DE3015905C2

DE3015905C2 -

Info

Publication number: DE3015905C2
Application number: DE3015905A
Authority: DE
Inventors: Charles M. Alliance Ohio Us Weber
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1979-05-07
Filing date: 1980-04-24
Publication date: 1988-03-10
Also published as: JPS5646074B2; IT1175393B; DE3015905A1; JPS55150487A; FR2455930A1; FR2455930B1; IT8009405A0; US4295255A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlmantelanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Kühlmantelanordnungen für Steuerstab-Antriebsmechanismen von Kernreaktoren werden verwendet, um den Stator eines Steuerstab-Antriebsmotorrohres zu kühlen. Die Kühl mantelanordnung umgibt gewöhnlich den Stator des Steuer stab-Antriebsmechanismus und besteht aus einer Metall hülse oder einem Innengehäuse mit einem an der Außenseite befindlichen schraubenlinienförmigen Wasserkanal oder einer Aus sparung, die an der Außenseite durch spanabhebende oder schleifende Arbeitsgänge ausgebildet ist. Die Wasserkanäle oder Aussparungen werden durch eine äußere Hülse oder einen Mantel geschlossen, indem die Hülse mit dem Innengehäuse zusammengedrückt oder verlötet wird. Das Kühlwasser wird in und durch die gebildeten Kanäle geleitet und durch ge eignete Anschlüsse abgeführt. Die erwähnte äußere Hülse deckt den gebildeten Kanal ab. Wenn Wasser zirkuliert, wird das Innengehäuse gekühlt, das seinerseits den Stator des Steuerstab-Antriebsmechanismus kühlt. Diese bekannte, in der US-PS 18 15 938 beschriebene Kühlanordnung beinhaltet die Bearbeitung des äußeren Durchmessers des Innengehäuses zur Ausbildung schraubenlinienförmiger rechteckiger Umfangs aussparungen ein. Diese Bearbeitung ist zeitraubend und kostspielig. Außerdem wird mit dem Festsitz der äußeren Hülse über der ausgesparten Oberfläche des Innengehäuses nicht immer eine sichere Dichtung zwischen den nebeneinanderliegenden eingearbeiteten Aussparungen erreicht. Hierdurch werden Kurzschlüsse im Kühlwasserstrom verursacht und die Wirksamkeit des Kühlvorganges herabge setzt.

Eine andere Art der Kühlmantelanordnung wird durch eine spiralförmige Aussparung im Außendurchmesser des Innenge häuses hergestellt. Diese Aussparung nimmt mit gutem Fest sitz ein durchgehendes Kupferrohr auf. Das Kupferrohr wird in der eingearbeiteten Aussparung positioniert und dann verlötet. Das Wasser fließt durch das Kupferrohr und kühlt das Innengehäuse, das seinerseits den Stator des Steuer stab-Antriebsmechanismus kühlt. Dieses Verfahren umfaßt ebenfalls den kostspieligen und zeitraubenden Arbeits gang des Herstellens einer spiralförmigen Aussparung im Material des Innengehäuses. Hinzukommt noch der weitere Arbeitsgang des Verlötens des Kupferrohrs in den Aus sparungen.

Eine Kühlmantelanordnung gemäß dem Oberbegriff ist mit der US-PS 21 37 044 bekanntgeworden. Darin ist eine Kühlmantel anordnung mit einem dünnwandigen Innengehäuse und einem dünn wandigen Außenmantel offenbart, wobei der Außenmantel so geformt ist, daß sich schraubenlinienförmig umlaufende Kühl kanäle mit einem in etwa sinusförmigen Querschnitt ergeben. Diese Ausgestaltung des Außenmantels wird erreicht, indem der Außenmantel aus einem Material besteht, welches ein geringeres spezifisches Gewicht aufweist, als das Material des Innengehäuses oder das weniger biegesteif ist.

In der US-PS 27 72 860 wird eine Kühlmantelanordnung gezeigt (vgl. Figur 4), bei der in etwa halbkreisförmige Durchflußkanäle Verwendung finden. Diese Durchflußkanäle werden vor dem Auf bringen auf den Innenmantel aus dünnem Blech geformt und an schließend mit dem Außenmantel verschweißt.

Die DE-OS 19 55 043 zeigt einen Behälterboden, bei dem zwei kreisförmige Bodenplatten mit einer spiralförmigen Schweißnaht verbunden sind. Durch das Zuführen eines unter Druck befind lichen Kühlmittels werden beide Platten gewölbt, wobei Durch strömungskanäle mit linsenförmigem Querschnitt gebildet werden. Zum Aufdrücken wird eine besondere Drückschablone verwendet, Eintritts- und Austrittsstutzen für das Kühlmittel werden an die entsprechenden Platten angeschweißt.

In der DE-PS 5 67 443 wird ebenfalls ein Kühlmantel gezeigt, bei dem gebogene Bleche, welche die Durchströmungskanäle bilden, auf einen ebenfalls aus dünnem Blech bestehenden Innenmantel geschweißt werden.

Die vorgenannten, im Stand der Technik bekannten Kühlmantel anordnungen haben durchweg den Nachteil, daß ihre Herstellung sehr aufwendig ist. Weiterhin ist der Wirkungsgrad dieser Anordnungen zum Teil unbefriedigend, da nur eine geringe Kühlmittelmenge durch die Durchflußkanäle strömen kann.

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Kühl mantelanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche einfach und kostengünstig herstellbar ist, welche eine sichere Funktionserfüllung gewährleistet und welche einen guten Wir kungsgrad aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrich tung umfaßt das Aufbringen einer verhältnismäßig dünnwandigen Hülse im Festsitz auf ein verhältnismäßig dickwandiges Innengehäuse, in welchem Einlaß- und Auslaß durchlässe ausgebildet sind, wobei das Innengehäuse für die Montage am Statorteil eines Steuerstab-Antriebs mechanismus geeignet ist. Die Unteranordnung, bestehend aus einer äußeren und inneren Hülse, die durch Preßsitz verbunden sind, wird in ein Drehfutter eingespannt und die äußere Hülse wird dann mit dem Innengehäuse mit Hilfe von Elektronenstrahlen verschweißt. Mit dem Elektronenstrahl- Schweißverfahren wird zunächst eine Dichtung am Umfang des einen Endes der äußeren Hülse geformt. Anschließend wird der Schweißkopf über die Länge der äußeren Hülse verschoben, wobei das Drehfutter gedreht wird, wodurch eine spiral förmige Schweißnaht entlang der ganzen Länge der äußeren Hülse gebildet wird. Der Schweißkopf wird dann angehalten, während das Drehfutter sich weiter dreht, um einen zweiten Dichtring längs des Umfangs der äußeren Hülse am entgegen gesetzten Ende zu bilden. Die verschweißte Unteranordnung wird dann vom Drehfutter abgenommen und die Wasserauslaß öffnung verschlossen, während die Wassereinlaßöffnung mit einem Druck von etwa 350 kp/cm² beaufschlagt wird. Hierdurch wird bewirkt, daß sich die Wände der äußeren Hülse zwischen den Schweißnähten ausdehnen, während die Unteranordnung unter Druck steht, wobei sich die äußere Hülse bleibend verformt und so einen spiralförmigen Kühlwasserweg bildet. Der Druck wird dann weggenommen und das Wasser abgelassen. Hiernach ist die Anordnung gebrauchsfertig.

Da die normale Kühlwasserströmung einen Druck von etwa 2 kp/cm² aufweist, ist die hergestellte Anordnung auto matisch auf Leckstellen geprüft worden, da die Herstellung die Verwendung von Wasser mit einem Druck von 350 kp/cm² umfaßt, ohne daß ein Bruch oder ein Leck auftritt.

Wie sich aus dem Vorhergehenden ergibt, wird eine automatisch auf Lecksicherheit geprüfte Anordnung geschaffen.

Ein weiterer Aspekt besteht darin, eine einfache und preisgünstige Methode zur Her stellung eines Kühlmantels zu schaffen, ohne daß Aus sparungen erforderlich sind.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Kühlmantelanord nung,

Fig. 2 einen Längsschnitt der in Fig. 1 gezeigten Kühl mantelanordnung und

Fig. 3 die wesentlichen Verfahrensschritte bei der Herstel lung des Kühlmantels.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer Kühlmantelanordnung gezeigt.

Die Kühlmantelanordnung 10 hat ein Innengehäuse 12 von im wesentlichen zylindrischer Gestalt, das bestimmt ist, im Schiebesitz über einen Steuerstab-Antriebsmechanismus (nicht gezeigt) eines Kernreaktors im Bereich des Stators geschoben zu werden. Dieses Innengehäuse 12 trägt über seine Länge eine spiralförmig ausgebildete Kühlwasser- Durchlaufvorrichtung 14, welche aus einer Reihe von parallelen Durchflußkanälen 16 von halbkreis förmigem Querschnitt besteht, die einen einzigen spiral förmigen Wasserweg bilden. In das obere Ende des Innenge häuses 12 ist eine Einlaßöffnung 18 gebohrt, die mit der obersten halbkreisförmigen Ausdehnungsrohr-Windung 16 in Verbindung steht und die Einführung von Kühlwasser in die Kühlwasser-Durchlaufvorrichtung 14 erlaubt. Das Kühlwasser durchfließt die ganze Spirale der Kühlwasser- Durchlaufvorrichtung 14, wobei es die Wärme aufnimmt, die von dem Stator des Steuerstab-Antriebsmechanismus auf das Innengehäuse 12 übertragen wird, und strömt am anderen Ende des Innengehäuses 12 durch eine Auslaßöffnung 20 aus, der am Boden des Innengehäuses 12 durch einen Bohrvorgang ausgebildet ist.

Das Innengehäuse 12 hat einen Innendurchmesser von etwa 19,3 cm, einen Außendurchmesser von etwa 21,8 cm und eine Länge von etwa 45,5 cm. Es ist aus korrosionsbeständigem Stahl (Typ 403) hergestellt, wobei die Einlaßöffnung 18 und die Auslaßöffnung 20 hineingebohrt sind.

Die Kühlwasser-Durchlaufvorrichtung 14 ist nominal 1,6 mm dick und ungefähr 35 cm lang und anfänglich als Zylinder ausgebildet mit einem Innendurchmesser von unge fähr 21,8 cm, um einen Festsitz über dem Innengehäuse 12, wie später beschrieben wird, zu schaffen. Die Durchlauf vorrichtung 14 besteht aus korrosionsbeständigem Stahl (Typ 304), der dehnbarer und für die Herstellungsvorgänge zweckmäßiger ist.

Wie in Fig. 3 dargestellt, besteht der erste wesentliche Herstellungsschritt der vorliegenden Methode darin, daß die Kühlwasser-Durchlaufvorrichtung 14 in ihrem unverformten Ausgangs zustand als festsitzender Zylinder 14′ im Preßsitz auf das Innengehäuse 12 aufgebracht wird. Dies bedingt das Auf drücken oder Aufschlagen eines vorgeformten Rohres aus zugeschnittenem korrosionsbeständigem Stahl (Typ 304) auf das Innengehäuse 12. Da das besondere Rohr mit einem für einen Preßsitz auf dem Innengehäuse 12 des Steuerstab-Antriebsmechanismus notwendigen Innendurch messer nicht ohne weiteres verfügbar war, wurde eine passen de Länge aus korrosionsbeständigem Stahlblech (Typ 304) zugeschnitten und mit Hilfe von drei Rollzylindern zu einem Zylinder 14′ gerollt. Der geformte Zylinder 14′ wurde entlang der Naht mittels Elektronenstrahls unter Verwendung eines Elektronenstahl-Schweiß geräts bei 55 KV und 20 mA geschweißt. Der Schweißkopf des Gerätes wurde mit einer Bahngeschwindig keit von 152 cm/min bewegt, wobei der Schweißkopf auf die Oberfläche des Werkstücks fokussiert war. Die von dem erläuterten Schweißvorgang gebildete Schweißnaht wurde dann von Hand mit einer Schleifscheibe nachgearbeitet, um den Innendurchmesser des geformten Zylinders 14′ gängig zu machen. Für ein leichteres Aufdrücken des geformten Zylinders 14′ auf das Innengehäuse 12 wurden die Paßflächen des Innengehäuses 12 und des Zylinders 14′ mit Azeton ge reinigt, um Schmutzteilchen zu entfernen, welche den Vor gang des Aufdrückens stören könnten. Der Zylinder 14′ wurde dann auf das Innengehäuse 12 aufgedrückt, bis er auf diesem im wesentlichen zentriert war, wobei die ent gegengesetzten Enden des Zylinders 14′ die Teile der Ein laß- und Auslaßöffnungen 18 und 20 abdecken, welche recht winkelig zu den Öffnungen längs der Mantelober fläche des Innengehäuses 12 verlaufen.

Die im vorhergehenden beschriebene Unteranordnung wurde dann in ein Drehfutter 22 des Elektronen strahl-Schweißgerätes eingespannt, das einen Schweißkopf 24 aufweist, der entlang der Längs achse des gebildeten Unteraufbaus bewegbar ist. Das Schweiß gerät wurde auf 55 KV und 60 mA eingestellt mit einem Zwischenraum von etwa 17,8 cm zwischen dem Schweißkopf 24 und der Werkstücksoberfläche, also dem Zylinder 14′. Der Schweißkopf 24 wurde dann etwa 12,7 mm über der Werkstück oberfläche fokussiert. Der Schweißvorgang wurde in einem Vakuum von 7 · 10^-5 TORR und mit einer Drehzahl des Drehfutters 22 von 2,3 U/min durchgeführt.

Der Schweißvorgang wurde folgendermaßen durchgeführt:

Mit stationärem Schweißkopf 24 wurde eine erste dichten de Schweißnaht 26 entlang des gesamten Umfangs des Zylinders 14′ gebildet, wodurch ein Ende des Zylinders 14′ am Innenge häuse 12 angeschweißt wird.

Dann wurde der Schweißkopf 24 in Längsrichtung des Zylinders 14′ bewegt, während das Drehfutter 22 mit 2,3 U/min ge dreht wurde, wodurch eine spiralförmige Schweißnaht 28 über die Länge des Zylinders 14′ mit einem Abstand der benachbarten Schweißnähte 28 von etwa 2,5 cm gebildet wurde. Sobald der Schweißkopf 24 sich in der Nähe des Endes des Zylinders 14′ befand, wurde die Längsbewegung des Schweißkopfes 24 beendet und eine durchgehende Umfangs schweißnaht 30 entlang des gesamten Umfangs des Zylinders 14′ ausgebildet.

Die geschweißte Kühlmantelanordnung wurde dann aus dem Dreh futter 22 herausgenommen, die Auslaßöffnung 20 mit einem Ab schlußorgan 34 verschlossen und die Einlaßöffnung 18 über eine Leitung 32 an eine Druckquelle P angeschlossen. Die Druck quelle P wurde langsam geöffnet. Bei etwa 70 kp/cm² Wasser druck konnte der Beginn einer Deformation des geschweißten Zylinders 14′ beobachtet werden. Der Druck wurde erhöht bis auf etwa 350 kp/cm², um den geschweißten Zylinder 14′ zwischen den benachbarten, mit 2,5 cm Abstand ausge bildeten Schweißnähten 28 auszudehnen zu einer Reihe von Durchflußkanälen 16, die als Segmente eines Kreises mit einer maximalen Ausdehnung eines jeden Segmentes ungefähr in der Mitte von 0,5 cm Höhe ausgebildet werden. Die hierdurch gebildete Durchflußkanalanordnung erwies sich als ge eignet für die Zufuhr von Kühlwasser zum Stator eines Steuerstab-Antriebsmechanismus.

Da die Ausbildung der Kühlmantelanordnung 10 mit Druck wasser in der Durchflußanordnung bei einem Druck von etwa 350 kp/cm² erfolgte, ist die Kühlmantelanordnung 10 automatisch auf undichte Stellen geprüft. Die Kühlmantel anordnung 10 hält also mit absoluter Sicherheit dem Kühl wasserdruck im Betrieb dieser Anordnung stand, der kaum 2 bis 3 kp/cm² überschreiten dürfte.

Claims

1. Kühlmantelanordnung, insbesondere für einen Steuerstab- Antriebsmechanismus in Kernreaktoren, bestehend aus einem zylindrischen Innengehäuse und einem darüber an geordneten Außenmantel, welcher durch eine schrauben linienartig verlaufende Schweißnaht mit dem Innengehäu se verbunden ist, wobei die zwischen den Schweißnähten liegenden Bereiche durch eine zwischen dem Innengehäuse und dem Außenmantel eingeleitete Druckflüssigkeit zur Bildung von Durchflußkanälen bleibend verformt sind und wobei eine Zulauf- und eine Ablaufvorrichtung an diesen Durchflußkanälen vorgesehen ist, dadurch ge kennzeichnet, daß die Wandstärke des Innen gehäuses (12) wesentlich größer ist als die Wandstärke des Außenmantels, daß die Zulauf- und die Ablauf vorrichtung der Durchflußkanäle jeweils als in der Wand des Innengehäuses (12) angeordnete Bohrungen ausgebildet sind, welche mit einer Einlaß- bzw. einer Auslaßöffnung (18, 20) in der Außenfläche des Innengehäu ses (12) in Verbindung stehen, daß das Innengehäuse (12) und der Außenmantel mittels einer über bzw. unter der Einlaß- bzw. Auslaßöffnung (18, 20) angeordneten ringförmigen, abdich tenden Schweißnaht miteinander verbunden sind und daß die zwischen der schraubenlinienförmig umlaufenden Schweißnaht angeordneten Durchflußkanäle (16) einen im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen, welcher aus dem unverformten Innengehäuse (12) und aus dem verformten Bereich des Außenmantels gebildet ist.

2. Kühlmantelanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung mit einem Druck von etwa 350 bar erfolgte.

3. Kühlmantelanordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die äußere Hülse auf das zylin drische Innengehäuse (12) aufgedrückt ist.