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Die Erfindung bezieht sich allgemein
auf Kernreaktoren und insbesondere auf eine Einrichtung und Verfahren
zum Verbinden von Rohrleitungen innerhalb von Reaktordruckbehältern von
diesen Reaktoren.
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Ein Reaktordruckbehälter (RPV
von reactor pressure vessel) von einem Siedewasserreaktor (BWR)
hat üblicherweise
eine im allgemeinen zylindrische Form und ist an beiden Enden verschlossen,
z. B. durch ein unteres Kopfstück
und ein lösbares
oberes Kopfstück.
Ein Kernmantel oder Mantel umgibt üblicherweise den Kern und ist
von einer Mantelhalterungsstruktur gehaltert.
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Siedewasserreaktoren haben zahlreiche Rohrleitungssysteme,
und diese Rohrleitungssysteme werden beispielsweise zum Transportieren
von Wasser durch den RPV verwendet. Beispielsweise wird eine Kernsprühleitung
verwendet, um Wasser von außerhalb
des RPV zu Kernsprühsprinklern
innerhalb des RPV zu liefern. Die Kernsprühleitung und -sprinkler liefern
eine Wasserströmung
an den Reaktorkern.
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Spannungsrisskorrosion (SCC von stress corrosion
cracking) ist eine bekannte Erscheinung, die in Reaktorkomponenten
auftritt, wie beispielsweise tragenden Teilen, Leitungen, Befestigungsgliedern
und Schweißstellen,
die Wasser mit hoher Temperatur ausgesetzt sind. Die Reaktorkomponenten sind
einer Vielfalt von Beanspruchungen ausgesetzt, die mit beispielsweise
Differenzen in der thermischen Expansion, dem Betriebsdruck, der
für den
Einschluss des Reaktorkühlwassers
erforderlich ist, und anderen Quellen verbunden sind, wie beispielsweise Restbeanspruchungen
vom Schweißen,
einer kalten Bearbeitung oder anderen inhomogenen Metallbehandlungen.
Zusätzlich
können
Wasserchemie, Schweißen,
Wärmebehandlung
und Strahlung die Empfindlichkeit von Metall in einer Komponente
gegenüber
SCC vergrößern.
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Innere Reaktorleitungen, wie beispielsweise T-Kästen und
Kernsprühleitungs-Fallrohre,
erfordern gelegentlich einen Austausch als eine Folge von SCC. Der
Austausch von Kernsprühleitungen
erfordert häufig
ein Entfernen und Neuanordnen des Kernsprühleitungs-Fallrohres. Die Befestigung
des Kernsprühleitungs-Fallrohres
an dem Kernsprühsprinkler-T-Kasten
des Mantels wird jedoch üblicherweise
während
der ursprünglichen
Reaktorkonstruktion installiert und ist schwer zugänglich.
Zusätzlich ist
der Austausch des Kernsprühleitungs-Fallrohres kompliziert
durch den eingeschränkten
verfügbaren Arbeitsraum.
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Die Fallleitung der Kernsprühleitung
weist einen unteren Ellbogen bzw. Krümmer auf, der an einer thermischen
Hülse der
Manteldurchdringung befestigt ist. Der Einbau einer Austausch-Fallleitung,
wie sie ursprünglich
ausgestaltet ist, in den Reaktor erfordert, dass der untere Austausch-Ellbogen
an dem Mantel angeschweißt
wird. Wie oben ausgeführt
wurde, ist es jedoch schwierig, Zugang zu diesem Bereich des Reaktors
zu erhalten.
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Es würde wünschenswert sein, eine Einrichtung
bereitzustellen, die den Austausch einer Kernsprüh-Fallleitung erleichtert,
die an der Kernsprüh-Sprinkler-T-Box des Mantels befestigt
ist. Es würde
auch wünschenswert
sein, eine derartige Einrichtung bereitzustellen, die ohne die Notwendigkeit des
Schweißens
im Feld eingebaut wird. Eine derartige Einrichtung ist in US-5,735,551
beschrieben.
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Die vorliegende Erfindung ist auf
eine Verbindungseinrichtung gerichtet zum Verbinden eines Austausch-Rohrleitungsabschnittes
mit dem offenen Ende von einer abgetrennten Kernsprüh-Fallleitung in
einem Kernreaktor.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird
eine Verbindungseinrichtung bereitgestellt zum Verbinden einer Fallleitung
von einer Kernsprühleitung
mit einem Kernmantel in einem Kernreaktor, wobei die Einrichtung
einen Dichtungsring mit einem ersten Sitz, einen Gegenflansch mit
einem zweiten Sitz, der zur Aufnahme des ersten Sitzes konfiguriert ist,
um eine Fehlausrichtung der Fallleitung aufzunehmen, und ein Gehäuse zum
Befestigen des ersten Sitzes auf dem zweiten Sitz enthält, wobei
das Gehäuse
wenigstens eine Keiltasche aufweist, die zum Positionieren eines
Keils neben der Fallleitung konfiguriert ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann eine Verbindung von einer Austauschleitung mit
der Fallleitung ohne Schweißen
im Feld durch eine Verbindungseinrichtung erhalten werden, die,
gemäß einem
Ausführungsbeispiel,
einen ringförmigen
Dichtungsring aufweist, der zwischen einem Gegenflansch und einem
Gehäuse
befestigt ist, wobei vier Verbindungsbolzen verwendet werden. Der
Dichtungsring hat einen sphärischen konvexen
Sitz. Der Gegenflansch weist einen sphärischen konkaven Sitz zur Aufnahme
des konvexen Sitzes des Dichtungsringes und eine im wesentlichen zylindrische
Leitungsöffnung
auf. Das Gehäuse
enthält
einen im wesentlichen zylindrischen Angriffsabschnitt des Dichtungsringes
zur Aufnahme von einem Abschnitt des Dichtungsringes und eine im
wesentlichen zylindrische Leitungsöffnung auf, die einen inneren
Durchmesser hat, der zur Aufnahme der Fallleitung bemessen ist.
Das Gehäuse
weist auch zwei seitliche Stiftöffnungen
auf, die in der Größe zur Aufnahme
von seitlichen Stiften bemessen sind. Die seitlichen Stifte erstrecken
sich durch entsprechende ausgerichtete Gehäuseöffnungen für die seitlichen Stifte und
in konische seitliche Stiftöffnungen
hinein, die in die Fallleitung eingearbeitet sind. Der Sitz des Dichtungsringes
sitzt auf dem Gegenflansch, und die vier Verbindungsbolzen erstrecken
sich zwischen dem Gegenflansch und dem Gehäuse und befestigen den Gegenflansch
an dem Gehäuse.
Die konvexen und konkaven Sitze gestatten, dass die Fallleitung
in Drehrichtung mit der Verbindungseinrichtung fehlausgerichtet
sein kann. Das Gehäuse
weist auch vier Keiltaschen auf, die um das Gehäuse herum in gleichen Abständen angeordnet
sind. Damit zusammenpassende Keile sind so konfiguriert, dass sie
in den Keiltaschen angeordnet werden können und eine feste Passung
zwischen dem Gehäuse
und der Außenfläche von
der Fallleitung bilden. Die feste Passung des Teils zwischen dem
Gehäuse
und der Fallleitung sorgt für
Widerstandsfähigkeit
gegenüber einem
Biegemoment, das auf die Verbindung der Fallleitung ausgeübt wird.
Passstifte führen
durch das Gehäuse
hindurch und sind so konfiguriert, dass sie mit Presspassung in
das Gehäuse
passen, um die Keile in ihrer Lage zu halten.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der
Erfindung wird ein Verfahren zum Verwenden einer Verbindungseinrichtung
bereitgestellt, die wenigstens einen Keil, ein Verbindungsgehäuse, das
wenigstens eine so geformte Keiltasche hat, dass der Keil neben
der Fallleitung positioniert ist, und einen Gegenflansch aufweist
zum Verbin den der Fallleitung von einer Kernsprühleitung mit einem vertikalen
Austauschleitungsabschnitt in einem Kernreaktor, wobei das Verfahren
die Schritte enthält,
dass der Gegenflansch mit einem Ende der Austauschleitung verbunden wird,
die Fallleitung mit dem Gehäuse
verbunden wird und wobei das Verbinden des Gegenflansches mit dem
Gehäuse
den Schritt enthält,
dass der Keil in der Keiltasche angeordnet wird, um so eine feste Passung
zwischen dem Gehäuse
und der Fallleitung zu bilden.
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Somit wird zum Einbauen der Verbindungseinrichtung
ein unterer Abschnitt von der bestehenden Fallleitung entfernt,
beispielsweise indem ein Abschnitt von der Fallleitung nahe dem
unteren Ellbogen abgeschnitten und der untere Ellbogen bzw. Krümmer aus
dem Mantel entfernt wird. Ein Austausch-Ellbogen mit einem vertikalen
Leitungsabschnitt wird in dem Reaktor installiert. Der Gegenflansch
wird mit dem vertikalen Austauschleitungsabschnitt verbunden, bevor
der Ellbogen und der vertikale Leitungsabschnitt an dem Mantel befestigt
wird. In der Fallleitung sind zwei seitliche Stiftöffnungen ausgebildet.
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Nach dem Einsetzen des Dichtungsringes
in den Eingriffsabschnitt des Gehäuses wird die Fallleitung in
das Gehäuse
eingeführt,
bis sich die Fallleitung neben dem Dichtungsring befindet. Der konvexe Sitz
des Dichtungsringes sitzt dann auf dem konkaven Sitz des Gegenflansches,
und der Gegenflansch wird mit dem Gehäuse verbunden, wobei die vier
Verbindungsbolzen verwendet werden. Die Fallleitung wird dann an
der Verbindungseinrichtung befestigt, wobei zwei seitliche Stifte
und die vier damit zusammenpassenden Keile verwendet werden.
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Die oben beschriebene Einrichtung
erleichtert das Austauschen von einem unteren Abschnitt von einer
Fallleitung, ohne dass im Feld geschweißt werden muss. Die Verbindungseinrichtung
sorgt für eine
starke leckfreie Verbindung der vertikalen Austauschleitung mit
der Fallleitung.
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Es wird nun ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
in denen:
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1 eine
perspektivische Ansicht, wobei einige Teile weggeschnitten sind,
von einem Abschnitt von einem Reaktordruckbehälter ist;
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2 eine
Vorderansicht, wobei einige Teile weggeschnitten sind, von einer
Verbindungseinrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist;
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3 eine
Draufsicht, wobei einige Teile weggeschnitten sind, von dem in 2 gezeigten Gehäuse ist;
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4 ein
Seitenschnitt, wobei einige Teile weggeschnitten sind, von der in 2 gezeigten Verbindungseinrichtung
ist.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, wobei einige Teile weggeschnitten
sind, von einem Abschnitt von einem Reaktordruckbehälter (RPV) 10. Ein
Mantel 12 umgibt den Reaktorkern (nicht gezeigt) von dem
RPV 10. Kühlwasser
wird dem Reaktorkern während
eines Kühlmittelverlust-Störfalles
durch Kernsprüh-Seitenleitungen 14A und 14B zugeführt, die
mit Fallleitungen 20A bzw. 20B verbunden sind. Die
Seitenleitungen 14A und 14B zweigen von einer T-Kastenverbindung 24 ab,
die mit einer Kernsprüh-Kühlwasser-Versorgungsleitung 25 verbunden ist.
Die Fallleitung 20A ist mit dem Mantel 12 durch einen
T-Kasten 28 verbunden, der an dem Mantel 12 und
einem internen Sprinkler (nicht gezeigt) befestigt ist. Die Fallleitungen 20A und 20B enthalten
untere Ellbogen bzw. Krümmer 32A und 32B.
Die unteren Ellbogen 32A und 32B sind üblicherweise
an dem Mantel 12 angeschweißt. Ein Austauschen der Fallleitungen 20A und 20B ist
kompliziert aufgrund der eingeschränkten Zugänglichkeit der unteren Ellbogen 32A und 32B.
Die eingeschränkte
Zugänglichkeit
macht das Schweißen
von Austausch-Fallleitungen schwierig.
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Gemäß den 2 und 3 enthält eine
Verbindungseinrichtung 36 einen ringförmigen Dichtungsring 40,
der zwischen einem Gegenflansch 44 und einem Gehäuse 48 befestigt
ist, wobei vier Verbindungsbolzen 50A, 50B, 50C und 50D verwendet
werden. Der Dichtungsring 40 weist eine erste Oberfläche 54 und
eine zweite Oberfläche 56 mit
einem sphärischen
konvexen Sitz 58 auf. Der Gegenflansch 44 enthält einen
sphärischen
konkaven Sitz 60 und eine im wesentlichen zylindrische
Leitungsöffnung 62.
Der sphärische
Sitz 60 ist in der Größe zur Aufnahme
des Dichtungsringsitzes 58 bemessen, um eine Fehlausrichtung
von der Fallleitung 20A und dem Gegenflansch 44 aufzunehmen.
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Das Gehäuse 48 weist einen
Gehäuseflansch 64 und
einen im wesentlichen zylindrischen Dichtungsring-Eingriffsabschnitt 66 auf,
der von dem Gehäu seflansch 64 ausgeht.
Der Gehäuseflansch 64 enthält auch
eine im wesentlichen zylindrische Leitungsöffnung 68. Der innere
Durchmesser von der Leitungsöffnung 68 ist
zur Aufnahme der Fallleitung 20A bemessen. Der Gehäuseeingriffsabschnitt 66 ist zur
Aufnahme von einem Abschnitt des Dichtungsringes 40 bemessen,
so dass der Dichtungsringsitz 58 auf dem Gegenflanschsitz 60 sitzt,
wenn der Gegenflansch 44 mit dem Gehäuse 48 verbunden ist.
Zwei seitliche Stifte 70A und 70B sind in der
Größe so bemessen,
dass sie durch ausgerichtete entsprechende seitliche Stiftöffnungen 72A und 72B des
Gehäuses
und konische seitliche Stiftöffnungen 74A und 74B hindurchführen, die
in der Fallleitung 20A ausgebildet sind. Die seitlichen
Stifte 70A und 70B verteilen eine seitliche Belastung
gleichmäßig und
sind an dem Gehäuse 48 mit
entsprechenden Rändelmuttern 76A und 76B befestigt.
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Das Gehäuse weist zusätzlich Keiltaschen 78A, 78B, 78C und 78D auf,
die in gleichen Abständen
um das Gehäuse
48 herum angeordnet und konfiguriert sind, um Keile 80A, 80B, 80C und 80D neben
der Fallleitung 20 zu positionieren. Passstiftöffnungen 82A, 82B, 82C und 82D führen durch
das Gehäuse 48 hindurch
und sind so konfiguriert, dass Passstifte 84A, 84B, 84C und 84D durch
das Gehäuse 48 hindurchführen können und
auf entsprechende Weise mit den Keilen 80A, 80B, 80C und 80D in
Eingriff kommen, um die Keile in ihrer Lage zu halten. Die Passstifte 84A, 84B, 84C und 84D sind
so konfiguriert, dass sie eine Presspassung in den Öffnungen 82A, 82B, 82C und 82D haben.
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Gemäß den 3 und 4 weist
der Gegenflansch 44 vier geschlitzte Verbindungsbolzenöffnungen 86A, 86B, 86C und 86D auf,
die in ihrer Größe zur Aufnahme
von Verbindungsbolzen 50A, 50B, 50C und 50D bemessen
sind. Der Gehäuseflansch 64 weist
vier Verbindungsbolzenöffnungen 88A, 88B, 88C und 88D (es
sind nur zwei gezeigt) auf, die in ihrer Größe zur Aufnahme der Verbindungsbolzen 50A, 50B, 50C und 50D bemessen
sind.
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Die Verbindungsbolzen 50A, 50B, 50C und 50D sind
in der Größe so bemessen,
dass sie sich zwischen dem Gegenflansch 44 und dem Gehäuse 48 erstrecken,
und jeder weist zwei sphärische Scheiben 90A, 90B, 90C, 90D, 90E, 90F, 90G und 90H (die
Scheiben 90F und 90H sind nicht gezeigt) und Rändelmuttern 92A, 92B, 92C und 92D auf.
Die sphärischen
Scheiben 90A, 90B, 90C, 90D, 90E,
90F, 90G und 90H sorgen
für eine
parallele Fläche für Köpfe der
Verbindungsbolzen 50A, 50B, 50C und 50D und
der Muttern 92A, 92B, 92C und 92D.
Die Verbindungsbolzen 50A, 50B, 50C und 50D verteilen die
Last und verhindern eine exzentrische Belastung.
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Die Verbindungsbolzen 50A, 50B, 50C und 50D und
die sphärischen
Scheiben 90A, 90B, 90C, 90D, 90E, 90F, 90G und 90H können beispielsweise aus
INCONEL X-750 hergestellt sein aus Festigkeitsgründen und um die Möglichkeit
zu minimieren, dass sie mit den Rändelmuttern 92A, 92B, 92C und 92D fressen.
Alle anderen Komponenten der Verbindungseinrichtung 36 einschließlich des
Dichtungsringes 40, des Gegenflansches 44, des
Gehäuses 48 und
der Rändelmuttern 92A, 92B, 92C und 92D können beispielsweise
aus kohlenstoffarmem rostfreiem Stahl 316 hergestellt sein.
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind die Verbindungsbolzen 50A, 50B, 50C und 50D aus
einem Material, beispielsweise INCONEL X-750, hergestellt, das einen kleineren
thermischen Ausdehnungskoeffizienten als der rostfreie Stahl Typ 316 hat.
Als eine Folge des kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten wird
der Zug der Bolzen 50A, 50B, 50C und 50D erhöht, wenn
sich der Reaktor erwärmt,
wodurch leckbeständige
Verbindungen sichergestellt werden.
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Der Gegenflansch 44 wird
mit einem Austausch-Rohrleitungsabschnitt 94 verbunden.
Die Leitungsöffnung 62 des
Gegenflansches ist zum Verbinden mit einem Ende 98 des
Leitungsabschnittes 94 konfiguriert.
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Beim Austauschen des unteren Abschnittes von
der Fallleitung 20A einschließlich des unteren Ellbogens 32A wird
die Fallleitung 20A zwischen der Seitenleitung 14A der
Kernsprühleitung
und dem unteren Ellbogen 32A abgeschnitten. Der untere
Ellbogen 32A wird dann aus dem T-Kasten 28 des
Mantels entfernt. Der untere Ellbogen mit dem Austausch-Leitungsabschnitt 94 kann
dann an dem T-Kasten 28 des Mantels durch irgendeine geeignete
Methode befestigt werden. Der Austausch-Rohrleitungsabschnitt 94 wird
mit der Fallleitung 20A mit der Verbindungseinrichtung 36 verbunden.
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Die Fallleitung 20A ist
rechtwinklig abgeschnitten und rund bearbeitet, und die konischen
seitlichen Stiftöffnungen 74A und 74B sind
in der Fallleitung 20A üblicherweise
durch elektrische Entladungsbearbeitung nahe dem Ende der Fallleitung 20A ausgebildet,
um mit der Verbindungseinrichtung 36 verbunden zu werden.
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Zunächst wird der Gegenflansch 44 mit
dem Austausch-Rohrleitungsabschnitt 94 an dem Ende 96 verbunden,
wo der Leitungsabschnitt 94 mit der Fallleitung 20A verbunden
werden soll. Die Verbindung des Gegenflansches 44 mit dem
Leitungsabschnitt 94 wird üblicherweise vorgenommen, bevor der
Ellbogen 32A und der Leitungsabschnitt 94 in dem
T-Kasten 28 installiert werden. Der Gegenflansch 44 kann
mit dem Austausch-Rohrleitungsabschnitt 94 beispielsweise
durch Schweißen
verbunden werden. Üblicherweise
wird der Gegenflansch 44 mit dem Leitungsabschnitt 94 außerhalb
des Reaktors und vor dem Einbau des Ellbogens 32A mit der
Austauschleitung 94 in den T-Kasten 28 verschweißt.
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Nach dem Einsetzen des Dichtungsringes 40 ist
den Gehäuseeingriffsabschnitt 66 wird
die Fallleitung 20A in das Gehäuse 48 bis neben den
Dichtungsring 40 eingesetzt. Der Gegenflansch 44 wird dann
neben dem Dichtungsring 40 so angeordnet, dass der Sitz 58 des
Dichtungsringes auf dem sphärischen
Sitz 60 sitzt. Nach dem Anordnen der sphärischen
Scheiben 90E, 90F, 90G und 90H über den entsprechenden
Verbindungsbolzen 50A, 50B, 50C und 50D werden
die Verbindungsbolzen 50A, 50B, 50C und 50D durch
Verbindungsbolzenöffnungen 86A, 86B, 86C und 86D des
Gegenflansches und damit ausgerichtete Verbindungsbolzenöffnungen 88A, 88B, 88C und 88D des
Gehäuses
eingeführt.
Die geschlitzten Öffnungen 86A, 86B, 86C und 86D nehmen
eine Dreh-Fehlausrichtung zwischen einer Achse von seitlichen Stiften 70A und 70B und
einem Tangentenpunkt oder einer Kontaktfläche des Mantels 12 auf.
Dann werden die sphärischen
Scheiben 90A, 90B, 90C und 90D über entsprechenden
Verbindungsbolzen 50A, 50B, 50C und 50D neben
dem Gehäuse 48 angeordnet,
und auf die Verbindungsbolzen 50A, 50B, 50C und 50D werden
Rändelmuttern 92A, 92B, 92C und 92D geschraubt.
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Dann werden seitliche Stifte 70A und 70B durch
seitliche Stiftöffnungen 72A und 72B des
Gehäuses
und durch damit ausgerichtete seitliche Stiftöffnungen 74A und 74B der
Fallleitung eingeführt. Wenn
die seitlichen Stifte 70A und 70B an gezogen werden,
sorgen die Stifte 70A und 70B für eine Lastübertragung
von der Fallleitung 20A auf das Gehäuse 48. Die Lastbahn
verläuft
durch die Fallleitung 20A, die seitlichen Stifte 70A und 70B in
das Gehäuse 48 hinein,
in den Dichtungsring 40, in den Flansch 44 und
die Verbindungsbolzen 50A, 50B, 50C und 50D und
zurück
in das Gehäuse 48.
Die seitlichen Stifte 70A und 70B werden unter
Verwendung von Rändelmuttern 76A und 76B befestigt.
Keile 80A, 80B, 80C und 80D werden
in Keiltaschen 78A, 78B, 78C und 78D angeordnet.
Die Schwerkraft bewirkt, dass sich die Keile 80A, 80B, 80C und 80D nach
unten in die Keiltaschen 78A, 78B, 78C und 78D bewegen,
um eine feste Passung zwischen dem Gehäuse 48 und der Fallleitung 20A zu
bilden. Passstifte 84A, 84B, 84C und 84D werden
in Öffnungen 82A, 82B, 82C und 82D eingesetzt,
um sicherzustellen, dass die Keile 80A, 80B, 80C und 80D während der
Installation und des Reaktorbetriebs in der richtigen Position bleiben.
Die Keile 80A, 80B, 80C und 80D sorgen für einen
Widerstand gegenüber
einem Biegekraftmoment, das auf die Verbindung 36 ausgeübt wird. Die
Muttern 92A, 92B, 92C und 92D werden
dann angezogen, wobei der Dichtungsring 40 zwischen dem
Gehäuse 48 und
dem Gegenflansch 44 festgeklemmt und eine feste Verbindung
zwischen der Verbindungseinrichtung 36 und der Fallleitung 20A gebildet
wird.
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Die entstehende Verbindung sorgt
für einen Strömungsmittelkanal
von der Fallleitung 20A zu dem T-Kasten 28, während eine
Dreh-Fehlausrichtung von der Fallleitung 20A und der Austauschleitung 94 gestattet
wird. Zusätzlich
erleichtert die Verbindungseinrichtung 36 einen Austausch
der Fallleitung 20A, ohne dass innerhalb des Reaktors geschweißt werden
muss.