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Abnehmbarer Verschluß für Druckrohre von Kernreaktoren Die Erfindung
bezieht sich auf einen abnehmbaren Verschluß für Druckrohre von Kernreaktoren, bestehend
aus einem mit der Rohrwandung verriegelbaren Verschlußkopf, einem mit diesem verbundenen,
axial verschiebbaren Dichtungsteller sowie einem zwischen dem Dichtungsteller und
dem Verschlußkopf angeordneten Dichtungsring.
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Für die Verschlüsse von Behältern, insbesondere von Druckbehältem
für Atomreaktoren, sind bereits verschiedene Konstruktionen bekanntgeworden, z.
B. Schraubverschlüsse mit Konusdichtung, mit und ohne Federunterstätzung und mit
Bredtschneiderring, sowie auch Schraubverschlüsse mittels Mernbrandichtungen. Den
meisten dieser Verschlüsse ist gemeinsam, daß zum öffnen eine Schraubbewegung mit
mehreren Umdrehungen erforderlich ist, was insbesondere bei verhältnismäßig schwer
zugänglichen Öffnungen unangenehm sein kann. Es sind außerdem Verschlüsse bekanntgeworden,
bei denen der Verschlußkopf mit der Behälterwand verriegelbar und unter Zwischenlage
eines Dichtungsringes ein innerer Dichtungsteller durch einstellbare Schrauben mit
diesem verbunden ist.
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Bei der erstgenannten Verschlußart wirkt der Gefäßinnendruck der Dichtungsfeder
entgegen, so daß der Dichtungsdruck verringert wird. Hinzu kommt, daß diese Verschlüsse
oftmals starken thermischen Beanspruchungen ausgesetzt sind und dadurch unter Umständen
verhältnismäßig leicht undicht werden können.
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. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile
zu beseitigen. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt dadurch, daß der topfförmige, nach
der Bedienungsseitehin offene Dichtungsteller in seinem Inneren eine ihn im abdichtenden
Sinne nach außen - in Richtung des Innendruckes des Rohres -drückende
Feder enthält, die sich an einem zentralen, rohrförmigen, mit einem unteren Flanschring
versehenen, in den Innenraum des topfförmigen Dichtungstellers hineinragenden Bolzen
abstützt und daß im Innern dieses Bolzens ein Stempel gleitend gelagert ist, der
mit seinem einen Ende im Dichtungsteller anliegt und mit seinem anderen Ende, daß
mit Ansatzflächen für ein Bedienungswerkzeug versehen ist, aus dem Verschlußkopf
vorsteht. Diese Ausbildung ermöglicht neben einem Ausgleich von Temperaturspannungen,
daß der Anpreßdruck beim Schließen des Verschlusses genau definiert, also die Flächenpressung
des Dichtungsringes in Grenzen gehalten ist.
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Die in den F i g. 1 bis 8 dargestellten Konstruktionsbeispiele
dienen der näheren Erläuterung der Erfindung. F i g. 1 stellt einen scheinatisierten
Querschnitt durch einen Druckröhrenreaktor dar und zeigt am Ende der einen gezeichneten
Druckröhre den erfindungsgemäßen Federverschluß. Darin ist der eigentliche Verschlußkopf
mit 21, die Rohrwandung (oberer Teil des Druckrohres) mit 2, das Druckrohr mit
30, die darin befindlichen Brennelemente mit 31,
die ober- und unterhalb
dieser Brennelemente befindlichen Füll- und Abschirmpfropfen mit 32 und der
Bezirk des eigentlichen Reaktorkernes (gestrichelt) mit 33 bezeichnet. Ober-
und unterhalb der angedeuteten Druckbehälterwandung 35 ist das Druckrohr
an den Primärkreislauf 34 des Reaktors angeschlossen. F i g. 2 stellt einen
Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Federverschlusses
dar. F i g. 3 zeigt eine Draufsicht desselben, während F i g. 4 den
unteren Teil des Betätigungswerkzeuges 20 kurz vor der Einrastung in den Verschlußkopf
21 zeigt. F i g. 5 stellt eine mögliche Ausführungsform des Betätigungswerkzeuges
mit zwei Antriebsvarianten dar. F i g. 6 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel
des Federverschlusses mit einer etwas anderen Betätigungsweise.
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Allen möglichen Ausführungsbeispielen eines derartigen erfindungsgemäßen
Federverschlusses ist gemeinsam, daß der durch Federkraft aufgebrachte Dichtungsdruck
in der gleichen Richtung von innen nach außen an der Dichtungsstelle angreift. Durch
die elastische Gestaltung der Dichtverbindung wird erreicht, daß auch bei auftretenden
thermischen Spannungen stets praktisch der gleiche Dichtungsdruck und damit auch
eine einwandfreie Abdichtung des Behälters gewährleistet ist.
Ein
weiterer Vorteil dieser Verschlußart ergibt sich daraus, daß der durch die Betätigungseinrichtung
gespannte Verschlußkopf 21 leicht und praktisch ohne Gegenkraft üi die Rohröffnung
eingesetzt bzw. herausgenommen werden kann. Aus diesem Grunde ist die neue Verschlußart
insbesondere zur Fernbetätigung geeignet.
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Nach F i g. 2 wird die Abdichtung mit der Rohrwandung 2 durch
den topfförmigen Dichtungsteller 3
über den Dichtungsring 1 hergestellt.
Der Dichtungsdruck wird dabei von der Feder 5, die sich an einem einstellbaren,
rohrförmigen Bolzen 6 abstützt, erzeugt und kann in der Größenordnung von
einigen Tonnen liegen.
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Der rohrförmige Bolzen 6 stützt sich über die Bajonettmutter
19 gegenüber dem Schulterteller 8
ab, der wiederum auf einer Schulter
des Behälterteiles 2 aufliegt. Im Innern des rohrförmigen Bolzens 6 befindet
sich ein zylindrischer Stempel 14, der an seinem oberen Ende eine mit vertikalen
seitlichen Schlitzen versehene Verstärkung aufweist. Die Schlitze haben den Zweck,
mit einem Einstellschlüssel die Stirnseite des Bolzens 6 zu erreichen, die
in ähnlicher Weise mit Schlitzen zur Aufnahme des Einstellschlüssels versehen ist.
Mit Hilfe dieses Schlüssels wird die Eintauchtiefe des Rohrbolzens 6 und
damit der durch die Feder 5 aufgebrachte Dichtungsdruck eingestellt.
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Zur Befestigung des ganzen Verschlußkopfes gegenüber der Rohrwandung
2 dient das Teil 9, das bajonettartig in die Stollen 10 derselben
eingreift.
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F i g. 3 zeigt eine Draufsicht dieses Verschlusses, in der
insbesondere der bereits genannte Stollen 10
an der Rohrwandung und ein weiterer
Stollen 11 am Bajonetteil 9 ersichtlich ist, der mit Teil
13 der Verschlußeinrichtung (s. F i g. 3 und 4) in Eingriff kommt.
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Die Wirkungsweise des Verschlusses ist folgende: Entsprechend der
linken Hälfte der F i g. 2 drückt die Feder 5 den topfförmigen Dichtungsteller
3 gegen den Dichtungsring 1, der sich wiederum gegen die Wandung 2
abstützt. Durch Überdruck innerhalb des Rohres wird dieser Dichtungsdruck noch verstärkt.
Temperaturdehnungen werden durch die Feder. ausgeglichen. Zum öffnen des Verschlusses
fährt das Bedienungswerkzeug von oben ein und drückt mit dem Dorn 15 den
Stempel 14 nach unten. Dadurch wird, wie die rechte Hälfte der F i g. 2 zeigt,
der topfförmige Dichtungsteller nach unten gedrückt und damit der Dichtungsdruck
am Dichtungsring 1 aufgehoben. Durch eine Drehung des Betätigungswerkzeuges
um etwa 90' rastet die Halteklaue 13 am bajonettartigen Stollen
11 des Teiles 9 ein, so daß damit der Druck von dem Stempel 14 weggenommen
werden kann. Durch eine weitere Drehung des Betätigungswerkzeuges wird das bajonettartige
Teil 9 mitgenommen, so daß sich damit die Verriegelung mit den Stollen an
der Rohrwandung löst und der gesamte Verschlußkopf einschließlich Dichtungsring
und Dichtungsteller mit Hilfe des Betätigungswerkzeuges aus der Rohröffnung herausgenommen
werden kann. Der Schulterteller 8 dient dabei als Widerlager für die Feder
5 und damit zur Druckentlastung der bajonettartigen Verriegelung, so daß
zur öffnung des Rohres lediglich Reibungskräfte überwunden werden müssen.
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Zum Einsetzen des Verschlusses verläuft der Vorgang umgekehrt. Der
Verschluß hängt wie beschrieben am Betätigungswerkzeug und wird mit diesem eingefangen
bis sich der Schulterteller 8 auf die entsprechend ausgebildete Rohrwand
abstützt. Alsdann wird das Betätigungswerkzeug 12 in umgekehrter Richtung
gedreht, bis das Teil 9 mit dem bajonettartigen Stollen 10 des Rohres
in Eingriff kommt. Damit ist der Verschluß mit der Rohrwand 2 verriegelt, eine weitere
Drehung des Bedienungswerkzeuges in der gleichen Richtung bringt die Halteklaue
13 außer Eingriff mit dem Stollen 11. Durch Zurückfahren des Bedienungswerkzeuges
kommt nunmehr die Feder 5 wieder zur Wirkung und drückt den topfförmigen
Dichtungsteller gegen den Dichtungsring 1, so daß damit die Abdichtung der
Öff-
nung wieder bewerkstelligt ist.
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F i g. 4 und 5 zeigen das Betätigungswerkzeug, das wie
bereits erwähnt, fernbedient sein kann. Es enthält zur Aufbringung des Druckes für
den Dorn 15
gemäß F i g. 5 beispielsweise einen hydraulischen Mechanismus
mit dem Kolben 17 oder mit dem Kola ben -16, die über entsprechende
Schubstangen oder Hebel den Druck auf das Teil 15 übertragen, das den Stempel
zur Spannung der Feder 5 und zur Lösung der Dichtung in den Verschlußkopf
hineindrückt.
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Zur Drehung des Betätigungswerkzeuges 20 mit der Befestigungsklaue
13 können z. B. Zahnstangen 18 dienen, die in- eine entsprechende
Verzahnung des leicht drehbar gelagerten Teiles 12, an dessen unterem Ende die Halteklaue
13 befestigt ist, einm greifen.
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Je nach den zur Verfügung. stehenden Platzverhältnissen können auch
andere an sich bekannte Vorrichtungen für die Erzeugung des öffnungsdruckes auf
den Dom 15 und der Drehbewegung für die Lösung des Verschlusses Verwendung
finden.
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Die weiträumige axiale Bewegung des Bedienungswerkzeuges 20 kann mit
üblichen Mitteln, wie Spindeln, Schubstangen, Gelenkarmen usw. durchgeführt werden.
Selbstverständlich muß für diese Bewegung in der Endstellung, also vor dem Einsetzen
des Drukkes auf den Stempel 14, eine vertikale Arretierung zur Aufnahme des Gegendruckes
vorgesehen sein-Es ist darauf hinzuweisen, daß bei Betätigung des Verschlusses die
vertikalen Bewegungen des topfförmigen Dichtungstellers 3 wesentlich kleiner
sein können als es in der Zeichnung dargestellt ist, da es lediglich notwendig ist,
die elastischen Verformungen des normalerweise metallischen Dichtungstinges
1
wieder freizu-eben.
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Die F i g. 6 zeigt eine abgewandelte Art des Federverschlusses.
Hierbei wird von dem Betätigungswerkzeug kein wesentlicher Druck auf den hier schraubbaren
Stempel 14 ausgeübt, vielmehr greift das Betätigungswerkzeug an der Schlüsselfläche
7 dieses Stempels an und spannt die Feder 5 durch eine Drehung dieses
Stempels, der sich dadurch in den rohrförmigen Bolzen 6 hineinschraubt und
den Dichtungsdruck aufhebt.
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Für diesen Fall ist dann das Betätigungswerkzeug mit zwei konzentrischen
Einrichtungen versehen, von denen die eine die Lösung des bajonettartigen Verschlusses
zwischen Teil 2 und Teil 21 und die andere die Schraubbewegung des Stempels 14 bewirken.
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F i g. 7 zeigt eine Draufsicht auf diesen Verschluß und F i
g. 8 einen Umfangsquerschnitt entlang der strichpunktierten Linie
A -B in F i g. 7. In dieser Verschlußausführung sind
zusätzlich kreisförmig gebogene
Blattfedern 23 eingesetzt,
die sich in dem Zwischenraum zwischen den Zahnteilen des Verschlußkopfes 21 in der
Bajonettnute der Rohrwandung2 befinden. Außerdem sind besonders aus Fig.7 und
8 zwei Anschlagteile 24 ersichtlich, die eine überdrehung des Bajonettverschlusses
verhindern. Aus fertigungstechnischen Gründen werden diese nachträglich eingesetzt
und z. B. durch Stifte 22 fixiert, sind also nicht aus dem Vollen herausgearbeitet.
Die Feder 23 liegt in der Einführungsstellung des Verschlußkopfes an der
Unterseite der Bajonettnute auf und steigt in Drehrichtung des Verschlußkopfes an.
Ihre Spannung ist so groß, daß sie das Gewicht des Verschlusses und der daran hängenden
Teile tragen kann. Der Zweck dieser zusätzlichen Feder ist folgender: Die Bajonettzähne
des Verschlußkopfes 21 müssen etwas axiales Spiel in der Nut der Rohrwandung 21
haben. Dies führt ohne die genannten Federn dazu, daß der Verschlußkopf 21 beim
Einsetzen auf den unteren Nutrand aufsitzt und in dieser Stellung verriegelt wird.
Beginnt nunmehr der Innendruck zu wirken, so hebt sich der ganze Verschluß um das
vorgenannte Spiel, wobei der festgespannte Dichtungsring an der Wandung schleift
und unter Umständen Riefen bekommen kann, obwohl das Spiel nur wenige Zehntel Millimeter
beträgt. Dieser Nachteil wird durch die vorgenannte Feder beseitigt. In der Endlage
des Verschlußkopfes besitzt derselbe kein axiales Spiel in Richtung des Innendruckes
mehr, so daß beim Einsetzen desselben keine Bewegung des Verschlußkopfes mehr stattfinden
kann.
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Diese zusätzliche Feder kann auch in dem erstgenannten Ausführungsbeispiel
eingesetzt werden.