DE3015905C2 - - Google Patents
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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 (3)
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.
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