CH617031A5

CH617031A5 - Spacer grid for nuclear reactor fuel elements.

Info

Publication number: CH617031A5
Application number: CH940077A
Authority: CH
Inventors: Diethelm Knoedler; Hans Kroepfl
Original assignee: Kraftwerk Union Ag
Priority date: 1976-09-30
Filing date: 1977-07-29
Publication date: 1980-04-30
Also published as: BE859115A; SE7710339L; FR2366669A1; DE2644297C2; ES462814A1; DE2644297A1; GB1539367A; FR2366669B3

Description

617031 2 617031 2

PATENTANSPRÜCHE die federnden Anlageelemente aus einem schmalen gewellten PATENT CLAIMS the resilient contact elements from a narrow corrugated

1. Abstandshaltergitter für die Brennelemente wasserge- Band federelastischen Materials bestehen, das an seinem obe-kühlter Kernreaktoren, bestehend aus sich rechtwinklig kreu- ren und unteren Ende jeweils seitlich gegenläufig abstehende zenden, Maschen bildenden Blechstegen mit starren ausge- rechteckige Flächen besitzt, die in axialer Richtung gegenläu-formten Anlagenoppen und eingesetzten federnden Anlageele- 5 fig, der Stegdicke entsprechend stufenförmig, abgebogen ist menten, dadurch gekennzeichnet, dass die federnden Anlage- und j eweils zwei dieser Anlageelemente beiderseits einer elemente (10) aus einem schmalen gewellten Band federelasti- Maschenwand angeordnet und in dieser durch seitliches Einschen Materials bestehen, das an seinem oberen und unteren hängen dieser Flächen in rechtwinklige Ausnehmungen der Ende j eweils eine seitlich gegenläufig abstehende rechteckige Wand in der Art einer gegenseitigen Halterung befestigt sind. Fläche (b und c) besitzt, die in axialer Richtung gegenläufig, der "> Bei dieser Konstruktion ist es also möglich, die eigentlichen Stegdicke entsprechend stufenförmig, abgebogen ist und Abstandshaltergitterstege aus einer neutronenphysikalisch jeweils zwei dieser Anlageelemente (10) beiderseits einer günstigen Zikronlegierung zu fertigen und nur die eigentlichen Maschenwand (1 bzw. 2) angeordnet und in dieser durch seitli- federnden Anlageelemente aus z. B. Inconel. Bei dieser Kon-ches Einhängen dieser Flächen in rechtwinklige Ausnehmun- struktion stehen sich je Abstandshaltermasche zweckmässig gen (5 und 6) der Wand in der Art einer gegenseitigen Halte- is federnde und starre Anlageelemente gegenüber, wobei die starrung befestigt sind. ren Anlageelemente in an sich bekannter Weise aus den die 1. Spacer grids for the fuel elements are made of water-resilient material, which has on its top-cooled nuclear reactors, consisting of intersecting at right angles and the lower end, in each case oppositely protruding, mesh-forming sheet metal webs with rigid, rectangular surfaces, which in Axial direction counter-shaped system knobs and resilient abutment element used, the web thickness corresponding to steps, is bent, characterized in that the resilient abutment and two of these abutment elements on both sides of a elements (10) made of a narrow corrugated band are resiliently elastic. Mesh wall arranged and in this consist of lateral Einschen material that are attached to its upper and lower surfaces in rectangular recesses at the end of each side a mutually opposed rectangular wall in the manner of a mutual holder. Surface (b and c), which runs in opposite directions in the axial direction, the "> With this construction, it is possible to bend the actual web thickness accordingly, and spacer grid webs made of neutron physics each have two of these contact elements (10) on both sides of a favorable zirconium alloy and only the actual mesh wall (1 or 2) is arranged and in this by means of laterally resilient contact elements made of, for example, Inconel. In this way, these surfaces are hooked into a rectangular recess structure for each spacer mesh (5 and 6) the wall in the manner of a mutual holding means is resilient and rigid contact elements, with the rigidity being fixed. Ren contact elements in a manner known per se from the

2. Abstandshaltergitter nach Patentanspruch 1, dadurch Wandung dieser Maschen bildenden Stegteilen ausgeformt gekennzeichnet, dass die Maschenwand (1 bzw. 2) zwischen sind. Die federnden Anlageelemente sind dabei sehr material-den Ausnehmungen (5 und 6) für die Befestigung der federnden sparend gehalten, sie bestehen aus dem eigentlichen federnden Anlageelemente (10) mit einer fensterförmigen Ausnehmung 20 Teil, der an den Brennstäben anliegt sowie zwei an den Enden (7) versehen ist. desselben angebrachten seitlichen kleinen Flächen, die sich 2. Spacer grid according to claim 1, characterized in that the wall of these mesh-forming web parts is characterized in that the mesh wall (1 or 2) are between. The resilient contact elements are very material-the recesses (5 and 6) for the attachment of the resilient saving, they consist of the actual resilient contact elements (10) with a window-shaped recess 20 part, which rests on the fuel rods and two at the ends (7) is provided. the same attached side small surfaces, which are

3. Abstandshaltergitter nach Patentanspruch 1, dadurch gegenüber der Maschenwand abstützen und in Verbindung mit gekennzeichnet, dass die Maschenwände (1 und 2) bildenden dem in die benachbarte Maschenwand hineinragenden Feder-Stege des Abstandshaltergitters alle gleich ausgebildet sind und element eine gegenseitige Halterung bewirken. Metallurgische darauf angebrachte federnde (10) und starre Anlageelemente 25 Verbindungen sind nicht notwendig, desgleichen auch keine 3. spacer grid according to claim 1, characterized against the mesh wall and in connection with characterized in that the mesh walls (1 and 2) forming the projecting into the adjacent mesh wall spring webs of the spacer grid are all of the same design and element cause a mutual support. Metallurgical resilient (10) and rigid contact elements 25 connections mounted thereon are not necessary, nor are any

(8 und 9) je Maschenwandbereich einander abwechseln und das weiteren Verbindungshilfsmittel. (8 and 9) alternate for each mesh wall area and the other connection aid.

Abstandshaltergitter so zusammengebaut ist, dass sich gegen- in den Fig. 1 -7 ist nun ein Ausführungsbeispiel dieser Erfin- Spacer grid is assembled such that an embodiment of this invention is shown in FIGS.

überliegende Maschenwände abwechselnd mit starren und dung näher dargestellt und erläutert. Die Fig. 1 zeigt die Drauf-federnden Anlageelementen ausgerüstet sind. sieht auf einen Ausschnitt eines Abstandshaltergitters, das in Overlying mesh walls alternately shown and explained with rigid and manure. Fig. 1 shows the spring-loaded system elements are equipped. looks at a section of a spacer grid that is in

30 bekannter Weise aus hochkant angeordneten und sich durchdringenden Blechstegen 1 und 2 besteht. Aus diesen Blechste-gen sind starre Noppen 4 ausgeformt und federnde Anlageelemente 3 eingesetzt bzw. eingehängt. Die Gitterstege 1 und 2 sind völlig gleich aufgebaut, es wird also nur ein einziges Werk-Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abstandshaltergitter 35 zeug benötigt. 30 known manner consists of upright and penetrating sheet metal webs 1 and 2. Rigid knobs 4 are formed from these sheet metal webs and resilient contact elements 3 are inserted or suspended. The grid webs 1 and 2 are constructed completely identically, so it is only a single work-The present invention relates to a spacer grid 35 tool needed.

für die Brennelemente wassergekühlter Kernreaktoren, das aus In Fig. 2 ist ein solcher Steg in Seitenansicht dargestellt, er sich rechtwinklig kreuzenden Maschen bildenden Blechstegen ist mit Schlitzen 12 versehen, mit deren Hilfe die Stege 1 und 2 mit starren ausgeformten Anlagenoppen und eingesetzten ineinander gesteckt werden können und damit die eigentlichen federnden Anlageelementen besteht. Bei Kernreaktorbrenn- Abstandshaltermaschen bilden. Eine Maschenwandung elementen sind neben den eigentlichen Brennstäben die 40 erstreckt sich also stets zwischen zwei derartigen Schlitzen 12. For the fuel elements of water-cooled nuclear reactors, the web in FIG. 2 shows such a web in side view, the sheet-metal webs which cross at right angles are provided with slots 12, by means of which the webs 1 and 2 are inserted into one another with rigidly shaped system knobs and inserts can and thus the actual resilient contact elements. Form spacer meshes for nuclear reactor firing. A mesh wall elements are in addition to the actual fuel rods 40 so always extends between two such slots 12th

Abstandshaltergitter die wesentlichsten Konstruktions- Für den Einsatz der federnden Anlageelemente ist die eine elemente, da diese die Aufrechterhaltung der gegenseitigen Maschenwand mit rechteckigen Ausnehmungen 5 und 6 verse-Abstände zwischen den Brennstäben und damit stets gleichblei- hen. Zwischen diesen kann eine weitere fensterartige Ausneh-bende Wärmeabführungsverhältnisse gewährleisten. Ihr mung 7 vorgesehen sein, sie dient der besseren Durchmischung Spacer grids are the most important construction elements for the use of the resilient contact elements, since these maintain the mutual mesh wall with rectangular recesses 5 and 6 verse distances between the fuel rods and thus always remain the same. Between these, a further window-like exhaustion can ensure heat dissipation conditions. You mung 7 are provided, it serves for better mixing

Aufbau muss dabei so getroffen werden, dass ein Einziehen der 45 des Kühlmittels sowie zur Materialeinsparung. In der benach-Brennstäbe ohne Beschädigung der Hüllrohre derselben mög- barten Masche sind dagegen starre Abstandshalternoppen 8 lieh ist und das andererseits aber auch eine genügend stabile Und 9 ausgeformt, siehe auch Fig. 5. The assembly must be made such that the coolant is drawn in as well as to save material. On the other hand, rigid spacer knobs 8 are lent in the neighboring fuel rods without damaging the cladding tubes of the same possible mesh, and on the other hand they also have a sufficiently stable und 9, see also FIG. 5.

Halterung der Brennstäbe gegeben ist, damit es nicht zu Das federnde Anlageelement 10 besteht gemäss Fig. 3a aus Holding of the fuel rods is given so that it does not consist of the resilient contact element 10 according to FIG. 3a

Schwingungserscheinungen durch das an den Brennstäben vor- dem gewellten Teil a, das die eigentliche Feder bildet und den beiströmende Kühlmittel kommt. so Hinhängefahnen b und c. Diese sind entlang der angedeuteten Signs of vibration due to the corrugated part a in front of the fuel rods, which forms the actual spring and the coolant flowing into it. so hanging flags b and c. These are indicated along the line

Es sind schon eine Vielzahl von Konstruktionen für solche Linien stufenweise abgeknickt und werden entsprechend Fig. 3 Abstandshalter bekanntgeworden, jedoch wird immer noch in die Durchbrechungen 5 und 6 eingehängt. A large number of constructions for such lines have already been bent in steps and become known according to FIG. 3 spacers, but the openings 5 and 6 are still hung in.

eine weitergehende Vereinfachung derselben für Herstellung Fig. 4 zeigt einen Schnitt entlang der Linie IV-IV von Fig. 3, 4 shows a section along the line IV-IV of FIG. 3,

und Zusammenbau angestrebt. Gleichzeitig damit sollen Kon- aus der zunächst die Wellung der beiden federnden Anlageele-struktionswerkstoffe Verwendung finden, die möglichst wenig 55 mente 10 zu ersehen ist sowie deren Halterung durch die Flä-Neutronen absorbieren. Für die federnden Anlageelemente chen b und c. and assembly sought. Simultaneously therewith, the corrugation of the two resilient abutment construction materials should be used, which can be seen as little as possible and absorb their mounting by the flat neutrons. For the resilient contact elements chen b and c.

kommen neutronenphysikalisch günstige Legierungen, wie z. B. Der gegenseitige Halterungsmechanismus der Anlagefe-Zirkonlegierungen, nicht in Frage, sondern nur z. B. Inconel, dem 10 geht aus den Fig. 6 und 7 hervor, die jeweils einen hochlegierte Stähle usw. Da diese federnden Materialien Schnitt entlang der Linien VI-VI und VII-VII von Fig. 3 dar- come neutron physically favorable alloys, such as. B. The mutual mounting mechanism of the Anlagefe zirconium alloys, not in question, but only z. B. Inconel, the 10 emerges from FIGS. 6 and 7, each of which is a high-alloy steel etc. Since these resilient materials are cut along the lines VI-VI and VII-VII of FIG.

jedoch einen wesentlich höheren Neutroneneinfangquer- eo stellen. Hieraus ist zu entnehmen, dass die Stegwand bzw. schnitt gegenüber den Zirkonlegierungen besitzen, sollten Maschenwand von jeweils einer Fläche b bzw. c der beiden diese in möglichst nur geringer Menge Verwendung finden. federnden Anlageelemenfe 10 gefasst ist und durch die gegen-Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Abstandshaltergitter läufige Ausbildung dieser Flächen eine gegenseitige Halterung zu entwerfen, das neben einfachem Aufbau und möglichst ein- der Anlageelemente 10 über die zwischen ihnen eingeklemmte heitlicher Herstellbarkeit auch einen möglichst geringen Anteil es Maschenwand bewerkstelligt ist. Ohne gewaltsame Deforma-von Materialien höherer Neutronenabsorptionsfähigkeit auf- tion einer der beiden Federn ist eine Lösung dieses Verbundes weist beim zusammengebauten Brennelement, wenn also jeder however, put a much higher neutron capture cross. It can be seen from this that the web wall or cut have zirconium alloys should mesh walls of one surface b or c of the two be used in the smallest possible amount. is resilient investment element 10 and by the counter-It was therefore the task of designing a spacer grid for these surfaces to form a mutual holder, which, in addition to simple construction and, if possible, one of the contact elements 10 via the uniform producibility clamped between them, also one as possible small proportion of mesh wall is accomplished. Without violent deformation of materials with a higher neutron absorption capacity on one of the two springs, a solution of this combination is shown in the assembled fuel element, if everyone

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass Maschenraum durch einen Brennstab besetzt ist, nicht möglich. This object is achieved according to the invention in that mesh space is occupied by a fuel rod, not possible.

3 3rd

Durch axiale und senkrecht dazu gerichtete Kräfte ist auch bei leerem Abstandshaltergitter ein Lösen der Federn nicht möglich, für eine Demontage müssten diese herausgedreht werden. Ein Zusammenfügen lässt sich jedoch in Anbetracht der federnden Eigenschaften des Bandes 10 ohne Schwierigkeiten 5 bewerkstelligen. Die Stufung der Teile b und c des federnden Anlageelementes 10 wird dabei nur in der Grössenordnung der Wanddicke des Steges 1 bzw. 2 gehalten, so dass die Federn nicht lose sitzen, sondern einen Klemmsitz gegenüber den Maschenstegen aufweisen. ■ 10 Axial and perpendicular forces mean that even when the spacer grille is empty, the springs cannot be released; they would have to be unscrewed for disassembly. However, in view of the resilient properties of the band 10, assembly can be accomplished without difficulty 5. The gradation of parts b and c of the resilient contact element 10 is only kept in the order of magnitude of the wall thickness of the web 1 or 2, so that the springs do not sit loosely, but rather have a clamp fit with respect to the mesh webs. ■ 10

Die festen Anlagenoppen sind entsprechend Fig. 5 in diesem Beispiel durch Schlitzung und entsprechende Ausprägung der Maschenwand hergestellt. Selbstverständlich können auch andere Methoden und andere Noppenformen vorgesehen sein. Auch wäre es möglich, zusätzlich oberhalb und unterhalb der is federnden Anlageelemente starre Noppen vorzusehen und damit den Federweg der federnden Anlageelemente 10 bei stärker auftretenden seitlichen Kräften durch die Brennstäbe zu begrenzen. Diese würden nämlich dann an den ober- und In this example, the fixed system knobs are produced according to FIG. 5 by slitting and corresponding design of the mesh wall. Of course, other methods and other knob shapes can also be provided. It would also be possible to additionally provide rigid knobs above and below the resilient contact elements and thus to limit the spring travel of the resilient contact elements 10 in the event of stronger lateral forces from the fuel rods. These would then be sent to the top and

617031 617031

unterhalb angeordneten starren Anlagen'oppen anliegen und keine Kräfte mehr an die Federteile 10 übertragen. Dieser Gesichtspunkt kann Bedeutung gewinnen für Kernreaktoranlagen, die beispielsweise in stark erdbebengefährdeten Gegenden aufgestellt werden müssen und in denen unter Umständen mit dem plötzlichen Auftreten horizontaler Kräfte gerechnet werden muss. Rigid system bumps located underneath and no longer transmit forces to the spring parts 10. This aspect can gain importance for nuclear reactor plants that have to be set up, for example, in areas prone to earthquakes and in which the sudden occurrence of horizontal forces may have to be expected.

Die Federeigenschaften des Bereiches a des Anlageelementes 10 können selbstverständlich in bekannter Weise durch die besondere Formgebung der Wellung, der Materialdicke und der Breite des Elementes eingestellt werden, dies sind jedoch Dinge, die sich für den jeweiligen Anwendungsfall durch Versuche ohne Schwierigkeiten ermitteln lassen. The spring properties of the area a of the contact element 10 can of course be adjusted in a known manner by the special shape of the corrugation, the material thickness and the width of the element, but these are things that can be determined by experiment for the respective application without difficulty.

Abschliessend sei noch darauf hingewiesen, dass sich evtl. durch eine Verwindung der Flächen b und c der federnden Teile 10 zusätzliche Verwirbelungen des strömenden Kühlmittels und damit eine Verbesserung der Kühlwirkung erzielen lassen. In conclusion, it should also be pointed out that twisting of the surfaces b and c of the resilient parts 10 may result in additional swirling of the flowing coolant and thus an improvement in the cooling effect.

G G

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings