DE19816676C1 - Wasserkanal für ein Siedewasserreaktor-Brennelement, seine Herstellung und entsprechendes Brennelement - Google Patents

Abstract

Der Wasserkanal besteht im wesentlichen aus einem nahtlosen Rohr (14), das - insbesondere durch hydraulische Aufweitung in einer Form - längere Abschnitte (12) mit quadratischem Querschnitt und an den Positionen von Abstandhaltern (4) und/oder Endstopfen Einschnürungen (13) mit rundem Querschnitt aufweist. Auf den Einschnürungen sind die Abstandhalter (4) und Anschläge (9) für die Abstandhalter relativ zueinander drehbar. Dadurch wird sowohl die Herstellung des Wasserkanals als auch die Montage und Halterung der Abstandhalter erleichtert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wasserkanal eines Siedewasser- Brennelements mit Sicherungselementen zur axialen Fixierung von Abstandhaltern sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wasserkanals und ein entsprechendes Brennelement.

Fig. 1 zeigt ein Brennelement eines Siedewasser-Reaktors mit Abstandhaltern 4 gemäß dem Stand der Technik. Ein Wasserkanal 1 bildet die tragende Struktur eines Skeletts, bestehend aus dem Wasserkanal 1 und Abstandhaltern 4, in das Brennstäbe 3 ein­ geführt und von den Abstandhaltern 4 in ihrer Position gehal­ ten werden. Der Wasserkanal 1 ist zwischen einer unteren Bo­ denplatte 11 und einer Deckplatte 10 gehalten, wobei die Bo­ denplatte 11 ein (nicht dargestelltes) trichterförmiges Fuß­ teil nach oben abschließt. Deckplatte und Bodenplatte sind perforiert, um Kühlwasser (Moderator) durchtreten zu lassen. Der Wasserkanal 1 ist ein Vierkantrohr quadratischen Quer­ schnitts, welches z. B. aus zwei u-förmigen Halbschalen, die durch Längsnahtschweißen zum Vierkantrohr verbunden werden, zusammengesetzt sein kann. An den beiden Enden des Vierkant­ rohres sind Endstopfen 2a, 2b angeschweißt, die an einem En­ de einen dem Vierkantrohr 1 entsprechenden, quadratischen Querschnitt und an einem anderen Ende einen kreis­ förmigen, kleineren Querschnitt aufweisen. Der obere Endstopfen 2a be­ sitzt Austrittsöffnungen 6, aus denen das Wasser-Dampfgemisch aus dem Inneren des Wasserkanals austreten kann. Dem oberen Endstopfen 2a ist eine Feder 7 zugeordnet, die den Wasserka­ nal 1 zwischen Bodenplatte 11 und Deckplatte 10 anfedert und die eine thermisch bedingte Längenausdehnung des Wasserkanals 1 ausgleichen kann.

Auf den Bereich des Wasserkanals 1 mit quadratischem Quer­ schnitt sind Abstandhalter 4 aufgezogen, die in ihrem Inne­ ren, im Bereich der Mitte, eine quadratische Öffnung 8 zur Aufnahme des Vierkantrohres 1 besitzen, wie das im Schnitt A- A in der Fig. 1 dargestellt ist. Die Dimension der quadrati­ schen Öffnung 8 der Abstandhalter 4 ist so gewählt, daß das Vierkantrohr des Wasserkanals 1 eine Rotation der Abstandhal­ ter um seine Längsachse verhindert.

Zur axialen Fixierung der Abstandhalter 4 sind auf dem äuße­ ren Umfang des Vierkantrohrs an den Positionen der Abstand­ halter beidseitig Anschläge 5 aufgeschweißt, die ein axiales Verschieben der Abstandhalter entlang der Längsachse des Was­ serkanals 1 über die Anschläge 5 hinaus verhindern.

Der Querschnitt des Wasserkanals 1 zwischen seinen Endstopfen 2a, 2b ist quadratisch gewählt, um eine homogene Neutronenmo­ derierung und eine günstige Strömungsverteilung im Brennstab­ bündel zu erreichen.

Wasserkanäle, die mit Anschlägen zur Fixierung der Abstand­ halter ausgestattet sind, können gefertigt werden, indem zu­ nächst die Abstandhalter 4 beispielsweise nacheinander auf das Vierkantrohr 1 aufgezogen und die zugehörigen An­ schläge auf dem äußeren Umfang des Vierkantrohres 1 aufge­ schweißt werden. Dazu kann z. B. ein Cu-Schweißdorn ins Innere des Vierkantrohres 1 eingeführt werden, weshalb die Endstop­ fen 2a, 2b bei diesem Arbeitsgang noch nicht beide an die En­ den des Vierkantrohres 1 angeschweißt sein können.

Das Vierkantrohr kann z. B. aus zwei Halbschalen bestehen, die durch zwei Längsschweißnähte über die gesamte Länge des Vier­ kantrohres verbunden werden. Eine solche Längsschweißung über die gesamte Länge des Vierkantrohres ist aufwendig und lang­ wierig. Ein weiterer Nachteil ergibt sich dadurch, daß einmal mit Anschlägen fixierte Abstandhalter nicht zerstörungsfrei demontiert werden können. Zusätzlich wird die axiale Last auf die Abstandhalter auf die relativ kleine Anlagefläche der An­ schläge 5 konzentriert und kann zu einer punktuellen, hohen Beanspruchung des Wasserkanals 1 und der Abstandhalter 4 füh­ ren.

Ein derartiger quadratischer Wasserkanal mit einem ange­ schweißten Endstopfen, der in einen zylindrischen Bolzen übergeht, an seinem oberen Ende ist in DE 93 14 347 U1 be­ schrieben. Andere Ausführungen haben einen angeschweißten Endstopfen, der sich von einem quadratischen Querschnitt trichterförmig auf einen runden Austrittsquerschnitt verjüngt (US 5,247,552) oder als perforierte Platte mit aufgesetztem Bolzen den quadratischen Wasserkanal abschließt (EP 0307705 A1).

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen Wasserka­ nal für ein Siedewasser-Brennelement anzugeben, der die Mon­ tage und axiale Fixierung von Abstandhaltern auf seinem äuße­ ren Umfang und die Demontage bzw. axiale Verschiebung von be­ reits fixierten Abstandhaltern erlaubt, der die axiale Bela­ stung des Wasserkanals und der Abstandhalter an den Anschlä­ gen verringert, und dessen baulicher Aufwand zur Erreichung dieser Vorteile ein Minimum ist. Ferner sollen ein Herstel­ lungsverfahren für einen solchen Wasserkanal und ein entsprechendes Brennelement angegeben wer­ den.

Die Aufgabe, einen Wasserkanal für Siedewasser-Brennelemente anzugeben, wird erfindungsgemäß mit einem Wasserkanal mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 10 gelöst. Ge­ eignete Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angege­ ben.

Der Wasserkanal besitzt also mindestens einen kürzeren und einen längeren Abschnitt, die sich in der Form ihres Quer­ schnitts oder der Größe ihrer Querschnittsfläche unterschei­ den. Dabei ist ein quadratischer Querschnitt der längeren Ab­ schnitte, die im wesentlichen die Eigenschaften des Wasser­ rohrs im Hinblick auf seine Wirkung im Brennelement bestim­ men, besonders vorteilhaft. Der längere Abschnitt oder sogar der ganze Wasserkanal (mit Ausnahme von Endstücken, an denen er mit den Endplatten verbunden ist) ist dabei von einem nahtlosen, einstückigen Rohr gebildet.

Nach einer Variante der Erfindung besitzt der kürzere Ab­ schnitt einen runden Querschnitt und geht nahtlos in den län­ geren Abschnitt über.

Der Wasserkanal besitzt insbesondere im Bereich von axialen Zwischenpositionen von Abstandhaltern kürzere Abschnitte, die Einschnürungen mit kleinerer Querschnittsfläche als die län­ geren Abschnitte mit quadratischem Querschnitt bilden.

Die Enden des Wasserkanals können vorteilhaft von kürzeren Abschnitten mit verkleinerter Querschnittsfläche, vorzugs­ weise kreisförmigen Querschnitts, gebildet werden.

An die Enden des Wasserkanals können Endstopfen angebracht werden, die Mittel zur Fixierung des Wasserkanals in der Deck­ platte und der Bodenplatte besitzen. Diese Endstopfen besit­ zen einen geringeren oder höchstens gleich großen Durchmes­ ser wie die längeren Abschnitte des Wasserkanals mit quadra­ tischem Querschnitt. Solche Endstopfen können am einen Ende einen Bolzen aufweisen, der sich trichterförmig auf einem quadratischen Querschnitt am anderen Ende aufweiten kann und Durchtrittsöffnungen für das Wasser des Wasserrohrs trägt. Das quadratische Ende des Endstücks kann dann mit einem län­ geren Abschnitt des quadratischen, einstückigen Rohres ver­ schweißt sein.

Vorteilhaft erfolgt jedoch das Verschweißen des Bolzens mit dem quadratischen Teil des einstückigen Rohres, indem die En­ den des Wasserkanals bereits einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Dann kann der Endstopfen mit kreisförmigen Quer­ schnitt ausgeführt sein. Der Bolzen im unteren Endstopfen kann vorzugsweise einen hohlzylindrischen Querschnitt aufwei­ sen, während der Bolzen im oberen Endstopfen beispielsweise massiv ausgeführt sein kann und einen trichterförmigen Teil mit Durchtrittsöffnungen für das Austreten des Was­ ser-Dampfgemischs besitzt.

Der kreisförmige Querschnitt der Endstopfen bietet den Vor­ teil, daß die Endstopfen aus billigerem, rundem Vormaterial durch Drehen hergestellt werden können, anstatt durch Fräsbe­ arbeitung aus Vormaterial mit z. B. quadratischem Querschnitt, wie das bei Endstopfen mit quadratischem Stopfenansatz der Fall sein kann.

Im Hinblick auf den quadratischen Querschnitt der längeren Abschnitte des Wasserkanals besitzen die Abstandhalter im Be­ reich ihrer Mitte eine entsprechende quadratische Öffnung. Bei der Montage der Abstandhalter werden diese über den Was­ serkanal mit zugeordneten Endstopfen bis an ihre endgültige axiale Position verschoben.

An diesen Zwischenpositionen des Wasserkanals befinden sich die Einschnürungen mit kleinerer Querschnittsfläche, in die Anschlagmittel eingebracht werden können. Die Anschlagmittel verhindern eine axiale Verschiebung der Abstandhalter von ih­ rer axialen Position über die Position der Anschlagmittel hinaus.

Die Anschlagmittel sind Elemente, die den Wasserkanal an der Einschnürung mit kleiner Querschnittsfläche dicht umschließen und daher nicht axial über die Einschnürungen hinaus in die längeren Abschnitte mit größerer, quadratischer Querschnitts­ fläche verschoben werden können. Ein Abstandhalter kann durch zwei Anschlagmittel, die an Zwischenpositionen ober- und un­ terhalb seiner axialen Position angebracht sind, fixiert wer­ den.

Gemäß der Erfindung kann ein Abstandhalter vorteilhaft ein Fenster an wenigstens zwei gegenüberliegenden Seitenwänden der innersten, quadratischen Öffnung aufweisen, in die ein Anschlagmittel eingreifen kann, so daß eine axiale Bewegung über die Begrenzungen der Fenster hinaus verhindert wird.

Vorteilhaft können die Anschlagmittel teilbar, z. B. als teil­ bare Ringe, ausgeführt sein. Bei dieser Ausführungsform kön­ nen die Abstandhalter (und auch die Anschlagmittel, wenn die Ringe zerlegbar sind) später wieder zerstörungsfrei demon­ tiert werden.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführung mit kreisförmigen Einschnürungen zwischen quadratischen Abschnitten, wobei die kreisförmige Querschnittsfläche der quadratischen Quer­ schnittsfläche in der Projektion auf eine zur Längsachse des Wasserkanals senkrecht stehende Projektionsebene einbeschrie­ ben ist. Dadurch wird erreicht, daß z. B. ein Anschlagmittel um die Längsachse des Wasserkanals im Bereich der Einschnü­ rung gedreht werden kann.

Das Anschlagmittel kann beispielsweise als Ring ausgeführt sein, dessen Innendurchmesser dem Durchmesser der zylindri­ schen Einschnürung entspricht. Der Außendurchmesser kann so gewählt sein, daß ein Abstandhalter axial über das Anschlag­ mittel geschoben werden kann. Dazu kann der Außendurchmesser der zylindrischen Einschnürung auch kleiner als eine Seiten­ länge eines quadratischen Abschnitts des Wasserkanals sein, damit der Abstandhalter bei der axialen Verschiebung über die Einschnürung hinweg nicht vom Anschlagmittel behindert wird. An seinem äußeren Umfang trägt das Anschlagmittel beispiels­ weise vier Vorsprünge, die in einer ersten Relativlage zum Abstandhalter - in der Projektion auf eine zur Längsachse des Wasserkanals senkrecht stehende Projektionsebene - in den Ec­ ken des die zylindrische Einschnürung umschreibenden quadra­ tischen Querschnitts des Wasserkanals zu liegen kommen und nicht über das umschreibende Quadrat hinausreichen. Der Ab­ standhalter kann so über das Anschlagmittel axial verschoben werden.

Anschließend wird das Anschlagmittel z. B. um 45° um die Längsachse des Wasserkanals gedreht. In dieser zweiten Rela­ tivlage ragen die Vorsprünge des Anschlagmittels über die Seitenflächen der Abschnitte mit quadratischem Querschnitt hinaus und verhindern so, daß der Abstandhalter axial über die Position des Anschlagmittels verschoben werden kann. Der Abstandhalter kann dann auf den vier Vorsprüngen des An­ schlagmittels aufliegen, was einer Verbreiterung der Auflage­ fläche gegenüber der Fixierung mit nur zwei geschweißten An­ schlägen entspricht.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung be­ steht darin, daß die kürzeren Abschnitte, die jeweils eine Einschnürung mit kreisförmiger Querschnittsfläche tragen, ei­ ne der Höhe der Abstandhalter entsprechende Länge aufweisen. Die Abstandhalter können dann über die längeren Abschnitte mit quadratischem Querschnitt bis zu den Einschnürungen ge­ schoben und dort um die Längsachse des Wasserkanals gedreht werden. Auf dem Wasserkanal sind in den Bereichen mit quadratischem Querschnitt z. B. auf zwei gegenüberliegenden Seiten an den axialen Endpositionen der Abstandhalter An­ schläge angebracht. Die Abstandhalter weisen auf zwei gegen­ überliegenden Seiten ihrer im Bereich der Mitte angebrach­ ten, quadratischen Öffnungen Aussparungen auf, so daß die Ab­ standhalter in einer ersten Relativlage zu den Anschlägen axial über diese hinweg verschoben werden können. Im Bereich der Einschnürungen können die Abstandhalter um die Längsachse des Wasserkanals gedreht werden und in eine zweite Relativla­ ge zu den Anschlägen gebracht werden. Da nur an zwei gegen­ überliegenden Seiten der inneren, quadratischen Öffnung des Abstandhalters Aussparungen angebracht sind, können die Ab­ standhalter nun nicht axial über die Anschläge hinweg ver­ schoben werden.

Nach einer allgemeineren Variante der Erfindung kommt es hauptsächlich darauf an, daß die Abstandhalter an Zwischenpo­ sitionen des Wasserkanals gehalten werden, die eine geringere Querschnittsfläche aufweisen als die dazwischenliegenden, längeren Abschnitte, damit an diesen Zwischenpositionen Rin­ ge (z. B. teilbare Ringe) angebracht werden können, die ent­ sprechende Anschläge für die Abstandhalter tragen. Die axiale Beweglichkeit der Abstandhalter ist dabei durch die Anschläge an den Ringen und durch die längeren Abschnitte mit der auf­ geweiteten Querschnittsfläche begrenzt.

Eine solche Ausführung des Wasserkanals mit Anschlagmitteln besitzt den Vorteil, daß die Endstopfen des Wasserkanals an diesen bereits vor der Montage der Abstandhalter angefügt werden können. Der Wasserkanal mit Endstopfen wird somit ein Fertigteil, welches bei Bedarf mit den Abstandhaltern zum Skelett eines Brennelementes erweitert werden kann.

Anspruch 14 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines so gestalteten Wasserkanals. Weitere vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben. Dazu wird ein Rohr, insbesondere ein zylindrisches Rohr, in eine Form eingelegt und durch Innendruck verformt, wobei längere Abschnitte des Rohres durch den Innendruck auf eine größere, beispielsweise quadratische Querschnittsfläche aufgeweitet werden und kürzere Abschnitte des Rohres nicht oder nur ge­ ringfügig aufgeweitet werden. Die kürzeren Abschnitte weisen dann eine kleinere, beispielsweise kreisförmige Quer­ schnittsfläche als die längeren Abschnitte auf. Die Innenab­ messungen der Form entsprechen den gewünschten Endabmessungen des zum Wasserkanal aufgeweiteten Rohrstückes.

Das Rohr, welches durch Innendruckverformung aufgeweitet wird, kann derart zylindrisch ausgeführt sein, daß sein Au­ ßendurchmesser höchstens dem kleinsten Außendurchmesser des zum Wasserkanal aufgeweiteten Rohres entspricht. Die Wand­ stärke dieses Vorrohres ist dabei so gewählt, daß die durch Aufweitung entstehende, geringere Wandstärke der gewünschten Endwandstärke entspricht. Die Aufweitung des Rohrstückes in der Form kann als Kaltverformung erfolgen. Abschließend kann das aufgeweitete Rohr erwärmt und z. B. spannungsfrei geglüht werden.

Verfahrensgemäß kann der Verformungsprozeß auch in mehreren Schritten erfolgen, wobei das Rohr ein- oder mehrmalig er­ wärmt werden kann.

Vorteilhaft kann der Innendruck zur Aufweitung des Rohrstücks zum Wasserkanal hydraulisch erzeugt werden.

Dieses Herstellungsverfahren besitzt den Vorteil, daß der komplette Wasserkanal in einem Arbeitsschritt aus einem Stück hergestellt werden kann. Die Fertigungszeit zum Aufweiten des Rohrstückes liegt deutlich unter der Fertigungszeit zur Her­ stellung von eckigen Halbschalen und dem anschließenden Längsschweißen bei der üblichen Fertigungsmethode.

Durch Innendruckverformung können wesentlich höhere Genauig­ keiten als bei der Verschweißung von Halbschalen erzeugt wer­ den, und es entstehen keine zusätzlichen Prüf- oder Nachbear­ beitungskosten für Schweißnähte.

Schließlich ist das Rohrhalbzeug als Vormaterial billiger als das formgenaue Biegen von Halbschalen zur Herstellung des Wasserkanals.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispie­ len näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den bereits erläuterten Querschnitt durch ein Siedewas­ ser-Brennelement gemäß dem Stand der Technik und einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Wasserkanals mit ringförmigen Anschlagmitteln und Abstandhalter;

Fig. 3 eine Seitenansicht eines um 45° um seine Längsachse ge­ drehten Wasserkanals mit Anschlagmitteln;

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Wasserkanals mit in einen Ab­ standhalter eingreifendem Anschlagmittel;

Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 4 mit in ein Fenster eines Abstandhalters eingreifendem Anschlagmit­ tel;

Fig. 6 einen Grundriß eines Wasserkanals mit einer Ein­ schnürung;

Fig. 7 einen Schnitt durch eine Einschnürung eines Wasserka­ nals mit Abstandhaltern und um 45° gedrehten Anschlag­ mitteln;

Fig. 8 einen Schnitt durch eine Einschnürung eines Wasserka­ nals;

Fig. 9 eine Draufsicht auf ein Anschlagmittel;

Fig. 10 einen Schnitt durch eine Einschnürung mit verkleiner­ ter Querschnittsfläche eines Wasserkanals;

Fig. 11 einen Schnitt durch eine Einschnürung mit verkleiner­ ter Querschnittsfläche eines Wasserkanals mit An­ schlagmittel und Abstandhalter;

Fig. 12 einen Wasserkanal mit Anschlägen, verbreiterter Ein­ schnürung und einem Abstandhalter im Bereich der Ein­ schnürung;

Fig. 13 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 12;

Fig. 14 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 12 mit um 45° gedrehtem Abstandhalter;

Fig. 15 eine Draufsicht auf zwei Einzelteile eines teilbar ausgeführten Anschlagmittels;

Fig. 16 einen Schnitt durch zwei Einzelteile eines teilbaren Anschlagmittels;

Fig. 17 eine Draufsicht auf ein teilbares Anschlagmittel;

Fig. 18 einen Schnitt durch ein teilbares Anschlagmittel;

Fig. 19 einen Schnitt durch eine geöffnete Form zur Innen­ druckverformung eines Rohrstücks; und

Fig. 20 einen Schnitt durch eine geschlossene Form zur Innen­ druckverformung mit eingelegtem Rohrstück.

Gleichwirkende Teile sind in sämtlichen Figuren mit den sel­ ben Bezugszeichen versehen.

Das Verfahren, ein nahtloses Rohr an unterschiedlichen Rohr­ abschnitten unterschiedlich aufzuweiten, kann für den Wasser­ kanal eines Brennelements sowohl angewendet werden, um die Fertigung der Endstücke zu verbessern, als auch zu einer neu­ artigen und besser zu fertigenden Halterung der Abstandhalter zu gelangen, wobei insbesondere Schweißnähte wegfallen, die in Längsrichtung des Wasserkanals verlaufen.

Dies führt zu einem Brennelement mit einer Bodenplatte, einer Deckplatte, zwischen den Platten in den Maschen von Abstand­ haltern gehaltenen Brennstäben und einem zwischen den Brenn­ stäben angeordneten Wasserkanal mit Durchtrittsöffnungen an beiden Enden, wie es in Fig. 1 gezeigt ist und dem Stand der Technik entspricht, wobei der Wasserkanal mit einem unteren Endstück an der Bodenplatte und einem oberen Endstück an der Deckplatte gehalten, jedoch mindestens im Bereich eines End­ stücks und/oder eines Abstandhalters besonders ausgestaltet ist.

Gemäß einer ersten Variante der Erfindung ist aber mindestens bei einem der Endstücke 2a, 2b (Fig. 1) der Bolzen 6a über einen kürzeren Abschnitt des Wasserkanals mit einem nahtlosen, einstückigen Rohr verschweißt, das mindestens einen längeren Abschnitt mit quadratischem Querschnitt aufweist und minde­ stens einen Teil des Wasserkanals bildet.

Der kürzere Abschnitt bildet den Übergang vom quadratischen Querschnitt, der fast auf der ganzen Länge des Wasserkanals vorliegt, auf den Querschnitt des wesentlich dünneren Bolzens 6a und kann als Teil des jeweiligen Endstücks 2a bzw. 2b di­ rekt am quadratischen Rand des längeren Kanalabschnitts ange­ schweißt sein.

Vorteilhaft ist jedoch eine Ausführungsform mit einem trich­ terförmigen Endstück mit einem runden Querschnitt, bei dem der Wasserkanal anschließend von dem längeren Abschnitt mit dem quadratischen Querschnitt in den kürzeren Abschnitt übergeht, der mit dem Endstück verschweißt wird und bereits einen run­ den Querschnitt aufweist.

Nach einer alternativen Variante unterscheidet sich das gleiche Brennelement vom Stand der Technik in der Art, wie die Abstandhalter an Anschlagmitteln an Zwischenabschnitten des Wasserkanals zwischen den Endstüc­ ken gehalten sind. Gemäß der Erfindung enthält der Wasserka­ nal mindestens einen Zwischenabschnitt mit rundem Quer­ schnitt, der von einem Bereich eines nahtlosen, einstückigen Rohres gebildet wird, der zu beiden Seiten nahtlos in je ei­ nen längeren Abschnitt des Wasserkanals mit rechteckigem (insbesondere quadratischem) Querschnitt übergeht. Der Ab­ standhalter und die Anschlagmittel sind so ausgebildet, daß sie relativ zueinander drehbar sind; z. B. kann gemäß Fig. 2 der Abstandhalter 4 zwischen längeren Abschnitten 12 angeord­ net und dort auf dem runden, kürzeren Abschnitt gedreht wer­ den und/oder die Anschläge 9 sitzen auf einem entsprechend drehbaren Ring. Dabei ist die Geometrie so gewählt, daß der Abstandhalter 4 in einer ersten Relativlage auf dem Wasserka­ nal 1 über die Anschlagmittel 9 hinweg bis zu seiner axialen Endposition am Zwischenabschnitt geschoben werden kann und nach einer entsprechenden Drehung des Abstandhalters 4 oder der Anschlagmittel 9 zwischen diesen Anschlagmitteln 9 fi­ xiert ist.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht eines Wasserkanals 14 mit längeren Abschnitten 12 quadratischen Querschnitts, von denen jeweils nur eine Seitenfläche sichtbar ist, und kürzeren Ab­ schnitten mit Einschnürungen 13 mit kreisförmiger Quer­ schnittsfläche. Ein Ende des Wasserkanals 14 geht in einen Endstopfen 2 mit zylindrischer Querschnittsfläche über. Im Bereich der Einschnürungen 13 sind Anschlagmittel 9 ange­ bracht, welche die Einschnürungen 13 dicht umschließen.

Ein Abstandhalter 4, der beispielsweise federnd ausgeführte Distanzstücke 15 zur Zentrierung am Wasserkanal 14 aufweisen kann, wird durch die Anschlagmittel 9 im Bereich 12a zwischen zwei Einschnürungen 13 axial fixiert. Die Zwischenpositionen der Einschnürungen 13 können sich, wie hier beispielhaft darge­ stellt ist, derart oberhalb und unterhalb der Abstandhalter 4 befinden, daß der Abstandhalter 4 zwischen ihnen noch eine kleine axiale Verschiebung auf dem Wasserkanal 14 vollführen kann, um beispielsweise eine thermische Längenausdehnung von Brennstäben 3 auszugleichen. Während die Seitenansicht der Fig. 2 in Richtung der Pfeile B in Fig. 1 gezeigt ist, stellt Fig. 3 die Seitenansicht in Richtung der Pfeile C dar. In die­ ser Ansicht ragt der maximale, äußere Umfang des Anschlag­ mittels 9 in einer weiteren Relativposition nicht über den maximalen Durchmesser der längeren Abschnitte 12 mit quadra­ tischer Querschnittsfläche hinaus.

Fig. 4 macht deutlich, daß nach der Erfindung nur ein An­ schlagmittel 9 pro Abstandhalter 20 zur axialen Fixierung auf dem Wasserkanal 17 nötig ist. Der Abstandhalter 20 kann dazu beispielsweise eine innere quadratische Öffnung zur Aufnahme des Wasserkanals besitzen und an den vier Seitenwänden die­ ser quadratischen Öffnung Fenster 21 aufweisen, in die das Anschlagmittel 9 eingreifen kann.

Fig. 5 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Bereichs um das Anschlagmittel 9 aus Fig. 4. Der Ab­ standhalter 20 befindet sich an seiner axialen Position auf dem Wasserkanal 17 im Bereich der Einschnürung 19, welche ein Anschlagmittel 9 trägt. Die vier Seitenwände der innersten, quadratischen Öffnung des Abstandhalters 20 können je ein Fenster 21 besitzen, welches sich vorteilhaft an einer axia­ len Position zwischen den Distanzstücken 15 des Abstandhal­ ters 20 befindet.

In Fig. 5 ist die Endposition mit zwei der vier Seitenwände der innersten, quadratischen Öffnung des Abstand­ halters 20 im Schnittbild dargestellt. In das Fenster 21 kann das An­ schlagmittel 9 eingreifen, dessen maximaler, äußerer Umfang in dieser Relativlage zum Abstandhalter 20 in das Fenster 21 hineinragt und den Abstandhalter 20 so axial auf dem Wasser­ kanal 17 fixiert. Die Größe des Fensters 21 kann so gewählt werden, daß der mit dem Anschlagmittel 9 fixierte Abstandhal­ ter 20 eine kleine, axiale Bewegung relativ zum Wasserkanal 17 vollführen kann.

Fig. 6 zeigt den Grundriß des Wasserkanals 14 mit einer Ein­ schnürung entsprechend der Einschnürung 13 in den Fig. 2 und 3, die am Ende des Wasserkanals 14 auftritt und sich an den Zwischenabschnitten wiederholt. Hier ist die kreisförmige Querschnittsfläche 22 der Einschnürung praktisch der quadra­ tischen Querschnittsfläche 23 eines längeren Abschnitts 12 des Wasserkanals 14 einbeschrieben. Die Anschlagmittel sind z. B. als Ringe ausgebildet, die an den Einschnürungen der Zwischenabschnitte drehbar gelagert und in einer ersten Rela­ tivlage nicht über die quadratische Querschnittsfläche 23 hinausragen.

In Fig. 7 ist der Querschnitt durch die ringförmigen Anschlag­ mittel 9 bei einer Endlage (der "zweiten" Relativlage) ge­ zeigt, wobei Abschnitte des Anschlagmittels 9, die einen ma­ ximalen Durchmesser 24 bestimmen, über die Querschnittsfläche der innersten, quadratischen Öffnung 8 des Abstandhalters 4 hinausragen. Der Abstandhalter 4 kann nun nicht mehr axial über die Position des Anschlagmittels 9 hinaus verfahren wer­ den.

Fig. 8 zeigt jedoch die Relativlage während der Montage. Ge­ genüber Fig. 7 sind hierbei Anschlagmittel 9 und Abstandhalter 4 um 45° gegeneinander verdreht. Der Abstandhalter 4 kann al­ so über den Wasserkanal 14 und die Anschlagmittel 9 geschoben werden.

Fig. 9 beschreibt ein Anschlagmittel, welches einen Innendurch­ messer 26 aufweist, der dem Durchmesser der Einschnürung 13 mit kreisförmiger Querschnittsfläche 22 angepaßt ist und den zylindrischen Abschnitt der Einschnürung 13 dicht umschließen kann. Der äußere Umfang 29 des Anschlagmittels 9 weist Ab­ schnitte mit einem erweiterten bzw. maximalen Durchmesser 27 und Abschnitte mit vermindertem, bzw. minimalem Durchmesser 28 auf. Das Anschlagmittel kann mit Hilfe eines Sicherungse­ lements 30, z. B. mit einem Sicherungsbolzen, gegen unbeabsichtig­ tes Verdrehen gesichert werden.

Die Lage der Abschnitte mit maximalem Durchmesser 27 ist so gewählt, daß sie in einer ersten Relativlage zum Wasserkanal 14 - in der Projektion auf eine zur Längsachse des Wasserka­ nals 14 senkrecht stehende Projektionsebene - im Bereich der Ecken der quadratischen Querschnittsfläche 23 der längeren Abschnitte 12 des Wasserkanals zu liegen kommen.

Die Abschnitte mit minimalem Durchmesser 28 kommen in dieser ersten Relativlage in einen Bereich zwischen Distanzstücken 15 eines zugeordneten Abstandhalters 4 zu liegen, wie das be­ reits in Fig. 8 dargestellt ist. In dieser ersten Relativlage des Anschlagmittels 9 zum Wasserkanal 14 und zum Abstandhal­ ter 4 kann der Abstandhalter 4 mit seiner innersten, quadra­ tischen Öffnung 8 über den Wasserkanal 14 und das Anschlag­ mittel 9 axial verfahren werden.

Eine weitere, vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung be­ schreiben die Fig. 10 und 11. Der Wasserkanal (Fig. 10) weist im Bereich der Einschnürung eine kreisförmige Quer­ schnittsfläche 31 auf, deren Durchmesser so gewählt ist, daß die Abschnitte mit minimalem oder vermindertem Durchmesser 35 und die Bereiche mit erweitertem oder maximalem Durchmesser 34 des zugeordneten Anschlagmittels 36 - in der Projektion auf eine zur Längsachse des Wasserkanals senkrecht stehende Projektionsebene - in einer ersten Relativlage vollständig innerhalb der quadratischen Querschnittsfläche 32 der län­ geren Abschnitte 12 des Wasserkanals zu liegen kommen, wie es in Fig. 11 dargestellt ist.

Diese Ausführungsform besitzt den Vorteil, daß ein Abstand­ halter 37 Distanzstücke 15 besitzen kann, die an beliebigen Positionen seiner vier Seitenwände, welche die quadratische Öffnung zur Aufnahme des Wasserkanals erzeugen, angebracht sind. Es können aber auch Abstandhalter ohne Distanzstücke 15 zum Einsatz kommen, deren innerste, quadratische Öffnung der quadratischen Querschnittsfläche 32 der längeren Abschnitte 12 des Wasserkanals entspricht.

Die Anschlagmittel 36 können beim Formvorgang des Wasserka­ nals 14 bereits in einem Formwerkzeug integriert, z. B. in die Form eingelegt sein und aus einem Stück bestehen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 12 bis 14 dargestellt. Fig. 12 zeigt einen Was­ serkanal 40, der kürzere Abschnitte mit Einschnürungen 41 mit kreisförmiger Querschnittsfläche besitzt. Die Abschnitte der Einschnürung 41 mit zylindrischer Form besitzen eine Län­ ge 43, die mindestens der Höhe 44 der Abstandhalter 46 ent­ spricht. Außerhalb der Einschnürungen 41, im Bereich der län­ geren Abschnitte des Wasserkanals 40 mit quadratischem Quer­ schnitt 42, sitzen Anschläge 45.

Fig. 13 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 12. Die Anschläge 45 sitzen auf gleicher Höhe, beispielsweise auf zwei gegenüberliegenden Seitenflächen des Abschnittes des Wasserkanals 40 mit quadratischer Querschnittsfläche 42. Die Abstandhalter 46 besitzen auf den entsprechenden gegenüber­ liegenden Seiten der innersten, quadratischen Öffnung (Auf­ nahmeöffnung für den Wasserkanal) Ausnehmungen 47, so daß die Abstandhalter 46 in einer ersten Relativlage zu den An­ schlägen 45 am Wasserkanal 40 axial über die Anschläge 45 hinweg an eine Axialposition verschoben werden können.

Fig. 14 zeigt die zweite Relativlage, in der die Position der Ausnehmungen 47 nicht mehr mit den Anschlägen 45 überein­ stimmt und der Abstandhalter 46 nicht weiter axial in Rich­ tung der Anschläge 45 verschoben werden kann.

Bisher war davon ausgegangen worden, daß die Zwischenabschnitte ei­ nen runden Querschnitt besitzen und daher die Anschlagmittel und/oder die Abstandhalter auf dem Zwischenabschnitt drehbar sind. Dies ist nach einer anderen Variante der Erfindung nicht erforderlich, die in den Fig. 15 bis 18 gezeigt ist.

Die Anschlagmittel können nämlich auch teilbar ausgeführt sein. Dabei sind beispielhaft Anschlagmittel für Einschnürun­ gen mit quadratischem Querschnitt dargestellt. Solche An­ schlagmittel, die zusammengesetzte Ringe darstellen, sind auch vorteilhaft bei runden Zwischenabschnitten, wenn die An­ schlagmittel demontierbar sein sollen.

Das Anschlagmittel kann aus zwei u-förmigen, vorteilhaft identischen, Teilstücken 50 und 51 zusammengesetzt sein, die an ihren Enden jeweils eine Bohrung 52 tragen. Im Bereich der Bohrung 52 kann der Querschnitt jedes Teilstücks 50, 51 z. B. auf die Hälfte verringert sein (siehe Fig. 16). Die beiden Teilstücke 50, 51 werden am Wasserkanal so zusammengefügt, daß sie die Ein­ schnürung mit beispielsweise quadratischem Querschnitt dicht umschließen und sich ihre Enden so überlappen, daß die Bohrungen 52 übereinander zu liegen kommen. Das Auftrennen der Teilstücke 50, 51 kann z. B. durch in die Bohrungen 52 eingeführte Sicherungsbolzen 53 verhindert werden (siehe Fig. 18).

Das aus den Teilstücken 50, 51 bestehende Anschlagmittel be­ sitzt einen äußeren Umfang, der zumindest teilweise über die von den vier Seitenwänden der quadratischen Öffnung 8 des Ab­ standhalters 4 gebildete Grundfläche hinausragt und so eine axiale Verschiebung des Abstandhalters 4 über das Anschlag­ mittel hinaus verhindert.

Die Fig. 19 und 20 erläutern ein Verfahren zur Herstellung eines Wasserkanals mit längeren Abschnitten mit quadratischer Querschnittsfläche und kürzeren Einschnürungen mit verminder­ ter Querschnittsfläche.

Beispielhaft wird hier die Herstellung eines im wesentlichen quadratischen Wasserkanals mit kreisförmiger Querschnittsflä­ che an Zwischenabschnitten und an seinen Enden beschrieben.

In Fig. 19 wird ein Rohr 55 in ein äußeres Formwerkzeug 56 ge­ schoben, welches teilbar ausgeführt sein kann. Die inneren Abmessungen einer auf dem Formwerkzeug 56 angebrachten Form 57 entsprechen den späteren Endabmessungen des fertigen Was­ serkanals. Auch eventuell vorhandene Anschläge können in der Form 57 ausgeformt sein. Der kleinste Innendurchmesser der Form, z. B. im Bereich der Einschnürungen, entspricht dabei dem größten Außendurchmesser des Rohres 55.

In einem zweiten Schritt wird das Formwerkzeug 56, wie in Fig. 20 dargestellt, geschlossen und die beiden Rohrenden werden mit Stempeln 58 verschlossen. Durch die Stempel 58 wird das Rohr 55 mit Druckmedium, z. B. Wasser, gefüllt und anschließend mit Druck beaufschlagt. Die Erzeugung des Drucks kann vorteilhaft hydraulisch erfolgen.

Während des Umformvorgangs können die Stempel 58 das Rohr 55 stauchen, während es durch das Druckmedium gleichzeitig in Richtung der Pfeile 59 aufgeweitet wird. Längere Abschnitte des Rohres 55 werden dabei auf eine größere, beispielsweise qua­ dratische Querschnittsfläche aufgeweitet und kürzere Ab­ schnitte nicht oder nur geringfügig, wodurch die Einschnürun­ gen entstehen. Die Wandstärke des Rohres 55 ist so gewählt, daß die durch die Aufweitung entstehende geringere Wandstärke des fertigen Wasserkanals der gewünschten Endwandstärke ent­ spricht.

Abschließend kann das Rohr erwärmt und z. B. spannungs­ frei geglüht werden. Dazu kann im Formwerkzeug 56 vorteilhaft ein Heizelement 60 zur Erwärmung des fertigen Wasserkanals vorgesehen sein.

Es ist auch verfahrensgemäß, wenn die abschließende Erwärmung des fertigen Wasserkanals außerhalb des Formwerkzeuges 56 stattfindet.

Claims (20)

1. Wasserkanal für ein Brennelement eines Siedewasser-Reak­ tors, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Wasserkanals von einem einteiligen, nahtlosen Rohr (14) gebildet wird, das mindestens einen län­ geren Abschnitt (12) mit quadratischer Querschnittsfläche und mindestens einen kürzeren Abschnitt mit einer Einschnürung (13) von kleinerer Querschnittsfläche aufweist.

2. Wasserkanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein­ schnürung (13) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.

3. Wasserkanal nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß minde­ stens zwei längere Abschnitte (12) des Rohres (14) eine qua­ dratische Querschnittsfläche aufweisen und zwischen zwei sol­ chen längeren Abschnitten (12) ein kürzerer Abschnitt mit ei­ ner Einschnürung (13) mit kleinerer Querschnittsfläche liegt, die in die beiden längeren Abschnitte (12) mit quadratischer Querschnittsfläche übergeht.

4. Wasserkanal nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (14) an einem Ende des Wasserkanals beginnt und mindestens dort eine Einschnürung (13) mit kreisförmiger Querschnitts­ fläche trägt.

5. Wasserkanal nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Einschnürung (13) des Rohrs (14) am Ende des Wasserkanals eine Halterung für eine Bodenplatte (11) oder Deckplatte (10) des Brennelements angesetzt ist und Durchtrittsöffnungen (6) angebracht sind.

6. Wasserkanal nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der kür­ zere Abschnitt (13) mit dem runden Querschnitt des Rohres (14) an einer axialen Zwischenposition des Wasserkanals, an der Anschlagmittel (9) für die Halterung eines Abstandhalters (4) vorgesehen sind, angeordnet ist und das einstückige Rohr (14) über und unter der Zwischenposition jeweils nahtlos in einen längeren Abschnitt (12) des Wasserkanals mit quadrati­ schem Querschnitt übergeht.

7. Wasserkanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Was­ serkanal von einem einstückigen Rohr gebildet wird, an das an seinen beiden Enden ein Endstopfen (2) mit einem Bolzen ange­ setzt ist, und daß das Rohr an mehreren Zwischenpositionen, die Anschlagmittel (9) für Abstandhalter (4) aufweisen, je­ weils eine Einschnürung (13) mit einem runden Querschnitt und zwischen diesen Einschnürungen (13) längere Abschnitte (12) mit einem quadratischen Querschnitt aufweist.

8. Wasserkanal nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ schlagmittel (9) ringförmig ausgebildet sind, die Einschnü­ rung (13) mit dem runden Querschnitt umgeben und an den Ecken der längeren Abschnitte (12) anschlagen.

9. Wasserkanal nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ schlagmittel (9) bei der Montage auf dem kürzeren Abschnitt im Bereich der Einschnürung (13) des Rohres (14) von einer ersten Relativlage, in der der Abstandhalter (4) axial über den längeren Abschnitt (12) des Rohres und die Anschlagmittel (9) schiebbar ist, in eine zweite Relativlage, in der die An­ schlagmittel (9) die axiale Verschiebbarkeit des Abstandhal­ ters (4) begrenzen, drehbar sind.

10. Wasserkanal für ein Brennelement eines Siedewasser-Reak­ tors mit einem Rohr (14), an dem an Zwischenpositionen An­ schlagmittel (9) für je einen Abstandhalter (4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (14) an den Zwischenpositionen eine kleinere Quer­ schnittsfläche und zwischen den Zwischenpositionen Abschnitte (12) mit einer aufgeweiteten Querschnittsfläche enthält, über die die Abstandhalter (4) geschoben werden können, daß das Rohr an den Zwischenpositionen jeweils von mindestens ei­ nem Anschlagmittel umgeben ist und die axiale Beweglichkeit des Rohrs von den Abschnitten mit der aufgeweiteten Quer­ schnittsfläche (12) begrenzt ist.

11. Wasserkanal nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ schlagmittel (9) als Ringe ausgeführt sind, die das Rohr um­ geben und aus Teilen zusammengesetzt und zerlegbar sind.

12. Brennelement eines Siedewasser-Reaktors mit einer Boden­ platte (11), einer Deckplatte (10), zwischen den Platten in den Maschen von Abstandhaltern (4) gehaltenen Brennstäben (3) und einem zwischen den Brennstäben (3) angeordneten Wasserka­ nal (1) mit Durchtrittsöffnungen (6) an beiden Enden, wobei der Wasserkanal (1) mit einem unteren Endstück an der Boden­ platte (11) und einem oberen Endstück an der Deckplatte (10) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Endstücke einen Bolzen (6a) enthält, der an ein nahtloses einstückiges Rohr angeschweißt ist, das mindestens einen längeren Abschnitt (12) mit quadratischem Querschnitt aufweist.

13. Brennelement eines Siedewasser-Reaktors mit einer Boden­ platte (11), einer Deckplatte (10), zwischen den Platten in den Maschen von Abstandhaltern (4) gehaltenen Brennstäben (3) und einem zwischen den Brennstäben (3) angeordneten Wasserka­ nal (1) mit Durchtrittsöffnungen (6) an beiden Enden, wobei der Wasserkanal (1) mit einem unteren Endstück an der Boden­ platte (11) und einem oberen Endstück an der Deckplatte (10) gehalten ist und an Zwischenpositionen des Wasserkanals An­ schlagmittel trägt, zwischen denen die Abstandhalter (4) ge­ halten sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Zwischenabschnitt von einem Bereich (13) mit rundem Querschnitt eines nahtlosen, einstückigen Rohres gebildet ist, der zu beiden Seiten nahtlos in je einen Ab­ schnitt des Wasserkanals mit rechteckigem Querschnitt (12) übergeht und daß der entsprechende Abstandhalter (4) und die Anschlagmittel (9) so ausgebildet sind, daß der Abstandhalter (4) und die Anschlagmittel (9) bei der Montage relativ zuein­ ander um die Längsachse des Wasserkanals drehbar sind und in einer ersten Relativlage der Abstandhalter (4) auf dem Was­ serkanal über die Anschlagmittel (9) hinweg bis zu seiner axialen Halteposition geschoben werden kann und in einer zweiten Relativlage der Abstandhalter (4) in der axialen Hal­ teposition fixiert ist.

14. Verfahren zur Herstellung eines Rohrstücks für einen Was­ serkanal eines Siedewasser-Reaktorbrennelements, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohr (55) in eine Form (57) eingelegt und durch Innendruck ver­ formt wird, wobei Abschnitte des Rohres (55) durch den Innen­ druck auf eine größere Querschnittsfläche aufgeweitet und kürzere Abschnitte des Rohres nicht oder nur geringfügig auf­ geweitet werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (55), welches durch den Innendruck aufgeweitet wird, zylin­ drisch ausgeführt ist.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die In­ nenabmessungen der Form (57) den gewünschten Endabmessungen des Rohrstücks entsprechen.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der In­ nendruck hydraulisch erzeugt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das ver­ formte Rohr abschließend erwärmt wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (55) in der Form kaltverformt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (55) in mehreren Schritten verformt und zwischen den Verfor­ mungsschritten zwischengeglüht wird.