25
Publication date: 1987-07-15
Also published as: ES526349A0; JPS5989896A; US4480841A; IN157907B; ES8707594A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abdichten einer Verbindung zwischen zwei Rohren nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 und Verwendungen dieser Vorrichtung nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche 5 und 6.

Ein häufiges Problem auf dem Gebiet der Siedewasserreaktoren betrifft die Undichtigkeit in den Ansatzrohren für die Regulierstäbe im Reaktorkessel. In einem Siedewasserreaktor werden die Regulierstäbe durch Ansatzrohre nach oben in den unteren Teil des Reaktorkessels gestossen. Diese Ansatzrohre werden durch Stutzen geführt, die im Innern des Reaktorkessels befestigt sind. Der ganze Ansatz wird mit ringförmigen Schweissstellen zwischen dem Ansatzrohr und dem Stutzen abgedichtet.

Während des Betriebs von Siedewasserreaktoren, die mit den oben erwähnten Ansatzrohren und Stutzen ausgerüstet sind, wurden gelegentlich Risse in den Stutzen in der Nähe der Schweissstellen gefunden. Die im Innern des Reaktorkessels enthaltene, unter hohem Druck stehende radioaktive Flüssigkeit kann durch die Risse nach aussen gelangen. Diese Undichtigkeit ist äusserst unerwünscht und muss zur Aufrechterhaltung des Betriebs des Reaktorkessels behoben werden.

Es muss bemerkt werden, dass der Stutzen und die Ansatzrohre in einem Reaktor häufig nicht symmetrisch sind, was durch eine Versetzung der Rohrachsen oder durch Winkelabweichungen zwischen dem Ansatzrohr und dem Stutzen verursacht sein kann. Diese Symmetrieabweichungen resultieren aus der Wärmebehandlung des Reaktorkessels nach dem Installieren des Stutzens. Die Lage des Stutzens ändert sich während der Wärmebehandlung aufgrund von Materialunterschieden zwischen dem Kessel und dem Rohrstutzen. Die Bohrung des Rohrstutzens wird bei der Installation des Ansatzrohres nochmals maschinell bearbeitet, damit die Regulierstäbe im Reaktorkern genau positioniert werden können. Das Ergebnis dieser nochmaligen Bearbeitung ist eine im wesentlichen lineare Rohrverbindung, bei der die Mittellinien der Aussenflächen der Rohre bis zu 0,25 cm versetzt sein können.

Die Instandsetzung wird erschwert durch die im allgemeinen radioaktive Umgebung im Innern des Reaktorkessels und die Lage der Stutzen am Boden und im Innern des Reaktorkessels. Die bekannten Verfahren zum Ersetzen und Wiederverschweissen des Rohrstutzens erfordern die Entfernung der Innenteile des Reaktors und die Vollständige Entleerung des Reaktorkessels, was teuer und zeitaufwendig ist.

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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und Verwendungen zu entwickeln, mit denen der Durchtritt von Reaktorflüssigkeit durch Risse in den Rohrstutzen gestoppt werden kann, wobei dies fernbetätigt und ohne weitgehende Entfernung der Innenteile des Reaktors und ohne Entleerung des Reaktorkessels möglich sein soll. Eine fernbetätigte Installation würde auch den Vorteil aufweisen, dass zum Schutz des Reparaturpersonals nicht der ganze Kernbrennstoff aus dem Reaktorkern entfernt werden muss.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Anspruchs 1 und Verwendungen gemäss den unabhängigen Ansprüchen 5,6 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung ermöglicht die Herstellung einer einfachen und wirksamen Vorrichtung zur Abdichtung einer Verbindung zwischen zwei im wesentlichen kollinearen Rohren. Die Vorrichtung kann fernbetätigt installiert und befestigt werden und eignet sich deshalb besonders zur Lösung des oben erwähnten Problems der Undichtigkeit durch Risse in Rohrstutzen. Die Erfindung kann jedoch auch bei anderen Rohrverbindungen angewendet werden.

Gemäss der Erfindung wird eine zylindrische Manschette über der abzudichtenden Verbindung angebracht. Im Fall eines Risses im Rohrstutzen erstreckt sich die Manschette nicht nur über die Schweissstelle zwischen dem Stutzen und dem Ansatzrohr, sondern auch über den Riss im Stutzen. Die Manschette ist so geformt, dass sie eng an der Rohrverbindung anliegt, was insbesondere für das obere und das untere Ende der Manschette zutrifft.

Die Manschette wird von einem zylindrischen Gehäuse mit einer inneren Lippe umgeben, die einen Dichtungsring an das untere Ende der Manschette anlegt. Ein zweiter Dichtungsring befindet sich am oberen Ende der Manschette und ist in Berührung mit einem Stützring, der zwischen dem Gehäuse und dem oberen Rohreingepasst ist. Eine mit einem Gewinde versehene Dichtungsmutter drückt den Stützring und die Lippe gegen die Dichtungsringe und die Manschette, so dass eine flüssigkeitsdichtende Abdichtung zwischen der Manschette und den Rohren gebildet wird.

Bei der Installation können der Stützring und das Gehäuse von aussen zusammengepresst und die Dichtungsmutter eingesetzt und befestigt werden, so dass die Teile im zusammengepressten Zustand verbleiben. Dieses Installationsverfahren besitzt den Vorteil, dass die Bewegungen der Dichtungsringe an den Rohroberflächen minimalisiert werden und eine mögliche Verletzung der Dichtung verhindert wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine an einem undichten Stutzen eines Siedewasserreaktors installierte erfindungsge-mässe Vorrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung bei der Installation und einen Schnitt durch die Installationsvorrichtung,

Fig. 3 einen Schnitt durch die bevorzugte Variante einer erfindungsgemässen Vorrichtung, die auf einer Rohrverbindung mit versetztem Stutzen und Anschlussrohr installiert ist, und

Fig. 4a und 4b je einen Schnitt durch ein teilweise bearbeitetes Gehäuse und eine teilweise bearbeitete Manschette.

Die Fig. 1 zeigt eine einfache Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung, die in einem Kernreaktorkessel 10 installiert ist. Ein Stutzen 12 ist mit der Schweissstelle 16 innen an der Wand des Reaktorkessels 10 befestigt. DerStutzen 12 umgibt das Ansatzrohr 14, indem Regulierstäbe angebracht sind, die nach oben in den hier nicht dargestellten Reaktorkern ragen. DerStutzen 12 und das Ansatzrohr 14 sind an der Schweissstelle 18 miteinander verbunden.

Bei der oben beschriebenen Anordnung wurden Risse 20 im Stutzen 12, unmittelbar unter der Schweissstelle 18, festgestellt. Unter hohem Druck befindliche Kühlflüssigkeit dringt vom Innern 22 des Reaktorkessels durch den Riss 20, fliesst nach unten durch den Spalt zwischen dem Ansatzrohr 14 und dem Rohrstutzen 12 sowie der Wand des Reaktorkessels 10 und gelangt in die Umgebung 24 des Reaktorkessels. Die ausfliessende Flüssigkeit kann radioaktiv und deshalb für das Bedienungspersonal gefährlich sein.

Die Reparatur dieser Undichtigkeit wird erschwert durch die Lage des Ansatzrohres und des Stutzens im unteren Teil des Reaktorkessels unterhalb der Spaltstoffanordnung. Ein Auswechseln oder Verschweissen des Stutzens 12 erfordert die Entfernung der gesamten Spaltstoffanordnung und der verbundenen Traggerüste aus dem Reaktorkessel und eine vollständige Entfernung der Reaktorkühlflüssigkeit, um Zutritt zum Stutzen 12 zu erhalten. In Kernreaktoren ist das Innere des Reaktorkessels schon nach kurzer Betriebszeit radioaktiv, so dass der Arbeitsbereich für das Reparaturpersonal gefährlich ist.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann fernbetätigt über die undichte Rohrverbindung und die naheliegenden Bereiche installiert werden, ohne dass umfangreiche Teile der Brennstoffanordnung und Gerüste entfernt werden müssen und ohne dass der Reaktorkessel entleert werden muss. In der erfindungsgemässen Vorrichtung ist die Rohrverbindung von einer Manschette 32 dicht anschliessend umgeben. Die Manschette 32 ist im allgemeinen zylindrisch und berührt den oberen Dichtungsring 28 und den unteren Dichtungsring 30. Die Dichtungsringe 28 und 30 liegen an den Rohren und den Enden der Manschette 26 an.

Ein Gehäuse 32 umgibt die Manschette 26 und umschliesst diese an ihrem unteren Ende. Eine innere ringförmige Lippe 34, die am Gehäuse angeordnet ist, hält den Dichtungsring 30 gegenüber dem unteren Ende der Manschette 26 in axialer Richtung. Die Lippe 34 enthält auch eine innere Abschrägung 36, die bei der Installation die Positionierung der Vorrichtung über dem Ansatzrohr 14 und dem Stutzen 12 erleichtert.

Ein Stützring 38 ist zwischen das obere Ende des Gehäuses 32 und das Ansatzrohr 14 eingesetzt. Der Stützring 38 berührt den oberen Dichtungsring 28 und das obere Ende der Manschette 26 in axialer Richtung.

Die vorliegende Erfindung umfasst Mittel in der Form einer Dichtungsmutter 40, um den Stützring 38 und das Gehäuse 32 gegen die Dichtungsringe 28 und 30 und das Gehäuse 32 zu treiben oder zu pressen. Die Dichtungsmutter 40 ist im oberen Ende des Gehäuses 32 angeordnet. Die Dichtungsmutter 40 weist am Umfang Schrauben Windungen 42 auf, die in entsprechende Schraubenwindungen 43 im oberen Ende des Gehäuses 32 eingeschraubt werden können. Auf diese Weise werden Druckkräfte gegen die Dichtungsringe 28 und 30 aufrechterhalten, ohne dass irgendwelche Hilfseinrichtungen ausserhalb der Vorrichtung eingesetzt werden müssen.

Bei der Installation der Vorrichtung werden die Manschette 26, das Gehäuse 32, die Dichtungsringe 28 und 30, der Stützring 38 und die Dichtungsmutter 40 über die vorher bestimmte undichte Vorrichtung geschoben. Der Stützring 38 und das Gehäuse 32 werden in axialer Richtung gegen die entsprechenden oberen und unteren Dichtungsringe 28 und 30 gepresst, die gegen eine Expansion in radialer Richtung nach aussen begrenzt sind. Der axiale Druck auf die Dichtungsringe 28 und 30 zwischen der Lippe 34. der Manschette 26 und dem Stützring 38 verursacht eine Expansion der Dich-

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tungsringe 28 und 30 radial nach innen, so dass eine Abdichtung der entsprechenden Rohraussenflächen 12' und 14' erreicht wird.

Als Dichtungsringe 28 und 30 eignen sich zusammenpressbare und dichtende Vorrichtungen, wie beispielsweise elastische O-Ringe, geformte Metalldichtungen, deformierbare Materialien, Harz für Heilzwecke oder ähnliches. Es hat sich gezeigt, dass reines Graphit ein geeignetes Material für diese Zwecke ist, wobei Graphit auch widerstandsfähig gegenüber einer stark strahlenden Umgebung ist. Die Figur 3 zeigt eine bevorzugte Variante der erfindungsgemässen Vorrichtung, die auf einer Rohrverbindung installiert ist, bei der die Mittellinie 114 des Ansatzrohres 14 gegenüber der Mittellinie 112 des Rohrstutzens 12 um die Distanz 90 versetzt ist. Die Versetzung wird, wie in Fig. 3 dargestellt, durch die unsymmetrische Ausbildung des Gehäuses 32 und der Manschette 26 ausgeglichen.

In der Praxis ändert die Grösse der Versetzung 90 in einer Rohrverbindung je nach Lage und Art der Wärmebehandlung von Stelle zu Stelle.

Damit die Abdichtungsvorrichtung gut sitzt, muss sie deshalb für jede abzudichtende Rohrverbindung speziell hergestellt werden. Da die Grösse der Versetzung 90 einer bestimmten Rohrverbindung in einem Kernreaktor erst durch eine Messung ermittelt werden kann und da eine Messung den Zugang, mindestens von aussen, zum Innern 22 des Reaktorkessels bedingt, werden die Messungs- und die Abdichtungsarbeiten zweckmässigerweise während einer Betriebsunterbrechung ausgeführt.

Diese Arbeiten werden durch die Verwendung eines Gehäuserohrs 432 und eines Manschettenrohrs 426 gemäss den Fig. 4a und 4b erleichtert. Diese Rohrstücke werden zusammen mit den übrigen Teilen vor der I nstailierung der Reaktoranlage mitgeliefert. Nach der Messung der Grössen der Versetzungen 90 bei den entsprechenden Rohrverbindungen werden die Gehäuse- und Manschettenrohre 432 und 426 auf die richtigen Abmessungen bearbeitet. Die gestrichelten Linien 432' und 426' zeigen das daraus resultierende Gehäuse 32 und die Manschette 26 für die Rohrverbindung in Fig. 3. Die Abdichtungsvorrichtung wird während der Betriebseinstellung zusammengesetzt und installiert.

Die bevorzugte Ausführung gemäss Fig. 3 zeigt auch Ausbildungsvarianten des Stüztrings 38 und der Manschette 26. Bei dieser Ausführung umgibt die Manschette 26 den Dichtungsring 28 und beschränkt seine Ausdehnung radial nach aussen, während der Stützring 38 so gebaut ist, dass er den oberen Dichtungsring 28 nur in axialer Richtung berührt. Diese Anordnung ergibt einen grösseren Dichtungsbereich zwischen der Manschette 26 und dem oberen Dichtungsring 28.

Ein weiteres Merkmal der bevorzugten Ausführungsvariante ist die leicht nach innen gerichtete Neigung 100 der Oberflächen der Manschette 26, des Gehäuses 32 und des Stützringes 38, welche die Dichtungsringe 28 und 30 in axialer Richtung berühren. Diese Neigung 100 beträgt etwa 5 Grad zur Querschnittsebene und ist so gerichtet, dass die Abweichung mit zunehmendem Abstand vom jeweiligen Dichtungsring zunimmt. Beim Zusammenpressen werden die äusseren Bereiche der Dichtungsringe 28 und 30 deshalb einer grösseren axialen Kraft unterworfen, was eine grössere

Expansion radial nach innen und eine wirksamere Abdichtung bewirkt.

Wie bereits oben erwähnt, können der Stutzen 12 und das Ansatzrohr 14 sowohl zueinander geneigt als auch parallel um die Versetzung 90 versetzt sein. Diese hier nicht dargestellte Fehlausrichtung wird durch die Vorrichtung in gleicher Weise ausgeglichen wie die Versetzung 90, d. h.

durch eine unsymmetrische Ausbildung des Gehäuses 32 und der Manschette 26, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Kleine Winkelabweichungen der Rohroberflächen werden ausgeglichen, wenn die Dichtungsringe 28 und 30 zusammenge-presst werden.

Eine geeignete Vorrichtung für die Installation der Abdichtungsvorrichtung umfasst die in der Fig. 2 dargestellten drei konzentrischen Rohre 50, 60 und 70. Das äus-serste Rohr 70 besitzt ein inneres Gewinde 46, das in das äussere Gewinde 44 des Gehäuses 32 eingeschraubt werden kann. Die Abdichtungsvorrichtung wird bei der Installation mit dem äussersten Rohr 70 positioniert und fixiert. Das innerste Rohr 50 ist so gross, dass es zwischen den Stutzen 14 und die Dichtungsmutter 40 eingeführt werden kann, so dass es den Stützring 38 berührt.

Durch die Ausübung einer nach oben gerichteten Kraft auf das äusserste Rohr 70 und eine nach unten gerichtete Kraft auf das innerste Rohr 50 werden die Dichtungsringe 28 und 30 zusammengedrückt und die erwünschte Abdichtung geschaffen.

Die Abdichtungsvorrichtung wird nun intern im zusammengepressten und abdichtenden Zustand festgelegt, indem die Dichtungsmutter 40 mit dem mittleren Rohr 60 gedreht wird. Wenn die Dichtungsmutter 40 den nach unten gedrückten Stützring 38 berührt, werden die Kräfte auf das innere und das äussere Rohr 50 bzw. 70 freigelassen und die Rohre 50,60 und 70 von der Dichtungsvorrichtung abgenommen.

Die Installationsvorrichtung erlaubt eine fernbetätigte Installation der Abdichtungsvorrichtung durch einen hier nicht dargestellten Kanal, der gebildet wird, indem nur die Kernbrennstäbe entfernt werden, die unmittelbar über der undichten Rohrverbindung im Reaktorkern angeordnet sind. Der minimale Durchmesser dieses Kanals ist nur wenig grösser als der äussere Durchmesser der Abdichtungsvorrichtung.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, bei der Installation lokal ein inertes Gas einzuführen, um die umgebende Kühlflüssigkeit fernzuhalten. Es wurde gefunden, dass Stickstoff ein geeignetes Gas ist.

Die vorliegende Erfindung liefert auch einfache und wirksame Verwendungen zum Abdichten einer Verbindung zwischen zwei kollinearen Rohren.

Obwohl die hier dargestellten Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit Rohrverbindungen in einem Siedewasserreaktor dargestellt wurden, versteht es sich, dass die Erfindung auch bei kollinearen Rohren mit etwa gleichem Aus-sendurchmesser und auf anderen Gebieten anwendbar ist, bei denen eine flüssigkeitsdichte Abdichtung hergestellt werden soll.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung besitzt die weiteren Vorteile, dass bei der Installation keine Schweissarbeiten erforderlich sind und dass die Vorrichtung ohne weitgehenden Ausbau von Reaktorinnenteilen fernbetätigt installiert werden kann.

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2 Blatt Zeichnungen

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PATENTANSPRUCH E

1. Vorrichtung zum Abdichten einer Verbindung zwischen zwei im wesentlichen kollinearen ersten und zweiten Rohren (12, 14), gekennzeichnet durch eine zylindrische Manschette (26) zur Ummantelungdes abzudichtenden Bereichs, mit einem unteren Ende, das eng am ersten Rohr (12)anliegt, und einem oberen Ende, das eng am zweiten Rohr (14) anliegt, einem zylindrischen Gehäuse (32), das eng auf der Aussenseite des unteren Endes der Manschette (26) anliegt und sich nach oben bis über das obere Ende der Manschette (26) erstreckt und eine innere ringförmige Lippe (34) in der Nähe des unteren Endes des Gehäuses (32) aufweist, einem unteren Dichtungsring (30), der zwischen dem unteren Ende der Manschette (26) und der Lippe (34) des Gehäuses (32) angeordnet ist und eine Abdichtung zwischen der Manschette (26) und dem ersten Rohr (12) bildet, einen Stützring (38), der in den Innenraum zwischen dem oberen Ende des Gehäuses (32) und dem zweiten Rohr ( 14) einge-passt ist, einen oberen Dichtungsring (28), der zwischen dem oberen Ende der Manschette (26) und dem Stützring (38) angeordnet ist und der eine Abdichtung zwischen der Manschette (26) und dem zweiten Rohr (14) bildet, und eine mit dem Gehäuse (32) zusammenwirkende Anordnung (50,60, 70) zur Anlegung des Stützrings (38) gegen den oberen Dichtungsring (28) und der Lippe (34) des Gehäuses (32) gegen den unteren Dichtungsring (30), wobei beide Dichtungsringe (28,30) gegen die Manschette (26) gepresst werden und die Verbindung abdichten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zum Anlegen des Stützrings (38) gegen den oberen Dichtungsring (28) und die Lippe (34) des Gehäuses (32) gegen den unteren Dichtungsring (30) eine Dichtungsmutter (40) mit Schraubenwindungen (42) aufweist, die mit entsprechenden Schraubenwindungen (43) des Gehäuses (32) zusammenwirken.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am unteren Ende des Gehäuses (32) eine innere Abschrägung (36) zur Erleichterung der Positionierung der Vorrichtung bei der Installation vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am unteren Ende des Gehäuses (32) eine innere Abschrägung (36) zur Erleichterung der Positionierung der Vorrichtung bei der Installation vorgesehen ist.
5. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Abdichten einer Verbindung zwischen zwei im wesentlichen kollinearen ersten und zweiten Rohren, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung um die Verbindung positioniert wird, dass die Vorrichtung von ferne in dieser Position gehalten wird, dass die Vorrichtung von ferne in axialer Richtung angepresst wird, wobei die Vorrichtung abdichtend mit der Rohrverbindung zusammenwirkt und eine Abdichtung gegen den Riss (20) im Rohr (12) gebildet wird, und dass die Vorrichtung intern festgelegt wird, um den einwirkenden und zusammengepressten Zustand nach der Entfernung der äusseren Druck-und Haltekräfte aufrechtzuerhalten.
6. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Abdichten einer Verbindung zwischen zwei im wesentlichen kollinearen Rohren(12, 14), wobei die Vorrichtung eine Dichtungsmutter (40) aufweist, dadurch gekennzeichnet,

dass die Vorrichtung mit einem ersten Installationsrohr (70) auf der Rohrverbindung positioniert und gelagert wird, dass der Stützring (38) der Vorrichtung mit einem zweiten Installationsrohr (50) beaufschlagt wird, dass die Vorrichtung angepresst wird, indem gleichzeitig eine nach oben gerichtete Kraft auf das erste Installationsrohr (70) und eine nach unten gerichtete Kraft auf das zweite Installationsrohr (50) ausgeübt wird, wobei die Dichtungsringe (28,30) gegen die Manschette (26) gepresst werden, so dass eine Abdichtung um die

Rohrverbindung gebildet wird, dass die Dichtungsmutter (40) mit einem dritten Installationsrohr (60) gedreht wird, so dass die Dichtungsmutter (40) den Stützring (38) beaufschlagt und die Vorrichtung im zusammengepressten und dichtenden Zustand festgelegt ist, und dass das erste, zweite und dritte Installationsrohr (70, 50,60) gelöst und entfernt werden.
7. Verwendung nach Anspruch 5, wobei die Verbindung in eine umgebende Flüssigkeit eingetaucht ist, dadurch gekennzeichnet, dass während des Installierens ein inertes Gas in den Bereich der Rohrverbindung eingebracht wird, so dass die umgebende Flüssigkeit entfernt wird.
8. Verwendung nach Anspruch 6, wobei die Verbindung in eine umgebende Flüssigkeit eingetaucht ist, dadurch gekennzeichnet, dass während des Installierens ein inertes Gas in den Bereich der Rohrverbindung eingebracht wird, so dass die umgebende Flüssigkeit entfernt wird.