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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung der Wand
von Rohren eines Wärmetauschers, und insbesondere von Rohren eines
Dampfgenerators eines Druckwasser-Kernreaktors.
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Die Dampfgeneratoren von Druckwasser-Kernreaktoren weisen ein Bündel
von Rohren auf, die U-förmig gekrümmt und deren Enden in einer
Rohrplatte befestigt sind.
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Wenn der Dampfgenerator in Betrieb ist, fließt das eine sehr hohe
Temperatur aufweisende und unter sehr hohem Druck stehende Kühlwasser des
Reaktors innerhalb der Rohre des Bündels. Die Wand der Rohre des
Bündels des Dampfgenerators bildet eine Austauschwand, durch die hindurch
das unter Druck stehende Kühlwasser des Kernreaktors Wärme an
Speisewasser abgibt, dessen Erwärmung und dann Verdampfung innerhalb
des Dampfgenerators gewährleistet wird. Die Wand der Rohre des Bündels
des Dampfgenerators bildet also eine Barriere zwischen dem
Primärbereich und dem Sekundärbereich des Dampfgenerators.
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Es ist also äußerst wichtig, daß die Wand der Rohre des Dampfgenerators
eine sehr gute Dichtheit aufweist, um ein Einführen von unter Druck
stehendem und angeregte Arten einschließendem Primärfluid ins Innere des
Sekundärkreislaufs des Dampfgenerators zu vermeiden. Die Rohre des
Dampfgenerators können im Betrieb innerhalb des Kernreaktors eine
gewisse Abnutzung erfahren, zum Beispiel aufgrund der Korrosion des
Metalls der Wand der Rohre durch das Druckwasser, das das Primärfluid des
Kernreaktors bildet, oder durch das Speisewasser, das das Sekundärfluid
bildet. Die Abnutzung der Rohre des Dampfgenerators kann sich im
Auftreten von Rissen und somit von Primärfluidlecks in den Sekundärbereich
des Dampfgenerators äußern.
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Die Bestimmungen bezüglich des Betriebs von
Druckwasser-Kernreaktoren schreiben bestimmte Dichtheitsprüfungen der Rohre von
Dampfgeneratoren in bestimmten periodischen Zeitabständen vor, um
insbesondere zu überprüfen, ob die Leckrate zwischen dem Primärkreis und dem
Sekundärkreis unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt.
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Durch alle diese Überprüfungen muß es auch möglich sein, diejenigen
Rohre des Bündels des Dampfgenerators zu lokalisieren, die Lecks
aufweisen.
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Die Kontrolle der Rohre des Bündels des Dampfgenerators erfolgt im
allgemeinen durch Wirbelströme.
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Wenn die Überprüfung durch Wirbelströme einen Fehler in der Wand
eines Rohrs nachweist, wird eine zusätzliche Überprüfung durchgeführt, bei
der Helium verwendet wird, um festzustellen, ob das Rohr ein Leck
aufweist, das seine Reparatur, sein Abdichten oder seinen Ersatz notwendig
macht.
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Es hat sich aber herausgestellt, daß die mit Helium durchgeführten
Versuche nicht sehr repräsentativ waren und es nicht ermöglichten, in
zufriedenstellender Weise die Leckrate des Rohrs abzuschätzen, um
insbesondere zu entscheiden, ob es notwendig ist, das Loch abzudichten. Um
jede Gefahr beim Betrieb des Dampfgenerators zu vermeiden, ist man also
gezwungen, Rohre abzudichten, die keine Lecks mit kritischem Charakter
aufweisen. Die Vorgänge des Abdichtens der Rohre von Dampfgeneratoren
sind schwierig in der Durchführung und teuer, und je mehr verschlossene
Löcher die Dampfgeneratoren aufweisen, desto geringer sind ihre Leistung
und Wirksamkeit.
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Es ist also wünschenswert, über ein Prüfverfahren für die Rohre eines
Dampfgenerators, und allgemeiner für Wärmetauscherrohre, zu verfügen,
das es ermöglicht, die Leckrate des Rohrs im Betrieb so genau wie möglich
zu messen.
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In der Druckschrift US-A-4,602,500 wurde eine Vorrichtung
vorgeschlagen, um Lecks in Rohren und in Verbindungszonen von Rohren zu
erfassen, die einen Kopf zum Einspritzen von Druckfluid über eines der Enden
der Rohre, eine Einrichtung zum Verschließen des Rohrs, Einrichtungen
zur Druckfluidspeisung des Einspritzkopfs, Einrichtungen zum Einführen
und schnellen Befestigen des Einspritzkopfs in einem Ende des Rohrs und
eine Einrichtung zur Messung des Drucks im Rohr aufweist. Die im Rohr
enthaltene Luft kann durch eine Öffnung evakuiert werden, die die
Einrichtung zum Verschließen des Rohres durchquert.
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In der Druckschrift US-A-3,919,880 wurde eine Vorrichtung zur Prüfung
der Dichtheit eines Verschlußstopfens eines Rohrs durch Einspritzen von
Druckfluid in einen vom Stopfen verschlossenen Teil des Rohrs
vorgeschlagen.
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Es wurde ebenfalls vorgeschlagen, die Überprüfung der Rohre von
Dampfgeneratoren durchzuführen, indem jedes der Rohre, das überprüft wird,
mit Wasser gefüllt wird, und dann zusätzliche Wassermengen in das Rohr
eingeführt werden, und indem der Wasserdruck im Rohr zwischen zwei
zusätzlichen Zuführungen von Wasser gemessen wird.
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Ein solches Verfahren ermöglicht es nur dann, auf sichere Weise Lecks
aufweisende Rohre aufzuspüren, wenn die Luft, die das Rohr bei seinem
ursprünglichen Füllen enthielt, sorgfältig abgeführt wurde. Außerdem
muß das Verfahren nacheinander bei allen Rohren des Bündels
durchgeführt werden, die möglicherweise Lecks aufweisen. Aufgrund der sehr
großen Anzahl von Rohren in einem Bündel (mehrere tausend) ist es also
allgemein notwendig, sehr viele aufeinanderfolgende Arbeitsgänge
durchzuführen.
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Bisher verfügte man nicht über Druckwasser-Testvorrichtungen, die es
ermöglichen, nacheinander und schnell die Dichtheitsprüfung vieler Rohre
mit einer sehr wirksamen vorhergehenden Evakuierung der ursprünglich
in den Rohren enthaltenen Luft durchzuführen.
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Ziel der Erfindung ist es also, eine Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung
mindestens eines Teils der Wand eines Rohrs eines Wärmetauschers
vorzuschlagen, das an jedem seiner Enden in einer Rohrplatte befestigt ist,
wobei diese Vorrichtung es ermöglicht, das Verhalten der Rohre im Betrieb
in bezug auf die Wärmetauscherfluid-Lecks durch die Wand so genau wie
möglich abzuschätzen, und nacheinander in schneller und wirksamer
Weise an jedes der Rohre des Wärmetauschers angepaßt werden kann,
um das Rohr mit Wasser zu füllen und die im Rohr enthaltene Luft
vollkommen zu evakuieren, wobei die Vorrichtung aufweist:
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- mindestens einen Kopf zum Einspritzen von Druckfluid in eines der
Enden des Rohrs,
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- eine Einrichtung zum Verschließen des Rohrs,
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- Einrichtungen zum Speisen des Einspritzkopfes mit Druckfluid,
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- Einrichtungen zur Einführung und zur schnellen Befestigung des
Einspritzkopfes im Ende des Rohres, und
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- eine Einrichtung zum Messen des Drucks des Druckfluids im Rohr.
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Zu diesem Zweck weist die Vorrichtung außerdem eine Einrichtung zur
Evakuierung der ursprünglich im Rohr vorhandenen Luft auf, um das
Füllen des Rohrs ohne Vorhandensein von Luft zu gewährleisten, die aus
einem freien Abstreifkolben besteht, der innerhalb des Rohrs beweglich
ist.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nachfolgend als nicht
einschränkend zu verstehende Beispiele und in bezug auf die beiliegenden
Figuren zwei Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
beschrieben, die zur Prüfung der Rohre des Bündels eines
Dampfgenerators eines Druckwasser-Kernreaktors verwendet wird.
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Fig. 1 zeigt von vorne und im Teilschnitt einen Dampfgenerator eines
Druckwasser-Kernreaktors.
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Die Fig. 2 und 3 sind schematische Ansichten von vorne und im
Schnitt einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform während zwei aufeinanderfolgenden
Phasen eines Prüfvorgangs.
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Fig. 4A ist eine Ansicht von vorne und im Teilschnitt eines Teils der in
den Fig. 2 und 3 dargestellten Vorrichtung.
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Fig. 4B ist eine Seitenansicht des freien Kolbens, der während der Phase
des Füllens des Dampfgeneratorrohrs verwendet wird.
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Fig. 4C ist eine vergrößerte Ansicht des Details C der Fig. 4A.
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Die Fig. 5 und 6 sind Diagramme, die während einer
Dichtheitsprüfung des Rohrs die zeitabhängige Veränderung der zugefügten
Wassermenge und des Drucks im Rohr zeigen.
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Fig. 7 ist eine Ansicht von vorne und im Schnitt einer
erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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In Fig. 1 ist ein Dampfgenerator eines Druckwasser-Kernreaktors mit
dem allgemeinen Bezugszeichen 1 dargestellt, der eine Außenhülle 2
aufweist, in deren Inneren das Bündel 4 von Rohren 5 des Dampfgenerators
angeordnet ist.
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Jedes der Rohre 5 des Bündels des Dampfgenerators hat die Form eines U
mit zwei geraden Schenkeln, die an ihren Enden in einer Rohrplatte 3
befestigt sind, welche fest mit der Hülle 1 des Dampfgenerators verbunden
ist.
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Die Endbereiche der Rohre 5 des Bündels, die die Rohrplatte 3
durchqueren, münden in einem halbkugelförmigen Wasserkasten 7, der durch eine
Trennwand 8 in zwei Teile geteilt ist. Der Wasserkasten 7, von dem jeder
der beiden Teile über einen Rohrstutzen 6a oder 6b mit dem
Primärkreislauf des Dampfgenerators verbunden ist, ermöglicht den Kreislauf von
Primärwasser innerhalb jedes der Rohre 5 des Bündels 4 des
Dampfgenerators.
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Die halbkugelförmige Wand des Wasserkastens 7 wird auch von
Einstiegöffnungen durchquert, die den Zugang ins Innere des Wasserkastens 7
während der Abschaltperioden des Kernreaktors ermöglichen, wenn die
Hülle des Dampfgenerators und die Rohre kein Wasser enthalten und mit
Luft gefüllt sind.
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In den Fig. 2 und 3 ist ein Rohr 5 des Bündels des Dampfgenerators
während zweier Phasen einer Dichtheitsprüfung der Wand des Rohrs
dargestellt, bei der die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet wird.
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Die Endbereiche der geraden Schenkel des Rohrs 5, die die Rohrplatte 3
durchqueren, münden im Wasserkasten 7 zu beiden Seiten der
Trennwand 8 im Einlaßabteil bzw. im Auslaßabteil des Wasserkastens 7.
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Das erfindungsgemäße Dichtheitsprüfverfahren wird während einer
Abschaltperiode des Kernreaktors nach der vollständigen Entleerung des
Dampfgenerators durchgeführt. Die Hülle des Dampfgenerators und die
Rohre sind dann mit Luft gefüllt.
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Die Prüfung erfordert die Verwendung einer Vorrichtung, von der ein Teil
ins Innere des Wasserkastens des Dampfgenerators durch die
Einstiegöffnungen eingeführt wird, die in jedes der Abteile münden, und von der ein
anderer Teil sich außerhalb des Wasserkastens des Dampfgenerators in
Höhe einer von Operatoren bedienten Prüfstation befindet.
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Die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung, die allgemein das Bezugszeichen
10 trägt, besitzt zwei Teile 9a und 9b, die in den Wasserkasten 7 des
Dampfgenerators in das eine bzw. das andere Abteil des Wasserkastens
eingeführt werden. Die beiden Teile 9a und 9b der Vorrichtung 10 sind
gleich, so daß nur der Teil 9a der Vorrichtung beschrieben wird, wobei die
ihn bildenden Elemente je mit einem Bezugszeichen mit dem Index a
bezeichnet sind. Die entsprechenden, den Teil 9b bildenden Teile der
Vorrichtung 10 sind mit den gleichen Bezugszeichen mit dem Index b
bezeichnet.
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Der Teil 9a der Vorrichtung 10 weist einen Träger 11a auf, der am Ende
eines Handhabungsarms befestigt werden kann, der ins Innere des Abteils
des Wasserkastens eingeführt ist, oder von einem Teil eines
Handhabungsarms gebildet wird.
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Solche Handhabungsarme sind allgemein bekannt und werden verwendet,
um Prüf- und Reparaturvorgänge bei Dampfgeneratoren ausgehend vom
Wasserkasten dieser Dampfgeneratoren durchzuführen. Diese bekannten
Handhabungsarme ermöglichen es, ein am Ende des Arms befestigtes
Werkzeug axial mit dem Ende eines beliebigen Rohrs des Bündels des
Dampfgenerators auszurichten, das in das Abteil des Wasserkastens
mündet, in dem sich der Handhabungsarm befindet. Diese Handhabungsarme
ermöglichen es auch, durch Verschiebung in senkrechter Richtung
das Werkzeug über dasjenige Ende des Rohrs in dieses Rohr einzuführen,
das in dem Abteil des Wasserkastens mündet.
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In den Fig. 2 und 3 sowie in Fig. 4A sieht man, daß der Träger 1 1a
einerseits eine Videokamera 13a und andererseits an seinem Ende eine
Hydraulikeinheit 12a trägt, die Mittel zur Befestigung eines
Wasser-Einspritzkopfes 16a im Inneren des Rohrendes aufweist.
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Die Hydraulikeinheit 12a weist einen Körper 14a auf, in dem eine Kammer
15a ausgebildet ist, wie in Fig. 4A dargestellt ist.
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Der Wasser-Einspritzkopf 16a weist ein Rohr 17a auf, das innerhalb des
Trägers 14a so befestigt ist, daß es die Kammer 15a in axialer Richtung
durchquert. Das Ende des Rohrs 17a ist fest mit einem rohrförmigen
Endstück oder Stopfen 18a verbunden, der einen sich nach oben
erweiternden, kegelstumpfförmigen Bereich, dessen kleine Basis mit dem Ende des
Rohrs 17a verbunden ist, und einen zylindrischen Bereich aufweist,
dessen Durchmesser sehr geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser
des Rohrs 5 des Dampfgenerators. Auf der Außenfläche des zylindrischen
Bereichs des Stopfens 18a sind vier Nuten ausgebildet, in deren Inneren
jeweils eine Dichtung 20a angeordnet ist.
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Der hohle Stopfen 18a steht an einem seiner Enden mit dem Ende des
Speiserohrs 17a und an seinem anderen Ende mit einer
Wassersorgungsmanschette 21a im Rohr 5 des Dampfgenerators in Verbindung. Die
Wand der Manschette 21a wird von Wasserversorgungsöffnungen 22a
kleiner Abmessungen durchquert. Das Speiserohr 17a ist dicht in eine
Bohrung eingesetzt, die einen Teil des Körpers 14a der Hydraulikeinheit
durchquert, um in die Kammer 15a zu münden. Das Rohr 17a
gewährleistet den dichten Verschluß des Bodens der Kammer 15a.
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Die Kammer 15a weist an ihrem dem Boden entgegengesetzten Ende eine
Öffnung auf, in der ein ringförmiges Bauteil 23a dicht befestigt ist, das die
Kammer 15a teilweise verschließt und ein Futterrohr aufweist, das die
Kammer 15a in axialer Richtung verlängert. Ein Kolben 24a ist in axialer
Richtung beweglich im Inneren der Kammer 15a und im Inneren des Futterrohrs
des ringförmigen Bauteils 23a angeordnet. Der Kolben 24a besitzt
einen Endbereich großen Durchmessers, der ein Umfangssegment 25
aufweist, das beweglich und dicht in der Kammer 15a angebracht ist, und
einen Bereich geringeren Durchmessers, der beweglich und mit Hilfe einer
Dichtung 26 dicht im Inneren der Bohrung des ringförmigen Bauteils 23a
angeordnet ist.
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Der Bereich des Kolbens 24a mit verringertem Durchmesser verlängert
sich im Inneren der Bohrung der Manschette des ringförmigen Bauteils
23a in Form einer Muffe mit Längsschlitzen, die zwischen sich mindestens
zwei flexible Finger 27 begrenzen. Wie in Fig. 4C zu sehen ist, weist jeder
dieser flexiblen Finger 27 an seinem Ende auf seiner Außenfläche in Form
eines Zylinderabschnitts eine gezackte Zone 2T auf. Außerdem weisen die
flexiblen Finger 27 an ihrem Ende eine innere Oberfläche in Form eines
Kegelstumpfabschnitts auf, dessen Spitzenwinkel im wesentlichen gleich
dem Spitzenwinkel des kegelstumpfförmigen Bereichs des Stopfens 18a
ist.
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Die Kammer 15a kann von der einen oder der anderen Seite des Bereichs
mit großem Durchmesser des Kolbens 24a über eine Rohrleitung 28a, die
am Körper 14a der Hydraulikeinheit befestigt ist, und über Kanäle (nicht
dargestellt) mit Hydraulikfluid gespeist werden, die im Inneren des
Körpers 14a der Hydraulikeinheit ausgearbeitet sind und in die Kammer 15a
münden.
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Der rohrförmig ausgebildete Kolben 24a ist gleitend und mittels einer
Dichtung 29 dicht auf dem Rohr 17a angeordnet.
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Das Rohr 17a wird über eine Leitung 30a mit Wasser gespeist.
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Wie in den Fig. 2 und 3 zu sehen ist, sind die Leitungen 28a und 28b
zur Speisung der Hydraulikeinheiten 12a bzw. 12b mit Hydraulikfluid mit
einer Pumpe 31 zur Versorgung mit unter Druck stehendem
Hydraulikfluid verbunden, die sich außerhalb des Wasserkastens 7 des
Dampfgenerators befindet.
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Die Leitungen 30a und 30b zur Speisung der Köpfe 16a und 16b mit
Druckwasser sind außerhalb des Wasserkastens mit einer Pumpe 32
verbunden, die von einem Wasserreservoir 33 gespeist wird.
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Die die Speisung der Hydraulikeinheit 12a und/oder der Hydraulikeinheit
12b mit Hydraulikfluid gewährleistende Pumpe 31 ermöglicht die
Verschiebung des Kolbens 24a oder 24b, um die dem Kolben zugeordneten
flexiblen Finger 27 zu verschieben, die die Verriegelung des
Einspritzkopfes 16a oder 16b innerhalb des Rohrs 5 gewährleisten, wie weiter unten
erklärt wird.
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Die Pumpe 32 ermöglicht die Versorgung des Einspritzkopfes 16a und/
oder 16b mit Druckwasser.
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In Fig. 4B ist ein Element 34 dargestellt, das einen freien Abstreifkolben
bildet, der innerhalb des Rohrs 5 durch einen Wasserfluß verschoben
werden kann, der durch ein Ende des Rohrs über einen Stopfen wie zum
Beispiel 16a oder 16b eingeführt wird.
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Der Abstreilkolben 34 weist einen zylindrischen Körper 34a, dessen Enden
einen verringerten Durchmesser besitzen, und drei Abstreifscheiben 34b
auf, deren Durchmesser im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser
des Rohrs 5 des Dampfgenerators ist.
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Die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Vorrichtung 10 zur
Dichtheitsprüfung weist außerdem einen Druckmesser 35 auf, der es ermöglicht,
den Druck innerhalb des Rohrs 5 während der Dichtheitsprüfung des
Rohrs zu messen.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Gesamtheit der Fig. 1, 2,
3, 4A und 4B ein Vorgang der Dichtheitsprüfung eines
Dampfgeneratorrohrs unter Verwendung der Prüfvorrichtung 10 beschrieben, die soeben
erklärt wurde.
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Die die Träger 11a und 11b enthaltenden Bereiche 9a und 9b der
Vorrichtung 10 werden in die entsprechenden Abteile des Wasserkastens des
Dampfgenerators eingeführt, der kein Wasser aufweist und mit Luft gefüllt
ist.
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Die Enden des Rohrs 5, die unter der Rohrplatte 3 münden, sind in jedem
der Abteile des Wasserkastens lokalisiert, und die Träger 1 1a und 1 1b
werden so angeordnet, daß die Köpfe 16a und 16b sich in der genauen
axialen Verlängerung der Enden des Rohrs 5 befinden.
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Der Träger 1 1a wird nach oben verschoben, um den Kopf 16a in ein erstes
Ende des Rohrs 5 einzuführen. Die Dichtungen 20a gewährleisten die
Dichtheit zwischen der Innenwand des Rohrs und dem Stopfen des Kopfs
16a.
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Während der Einführung des Kopfes 16a in das Rohr 5 werden der Kopf
und das Ende des Rohrs mit Hilfe der Kamera 13a sichtbar gemacht. Man
kann so die Operation von außerhalb des Wasserkastens genau
überprüfen.
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Die Kammer 15a der Hydraulikeinheit 12a wird über die Pumpe 31 und
die Leitung 28a gespeist. Der Kolben 24a verschiebt sich nach oben, so
daß die innere kegelstumpfförmige Oberfläche des Endbereichs der
flexiblen Finger 27 mit der Außenfläche des kegelstumpfförmigen Bereichs des
Stopfens 18a in Kontakt gelangt.
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Der Stopfen 18a ist weit genug ins Innere des Endes des Rohrs 5
eingeführt, damit sein kegelstumpfförmiger Bereich sich auch im Inneren des
Rohrs befindet. Wenn die flexiblen Finger 27 mit dem
kegelstumpfförmigen Bereich des Stopfens 18a in Kontakt gelangen, bewirkt dieser
kegelstumpfförmige Bereich ein Abspreizen dieser Finger, deren äußere
gezackte Fläche 27' mit dem Metall des Rohrs derart in Kontakt gelangt, daß
eine wirksame Verankerung des Stopfens 18a und des Kopfes 16a im
Inneren des Rohrs gewährleistet wird.
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Der freie Kolben 34 ist ins Innere des Rohrs eingeführt und liegt über eine
erste Dichtscheibe 34b auf der Oberseite der Wassereinspritzmanschette
21a auf.
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Der Einspritzkopf 16b ist leicht unterhalb des zweiten Endes des Rohrs 5
angeordnet, damit ein Zwischenraum zwischen dem Einlaß des Rohrs und
dem oberen Bereich des Einspritzkopfes 16b verbleibt (Fig. 2).
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Unter Verwendung des im Inneren des Rohrs 5 verankerten
Einspritzkopfes 16a wird durch das erste Ende des Rohrs 5 Wasser in dieses Rohr
eingespritzt. Das eingespritzte Wasser verschiebt den freien Abstreifkolben 34
im Inneren des Rohrs, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, in der der freie
Kolben in verschiedenen aufeinanderfolgenden Stellungen innerhalb des
Rohrs gezeigt ist. Bei seiner Verschiebung drückt der freie Abstreifkolben
34, der vom ins Innere des Rohrs einspritzten Wasser geschoben wird, die
im Rohr enthaltene Luft in Richtung des zweiten Endes des Rohrs. Da
dieses zweite Ende des Rohrs nicht vom zweiten Einspritzkopf 16b
verschlossen wird, wird die im Rohr 5 enthaltene Luft während der Verschiebung
des Abstreifkolbens 34 durch dieses zweite Ende evakuiert. Das
eingespritzte Wasser führt das Füllen des Rohrs hinter dem Kolben 34 durch,
bis der Kolben 34 am zweiten Ende des Rohrs ankommt und gegen das
obere Ende der Einspritzmanschette 22b des zweiten Einspritzkopfes 16b
in Anlage kommt.
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Sobald der freie Kolben 34 am zweiten Ende des Rohrs angekommen ist,
verschiebt man den zweiten Träger 11b nach oben, um den zweiten
Einspritzkopf 16b ins Innere des zweiten Endes des Rohrs 5 einzuschieben.
Während dieses Vorgangs gewährleistet der freie Kolben 34 einen
gewissen Rückhalt des das Rohr 5 füllenden Wassers. Der Vorgang geschieht
unter Kontrolle der Kamera 13b.
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Der Einspritzkopf 16b wird in das zweite Ende des Rohrs so eingeführt,
daß der zweite Stopfen 18b sich vollständig im Inneren des Rohrs 5
befindet. Dann betätigt man den Kolben 24b der Hydraulikeinheit 12b, um die
Verankerung des Stopfens des Einspritzkopfes 16b im zweiten Ende des
Rohrs 5 zu gewährleisten.
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Unter Verwendung der Pumpe 32 spritzt man dann in das Rohr 5 über
seine Enden zusätzliche Wassermengen ein, um den Druck im Rohr
ansteigen zu lassen.
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Der Druckanstieg des Wassers im Inneren des Rohrs wird in
aufeinanderfolgenden Stufen erhalten, wobei die Pumpe 32 nach einer bestimmten,
vorher festgelegten Anzahl von Betriebszyklen angehalten wird. Hierzu
wird die Anzahl von Verschiebungen des Kolbens der Pumpe gezählt.
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Der Wasserdruck im Rohr wird unter Verwendung des Druckmessers 35
kontinuierlich gemessen.
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Das Einspritzen von zusätzlichen Wassermengen in das Rohr bewirkt
einen Druckanstieg des Wassers im Rohr bis zu einem bestimmten Pegel,
der von der Menge des zusätzlich eingespritzten Wassers abhängt.
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Bei einem kein Leck aufweisenden Rohr bleibt nach dem Abschalten der
Pumpe der Druck im Inneren des Rohrs konstant. Beim erneuten Starten
der Pumpe zum Einspritzen einer neuen zusätzlichen Wassermenge in das
Rohr steigt der Druck von neuem bis auf einen zweiten Pegel an, der
erreicht ist, wenn man die Pumpe nach Einspritzen einer bestimmten
Wassermenge wieder abschaltet.
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Man kann so aufeinanderfolgende Druckpegel erhalten. Man mißt die
zusätzlichen in das Rohr eingeführten Wassermengen und den Druck in
Abhängigkeit von der Zeit.
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Bei einem ein Leck aufweisenden Rohr Fallt beim Beenden des Pumpens
einer zusätzlichen Wassermenge in das Rohr der Wasserdruck im Rohr
aufgrund des Ausfließens von Wasser durch das Leck.
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Die Lokalisierung eines Druckabfalls im Rohr nach dem Abschalten der
Pumpe ermöglicht den Nachweis eines ein Leck aufweisenden Rohrs. Bei
einem Rohr mit einem Leck kann man die Leckrate dieses Lecks messen,
indem man das Rohr mit zusätzlichem Wasser speist, um den Druck auf
den Ausgangspegel der Stufe zu bringen, und dann das Pumpen von
zusätzlichem Wasser wieder beendet. Nach einem bestimmten Druckabfall
speist man das Rohr wieder mit zusätzlichem Wasser, bis der
Ausgangsdruck der Stufe erreicht ist. Indem man diesen Vorgang während einer
bestimmten Zeit wiederholt, und indem man die Gesamtmenge des in das
Rohrs eingeführten Wassers berechnet, kann man die Leckrate des Rohrs
bei einem gegebenen Druck bestimmen.
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In Fig. 5 sind die Veränderungen der Gesamtmenge von zusätzlich in ein
Rohr eingeführtem Wasser (Kurve 40) und der Druck im Inneren des
Rohrs (Kurve 41) in Abhängigkeit von der Zeit für ein Rohr ohne Leck
dargestellt.
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Jede der einer Abschaltperiode der Pumpe entsprechenden Druckstufen
ist vollständig flach bis zu dem Zeitpunkt, in dem die letzte Stufe erreicht
ist, die dem maximalen Versuchsdruck entspricht, wobei dieser Druck
etwa 27 MPa beträgt. Wenn der Druck der letzten Stufe konstant bleibt,
beendet man den Versuch und stellt fest, daß das Rohr keinen Riss
aufweist.
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In Fig. 6 ist ein Diagramm dargestellt, das die zusätzlich in das Rohr
eingeführte Wassermenge (Kurve 40') und den Druck im Rohr (Kurve 41')
in Abhängigkeit von der Zeit für ein Rohr angibt, das ein Leck aufweist.
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Die erste Druckstufe mit einem Druck der Größenordnung von 7 MPa ist
vollständig flach, und der Versuch wird fortgesetzt, indem eine zusätzliche
Wassermenge eingeführt wird, um den Druck bis auf einen Wert von 14
MPa ansteigen zu lassen. Wenn die Pumpe abgeschaltet wird, sinkt der
Druck im Rohr in Abhängigkeit von der Zeit, was für ein Vorhandensein
eines Risses im Rohr spricht. Nach einer bestimmten Zeitdauer der
Größenordnung von 200 Sekunden spritzt man eine weitere zusätzliche
Wassermenge in das Rohr ein, um den Wasserdruck wieder auf den Wert von
14 MPa ansteigen zu lassen. Die Pumpe wird abgeschaltet, und der Druck
sinkt von neuem aufgrund des Vorhandenseins des Lecks.
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Die Wassereinspritzungen werden periodisch wiederholt, um den Druck
nach jeder zusätzlichen Wassereinspritzung auf den Wert von 14 MPa
ansteigen zu lassen. Man mißt die Gesamtmenge des in das Rohr
eingeführten Wassers während eines Zeitraums und leitet davon die Leckrate bei
einem Druck von 14 MPa ab.
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In Fig. 7 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Prüfvorrichtung dargestellt, die verwendet werden kann, um die
Überprüfung der Wand eines Rohrabschnitts eines Dampfgenerators
durchzuführen, bei dem das Rohr 36 möglicherweise Risse aufweist.
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Diese zweite Ausführungsform kann vorteilhaft angewandt werden, wenn
eine erste Erfassung es ermöglicht hat, schadhafte Zonen des Rohrs
festzustellen, oder auch wenn es notwendig ist, die Überprüfung des Rohrs
nur in einer Zone durchzuführen, zum Beispiel in der Übergangszone, die
sich in der Nähe der Auslaßseite der Rohrplatte befindet. In diesem Fall
kann man das Anbringen einer wie in den Fig. 2 und 3 dargestellten
Vorrichtung vermeiden, die Elemente aufweist, welche in die beiden Teile
des Wasserkastens eingeführt werden müssen, und man vermeidet
außerdem eine vollständige Füllung des Rohrs mit Wasser mit einer
Evakuierung der im Rohr enthaltenen Luft.
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Die in Fig. 7 dargestellte Vorrichtung, die allgemein das Bezugszeichen
39 trägt, weist einen Wasser-Einspritzkopf 37 im Inneren des Rohrs auf,
der eine axiale Verlängerung 37a besitzt, die in Höhe eines Endanschlags
38 endet.
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Die Länge der axialen Verlängerung 37a des Einspritzkopfes 37 wird
durch die Länge des Rohrabschnitts bestimmt, entlang dem man die
Dichtheitsprüfung der Wand durchführen möchte.
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Ein freier, ringförmiger Kolben 42 ist beweglich auf die axiale
Verlängerung 37a des Einspritzkopfes 37 montiert, deren Querschnitt kreisförmig
und gleichmäßig ist.
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Eine Dichtung 43 ist zwischen die Innenfläche des Kolbens 42 und die
Außenfläche der Verlängerung 37a des Einspritzkopfes 37 geschoben.
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Der Kolben 42 weist außerdem eine ringförmige Umfangsdichtung 44 auf,
die eine biegsame Lippendichtung oder eine Ringdichtung sein kann, die
während der Verschiebung des Kolbens mit dem Inneren des Rohrs 36 in
dichten Kontakt gelangt.
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Der Einspritzkopf 37 begrenzt eine Kammer 45, die von einem
rohrförmigen Ansatzstück 46 verschlossen wird. Ein Kanal 45a verbindet die
Kammer 45 des Wasser-Einspritzkopfes 37 mit dem inneren Volumen des
Rohrs 36 oberhalb des Kopfes 37. Das Ansatzstück 46, dessen Bohrung
innerhalb der Kammer 45 mündet, ist über ein biegsames Rohr 47 mit
einer Pumpe und mit einem Wasserreservoir gleich der Pumpe 32 und
dem Wasserreservoir 33 der in bezug auf die Fig. 2 und 3
beschriebenen Ausführungsform verbunden.
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Der Einspritzkopf 37 weist eine Umfangsdichtung 48 auf, die eine
Lippendichtung oder eine Ringdichtung sein kann. Die Dichtung 48
gewährleistet die Dichtheit zwischen dem Einspritzkopf 37 und der Innenfläche des
Rohrs 36.
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Der Einspritzkopf 37 kann am Ende eines Handhabungsarms befestigt
sein, der innerhalb des Wasserkastens des Dampfgenerators angeordnet
ist, wobei dieser Handhabungsarm es ermöglicht, die Prüfvorrichtung 39
axial zu einem zu prüfenden Rohr auszurichten und den Einspritzkopf 37
und seine axiale Verlängerung 37a, auf die der freie Kolben 42
aufgeschoben ist, ins Innere des Rohrs 36 einzuführen. Dann speist man den Teil
des Rohrs, der sich oberhalb des Kopfes 37 befindet, über die biegsame
Leitung 47, das Ansatzstück 46, die Kammer 45 und den Kanal 45a mit
Wasser. Das in das Rohr eingeführte Wasser drückt den freien Kolben 42
nach oben. Während der Verschiebung des Kolbens 42 in senkrechter
Richtung nach oben reibt die Dichtung 44 dicht gegen die Innenfläche des
Rohrs 36, so daß der Kolben 42 vor dem Füllen dieses Abschnitts mit
Wasser eine vollständige Evakuierung der im Bereich des Rohrs zwischen
dem Einspritzkopf 37 und dem Kolben 42 enthaltenen Luft gewährleistet.
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Außerdem wird das Wasser durch die Dichtung 48 des Kopfes 37 im
Rohrabschnitt zurückgehalten.
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Es ist anzumerken, daß es in diesem Fall nicht notwendig ist, eine
Verankerung des Einspritzkopfes 37 im Rohr durchzuführen, da ein einfacher
Halt des Einspritzkopfes durch den Handhabungsarm ausreicht, um den
Einspritzkopf 37 in der dichten ortsfesten Stellung zu halten.
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Der Kolben 42 verschiebt sich entlang der axialen Verlängerung 37a des
Einspritzkopfes 37 bis zu dem Zeitpunkt, wo die Oberseite des Kolbens 42
mit der Unterseite des Anschlags 38 in Kontakt gelangt, auf die
vorzugsweise eine Dichtung 49 aufgesetzt ist. Der freie Kolben 42 und der
Anschlag 38 bilden dann einen Verschlußstopfen des Rohrabschnitts, in dem
die Wandprüfung durchgeführt wird.
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Die Überprüfung der Wand des Rohrs wird durch Arbeitsgänge gleich
denen des Prüfungsverfahrens der Wand der Einheit des Rohrs
durchgeführt, wie es in bezug auf die Fig. 2 bis 6 durchgeführt wird.
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Nach dem vollständigen Füllen des Rohrs mit Wasser werden zusätzliche
Wassermengen in den vom mit dem Anschlag 38 zusammenwirkenden
Kolben 42 verschlossenen Rohrabschnitt eingeführt, um den Druck im
Inneren des Rohrs 36 stufenweise ansteigen zu lassen. Es ist anzumerken
daß, wenn der Druck im Rohrabschnitt 36 steigt, die Dichtungen 44 des
freien Kolbens 42 und 48 des Einspritzkopfes 37 die Tendenz haben, sich
so zu verformen, daß sie einen dichten Verschluß zwischen dem freien
Kolben oder dem Einspritzkopf und der Innenwand des Rohrabschnitts 36
gewährleisten.
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Ein Druckmesser ermöglicht die Messung des Drucks innerhalb des
Rohrabschnitts, insbesondere zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Hinzufügungen von Wasser ins Innere des Rohrabschnitts.
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Die Dichtheit wird geprüft, und ggf. wird die Leckrate des Rohrabschnitts
in gleicher Weise wie in bezug auf die Fig. 2 bis 6 für den Fall der
Überprüfung der Wand eines vollständigen Rohrs beschrieben
durchgeführt.
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Unabhängig davon, ob die erfindungsgemäße Vorrichtung wie in den
Fig. 2 und 3 dargestellt ausgeführt ist und zur Überprüfung eines
vollständigen Rohrs verwendet wird, oder ob sie zur Überprüfung eines
Rohrabschnitts verwendet und wie in Fig. 7 dargestellt ausgeführt ist, kann
sie verwendet werden, um auf schnelle Weise eine sehr genaue
Information über das Vorhandensein eines Lecks in der Wand eines Rohrs eines
Dampfgenerators und ggf. die Leckrate zu erhalten. Die durchgeführte
Prüfung ermöglicht es, Risse und Lecks in äußerst genauer Weise zu
erfassen, da die Prüfvorrichtung es erlaubt, aus dem Rohr oder dem
Rohrabschnitt erst die ursprünglich enthaltene Luft zu entfernen, ehe das Rohr
oder der Rohrabschnitt mit Wasser gefüllt wird.
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Außerdem können, wenn Prüfungen einer großen Anzahl von Rohren oder
einer großen Anzahl von Rohrabschnitten durchgeführt werden müssen,
der Wasser-Einspritzkopf oder die Wasser-Einspritzköpfe der Vorrichtung
sehr schnell in dem Rohrende oder den Rohrenden angeordnet werden,
um die Prüfung durchzuführen. Der Verschluß des Rohrs wird ebenfalls
schnell oder automatisch durchgeführt.
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Durch systematische Wiederholung des Prüfvorgangs für jedes der Rohre
oder der Rohrabschnitte, bei denen Fehler vermutet werden, oder ggf. für
die Gesamtheit der Rohre des Rohrbündels, kann man in sehr genauer
Weise feststellen, welches die Rohre sind, die verschlossen, repariert oder
ersetzt werden müssen.
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Man kann so insbesondere vermeiden, daß mehr Rohre als nötig im
Rohrbündel des Dampfgenerators verschlossen werden.
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Auch können der Einspritzkopf oder die Einspritzköpfe der Vorrichtung
andere Formen oder Strukturen aufweisen als die beschriebenen. Die
Einrichtungen zum Halt oder zur Verankerung der Einspritzköpfe in den
Rohrenden können auch anders sein als diejenigen, die beschrieben
wurden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung
können auch verwendet werden, um die Überprüfung von anderen
Wärmetauscherrohren von Dampfgeneratoren eines
Druckwasser-Kernreaktors durchzuführen, und in beliebigen Industriezweigen genutzt werden,
wie zum Beispiel der chemischen Industrie oder den
Energieerzeugungsindustrien.