DE1208422B - Gas- and liquid-tight connection of a fuel pipe with the wall of a nuclear reactor - Google Patents
Gas- and liquid-tight connection of a fuel pipe with the wall of a nuclear reactorInfo
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- DE1208422B DE1208422B DEC23513A DEC0023513A DE1208422B DE 1208422 B DE1208422 B DE 1208422B DE C23513 A DEC23513 A DE C23513A DE C0023513 A DEC0023513 A DE C0023513A DE 1208422 B DE1208422 B DE 1208422B
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. CL:Int. CL:
G21cG21c
Deutsche KL: 21g-21/20German KL: 21g-21/20
Nummer: 1 208 422Number: 1 208 422
Aktenzeichen: C 23513 VIII c/21 gFile number: C 23513 VIII c / 21 g
Anmeldetag: 28. Februar 1961Filing date: February 28, 1961
Auslegetag: 5. Januar 1966Opened on: January 5, 1966
Die Erfindung betrifft eine gas- und flüssigkeitsdichte Verbindung eines das Herz eines Kernreaktors durchsetzenden Brennstoffrohres mit der Wandung eines Reaktors, wobei das Brennstoffrohr aus einem Material besteht, das eine gute mechanische Festigkeit und eine gute Durchlässigkeit für Neutronen aufweist, wie z. B. eine Zirkonlegierung, das jedoch schwierig mit der Behälterwandung, die vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl bestellt, verschweißbar ist.The invention relates to gas and liquid tight Connection of a fuel pipe penetrating the heart of a nuclear reactor to the wall of a reactor, wherein the fuel tube is made of a material that has good mechanical strength and has good permeability to neutrons, e.g. B. a zirconium alloy, however difficult to weld to the container wall, which is preferably made of stainless steel.
Das Verschweißen von Brennstoffrohren, z. B. aus einer Zirkonlegierung mit der Behälterwandung, die meist aus nichtrostendem Stahl besteht, ist deswegen schwierig, weil sich intermetallische Verbindungen bilden, die äußerst spröde sind. Man mußte daher bisher die Rohre beim Bau des Reaktors endgültig anbringen, so daß es schwierig, wenn nicht unmöglich war. ein schadhaftes Rohr auszuwechseln, nachdem der Reaktor in Betrieb genommen worden war.The welding of fuel pipes, e.g. B. from a zirconium alloy with the container wall, the mostly made of stainless steel, is difficult because there are intermetallic compounds that are extremely brittle. So up to now, the pipes had to be permanently removed when the reactor was built so that it was difficult, if not impossible. replace a damaged pipe after the reactor had been commissioned.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die den Brennstoff enthaltenden Rohre eines Kernreaktors so in dessen Herz anzuordnen, daß man sie, ohne den Reaktor stillsetzen zu müssen, montieren und demontieren kann. Gemäß der Erfindung besteht die Verbindung aus einer Beschickungshülse, die dicht mit der Behälterwandung verbunden ist und in der dem Reaktorkern zugewandten Ende ein Ring eingesetzt ist. und aus einer Muffe mit einem ringförmigen Abschnitt, dessen äußerer Durchmesser gleich dem inneren Durchmesser des Ringes ist; die Muffe besteht aus einem Material, das mit dem des Ringes verschweißbar ist, vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl, und ist mechanisch mit einem Ende des Brennstoffrohres schon vor dessen Montage verbunden, wobei die Durchmesser der einzelnen Teile der Anordung so gewählt sind, daß das Rohr zusammen mit der daran angebrachten Muffe durch die Beschickungshülse und den Ring hindurchschiebbar sind und die endgültige Befestigung des Brennstoffrohres durch die das nach außen ragende Ende des Ringes mit dem entsprechenden Ende der Muffe verbindende Schweißnaht erfolgt. Auf diese Weise ist es möglich, das Rohr auch während des Betriebes des Reaktors auszuwechseln und durch ein neues zu ersetzen, ohne den Reaktor stillzulegen.The invention is based on the object of the fuel-containing tubes of a nuclear reactor so to arrange in its heart that they can be assembled and installed without having to shut down the reactor can dismantle. According to the invention, the connection consists of a loading sleeve that is tight is connected to the container wall and inserted into the end facing the reactor core a ring is. and a sleeve with an annular portion the outer diameter of which is equal to inner diameter of the ring is; the sleeve is made of a material that is identical to that of the ring is weldable, preferably stainless steel, and is mechanically connected to one end of the Fuel pipe connected before its assembly, the diameter of the individual parts of the Arrangement are chosen so that the pipe together with the sleeve attached to it through the loading sleeve and the ring can be pushed through and the final fastening of the fuel pipe through which the outwardly protruding end of the ring with the corresponding end of the sleeve connecting weld takes place. In this way it is possible to keep the pipe open even during operation of the reactor and replacing it with a new one without shutting down the reactor.
Es ist bereits eine Verbindung zwischen einem iiustenitischen und einem ferrkischen Rohr bekannt,
bei der das Ende des austenitischen Rohres in eine mit Walzrillen versehene ferritische Verbindungsmulfe
in bestimmter Weise eingewalzt ist. Ferner gehört ein Verbindungsstück aus einem Material,
dessen Ausdehnungskoeffizient sich von einem zum anderen Ende hin kontinuierlich ändert, sowie ein
Gas- und flüssigkeitsdichte Verbindung eines
Brennstoffrohres mit der Wandung eines
KernreaktorsA connection between an iiustenitic and a ferrite tube is already known, in which the end of the austenitic tube is rolled in a certain way into a ferritic connecting sleeve provided with rolling grooves. Furthermore, a connector made of a material whose coefficient of expansion changes continuously from one end to the other, and a gas-tight and liquid-tight connection
Fuel pipe with the wall of a
Nuclear reactor
Anmelder:Applicant:
Commissariat ä l'Energie Atomique, ParisCommissariat a l'Energie Atomique, Paris
Vertreter:Representative:
Dr. W. P. Radt und Dipl.-Ing. E. E. Finkener,
Patentanwälte, Bochum, Heinrich-König-Str. 12Dr. WP Radt and Dipl.-Ing. EE Finkener,
Patent attorneys, Bochum, Heinrich-König-Str. 12th
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Henri Foulquier, Rueil-Malmaison, Seine;Henri Foulquier, Rueil-Malmaison, Seine;
Claude Bridoux, Bagneux, Seine;Claude Bridoux, Bagneux, Seine;
Jacques Stohr, Bures-sur-Yvette, Seine-et-Oise;Jacques Stohr, Bures-sur-Yvette, Seine-et-Oise;
Paul Thome,Paul Thome,
Saint Cloud, Seine-et-Oise (Frankreich)Saint Cloud, Seine-et-Oise (France)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
Frankreich vom 1. März 1960 (820 015)France of March 1, 1960 (820 015)
Verfahren zur Befestigung von Rohren in Wärmeaustauschern zum Stande der Technik. In beiden Fällen handelt es sich im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung darum, ein Zwischenstück an zwei Enden mit Werkstücken aus verschiedenen Legierungen durch Schweißen zu verbinden, während bei der vorliegenden Erfindung das Anbringen des Rohres an dem Zwischenstück mechanisch erfolgt und nur die Muffe an einem Ring aus gleichem Werkstoff angeschweißt wird.Prior art method for fastening pipes in heat exchangers. In both In contrast to the present invention, it is a matter of an intermediate piece on two To connect ends to workpieces made of different alloys by welding, while at the present invention, the attachment of the pipe to the intermediate piece takes place mechanically and only the sleeve is welded to a ring made of the same material.
Die Erfindung sieht ferner vor, die Muffe mit dem Brennstoffrohrende durch eine an ihrem Ende abgedichtete Verschraubung zu verbinden und die Abdichtung am Ende der Verschraubung durch axiale Andrücken eines metallischen Ringes zu vervollständigen. The invention also provides the sleeve with the fuel pipe end by a sealed at its end To connect screw connection and the seal at the end of the screw connection by axial Completely pressing a metallic ring.
Zur Erhöhung der Abdichtung am Ende der Verschraubung kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ein dünner zylindrischer Vorsprung eines der Elemente mit dem anderen Element durch Rundumschweißung mit Ultraschall verbunden sein. Vorzugsweise weist jedes der Gewinde gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine im wesentlichen kegelstumpfförmige Form auf und ist an dem einenTo increase the seal at the end of the screw connection, according to a further feature of the Invention a thin cylindrical projection of one of the elements with the other element through All-round welding must be connected with ultrasound. Preferably, each of the threads has according to one Development of the invention has a substantially frustoconical shape and is on the one
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Ende abgestumpft und an seinem anderen Ende mit Ausnehmungen geringer Tiefe derart versehen, daß sie dicht mit den abgestumpften Enden des anderen Gewindes zusammenwirken.Truncated end and provided at its other end with recesses of shallow depth such that they cooperate tightly with the truncated ends of the other thread.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt die Herstellung der Verbindung zwischen dem Brennstoffrohrende und der Muffe in der Weise, daß die Verbindung der Muffe mit dem genannten Rohrende vor der Montage im Kern dadurch bewirkt wird, daß die beiden ineinander angeordneten EIemente durch eine ringförmige Öffnung von geringeren_radialen Abmessungen gedrückt werden.According to a further feature of the invention, the connection is established between the fuel pipe end and the socket in such a way that the connection of the socket with said Pipe end is effected before assembly in the core that the two elements arranged one inside the other be pressed through an annular opening of smaller_radial dimensions.
"DTe Erfindung sieht ferner vor, daß die Verbindung der Muffe mit dem genannten Rohrende vor der Montage im Kern dadurch bewirkt wird, daß in das Innere der aus diesen beiden Elementen bestehenden Anordnung ein Dorn dicht eingebracht wird, der einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als das innere Element und in dem dann Muffe und Rohrende im Vakuum unter w Schutzgas miteinander verlötet werden."DTe invention also provides that the connection of the socket with the pipe end mentioned is effected before assembly in the core that a mandrel is tightly inserted into the interior of the arrangement consisting of these two elements, which has a greater thermal expansion coefficient than that inner member and chut in the sleeve and then tube end in vacuo w S zgas be soldered together.
In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Es zeigtEmbodiments of the invention are shown in the drawing. It shows
Fig. 1 in axialem Schnitt ein Ende eines Rohres, das gemäß der Erfindung in einem Herzen eines mit schwerem Wasser moderierten Kernreaktors angeordnet und befestigt ist,Fig. 1 in axial section one end of a tube, arranged according to the invention in a heart of a heavy water moderated nuclear reactor and is attached,
F i g. 2 schematisch eine Ansicht der Anordnung der Rohre in dem Herzen eines Kernreaktors,F i g. 2 schematically shows a view of the arrangement of the tubes in the heart of a nuclear reactor,
F i g. 3 und 4 in einem halben axialen Schnitt eine Einzelheit dieses Rohres, die in zwei Abwandlungen ausgeführt ist,F i g. 3 and 4, in half an axial section, a detail of this tube, which in two modifications is executed,
F i g. 5 und 6 schematisch axiale Schnitte, aus denen zwei Herstellungsverfahren des Rohres ersichtlich sind.F i g. 5 and 6 are schematic axial sections from which two manufacturing processes of the pipe can be seen are.
Das in den Figuren gezeigte Rohrl, 2 ist so gestaltet, daß es das Herz 3 eines Kernreaktors 4 durchsetzen kann, bei dem als Moderator schweres Wasser verwendet wird, das in einem dichten Behälter 5 enthalten ist.The Rohrl, 2 shown in the figures is designed so that it can penetrate the heart 3 of a nuclear reactor 4, in which heavy water is used as a moderator which is contained in a sealed container 5 is used.
Während des Betriebes des Reaktors enthält dieses Rohr Brennstoffelemente und wird unter Druck von einem Kühlgas durchströmt, woher sich auch die übliche Bezeichnung »Druckrohr« ableitet. Man hat also gleichzeitig sowohl für die Dichtigkeit gegenüber dem schweren Wasser zwischen dem Behälter 5 und dem Druckrohr als auch für die Dichtigkeit gegenüber dem unter Druck stehenden Gas zwischen dem Druckrohr und den Leitungen für die Zu- und Abfuhr dieses Gases zu sorgen.During the operation of the reactor, this tube contains fuel elements and is pressurized by a cooling gas flows through it, from which the usual term »pressure pipe« is derived. One has so at the same time both for the tightness against the heavy water between the container 5 and the pressure pipe as well as for the tightness against the pressurized gas between the To ensure the pressure pipe and the lines for the supply and discharge of this gas.
Vorzugsweise stellt man den Abschnitt des Rohres, der sich in dem Reaktorherzen befindet, aus Zirkon oder einer Zirkonlegierung, z. B. Zircaloy, her, die im wesentlichen aus Zirkon, 1,2 bis 1,7% Zinn, 0,07 bis 0,2% Eisen, 0,05 bis 0,15% Chrom und 0,03 bis 0,08% Nickel besteht, wobei die Anteile in Gewichtsprozenten angegeben sind; diese Stoffe sind praktisch die einzigen, die bei annehmbarem Preis gleichzeitig eine gute mechanische Widerstandsfähigkeit und eine gute Durchlässigkeit für Neutronen aufweisen.The section of the tube which is located in the heart of the reactor is preferably made of zirconium or a zirconium alloy, e.g. B. Zircaloy, which consists essentially of zirconium, 1.2 to 1.7% tin, 0.07 up to 0.2% iron, 0.05 to 0.15% chromium and 0.03 to 0.08% nickel, the proportions in percent by weight are given; these substances are practically the only ones at a reasonable price at the same time good mechanical resistance and good permeability for neutrons exhibit.
Vornehmlich wegen der mechanischen Widerstandsfähigkeit muß man den Behälter und die Leitungen für das unter Druck stehende Gas außerhalb des Herzens aus rostfreiem oder halbrostfreiem Stahl fertigen.Mainly because of the mechanical resistance, the container and the lines have to be used for the pressurized gas outside the heart made of stainless or semi-stainless steel manufacture.
Es liegt also die Aufgabe vor, zwischen rohrförmi-Elementen auf Zirkonbasis und Verbindungsstücken aus Stahl dichte Verbindungen zu schaffen; jedoch ist es nicht möglich, dieses durch Schweißen zu erreichen, da diese Stoffe bei der Verschmelzung intermetallische Verbindungen bilden, die spröde sind. Es ist daher notwendig, Verfahren anzuwenden, die ohne Verschmelzung arbeiten, was den Einbau und den Ausbau der Druckrohre sehr erschwert. Diese Arbeiten werden nach einer bestimmten Laufzeit des Reaktors erforderlich, wenn man verhindern will, daß der Reaktor nur infolge Zerstörung eines Druckrohres, z. B. durch Korrosion, ausfällt.So there is the task between tubular elements to create tight connections based on zirconia and steel connectors; However it is not possible to achieve this by welding, as these substances become intermetallic when fused Form connections that are brittle. It is therefore necessary to apply procedures that work without merging, which makes the installation and removal of the pressure pipes very difficult. These Work is required after the reactor has run for a certain period if one wants to prevent that the reactor only as a result of the destruction of a pressure pipe, z. B. by corrosion fails.
Die Schwierigkeiten dieser Arbeiten unmittelbar am Reaktor ergeben sich aus folgendem:The difficulties of this work directly on the reactor result from the following:
Der Behälter für das schwere Wasser ist im allgemeinen zur biologischen Abschirmung und aus thermischen Gründen mit einer Schicht 6 leichten Wassers und mit Betonschichten 7 umkleidet. Infolgedessen muß eine bestimmte Anzahl der dichi durch diese Schichten geführten Leitungen — welche nicht von den Druckrohren selbst gebildet werden können, wenn man die Möglichkeit haben will, sie auszubauen — von Stahlhülsen 8 gebildet werden, die beim Bau des Reaktors endgültig mit dem Behälter verschweißt werden. Die verschiedenen Schutzschichten 6, 7 verhindern praktisch den Zugang zu den Behältern von den äußeren Enden der Druckrohre oder den Hülsen 8 her. Alle Ein- und Ausbauarbeiten der Rohre können also nur durch das Innere der Hülsen ausgeführt werden, wenn von diesen Hülsen und Rohren die Schutzverschlüsse und sonstige Teile, wie Wärmeschirme, Führungsorgane, einmal entfernt wurden. Außerdem müssen die Druckrohre in freier Konvektion des Wassers in ihrei größten Länge gekühlt werden; das schließt jede Anordnung aus, nach der ein ringförmiges Wasservolumen, das mehr oder weniger in Ruhe bleibt, sich zwischen den Druckrohren und der Umhüllung befindet. Die unvermeidliche Erwärmung des Volumens auf eine hohe Temperatur, die 500° C erreicht, häufig sogar überschreitet, würde diese Rohre mit unzulässigen unterschiedlichen Spannungen beanspruchen. Es ist daher tunlich, die Rohre in den Behältern kurz zu halten.The heavy water tank is generally for biological shielding and off thermal reasons with a layer 6 of light water and lined with concrete layers 7. Consequently there must be a certain number of lines running through these layers - which ones cannot be formed by the pressure pipes themselves if one wants to be able to use them expand - are formed from steel sleeves 8, which are final with the container during the construction of the reactor be welded. The various protective layers 6, 7 practically prevent access to the containers from the outer ends of the pressure pipes or the sleeves 8 ago. All installation and removal work the tubes can only be run through the inside of the sleeves if of these Sleeves and tubes, the protective closures and other parts, such as heat shields, guide organs, once removed. In addition, the pressure pipes must be in free convection of the water in their greatest length to be cooled; this excludes any arrangement according to which an annular volume of water, that remains more or less at rest, is located between the pressure pipes and the casing. The inevitable heating of the volume to a high temperature, reaching 500 ° C, is frequent even exceeds, these pipes would be subject to unacceptably different stresses. It is therefore advisable to keep the pipes in the containers short.
Alle diese Forderungen, die einerseits durch die besondere Beschaffenheit der zu behandelnden Stoffe und anderersits durch die schlechte Zugänglichkeil der einzelnen Gebiete der Anorodnung bedingt sind begrenzen die Lösungsmöglichkeiten, auf die mar zurückgreifen kann, um die gewünschten dichter Anordnungen herzustellen. Wenn es normalerweise auch möglich ist, Verbindungen zwischen Metaller gleicher Beschaffenheit aus einiger Entfernung auszuführen, beispielsweise durch Schweißung, Ummantelung, Verspannung, Einfassung oder Aufbereitung, so gilt dies nicht für eine unmittelbare, aus einiger Entfernung herzustellende Verbindung zwischen Zircaloy und nichtrostendem Stahl; sämtlich« Lösungen auf metallurgischer Basis (beispielsweise Schweißen) und ein großer Teil der mechanischer Verbindungen (beispielsweise Sinterung) schneider hierbei von vornherein aus.All of these requirements are due, on the one hand, to the special nature of the substances to be treated and on the other hand are caused by the poor accessibility of the individual areas of the arrangement limit the possible solutions that mar can fall back on to get the desired density Make arrangements. If it is usually also possible, connections between metalworkers of the same quality from a distance, for example by welding, sheathing, Bracing, edging or preparation, this does not apply to an immediate, out Connection to be made some distance between Zircaloy and stainless steel; all" Metallurgical-based solutions (e.g. welding) and a large part of the mechanical Connections (e.g. sintering) are cut out from the start.
Daher verbindet man in einem ersten Arbeitsgang der in der Werkstatt ausgeführt wird, dicht mit jeden der Enden eines rohrförmigen Bauteiles 1 aus Zircaloy eine Muffe 2 aus rostfreiem Stahl, insbesonders gemäß einer der nachstehend aufgeführten Methoden In einem zweiten Arbeitsgang, der an Ort und Stell« ausgeführt wird, bringt man durch Schweißen ditTherefore, in a first step, which is carried out in the workshop, you connect closely with everyone the ends of a tubular component 1 made of Zircaloy a sleeve 2 made of stainless steel, in particular according to one of the methods listed below In a second work step that takes place on site is carried out, one brings dit by welding
Muffen 2 im Innern der Ringe 9 aus rostfreiem Stahl an, die fest mit dem Behälter 5 verbunden sind.Sleeves 2 inside the rings 9 made of stainless steel, which are firmly connected to the container 5.
in Fig. 1 sieht man, daß eine rohrförmige Hülse8 dicht und mechanisch widerstandsfähig mit der Wandung (welche mehrfach sein kann) des Behälters 5 und mit der Wand 10 (welche ebenfalls mehrfach sein kann) verschweißt ist, die die Betonschicht 7 von der Schicht leichten Wassers 6 trennt. Diese Hülse gewährleistet die Verbindung zwischen dem Äußeren der Schichten und dem Herzen 3, ist von ausreichender Größe, um den Durchtritt des Druckrohres 1, 2 zuzulassen und läuft auf einer Seite des Behälters in einen zylindrischen erweiterten Abschnitt S1 aus, in dessen Innerem der Ring 9 durch Schweißung befestigt ist. Dieser Ring enthält zwei zylindrische Abschnitte mit unterschiedlichen Außendurchmessern, wovon der eine, 9V dem Innern des Endes des erweiterten Abschnittes 8j dicht angepaßt werden kann und wovon der andere, 9a, einen Vorsprung hat, der frei in das Innere des erweiterten Abschnittes in der dem Herzen entgegengesetzten Richtung ragt.In Fig. 1 it can be seen that a tubular sleeve 8 is welded tightly and mechanically resistant to the wall (which can be multiple) of the container 5 and to the wall 10 (which can also be multiple) which light the concrete layer 7 from the layer Water 6 separates. This sleeve ensures the connection between the outside of the layers and the heart 3, is of sufficient size to allow the passage of the pressure tube 1, 2 and ends on one side of the container in a cylindrical widened section S 1 , inside the ring 9 is attached by welding. This ring contains two cylindrical sections with different outer diameters, the one 9 V of which the inside of the end of the extended portion can be 8j tightly fitted, and of which the other, 9 a, has a projection that freely into the interior of the expanded portion in in the opposite direction to the heart.
Die Hülse 8 und der Ring 9 (Stahl auf Stahl) sind längs einem Kreis 11, der in einer zur Rohrachse senkrechten Ebene liegt, stumpf verschweißt. Ebenso ist die Muffe 2 mit dem Abschnitt 9., des Ringes 9 (Stahl auf Stahl) in einfacher Weise längs einem Berühriingskreis 12 stumpf verschweißt. Dieser Kreis 12 ist in der Tat sehr leicht für einen Schweißbrenner und andere Werkzeuge von dem Äußeren des Herzens her quer durch die Hülse 8 zugänglich.The sleeve 8 and the ring 9 (steel on steel) are along a circle 11 which is in one to the pipe axis vertical plane, butt-welded. The sleeve 2 with the section 9, the ring 9 (Steel on steel) in a simple manner along a contact circle 12 butt welded. This circle 12 is in fact very easy for a welding torch and other tools accessible across the sleeve 8 from the outside of the heart.
Wie bereits oben erwähnt, werden die dichten Verbindungen zwischen den Mittelteilen 1 aus Zircaloy jedes Druckrohres und seinen Endmuffen 2 aus rostfreiem Stahl in einer Werkstatt oder einem Laboratorium hergestellt.As already mentioned above, the tight connections between the middle parts 1 are made of Zircaloy each pressure pipe and its end sleeves 2 made of stainless steel in a workshop or a laboratory manufactured.
Um Schwierigkeiten hinsichtlich des Platzbedarfs aus dem Wege zu gehen, befestigt man die Muffen nicht unmittelbar an den gesamten mittleren Teilen 1, sondern auf kuzenr Kragen I1 aus Zircaloy und verbindet dann die Anordnung Hülse—Kragen mit den weiteren Abschnitten I2 der mittleren Teile. Diese Verbindungen (Zircaloy auf Zircaloy) können leicht in der Werkstatt durch Schweißung hergestellt werden, wie bei 13 in Fi g. 1 gezeigt, beispielsweise mit einem Schweißbogen unter Argonatmosphäre oder durch Elektronenbeschuß.In order to avoid difficulties with regard to the space requirement, the sleeves are not attached directly to the entire middle parts 1, but rather on short collars I 1 made of Zircaloy and then the sleeve-collar arrangement is connected to the other sections I 2 of the middle parts. These connections (Zircaloy to Zircaloy) can easily be made in the workshop by welding, as at 13 in FIG. 1, for example with a welding arc under an argon atmosphere or by electron bombardment.
Hinsichtlich der dichten Befestigung einer Muffe 2 (rostfreier Stahl) auf einem Kragen I1 (Zircaloy) hat man die Wahl zwischen einer großen Anzahl unterschiedlicher Verfahren in Anbetracht dessen, daß man in der Werkstatt Teile relativ geringer Abmessungen bearbeitet.With regard to the tight fastening of a sleeve 2 (stainless steel) on a collar I 1 (Zircaloy), there is a choice between a large number of different methods in view of the fact that parts of relatively small dimensions are machined in the workshop.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Befestigung stellt man hierzu eine Verschraubung her, nachdem man jeweils an jedem der Teile I1 und 2, die miteinander verbunden werden sollen, Gewinde vorgesehen hat, und vervollständigt die Dichtheit am Ende der Verschraubung.In a first embodiment of this fastening, a screw connection is made for this purpose after threading has been provided on each of the parts I 1 and 2 which are to be connected to one another, and the tightness is completed at the end of the screw connection.
In einer ersten Abwandlung dieses Verfahrens gibt man dem Gewinde das Profil, das bei 14 in F i g. 3 (in halbem axialem Schnitt) gezeigt ist; die Form dieses Profils ist im wesentlichen kegelstumpfförmig, und jedes Gewinde ist an seinem einen Ende abgestumpft und hat an seinem anderen Ende Ausnehmungen geringer Tiefe, die dicht mit den abgestumpften Enden des anderen Gewindes zusammenwirken. Dieses Profil gestattet es, gleichzeitig eine gute mechanische Widerstandsfähigkeit der Verbindung und einen sehr geringen Platzbedarf in Querrichtung zu erzielen.In a first modification of this method, the thread is given the profile shown at 14 in FIG. 3 is shown (in half axial section); the shape of this profile is essentially frustoconical, and each thread is truncated at one end and recessed at the other end shallow depths that closely cooperate with the truncated ends of the other thread. This profile allows a good mechanical resistance of the connection at the same time and to achieve a very small space requirement in the transverse direction.
Die innere Dichtigkeit auf der Seite mit hohem Druck wird einesteils durch axiales Zusammendrücken eines metallischen Ringes 15 (beispielsweise aus ausgeglühtem Kupfer oder aus Messing) und zum anderen durch radiales Verspannen zweier sich (bei 16) berührender zylindrischer Flächen erhalten,The internal tightness on the side with high pressure is partly due to axial compression a metallic ring 15 (for example made of annealed copper or brass) and on the other hand, obtained by radial bracing of two (at 16) touching cylindrical surfaces,
ίο wobei die Verspannung von einer Deformation in radialer Richtung um einige zehntel Millimeter (Verspannung durch strammes Einsetzen) herrührt.ίο where the tension from a deformation in radial direction by a few tenths of a millimeter (tension due to tight insertion).
Die äußere Dichtigkeit auf der Seite mit niederem Druck hat vornehmlich die Aufgabe, die Korrosionsgefahr durch Infiltration (infolge von Rissen) zu vermeiden; sie wird durch ein axiales Widerlager mit ebenen, querverlaufenden Flächen (bei 17) am Ende der Verschraubung und/oder durch eine Verspannung infolge strammen Einsetzens in der oben aufgezeigten Weise zwischen zwei (bei 18) sich berührenden zylindrischen Flächen erhalten.The main task of external tightness on the side with low pressure is to reduce the risk of corrosion to be avoided by infiltration (as a result of cracks); it is supported by an axial abutment flat, transverse surfaces (at 17) at the end of the screw connection and / or by bracing as a result of tight insertion in the manner shown above between two (at 18) touching cylindrical Preserve areas.
Der Querschnitt des Gewindes hat vorzugsweise die Form eines gleichschenkligen Trapezes mit abgerundeten Ecken.The cross section of the thread preferably has the shape of an isosceles trapezoid with rounded ones Corners.
Bei einer bewährten Ausführungsform betrug der äußere Durchmesser des Druckrohres 100 mm, die Wandstärke 5 mm, und die in axialer Richtung verlaufenden zylindrischen Flächen waren glatt; die abgestumpften Enden des Gewindes und der eigentliehe Abschnitt des Gewindes waren jeweils 6, 12 und 18 mm, und der axiale Querschnitt des Ringes 15 wies ein Quadrat von 1 mm seitlicher Länge auf; der Winkel maß an der höchsten Stelle des Gewindes 15°, seine Tiefe 1,5 mm in dem normalen Abschnitt und 0,8 mm an den abgestumpften Enden; die Muffe 2 bestand aus rostfreiem Stahl 18/8.In a proven embodiment, the outer diameter of the pressure pipe was 100 mm, which Wall thickness 5 mm, and the cylindrical surfaces running in the axial direction were smooth; the jaded Ends of the thread and the actual portion of the thread were 6, 12, respectively and 18 mm, and the axial cross-section of the ring 15 had a square of 1 mm lateral length; the angle measured 15 ° at the highest point of the thread, its depth 1.5 mm in the normal section and 0.8 mm at the blunted ends; the sleeve 2 was made of 18/8 stainless steel.
In einer zweiten Abwandlung dieses Verschraubungsverfahrens wurde dem Gewinde das bei 19 in der F i g. 4 gezeigte Profil gegeben, das im wesentliehen eine zylindrische Form hat; jedes Gewinde ist an einem Ende in Gestalt einer konischen Fläche abgestumpft und hat an seinem anderen Ende Ausnehmungen abnehmender Tiefe, die dicht mit den abgestumpften Enden des anderen Gewindes zusammenwirken. In a second modification of this screwing process the thread at 19 in FIG. 4 given the profile shown essentially has a cylindrical shape; each thread is in the shape of a conical surface at one end truncated and has at its other end recesses of decreasing depth, which are tight with the cooperate blunt ends of the other thread.
An jedem der Teile 1 und 2 ist ein zylindrischer Vorsprung 20 von einigen zehntein Millimeter Dicke vorgesehen, demgegenüber eine entsprechend vorbereitete Fläche des anderen Stückes am Ende der Verschraubung dicht anliegen kann.On each of the parts 1 and 2 there is a cylindrical projection 20 several tens of one millimeter thick provided, in contrast, a correspondingly prepared surface of the other piece at the end of the Screw connection can be tight.
Die Dichtigkeit wird am Ende der Verschraubung erzeugt:The tightness is created at the end of the screw connection:
durch axialen Anschlag der ebenen Flächen 21 und durch Ringsumverschweißung jedes Vor-Sprunges 20 mit der hierfür vorbereiteten Fläche mit Hilfe von Ultrasehall.by axial stop of the flat surfaces 21 and by welding each pre-jump all around 20 with the surface prepared for this with the help of Ultrasehall.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel stelltAccording to a second embodiment, provides
man die Verbindung Muffe—Kragen wie folgt her:the socket-collar connection is made as follows:
Man ordnet dicht ein rohrformiges Element 22 (F i g. 5) aus Zircaloy in einem anderen rohrförmigen Element 23 aus rostfreiem Stahl an. Das Ganze umgibt man mit einer Hülle 24 aus weichem Stahl, die beispielsweise unter Vakuum durch Elektronenbeschuß geschweißt wird, um so jede unerwünschte Oxydation während der folgenden Aufheizung zu vermeiden.A tubular element 22 (FIG. 5) made of Zircaloy is placed tightly in another tubular element Element 23 made of stainless steel. The whole thing is surrounded by a sleeve 24 made of soft steel, the is welded for example under vacuum by electron bombardment, so any undesirable To avoid oxidation during the subsequent heating.
Anschließend schiebt man das Gebilde auf einen Dorn 25 von zunehmendem Querschnitt, heizt aufThe structure is then pushed onto a mandrel 25 of increasing cross-section and heated
eine Temperatur zwischen 850 und 900° C auf und drückt das Gebilde in Richtung auf den größten Abschnitt des Domes mit Hilfe eines Stößels 26. Diese größte Stelle befindet sich quer zu einer inneren Oberfläche des Drehkörpers 27, mit dem der Querschnitt dieser Verbindung bestimmt wird.a temperature between 850 and 900 ° C and pushes the structure in the direction of the largest section of the dome with the help of a pestle 26. This largest point is located transversely to an inner one Surface of the rotating body 27, with which the cross section of this connection is determined.
In dieser Verbindung, die in strichpunktierten Linien bei 28 gezeigt ist, sind die beiden rohrförmigen Ausgangselemente innig miteinander verbunden. An dem einen seiner axialen Enden entfernt man innen das Zircaloy und an seinem anderen Ende außen den Stahl, was zu der genannten Verbindung mit einem Ende aus Zircaloy nach Art des oben beschriebenen Kragens I1 und einem Ende aus rostfreiem Stahl nach Art der Muffe 2 führt.In this connection, which is shown in dash-dotted lines at 28, the two tubular output elements are intimately connected to one another. The Zircaloy is removed from the inside at one of its axial ends and the steel from the outside at its other end, which results in the aforementioned connection with one end made of Zircaloy in the manner of the collar I 1 described above and one end made of stainless steel in the manner of the sleeve 2 .
Bei einer bewährten Verbindung vom zuletzt beschriebenen Typ hatte zu Beginn das aus Zircaloy bestehende Bauteil einen inneren Durchmesser von 24 mm und einen äußeren Durchmesser von 44 mm, das zweite aus rostfreiem Stahl bestehende rohrförmige Bauteil einen inneren Durchmesser von 44 mm und einen äußeren Durchmesser von 58 mm, während die fertige Verbindung einen äußeren Durchmesser von 100 mm hatte und die Stärke jedes Elementes auf 3 mm reduziert war.In the case of a proven connection of the type described last, the one from Zircaloy existing component has an inner diameter of 24 mm and an outer diameter of 44 mm, the second tubular member made of stainless steel has an inner diameter of 44 mm and an outer diameter of 58 mm, while the finished joint has an outer diameter of 100 mm and the thickness of each element was reduced to 3 mm.
Nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Verbindung Muffe—Kragen wird ein Hartlötverfahren verwendet, wobei man zwischen zwei rohrförmigen Elementen, deren inneres, 29, aus Zircaloy und dereji äußeres, 30, aus rostfreiem Stahl besteht, eine Zwischenschicht für die Verschmelzung vorsieht (Fig. 6).According to a third exemplary embodiment of the socket-collar connection, a brazing process is used used, being between two tubular elements, the inner one, 29, made of Zircaloy and dereji outer, 30, made of stainless steel, one Provides intermediate layer for the fusion (Fig. 6).
Zu disem Zweck fügt man das erste dieser Bauteile dicht in das andere ein und bringt in diese Anordnung einen zylindrischen Dorn 31, der aus einem Material besteht, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der größer ist als der von Zircaloy.For this purpose, the first of these components is inserted tightly into the other and brought into it Arrangement a cylindrical mandrel 31, which consists of a material that has a coefficient of thermal expansion which is larger than that of Zircaloy.
Anschließend wird das Ganze auf 1000° C unter Vakuum oder einer Schutzatmosphäre (Helium oder Argon) erhitzt, wodurch das Element 29 gegenüber dem Element 30 unter Druck verspannt wird, wobei eine intermetallische Verschmelzung zwischen den sich berührenden Flächen hervorgerufen wird.Then the whole thing is heated to 1000 ° C under vacuum or a protective atmosphere (helium or Argon), whereby the element 29 is braced against the element 30 under pressure, wherein an intermetallic fusion is caused between the touching surfaces.
Ein solcher Dorn kann aus rostfreiem Stahl bestehen oder noch besser aus einer Legierung, die 65,3 % Eisen, 25% Aluminium und 9,7 % Chrom enthält; der thermische Ausdehnungskoeffizient dieser Legierung bleibt zwischen 0 und 1020° C konstant auf 40 · 10~6; im Vergleich hierzu besitzt Zircaloy einen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 6 · 10"6 und rostfreier Stahl einen solchen von etwa 18 · 10-«.Such a mandrel can be made of stainless steel or, even better, an alloy containing 65.3% iron, 25% aluminum and 9.7% chromium; the thermal expansion coefficient of this alloy remains constant between 0 and 1020 ° C at 40 · 10 ~ 6 ; In comparison, Zircaloy has a coefficient of expansion of about 6 x 10 " 6 and stainless steel about 18 x 10-".
Es kann zweckmäßig sein, das äußere Element 30 mit einem Futter geringer Dehnbarkeit zu umgeben, um die erstrebte Verschmelzung zu unterstützen; jedoch kann dieses Futter auch denselben Ausdehnungskoeffizienten wie das Element 30 besitzen, um so die Verformung unter Kontrolle zu halten.It may be useful to surround the outer element 30 with a liner of low extensibility, to support the desired merger; however, this lining can also have the same coefficient of expansion as the element 30, so as to keep the deformation under control.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel befestigt man die Muffe auf dem Kragen durch Einpassen unter Wärme usw.According to a further embodiment, the sleeve is attached to the collar by fitting under heat etc.
Um die Dichtigkeit der Verbindungen, die nach dem einen oder anderen der obigen Verfahren gewonnen werden, zu erhöhen, kann es von Interesse sein, entlang mindestens einer der Linien, die die Enden der Verbindung begrenzen, eine haftende Metallschicht anzubringen, insbesondere indem man auf diese Linien metallische Partikeln mit Hilfe eines »Plasmastrahles« bei sehr hoher Temperatur (15 000° C) aufträgt.To the tightness of the joints obtained by one or another of the above methods be, to increase, it may be of interest along at least one of the lines that make up the Limit the ends of the connection to attach an adhesive metal layer, in particular by on these lines metallic particles with the help of a "plasma jet" at a very high temperature (15,000 ° C) applies.
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