DE2250891A1 - Bolzenspannvorrichtung, insbesondere fuer kernreaktoren-druckgefaesse - Google Patents
Bolzenspannvorrichtung, insbesondere fuer kernreaktoren-druckgefaesseInfo
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Description
2150891
Eirirelchungsfertig 2Uf
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Dr.-lng. Dipl. ing. G.
TRANSFER SYSTEMS/ INC., North Haven/ Connecticut, USA
Bolzenspannvorrichtung, insbesondere' für Kernreaktoren-Druckgefässe
Die Erfindung "bezieht sich auf eine Bolzenspannvorrichtung
zum Spannen und Lösen der Muttern an den Gewindebolzen die zur Befestigung des Druckkopfes an dem Druckgefäss '
von Kernreaktoren zur Energieerzeugung dienen.
In der gleichzeitig laufenden Patentanmeldung Nr. P 22 25 496.2 des gleichen Anmelders ist eine derartige
Bolzenspannvorrichtung beschrieben, die ein Kraftüber« tragungselement aufweist, das in axialer Richtung in zwei
Ringsegmente gespalten ist, die im unteren Teil der, Innenseite
mit einem Schraubengewinde versehen sind, das an dem Gewinde des Bolzens über der Spannmutter angreift,
und im oberen Teil mit viereckigen Nuten ohne Steigung versehen sind, die in entsprechende Vorsprünge einer
Zugstange eingreifen, die über dem Bolzen angebracht ist und an dem Kopfflansch des Reaktors angreift. Das Kraftübertragungselement ist in seiner Mitte zur Aufnahme von
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zwei Halteringen ausgespart. Die Aussenabmessungen des
KraftUbertragungselement3 sind so gewählt, dass der
obere Haltering nach oben und der untere Haltering nach unten über die Teile des KraftUbertragungselements
von grösserem Durchmesser geschoben werden und damit das
Kraftübertragungselement mit dem Bolzen und der Zugstange verbunden werden kann, wenn die Ringsegmente mit dem
Gewinde des Bolzens und den Vorsprüngen der Zugstange in Eingriff gebracht werden. Die Lagerung für die Zugstange
besteht aus einem oberen und einem unteren Teil, die auf hydraulischem Wege zueinander beweglich sind, wodurch das
von dem Kraftübertragungselement gehaltene Bolzenende um einen bestimmten Betrag angehoben werden kann.
Die vorliegende Erfindung schafft eine gegenüber der
vorgenannten Patentanmeldung verbesserte Bolzenspannvorrichtung. Die Vorteile dieser Bolzenspannvorrichtung
gegenüber der in der älteren Anmeldung beschriebenen Vorrichtung bestehen darin, dass sie eine geringere
Grosse und ein geringeres Gewicht hat und leichter auf dem zu spannenden Bolzen befestigt und von diesem wieder
entfernt werden kann.
Bei der vorliegenden Bolzenspannvorrichtung wird das
komplizierte Kraftübertragungselement mit dein Gewinde
an einem Ende und den Nuten ohne Steigung am anderen
Ende vermieden. Stattdessen wird ein einfacher geteilter Hing mit Innengewinde verwendet, der mit dem Gewinde an
dem über die Spannmutter hinaus vorstehenden Bolzenende in Eingriff gebracht werden kann. Die Aussenflache des
geteilten Ringes ist abgeschrägt, so dass das breitere
Ende des Ringes unten liegt. Nach der Anbringung des Ringes auf dem Bolzen wird er durch eine massive Hülse
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verriegelt. Die Oeffnung dieser HuJ.se hat eine
abgeschrägte Innenfläche., deren Äbschrägung der
des geteilten Ringes entspricht, wobei aber der Teil mit dem grosseren Durchmesser oben angeordnet
ist. Der an dem Reaktorflansch angreifende Teil erstreckt sich nicht mehr wie bei der Vorrichtung der
älteren Patentanmeldung über das obere Ende des Bolzens hinaus, sondern besteht aus einem annähernd
ringförmigen Teil mit einer sich nach innen erstreckenden ringförmigen Leiste, deren Oberseite mit der gegenüherliegenden
Unterseite eines dazu passenden Teils eine unterhalb des geteilten Ringes liegende Ringkammer zur
Aufnahme eines flüssigen oder gasförmigen Druckmittels
bildet. Dem zur ringförmigen Leiste passenden Teil · sind Mittel zur Kupplung mit der Unterseite des
geteilten Ringes zugeordnet, so dass bei Einführung eines Druckmittels in 'die zu dessen Aufnahme vorgesehene
Ringkammer der zu der ringförmigen. Leiste passende Teil
gegenüber dem an dem Reaktorflansch angreifenden Teil
nach oben gedrückt wird. Diese nach oben gerichtete Kraft wird unmittelbar auf die Unterseite des geteilten
Ringes übertragen und drückt diesen zusammen mit dem damit verbundenen Bolzen in bezug auf den Kopfflansch
des Reaktors nach oben. Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung sind Mittel zur Montage der Bolzenspannvorrichtung
auf hydraulischem Wege urid zur Verhinderung eines Ueberspannung des zu der ringförmigen Leiste
passenden Teils während des Spannvorgangs vorgesehen..
Die erfindungsgemässe Spannvorrichtung hat nur knapp
die Hälfte der Grosse der in der vorgenannten älteren
' ■ -4-
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Anmeldung beschriebenen Vorrichtung. Ausserdem ist diese Spannvorrichtung leichter an dem Bolzen anzubringen
und von dem Bolzen zu entfernen und bietet dadurch den weiteren Vorteil, dass die für die Befestigung
des Reaktorkopfes an dem Reaktorgefäss und die Lösung des Reaktorkopfes von dem Reaktorgefäßs erforderliche Zeit
verringert wird.
Einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnungen näher
beschrieben, Es zeigent-
Fig. 1 eine Ansicht eines Teils des oberen Endes des
Druckgefässes eines Kernreaktors zur Energieerzeugung;
Fig. 2 eine Ansicht? im Querschnitt durch die Mitte einer
AusfUhrungsform der erfindungsgemässen Bolzenspannvorrichtung
in der an einem den Kopfflansoh eines Kernreaktors durchsetzenden Bolzen angebrachten Stellung;
Fig. J5 eine Draufsicht auf die in Fig. 2 dargestellte
Bolzenspannvorrichtung, und
Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Teil einer zweiten
Ausführungsform.
Fig. 1 zeigt eine vorn weggeschnittene oberö Ecke eines
typischen Druckgefässes für einen Kernreaktor zur Energieerzeugung. Dieses Druckgefäss 10 hat eine längliche hohle
zylindrische Form und läuft oben in einen Hingflansch
aus. Der Kopf 12 des Druckgefässep sitzt auf dein Ring«
flansch 11 und besteht aus einem kuppeiförmigen feild; der
an seinem unteren Ende ebenfalls in einen Rlngflausch IJ
ausläuft. Die beiden Ringflansche 11 und I^ einii durch
eine Reihe von kreisförmig angeordneten Bolzen 15 miteinander verbunden. Dies erfolgt im allgemeinen in der
Weise, dass in den unteren Flansch 11 Löcher eingebohrt
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werden, die Locher mit Gewinde verseilen werdehy ein
Gewindeeinsatz in den Löchern angebracht^ ein Gewinde'-bolzen
in den Einsatz geschraubt und dadurch mit dem
unteren Plansch fest yerbunden wird,, in dem oberen
flansch 1J5 ein Durchgangs loch angebracht wird, durch,
das der Gewindebolzen hindurchgeht, auf das vorstehende
Boizenende eine oder mehrere unterlegscfieiben und
schiie's'slich eine SßannmtiMöi?'auf göseföäüM'werderi
und diö SjJsdinmüfctjer* festgezogen wirdV' 2wrisÖhgii die'
Flansche werden im allgemeinen Dichtüng§ring'e zur
Abdichtung gegenüber dem Innern des.-Bruckgefässes
eingelegt. Wie. bereits In der vorgenannten ältöreh' ■
Patentanmeldung erläutert wurde, müssen die JESolzen
wegen der hohen Drücke,■ denen sie,ausgesetzt sind,
vorgespannt werden. ..Mit ander en, .Worten; ■jeder Bolzen,
wird der ,Länge nach gezogen, d.h.. ij.iö zu eine,3? äi^änhtihg ,.
gestreckt, die höher als die durch den Drück iri d§m
DrucKgefäss auf den Bolzen ausgeübte Späririüiig ist/ um
das Abheben des Reaktorkopfes, den Bfiieli der Dichtung
und den. Austritt von verseuchtem Wasser öder Dampf aus ·
-dem Reäktorgefäss zu verhindern. -.-·■ ; .· ' ·..
Um -sich eineh Begriff davon machen zu könnön-, welche .
Probleme hierbei zu lösen sind, sei bemerkti dass das '!
Druckgef äss eines Siedewasserreäktdrs normalerweise ':■"■■ unter
einem Druck von etwa 70 atm» arbeitet und dass zur :
Verbindung des= Reaktor köpf "es mit dein Druckgef äs« 92 Bolzen
erforderlich siad, von deiien jeder "einen Durch-· ·
messer von etwa' 15 cm hat, etwa %5 ein über "den Kopf--' "■·
flansch vorsteht und durch eine Mütter-mit einem Durch- "
messer von etwa-25 cm und einer Höhei.vöri- etwa iS'cm : ·- ·
be festigt": wird■'. Zum Anziehen einer Mutter von dieser
Grosse zwecks Vorspannung des Bolzens in dem gewühschteii*'
Masse wird folgendes Verfahren angewandt: ,
Während sich die Mutter auf dem Bolzen befindet, wird ' der Bolzen durch eine Spannvorrichtung bis zu dem gewünschten
Grad der Streckung, beispielsweise etwa 3 um,
nach oben gezogen. In dieser Stellung wird die Mutter gegen den Plansch angezogen und dann der Bolzen freigegeben.
Ein ähnliches Verfahren wird zum Lösen der Mutter angewandt, nämlich das Bolzenende wird so weit
hochgezogen, bis die Mutter von dem Plansch abgehoben
ist, worauf sich die Mutter frei nach oben drehen lässt,
ehe der Bolzen freigegeben wird. In dem vorgenannten Beispiel ist es also zur Entfernung des Heaktorkopfes
erforderlich, Jeden der 92 Bolzen durch eine Spannvorrichtung anzuheben, um die Mutter freizugeben, und dann
den Bolzen von der Spannvorrichtung zu lösen. Von dei*
Geschwindigkeit, mit der diese Arbeitsgänge ausgeführt werden können, hängen die Ausfallzeit und die Betriebskosten
des Reaktors ab. Durch die vorliegende Erfindung wird eine kleinere und leichtere Spannvorrichtung geschaffen. Daher ist diese Spannvorrichtung leichter -zu
handhaben und kann schneller und müheloser von einem Bolzen zum anderen bewegt werden. Ferner kann die
Spannvorrichtung leichter an einem Bolzen befestigt und von dem Bolzen entfernt werden, wodurch die für
den Spannvorgang erforderliche Zeit ebenfalls verringert wird. ■. .· : , ' ■ . . . · ,· ■ . ·· .. ■■ . ..... . , ..._,,..
Eine AusfUhrungsform der erfindungsgemässen Spanhvor»
riohtung ist im Querschnitt in Fig. 2 und in Draufsicht in Pig. j5 in der an einem einzelnen Bolzen angebrachten
Stellung zur Ausführung eines Spannvorgangs dargestellt. In diesen Figuren sind der kuppeiförmige Kopfteil mit 12,
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der Kopf flansch rait; 13, das Durehgangsloeh für den Bolzen
mit l6, der Bolzen mit 17, die Spannrautter mit l8 und zwei
zwischen, der Spannmutter l8 und dem Flansch 13 abgeordnete
Unterlegscheiben mit 19 bezeichnet. Der Flansch 11 des Reaktordruckgefässes ist in Fig. 2 nicht dargestellt, aber
das ebenfalls nicht dargestellte untere Ende des Bolzens wird in dem Flansch 11 in bekannter, ohne weiteres verständlicher
Weise befestigt und verankert.
Die Bolzenspannvorrichtung umfasst einen an dem Ringflansch 15 angreifenden, etwa ringförmigen Teil 20, der den Bolzen
und die Mutter umgibt und einen !zylindrischen Körper 21 aufweist, von dem sich eine ringförmige Leiste 22 nach innen
erstreckt, an dem ein rechteckiger Mantelteil 23 hängend
befestigt ist, der an der oberen Fläche des Ringflansches 13 anliegt. Der Mantelteil 23 ist stellenweise mit Ausschnitten 29 in genügender Zahl versehen, die die Einführung
eines Schraubenschlüssels zum Drehen der Spannmutter 18 während des Spann- oder Lösevorgangs gestatten, und ist
ferner mit einem Ausschnitt 24 versehen, um freien Raum gegenüber dem kuppeiförmigen Kopfteil 12 zu schaffen. Der
Teil 20 trägt die übrigen Teile der Spannvorrichtung vor der Anwendung des Drucks.
Die ringförmige Leiste 22 weist in ihrer Oberseite 25 eine
ringförmige Vertiefung 26 auf, die den Bodenteil einer Druckmittelkammer 27 bildet. Der obere Teil der Druckmittelkammer
27 wird durch die gegenüberliegende ringförmige Bodenfläche 28 eines auf der Leiste 22 aufliegenden, zu
dieser passenden ringförmigen Kolbenteils 30 gebildet.
Der Kolbenteil 30 hat einen Mantelteil 31, dessen Äussenfläche
32 der benachbarten Innenfläche 33 der Leiste 22 angepasst ist, und einen sich nach oben erstreckenden
Hauptteil 34, der ebenfalls mit. einer sich nach innen
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erstreckenden Leiste 35 versehen ist, die eine zur Oberseite 25 der Leiste 22 parallele horizontale Lagerfläche
36 aufweist.
An den zueinander passenden Flächen 25 und 28 der Druckmittelkammer
27 sind hohe Drücke aushaltende Dichtungen vorgesehen. Diese Dichtungen bestehen aus bekannten
Dichtungsringen aus elastischem Werkstoff, die, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, in einer inneren Ringnut 37 an
der inneren Ecke der. Fläche 25 bzw. einer äusseren Ringnut 38 an der äusseren Ecke der Fläche 28 angeordnet sind.
Zwei weitere Abstreifdichtungen 40 sind an den vertikalen Flächen zwischen den beiden zueinander passenden Teilen
vorgesehen, um das Heraussickern des dazwischen vorhandenen Schmieröls zu verhindern. Ein als Sprengring ausgebildeter
Haltering 4l kann in eine Ringnut des Lagerteils 22 unmittelbar über dem Kolbenteil 30 eingesetzt werden, um ein
zu starkes Anheben des Kolbenteils 30 zu verhindern.
Der an dem Bolzen 17 zu befestigende Spannteil besteht aus
einer Hülse oder einem Ring 43, der in axialer Richtung in
vier gleiche, durch Unterbrechungen 44 voneinander getrennte Ringsegmente geteilt ist, die mit einem Innengewiride
versehen sind, das zu dem Aussengewinde des Bolzens 17 passt und mit diesem, wie in Fig. 2 dargestellt, in Eingriff
gebracht werden kann. Der geteilte Ring 43 ist an dem
Bolzen mit Hilfe einer zylindrischen Haltehülse 45 befestigt, die an ihrem oberen Ende zwei Wandöffnungen 46 aufweist und
dazu dient, die Ringsegmente zu umfassen und in Eingriff mit dem Gewinde des Bolzens zu drücken. Dies wird dadurch
erreicht, dass an dem geteilten Ring 43 eine konische
Aussenfläche 47 und an der Haltehülse 45 eine zu der konischen Aussenfläche 47 passende konische Innenfläche
48 vorgesehen ist. Als Grad der Konizität kann, wie bei
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den üblichen konischen Verriegelungsverbindungen dieser Art zweckmässig eine Konizität von etwa 7 gewählt
werden.
Der geteilte Ring K~$ weist an seiner unteren Kante eine
ringförmige Lagerfläche 50 mit einer geringen konvexen
Krümmung auf. Zwischen den beiden Lagerflächen j?6 und
50 ist ein Zwischenring 51 angeordnet, dessen untere
Fläche 52 in Anpassung an die benachbarte Lagerfläche 36 eben ausgebildet ist, während die obere Fläche 55
des Zwischenrings 51 in Anpassung an die benachbarte Lagerfläche 50 konkav ausgebildet ist.
Die Mittel zur Einführung des Druckmittels bestehen aus einer Einlassleitung 55* die mit ihrem nicht dargestellten anderen Ende an eine Quelle eines hydraulischen Druckmittels wie beispielsweise eine Pumpe,
einen Hydraulikölbehälter od.dgl. angeschlossen ist und in üblicher Weise in einem in dem Teil 22 angebrachten
Kanal 56 befestigt ist, der in die Druckmittelkammer mündet.
Die Funktionsweise ist wie folgt: Der an dem Flansch 13 angreifende Teil 20 wird über der zu lösenden oder
anzuziehenden Mutter 18 auf den Flansch Ij5 aufgesetzt.
Dann wird der zu dem Teil 20 passende Teil 30 herabgelassen
und unter Druckanwendung in die vorgesehene stellung
in Anlage an den Teil 22 gezwängt, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Dann wird der Haltering 4l eingesetzt.
Danach wird der Lagerring 51 auf die Schulter 36 herabgelassen.
Darauf werden die beiden Segmente des geteilten Ringes K$ einander gegenüberliegend auf den Lagerring
aufgesetzt und von Hand in Eingriff mit dem Gewinde des
Bolzens 17 gebracht. Anschliessend wird die konische
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Haltehülse 45 über die Segmente des geteilten Ringes
4j5 gestreift und allmählich in die dargestellte Stellung gebracht, wobei sich die Segmente des
geteilten Ringes tiefer in die Gewindegänge des Bolzens 17 schieben, In dieser endgültigen Stellung,
die in Fig. 2 dargestellt ist, befinden sich die Flüssigkeitsdichtungen in der Arbeitsstellung und
dichten die Druckmittelkattimer 27 flüssigkeitsdicht ab.
Nun kann die Hydraulikanlage in Betrieb gesetzt werden, um Druckflüssigkeit in die Kammer 27 zu pumpen. Nachdem
sich ein bestimmter Flüssigkeitsdruck aufgebaut hat, wird der Kolbenteil 30 gegenüber dem an dem Flansch
13 angreifenden Teil 20 nach oben gedrückt. Diese nach
oben gerichtete Kraft wird über den Ring 51 auf den geteilten Ring 4^ übertragen, der dadurch das obere
Ende des Bolzens 17 nach oben drückt. Wenn es sich nun darum handelt, die Mutter 18 zu lösen, so wird der Druck
weiter erhöht, bis s± der sich streckende Bolzen 17 die
Mutter 18 von den Unterlegscheiben 19 abhebt. Darauf kann durch die Löcher 29 in dem Mantelteil 23 ein
Schraubenschlüssel eingeführt werden, um die Mutter 18 nach oben zu drehen. Wenn es sich darum handelt,
die Mutter l8 anzuziehen, wie in der vorgenannten älteren
Anmeldung beschrieben ist, so wird der Bolzen 17 bis zu einem bestimmten Betrag gegenüber einem Festpunkt der
Vorrichtung, beispielsweise einer an den Flansch 11 des Reaktordruckgefässes angeschweissten Stange, die sich
durch ein in dem Bolzen 17 angebrachtes Loch von geringfügig
grösserem Durchmesser als dem der Stange nach unten erstreckt, gestreckt. Nachdem der gewünschte Grad
der Streckung oder Vorspannung erreicht ist, wird die Mutter angezogen, worauf der Bolzen 17 von dem Druck
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des hydraulischen Druckmittels entlastet wird. Nach Beendigung des gewünschten Spann- oder Lösevorgangs
wird die Druckflüssigkeit zu ihrer Quelle zurückgeleitet und die Vorrichtung in umgekehrter Reihenfolge der
Arbeitsgänge wie bei der Montage zerlegt. Dabei können die Löcher 46 in der konischen Haltehülse 45 zur
Einführung eines geeigneten Hebelwerkzeugs wie beispielsweise eines in Pig. 2 gestrichelt gezeichneten und mit
57 bezeichneten Keils benutzt werden, um die Haltehülse 45 von dem geteilten Ring 43 zu lösen.
Wie am besten aus einem Vergleich der erfindungsgemässen Vorrichtung mit der in der vorgenannten gleichzeitig
laufenden Anmeldung des gleichen Anmelders beschriebenen Vorrichtung ersichtlich ist, hat die vorliegende
Vorrichtung nur etwa knapp die Hälfte der Grosse der älteren Vorrichtung. Damit werden auch die einzelnen
Teile der Vorrichtung leichter und handlicher. Ferner ist die erfindungsgemässe Vorrichtung viel leichter zu
montieren, da deren Einzelteile lediglich aufeinandergelegt zu werden brauchen, wobei keine Gefahr besteht,
dass die Einzelnen Teile nicht miteinander ausgerichtet sind, da sie nur zusammenpassen, wenn sie richtig
montiert sind. Insbesondere wurde die Anbringung des geteilten Ringes vereinfacht, da der vorliegende Ring
kürzer ist und nur in das Gewinde des Bolzens eingesetzt zu werden braucht. Damit wird' eine erhebliche Verringerung
der zum Lösen oder Anziehen Jedes einzelnen Bolzens des Druckkopfes des Reaktordruckgefässes erforderlichen Zeit
erzielt.
Bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform der erfindungsgemässen Bolzenspannvorrichtung werden die
verschiedenen Teile derselben von Hand montiert. Pig. Λ
309817/Οβη"
zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemässen
Bolzenspannvorrichtung, bei, der die Montage der einzelnen
Teile derselben auf hydraulischen Wege erfolgt und ferner eine Ueberspannungssicherung vorgesehen ist. Fig. 4 zeigt
im Teilquerschnitt lediglich den an dem Flansch des
Reaktors angreifenden Teil und den dazu passenden Kolbenteil der Bolzenspannvorrichtung. Gleiche Teile sind dabei
mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 versehen. Der an dem Reaktorflansch angreifende Teil ist mit 6o
bezeichnet und weist die Druckmittelkammer 27 auf, die durch hohe Drücke aushaltende Dichtungen 6l abgedichtet
ist. Ueber die Ebene der Fläche 25 der Druckmittelkammer
27 geringfügig hinaus erstreckt sich eine NiederdrUckstange 62, die mit der Kugel 63 eines Rückschlagventils 64
verbunden ist. Die Kugel 63 wird durch eine starke Druckfeder 65 nach oben gedrückt und dichtet dadurch
eine mit einer Leitung 67 verbundene obere Kammer 66
gegenüber einer unterhalb der Kugel gelegenen und mit einer Leitung 69 verbundenen unteren Kammer 68 ab. Das
obere Ende des an dem Reaktorflansch angreifenden Teils 60 ist als Schulter fl ausgebildet, die die sich über
eine gegenüberXiegende Fläche 72 eines zu dem Teil 60
passenden Teils 30 erstreckt und mit dieser Fläche 72
eine zweite Druckmittelkammer 73 bildet, die über dem
Teil 30 liegt. Die zweite Druckmittelkammer 73 ist durch
Dichtungen 6l und 74 abgedichtet. In der Schulter 71 ist
ein ähnliches zweites Kugelrückschlagventil 75 mit einer Niederdrückstange 77 in umgekehrter Stellung angeordnet.
Die Kugel 78 des Kugelrückschlagventils 75 1st duroh eine Feder 70 von oben belastet und bildet eine mit einer
Leitung 8l in Verbindung stehende obere Kammer 8l und eine
mit einer Leitung 83 in Verbindung stehende untere Kammer
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82, die durch die federbelastete Kugel 78 abgedichtet
wird. Die Niederdrückstange 77 steht ein kurzes Stück in die zweite Kammer 75 vor, und zwar so weit, dass
der verbleibende Abstand bis zur gegenüberliegenden Fläche 72 des Teils 30 etwas grosser als die benötigte
Streckung des Bolzens 17 ist.
Eine Hochdruckpumpe 85 ist mit einem Druckmittelbehälter
86 verbunden. Ferner ist die Hochdruckpumpe 85 über Leitungen 87 mit einem Dreiwegeventil 88 verbunden.
Der Druckmittelbehälter 86 ist über Leitungen 89 mit einem zweiten Dreiwegeventil 90 verbunden. Die beiden
Dreiwegeventile sind bei 91 zusammengeschaltet, so dass sie gleichzeitig betätigt werden können. Das Ventil 88
hat zwei Ausgänge 92 und 93. Der Ausgang 92 ist mit der
Leitung 8l verbunden und der Ausgang 93 ist mit einem
Ausgang 9^ des zweiten Ventils 90 verbunden. Das Ventil
90 hat ebenfalls einen zweiten Ausgang 95» der mit dem
Ausgang 92 des ersten Ventils,verbunden ist. Der Druckmittelbehälter
86 ist auch mit den Leitungen 67 und 83 direkt verbunden. Der Ausgang 92 des ersten Ventils 88
ist ferner mit einer Leitung 96 verbunden, die mit der
ersten Kammer 27 in Verbindung steht, und der Ausgang 94 des zweiten Ventils ist ferner mit einer Leitung 97
verbunden, die mit der zweiten Kammer 75 in Verbindung
steht. Das untere Rückschlagventil 6k dient dazu, bei der Montage anzuzeigen, wenn sich der Teil 30 in der
richtigen Stellung befindet.- Das obere Rückschlagventil
75 dient dazu, die Ueberspannung des Teils 30 bei dem Bolzenspannvorgang zu verhindern. Die Niederdrückstange
62 ist durch Dichtungsringe 58 gegen Druckunterschiede zwischen den Kammern 27 und 66 abgedichtet. Desgleichen
ist die Niederdrückstange 77 gegen Druckunterschiede zwischen den Kammern 73 und 82 durch den Dichtungsring
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58 abgedichtet. An den Flächen 25 und J2 sind federnde
Ringe 70 bzw. 76 aus festem federndem Werkstoff wie
beispielsweise Teflon angebracht.
Die Wirkungsweise dieser Bolzenspannvorrichtung isfe
wie folgt: Nachdem die Teile wie in Fig. 4 dargestellt
montiert sind, werden die beiden Dreiwegeventile 88 und 90 in die dargestellte stellung gebracht und die Pumpe
eingeschaltet. Dadurch wird ein hoher Druck in den Leitungen 92, 96 und 81 und in den Kammern 27 und 80
erzeugt und die Kugel 78 befindet sich in der geschlossenen Stellung. In den Leitungen 89, 94, 69, 97 herrscht
ein niedriger Druck. Die Leitungen 67 und 8j5 befinden sich stets unter niedrigem Druck. In dem unteren Rückschlagventil
wird die Kugel 63 durch die Feder 65 in der geschlossenen Stellung gehalten. Während sich der
hohe Druck aufbaut, bewegt sich der als Kolben wirkende Teil 30 in dem als Zylinder wirkenden Teil 60 nach oben
und drückt dadurch den Lagerring 51 nach oben gegen den an dem Bolzen 17 befestigten geteilten Ring 43, wodurch der
Bolzen 17 gestreckt wird. Zur Ermittlung des Grades der Streckung wird ein geeignetes Messinstrument verwendet
und wenn der gewünschte Grad der Streckung erreicht ist, wird der Druck nicht weiter erhöht. Wenn die Pumpe jedoch
durch einen Betriebsfehler oder infolge eines Versehens nicht abgestellt wird, so stösst die Niederdrückstange
des zweiten Rückschlagventils 75 gegen die Fläche J2 des Teils 30, ehe die Dichtungen 6l durch überhöhten Flüssigkeitsdruck
zerstört werden. Die Kugel 78 des Rückschlags ventils 75 wird dann nach oben geschoben und dadurch ein
Verbindungskanal zwischen der Kammer 80 und der darunter liegenden Kammer 82 geschaffen, durch den das unter hohem
Druck stehende HydraulIköl in der Kammer 80 in die Kammer
82 abfLlesiJt. Dadurch wird das Hydrauliköl von Druck
entlastet und i'Liesst über dLe Leitung 83 in den Druck-
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mittelbehälter 86 zurück. Wenn die Pumpe abgeschaltet
wird, so schiebt der federnde Ring J6f der zuvor zusammengedrückt
wurde, den Kolbenteil ^O nach unten und die Kugel
78 kann ihre ursprüngliche Stellung wieder einnehmen.
Die Montage der einzelnen Teile auf hydraulischem Wege erfolgt folgendermassen: Obwohl in Fig. 4 an den vertikalen
Seiten 99 der Teile 30 und 60 zur besseren Uebersichtlichkeit
ein gewisser Abstand eingezeichnet ist, liegen diese beiden Teile in der Praxis dicht aneinander, so dass zur
Montage der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform von Hand
ein verhältnismässig hoher Druck angewendet werden muss. Die Montage der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform
kann dagegen durch Anwendung einer Druckflüssigkeit erfolgen. Wenn nun angenommen wird, dass die Teile 51 und \~$ nicht
vorhanden wären, so liegen die beiden lose zusammengefügten Teile 60 und j50 auf dem Reaktorflansch Ij5 auf. Um diese
beiden Teile nun unter Anbringung der Dichtungen 6l und 74 in die Arbeitsstellung zu bringen, werden die beiden Dreiwegeventile 88 und 90 um'90 gedreht und die Pumpe eingeschaltet.
Dadurch wird ein hoher Druck in den Leitungen 94, 69, 97
95 erzeugt, in denen zuvor ein niedriger Druck herrschte,
während lediglich in den Leitungen 67 und 83 ein niedriger
Druck aufrechterhalten wird, da diese Leitungen stets unter' niedrigem Druck stehen. Gleichzeitig wird in den Leitungen
92, 96, 95 und 81, in denen zuvor ein: hoher Druck herrschte, ein niedriger Druck erzeugt. Somit herrscht nun in der
zweiten Kammer 73 ein hoher Druck und in der Kammer 27 ein
niedriger Druck. Dadurch wird der Kolbenteil 30 nach unten
getrieben, bis die Niederdrückstange 62 durch die Fläche 28 . betätigt wird, worauf die Druckflüssigkeit über die offene
' Kugel 63 und die Leitung 67 zu dem Druckmittelbehälter 86
zurückfliesst. Damit befindet sich der Kolbenteil 30 in der
Ausgangsstellung vor dem Spannvprgang. Der zusammengedrückte
federnde Ring 70 dient zur Wiederherstellung der Stellung des
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Kolbenteils 30 durch Entlastung der Niederdrückstange und Rückführung der Kugel 63 in die Ausgangsstellung. Pur
den Fachmann auf diesem Gebiet ist es allerdings klar, dass auch andere hydraulische Systeme verwendet werden,
die nach dem gleichen vorstehend beschriebenen Prinzip arbeiten, um die Montage der einzelnen Teile auf hydraulischem
Wege und eine Sicherung gegen Ueberspannung der Vorrichtung zu erreichen.
Wie aus den Fig. 2 und 4 ersichtlich ist, liegt die
Druckmittelkammer 27 gegenüber dem geteilten Ring 43
seitlich nach aussen versetzt unterhalb des geteilten Ringes 43. Dadurch wird bei zunehmenden Flüssigkeitsdruck
ein Drehmoment erzeugt. Um dieses Drehmoment zu verringern, ist die Krümmung der koniüä&en Lagerfläche
50 und der konkaven Lagerfläohe 53 so bemessen, dass
diese Flächen, wie in Fig. 4 dargestellt 1st, in der Stellung, in der keine nach oben gerichtete Kraft auf
sie ausgeübt wird, sich einander nur teilweise in ihren dem Bolzen 17 benachbarten, einander gegenüberliegenden
Bereichen berühren. Während sich der nach oben gerichtete Druck aufbaut, erhöht sich die Ausdehnung dieses Berührungsbereichs zwischen den Flächen 50 und 53 nach der von dem
Bolzen 17 weiter abgelegenen Seite zu durch die,geringe
Drehung des Kolbenteils 30 und des Lagerrings 51 sowie
durch die auftretende geringe Verformung des Lagerrings 51· Diese Ausdehnung der Berührungsfläche nach aussen durch
Veränderung des Hebelarms verringert· das Drehmoment des Kolbenteils und lenkt den grössten Teil der angewandten
Kraft in vertikaler Richtung nach oben, um den Bolzen zu strecken. Um dies zu erreichen, muss die Krümmung der
konvexen Fläche 50 grosser als die Krümmung der konkaven
Fläche 53 sein. Auf welche Weise dies auf der Grundlage
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der vorstehenden Ausführungen erreicht werden kann ist
für den Fachmann auf diesem Gebiet ohne weiteres ersichtlich. Lediglich als Beispiel sei angeführt, dass
die k&nvexe Fläche 50 eine kugelförmige Ausbildung mit
einem Radius R und die konkave Fläche ebenfalls eine kugelförmige Ausbildung mit einem Radius R haben kann,
wobei R = 1.2 R ist. Beide Kugelflächen haben ihren
Mittelpunkt auf der Längsachse 49 des Bolzens 17 (Fig. 2).
Als weiteres Beispiel kann die konvexe Fläche 50 ebenfalls kugelförmig ausgebildet sein und einen Radius R haben
und die konkave Fläche 53 kann aus einem ersten, dem
Bolzen 17 benachbarten Kugelsegment mit dem Radius R und einem daneben angeordneten zweiten konkaven Kugelsegment
mit geringerer Krümmung bestehen, das sich glatt an das erste Kugelsegment anschliesst und deren Krümmung einer
Kugelfläche mit einem Radius von R entspricht, wobei
R grosser als R ist. Weitere Flächenkombinationen liegen
im Bereich des Konstrukteurs.
Die erfindungsgemässen Bolzenspannvorrichtungen können auch mit den in der vorgenannten älteren Anmeldung des
gleichen Anmelders noch beschriebenen weiteren Merkmalen kombiniert werden. Beispielsweise kann an dem Bolzen
permanent eine Ausdehnungsmessvorrichtung angebracht werden, die dauernd den Grad der Bolzenstreckung anzeigt,
es können optische Vorrichtungen zum Anzeigen der Wölbung des Reaktordruckkopfes während des Bolzenspannvorgangs
verwendet werden, und die vorliegende Spannvorrichtung kann in die in der vorgenannten älteren Anmeldung beschriebene
Transportvorrichtung eingebaut werden, mit der mehrere Bolzen gleichzeitig angezogen und mehrere
Spannvorrichtungen automatisch zu den nächsten Bolzen zur Ausführung des nächsten BolzpnspannVorgangs we'iterbewegt
werden können.
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Nachdem nun die wesentlichen Merkmale der Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele derselben erläutert
wurden, ist es jedoch für den Fachmann klar, dass bei der praktischen Durchführung der Erfindung an diesen
Ausführungsbeispielen zahlreiche Aenderungen hinsichtlich der Konstruktion, Anordnung, Abmessungen, Konstruktionsteile,
Werkstoffe und Bestandteile je nach den besonderen Umgebungsverhältnissen und Betriebsbedingungen vorgenommen
werden können, ohne von dem Erfindungsgedanken abweichen zu müssen. Die nachfolgenden Patentansprüche sollen daher
all diese Aenderungen innerhalb der Grenzen des wahren Geistes und Geltungsbereichs der Erfindung miteinschliessen·
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17/082/»
Claims (3)
- Patentansprüche./ 1J Bolzenspannvorrichtung zum Spannen und Lösen der Muttern an den"Gewindebolzen, die zur Befestigung des Druckkopfflansches an dem Druekgefäss eines Kernreaktors dienen, mit Mitteln, die mit den Gewindegängen des Gewindebolzens oberhalb der Mutter in Eingriff gebracht werden können, dadurch gekennzpich. net, dass die Eingriffsmittel aus einem konischen geteilten Gewindering (43) bestehen, der von lösbaren konischen Halte-; mitteln (45) umgeben ist, die den Gewindering (43) in Eingriff mit den Gewindegängen des Gewindebolzens (17) halten und Mittel zur Ausübung einer nach oben gerichteten Kraft auf eine unterhalb des oberen Endes des Gewindebolzens (17) gegenüber dem Gewindering (43) seitlich nach aussen versetzt liegende untere Fläche (50) des Gewinderings (43) vorgesehen sind.
- 2. Bolzenspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Ausübung der nach oben gerichteten Kraft einen an dem Kopfflansch (13) des Reaktors angreifenden Teil (20) der die zu spannende oder zu lösende Mutter (18) umgibt und mit einer sich nach innen erstreckenden, eine nach oben gerichtete Fläche (25) aufweisenden Leiste (22) versehen ist, einen zu dem Teil (20) passenden und auf diesem sitzenden Kolbenteil (30) mit einer der nach oben gerichteten Fläche (25) entgegengesetzten Fläche (28) und einer nach oben gerichteten Lagerfläche (36), Kraftübertragungsmittel (51) zur Kupplung der nach oben gerichteten Lagerfläche (36) des Kolbenteils (30) mit der nach unten gerichteten Lagerfläche (50) des Gewinderings (43) und Mittel (55) zur Einführung eines Druckmittels zwischen die nach oben gerichtete Fläche (25) des Teils (20) und die-20-3 0 9 817/0824gegenüberliegende Fläche (28) des Kolbenteils (30) umfassen.
- 3. Bolzenspannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungsmittel aus einem Lagerring (51) bestehen, der zwischen der naoh oben gerichteten Lagerfläche (36) des Kolbenteils (30) und der nach unten gerichteten Lagerfläche (50) des Gewinderings (43) angeordnet ist.4. Bolzenspannvorrichtung nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, dass die nach unten gerichtete Lagerfläche (50) des Gewinderings (43) konvex und die gegenüberliegende Fläche (53) des Lagerrings (51) konkav ausgebildet ist.5· Bolzenspannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der an dem Kopfflansch (13) des Reaktors angreifende Teil (20) aus einem im wesentlichen ringförmigen Kürper besteht, an dem die sich nach innen erstreckende, die nach oben gerichtete Fläche (25) aufweisende Leiste (22) angebracht ist, während der zu dem Teil (20) passende Kolbenteil (30) aus einem auf der Leiste (22) aufsitzenden Hauptteil (34) und einem sich von diesem nach unten erstreckenden Mantelteil (31) besteht, wobei die Oberfläche (25) def Leiste (22) und die benachbarte Bodenfläche (28) des Kolbenteils (30) dazwischen eine unterhalb des Gewinderings (43) gelegene ringförmige Druckmittelkammer (27) begrenzen, die durch Dichtungsringe (37* 38) abgedichtet ist, und in dem an dem Kopfflansch (13) des Reaktors angreifenden Teil (20) die Mittel (55) zur Einführung des Druckmittels in die Druckmittelkammer (27) vorgesehen sind.6. Bolzenspannvorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 5* dadurch gekennzeichnet, dass der als Kraftübertragungsmittel dienende Lagerring (51) eine kugelförmige Lager-3098 17/0824 "fläche (53) zur Uebertragung der nach oben gerichteten Kraft aufweist und die ringförmige Druckmittelkammer (27)· gegenüber dem geteilten Gewindering (43) seitlich nach aussen versetzt angeordnet ist.7.. Bolzenspannvorrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet,, dass die den geteilten Gewindering (43) in Eingriff mit den Gewindegängen des Gewindebolzens (17) haltenden Haltemittel aus einer Hülse (45) bestehen, die über den geteilten Gewindering (43) gestreift· wird, und die Hülse (45) und der geteilte· Gewindering (43) mit zueinander, passenden konischen Berührungsflächen versehen sind.8. Bolzenspannvorrichtung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (45) an ihrem oberen Ende mit einer Wandöffnung (46) zur Aufnahme eines keilförmigen Elements (57) versehen ist, durch dessen Einführung der Hülse (45) eine gegenüber dem Bolzen (17) nach oben gerichtete Kraft zwecks Entfernung der Hülse (45) verliehen wird.9· Bolzenspannvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der knnvexen Lagerfläche (50) des Gewinderings ('43) unterschiedlich von der Krümmung der gegenüberliegenden konkaven Fläche (53) des Lagerrings (51) ist, um das Drehmoment zu verringern.10. Bolzenspannvorrichtung nach Anspruch 9> dadurch· gekennzeichnet, dass die konvexe Lagerfläche (50) eine grössere Krümmung als die konkave Fläche (53) hat.11. Bolzenspannvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Ausübung einer nach oben gerichteten Kraft auf den Gewindering (43) auf hydraulischem Wege zu betätigen ' "-22-3098 17/ 082 4sind und eine sicherung (77, 78) gegen Ueberspannung des Bolzens (17) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der Aufwärtsbewegung des Gewinderings (43) die Zufuhr des die Aufwärtsbewegung bewirkenden Hydrauliköls unterbricht.12. Bolzenspannvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Ausübung der nach oben gerichteten Kraft auf hydraulischem Wege montierbar sind.13. Bolzenspannvorrichtung nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausübung der nach oben gerichteten Kraft ein hydraulischer Zylinder (60) und Kolben (30) vorgesehen ist.lk. Bolzenspannvorrichtung nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Erzeugung einer zusätzlichen Druckmittelkammer (73) vorgesehen sind, die die Montage der einzelnen Teile der Vorrichtung bei Einführung von Druckflüssigkeit in diese zusätzliche Kammer (73) ermöglichen.15. Bolzenspannvorrichtung nach den Ansprüchen 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (77) vorgesehen sind, die durch die,Bewegung des hydraulischen Kolbens (30) steuerbar sind, um die Zufuhr von Druckflüssigkeit In das Hydrauliksystem zu unterbrechen.16. Bolzenspannvorrichtung nach den Ansprüchen 11. bis 15* dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Zylinder (60) den an dem Kopfflansch (13) des Reaktors angreifenden Teil (20) bildet und sich mit einem TeLl desselben über den zu dem Teil (20) passenden Kolbenteil (30) erstreckt, dass In dem als hydraulischer Zylinder (60) ausgebildeten Teil (20) ein erstes Ventil ('(cj) νονχν.ι;οΙιβη int, dan-ί>3-3 0 ί) 8 17/0 ΰ > /»betätigt wird, wenn die Höhe des Kolbenteils (JO) in bezug auf die Höhe des Zylinders (6o) einen bestimmten Wert überschreitet, und dass Mittel vorgesehen sind, die bei der auf diese Weise erfolgten Betätigung des Ventils (75) eine Entlastung des unter hohem Druck stehenden, zwischen dem Zylinder (6o) und dem Kolbenteil (30) wirksamen Hydrauliköls bewirken.17· Bolzenspannvorrichtung nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem hydraulischen Zylinder (6o) ein zweites Ventil (64) vorgesehen ist, das betätigt wird, wenn sich der Kolbenteil (30) gegenüber dem Zylinder (60) nach unten bewegt, dass die Druckmittelkammer (73) zwischen einer oberen Fläche des Kolbenteils (30) und einer darüber liegenden Schulter (71) des Zylinders ($0) angeordnet ist, dass der Druckmittelkammer (73) Druckflüssigkeit zuführbar ist, um den Kolbenteil (30) nach unten zu bewegen, und dem zweiten Ventil (64) Mittel (62) zugeordnet sind, die bei Betätigung dieses Ventils (64) den Abfluss der Druckflüssigkeit aus der Druckmittelkammer (73) bewirken.3 0 9817/0824
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