CH650352A5

CH650352A5 - METHOD FOR ATTACHING AND REMOVING A NEUTRON-ABSORBING ROD AND DEVICE WITH AN ARM STAR FOR RECEIVING A ROD.

Info

Publication number: CH650352A5
Application number: CH8628/79A
Authority: CH
Inventors: Lewis A Walton
Original assignee: Babcock & Wilcox Co
Priority date: 1978-10-18
Filing date: 1979-09-25
Publication date: 1985-07-15
Also published as: ES494899A0; ES484631A0; GB2032163A; FR2439457B1; GB2077483A; GB2032163B; ES8302345A1; IT7909548A0; FR2439457A1; DE2929465C2; GB2077483B; JPS5928875B2; ES8101803A1; CA1132728A; DE2929465A1; JPS5557188A; IT1124381B; MX6683E

Description

Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung der Montage und Demontage der Brenn-Einheiten von Kernreaktoren und dieser Brenn-Einheiten selbst. Dabei hat die Erfindung insbesondere die Befestigung von Neutronen absorbierenden Stäben am Armstern und das Entfernen dieser Stäbe vom Armstern einer Brenn-Einheit und dergleichen zum Gegenstand. The invention aims to improve the assembly and disassembly of the firing units of nuclear reactors and these firing units themselves. The object of the invention is in particular the attachment of neutron absorbing rods to the arm star and the removal of these rods from the arm star of a firing unit and the like .

Die Erfindung betrifft genauer gesagt ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1. More specifically, the invention relates to a method according to the preamble of claim 1.

Um bei Kernreaktionen Energie zu gewinnen, ist es notwendig, eine ausreichende Menge spaltbaren Urans oder eines andern geeigneten Materials in einer Konfiguration anzuordnen, die eine kontinuierliche Folge eriergieproduzie-render Reaktionen ermöglicht. In einer solchen Konfiguration, d.h. in einem Reaktorkern, wird die durch Spaltreaktionen erzeugte Wärme auf ein Arbeitsfluid übertragen. Als solches wird häufig unter Druck stehendes Wasser verwendet, das mit grossen Geschwindigkeiten durch den Reaktorkern strömt. In order to generate energy in nuclear reactions, it is necessary to arrange a sufficient amount of fissile uranium or other suitable material in a configuration that enables a continuous sequence of energy-producing reactions. In such a configuration, i.e. in a reactor core, the heat generated by fission reactions is transferred to a working fluid. As such, pressurized water is often used, which flows through the reactor core at high speeds.

Da im Kern eines Leistungsreaktors Wärme, Vibrationen und Strahlung erzeugt werden, befinden sich die Komponenten des Kerns in einer «feindlichen» Umgebung, so dass der strukturelle Zusammenhalt der Kern-Komponenten eine grosse Bedeutung hat. Demzufolge enthalten die Kerne von Druckwasser-Leistungsreaktoren häufig Brenn-Einheiten, die in einer im allgemeinen aufrechten, kreiszylindrischen Konfiguration angeordnet sind. Ausserdem weist jede Brenn-Ein-heit üblicherweise eine Aufstellung von etwa zweihundert langen, schlanken Brennstäben auf, die parallel zueinander und mit Abständen voneinander angeordnet sind. Jeder dieser Brennstäbe enthält einen Stapel im wesentlichen zylindrischer Urandioxyd-Tabletten, in denen das Uran den spaltbaren Brennstoff für den Leistungsreaktdr bildet. Since heat, vibrations and radiation are generated in the core of a power reactor, the components of the core are in an “hostile” environment, so that the structural cohesion of the core components is of great importance. As a result, the cores of pressurized water power reactors often contain firing units which are arranged in a generally upright, circular cylindrical configuration. In addition, each firing unit usually has a set-up of approximately two hundred long, slim fuel rods, which are arranged parallel to one another and at a distance from one another. Each of these fuel rods contains a stack of substantially cylindrical uranium dioxide tablets in which the uranium forms the fissile fuel for the power reactor.

Diese Brenn-Einheiten enthalten nicht nur Brennstäbe, sondern auch eine Anzahl anderer Elemente. Beispielsweise sind häufig Messrohre zum Erfassen der Temperatur- und der Neutronenfluss-Bedingungen im Reaktorkern, End-Fittinge sowie Brennelement-Gitter zum Stabilisieren der Komponenten der Brenn-Einheit und Regelstäbe sowie Regelstab-Füh-rungsrohre, um durch selektive Absorption von spaltungsaus-lösenden Neutronen im Reaktorkern die Ausgangs-Leistung des Reaktors zu regeln, als Teile der Brenn-Einheits-Struktur ausgebildet. These fuel assemblies contain not only fuel rods, but also a number of other elements. For example, there are often measuring tubes for recording the temperature and neutron flow conditions in the reactor core, end fittings and fuel element grids for stabilizing the components of the combustion unit and control rods as well as control rod guide tubes in order to selectively absorb neutrons that trigger cleavage to regulate the output power of the reactor in the reactor core, formed as parts of the firing unit structure.

Verständlicherweise variiert die Neutronen-Verteilung im Reaktorkern von Ort zu Ort. Beispielsweise kann erwartet werden, dass die Neutronendichte in der Nähe des Kernum-fanges, d.h. des Randes des Reaktorkerns, im Vergleich zu derjenigen im Zentrum des Reaktorkerns relativ klein ist, weil die Konzentration von Neutronen produzierendem Uran beim Kernumfang kleiner ist als im Zentrum des Kerns. Neutronen können beim Umfang des Kerns leichter durch die Begrenzungsfläche des Kerns hindurch aus diesem entweichen als aus dem Zentrum des Kerns, wodurch die Neutronenkonzentration in der Nähe der Aussenfläche des Kerns weiter reduziert wird. Da die Wärmeerzeugung in jedem bestimmten Abschnitt des Reaktorkerns mit der Neutronendichte in diesem Abschnitt verknüpft ist, besteht eine deutliche Tendenz, im Zentrum des Reaktorkerns höhere Temperaturen zu erzeugen als bei dessen Rand. Diese Neigung zur Erzeugung lokaler Temperaturmaxima in gewissen Bereichen des Reaktorkerns ist im allgemeinen aus mehreren Gründen unerwünscht. Der Reaktorkern ist nämlich primär für einen Betrieb bestimmt, bei dem eine vorgegebene Temperatur nicht überschritten wird. Wenn diese Kerntemperatur bei nur gerade einer oder bei einigen wenigen lokalen Stellen im Reaktorkern erreicht wird, kann aber nicht das gesamte Wärmeerzeugungspotential des Kerns ausgenutzt werden. Dies ist deshalb der Fall, weil die Temperatur an anderen Stellen des Kerns auf tieferen Werten gehalten werden muss, damit die vorgesehene Betriebstemperatur auch an denjenigen einzelnen Punkten oder «heissen Stellen», bei denen die Temperatur Maximalwerte erreicht, nicht überschritten wird. Understandably, the neutron distribution in the reactor core varies from location to location. For example, it can be expected that the neutron density in the vicinity of the nucleus, i.e. of the edge of the reactor core is relatively small compared to that in the center of the reactor core because the concentration of neutron producing uranium is smaller at the core circumference than at the center of the core. At the periphery of the nucleus, neutrons can escape from the core's boundary surface more easily than from the center of the core, thereby further reducing the neutron concentration in the vicinity of the outer surface of the core. Since the heat generation in each particular section of the reactor core is linked to the neutron density in this section, there is a clear tendency to generate higher temperatures in the center of the reactor core than at its edge. This tendency to produce local temperature maxima in certain areas of the reactor core is generally undesirable for several reasons. The reactor core is primarily intended for an operation in which a predetermined temperature is not exceeded. If this core temperature is reached at just one or at a few local locations in the reactor core, however, the entire heat generation potential of the core cannot be exploited. This is the case because the temperature at other parts of the core must be kept at lower values so that the intended operating temperature is not exceeded even at those individual points or “hot points” at which the temperature reaches maximum values.

Dementsprechend kann bei dem betrachteten, vereinfachten Beispiel die Gesamtleistung des Reaktors vergrössert werden, indem die Neutronendichte und damit die Wärme im zentralen Bereich des Kerns gesenkt und dafür ermöglicht wird, dass die Neutronendichte in dem ein grösseres Volumen aufweisenden, ringförmigen Umfangsbereich des Reaktorkerns einen höheren Wert erreicht. Indem die Leistungsverteilung im Reaktorkern auf diese Weise «verflacht» wird, kann der Kern eine grössere Leistung erzeugen, als wenn die Neutronenkonzentration, Temperatur und Leistung im Kernzentrum oder je nachdem an einer andern Stelle lokale Spitzenwerte erreichen könnten. Zur Erzielung dieser «flachen» Leistungsverteilung ist es gebräuchlich, Neutronen absorbierende Absorptions-Stäbe («burnable poison rods») in die Brenn-Einheiten einzubauen. Ein Absorptions-Stab ist typi5 Accordingly, in the simplified example under consideration, the total power of the reactor can be increased by lowering the neutron density and thus the heat in the central region of the core and thereby making it possible for the neutron density to have a higher value in the annular peripheral region of the reactor core which has a larger volume reached. By "flattening" the power distribution in the reactor core in this way, the core can generate more power than if the neutron concentration, temperature and power in the core center or, as the case may be, could reach local peak values elsewhere. In order to achieve this “flat” power distribution, it is customary to incorporate neutron absorbing absorption rods (“burnable poison rods”) into the burning units. An absorption rod is typi5

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scherweise durch ein Rohr gebildet, das mit einem Material mit einer sehr hohen Neutronenabsorptionswahrscheinlichkeit gefüllt ist. Beispielsweise ist zu diesem Zweck eine gesinterte Dispersion von Borkarbid in einer Aluminiumoxyd-Matrix geeignet. Beim Betrieb absorbieren die im Borkarbid enthaltenen BI0-Isotope Neutronen und werden unter Abgabe von a-Teilchen und Energie in Li7 umgewandelt. usually formed by a tube filled with a material with a very high neutron absorption probability. For example, a sintered dispersion of boron carbide in an aluminum oxide matrix is suitable for this purpose. During operation, the BI0 isotopes contained in boron carbide absorb neutrons and are converted into Li7 with the release of a-particles and energy.

Auf diese Weise durch das innerhalb des Stabes vorhandene Material absorbierte Neutronen werden den Spaltungsund Leistungserzeugungsprozessen tatsächlich entzogen. Um also die Leistungsverteilung im Reaktorkern zu verflachen, werden Absorptions-Stäbe in jenen Brenn-Einheiten konzentriert, die im zentralen Bereich des Reaktorkerns angeordnet sind. In Abhängigkeit von einer Anzahl besonderer Wirkungen könnte es zudem empfehlenswert sein, auch in anderen Bereichen des Reaktorkerns, in denen gewisse Konstruktionsoder Betriebseigenheiten grosse lokale Neutronendichten verursachen, Absorptions-Stäbe vorzusehen. In this way, neutrons absorbed by the material present within the rod are actually removed from the fission and power generation processes. So in order to flatten the power distribution in the reactor core, absorption rods are concentrated in those burning units which are arranged in the central region of the reactor core. Depending on a number of special effects, it could also be advisable to provide absorption rods in other areas of the reactor core, in which certain design or operational characteristics cause large local neutron densities.

Die Brenn-Einheit muss nicht nur alle diese verschiedenen Struktur-Komponenten trotz der im Reaktorkern vorhandenen «feindlichen» Umgebung festhalten, sondern muss auch die dazu etwas widersprüchliche Anforderung erfüllen, dass sie schnell und einfach zerlegbar sein soll. Es ist beispielsweise zu vermerken, dass Brenn-Einheiten nach der Verwendung in einem im Betrieb stehenden Reaktorkern radioaktiv werden. Diese Strahlung ist so stark, dass eine Prüfung und Reparatur nur mittels fernbedienbarer Ausrüstungen hinter geeigneten Strahlungsabschirmungen durchführbar ist. Da Ausbau- und Zerlegungsarbeiten also aufwendig und zeitraubend sind, hat der Bedarf an Strukturen, die robust und trotzdem gut demontierbar sind, eine beachtliche wirtschaftliche Bedeutung. The firing unit not only has to hold onto all these different structural components despite the “hostile” environment present in the reactor core, but also has to meet the somewhat contradictory requirement that it should be quick and easy to dismantle. It should be noted, for example, that burning units become radioactive after use in a reactor core that is in operation. This radiation is so strong that testing and repair can only be carried out using remote-controlled equipment behind suitable radiation shields. Since removal and dismantling work is complex and time-consuming, the need for structures that are robust and yet easy to dismantle has considerable economic importance.

Die Absorptions-Stäbe, die in vielen Brenn-Einheiten verwendet werden, bilden einen Teil dieser Strukturen. Im allgemeinen sind die vorbekannten Absorptions-Stäbe für eine Bewegung in einer Richtung montiert, die parallel zur Längsrichtung der Brennstäbe ist. Ein «Armstern» mit einer zentral angeordneten Nabe und radial von dieser wegverlaufenden Armen wird häufig benutzt, um Absorptions-Stäbe für die Längsbewegung bezüglich des Restes der Brenn-Einheit zusammenzukuppeln. Diese Bewegung ist nötig, um dem Operateur des Leistungsreaktors zu ermöglichen, die Absorptions-Stäbe in Abhängigkeit von den Anforderungen an die Leistungsabflachung in den Reaktorkern hineinzuschieben oder aus diesem herauszuziehen. The absorption rods that are used in many firing units form part of these structures. In general, the prior art absorption rods are mounted for movement in a direction that is parallel to the longitudinal direction of the fuel rods. An "arm star" with a centrally located hub and arms extending radially therefrom is often used to couple absorption rods for longitudinal movement with respect to the rest of the firing unit. This movement is necessary in order to enable the operator of the power reactor to push the absorption rods into or out of the reactor core depending on the requirements for power flattening.

Eventuell müssen Gruppen von Absorptions-Stäben vom Betrieb eliminiert, ausgebaut und in Gebinde verpackt werden, die geeignete Strahlungsabschirmungen bilden und dann zur Beseitigung an geeignete Orte gebracht werden. Es ist dabei wünschenswert, jeden Stab vom Armstern zu trennen, um in Transport-Gebinde Platz zu sparen. Bedauerlicherweise ist jedoch das Entfernen der Absorptions-Stäbe vom Armstern aus verschiedenen Gründen kompliziert und gefahrenträchtig. Die Absorptions-Stäbe haben nach einer gewissen Bestrahlung im Reaktorkern in ihrem Innern einen Gasdruck aufgebaut. Ferner werden die Umhüllungen oder Rohre, in denen der absorbierende «brennbare» Stoff untergebracht ist, nach einer Periode der Bestrahlung ganz brüchig. Die Absorptions-Stäbe sind mit den zugehörigen Armstern-Armen üblicherweise durch Gewinde-Befestigungselemente verbunden. Unter diesen Umständen bestehen die am häufigsten vorgeschlagenen Methoden zum Entfernen der Stäbe vom Armstern im Abscheren oder Sägen. Das Sägen der Stäbe ermöglicht, diese relativ «sanft» zu behandeln - im Hinblick auf den Gasdruck im Innern der Stäbe ein wichtiger Punkt -, aber der Sägevorgang ergibt radioaktive Späne. Das Abscheren oder -schneiden schaltet dieses Problem weitgehend aus, erfordert aber eine unerwünschte, rauhe Behandlung. Groups of absorbent bars may need to be eliminated, removed, and packaged from the operation to provide appropriate radiation shielding and then moved to appropriate locations for disposal. It is desirable to separate each rod from the arm star in order to save space in transport containers. Unfortunately, however, removing the absorbent rods from the arm star is complicated and dangerous for several reasons. After a certain amount of irradiation in the reactor core, the absorption rods have built up a gas pressure inside them. Furthermore, the wrappings or tubes in which the absorbing “combustible” substance is housed become quite fragile after a period of irradiation. The absorption rods are usually connected to the associated arm star arms by threaded fasteners. Under these circumstances, the most commonly proposed methods for removing the bars from the arm star are by shearing or sawing. Sawing the bars allows them to be treated relatively "gently" - an important point with regard to the gas pressure inside the bars - but the sawing process produces radioactive chips. Shearing or cutting largely eliminates this problem, but requires undesirable, harsh treatment.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Verbindung von Neutronen absorbierenden Stäben mit den Armen eines Armsterns zu schaffen, wobei diese Elemente den im Innern eines Reaktorkerns auftretenden Umgebungs-Beanspruchungen widerstehen können müssen. Das Verfahren soll ferner ermöglichen, die Stäbe einfach, schnell und leicht vom Armstern zu trennen. The invention is based on the object of providing a method for connecting neutron-absorbing rods to the arms of an arm star, these elements having to be able to withstand the environmental stresses occurring in the interior of a reactor core. The method is also intended to enable the rods to be separated from the arm star simply, quickly and easily.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäss dem Anspruch 1 gelöst. This object is achieved by a method according to claim 1.

Die Erfindung betrifft ferner eine Einrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 3, die erfindungsgemäss durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruches 3 gekennzeichnet ist. The invention further relates to a device according to the preamble of claim 3, which is characterized according to the invention by the features in the characterizing part of claim 3.

Bei einer zweckmässigen Ausgestaltung der Erfindung wird ein Bolzen am einen Ende eines Neutronen absorbierenden Stabes befestigt. Der Bolzen wird in eine Bohrung eingesetzt, die in demjenigen Arm des Armsterns vorhanden ist, der für den betrachteten Stab vorgesehen ist. Der Stab wird mittels geeigneter Mittel am Arm des Armsterns gesichert. Zu diesem Zweck kann beispielsweise das Ende des Bolzens gestaucht werden, um diesen am benachbarten Abschnitt des Arms des Armsterns zu befestigen. In an expedient embodiment of the invention, a bolt is attached to one end of a neutron absorbing rod. The bolt is inserted into a hole which is present in the arm of the arm star which is intended for the rod under consideration. The rod is secured to the arm of the arm star using suitable means. For this purpose, for example, the end of the bolt can be compressed in order to fasten it to the adjacent section of the arm of the arm star.

Gemäss einer hervorstechenden Eigenschaft der Erfindung wird der Absorptions-Stab vom Arm des Armsterns getrennt, indem eine Kraft auf ihn ausgeübt wird, deren Richtung mit der Längsachse des Stabes und des diesem zugehörigen vorzugsweise durch einen Bolzen gebildeten Stiels zusammenfällt. Die Kraft ist ausreichend gross, um den Bolzen bzw. Stiel aus dem Arm des Armsterns herauszudrücken. Typischerweise presst die Längskraft den gestauchten Teil gegen den Arm des Armsterns und extrudiert den gestauchten Teil des Bolzens bzw. Stiels durch die Bohrung im Arm des Armsterns, der den Bolzen bzw. Stiel enthält, hindurch. According to a salient feature of the invention, the absorption rod is separated from the arm of the arm star by exerting a force on it, the direction of which coincides with the longitudinal axis of the rod and the stem associated therewith, preferably formed by a bolt. The force is sufficient to push the bolt or handle out of the arm of the arm star. Typically, the longitudinal force presses the upset portion against the arm of the arm star and extrudes the upset portion of the pin through the hole in the arm of the arm star that contains the pin.

Obschon bei dieser Demontage beträchtliche Kräfte ausgeübt werden können, um den Bolzen bzw. Stiel durch die Bohrung im Arm des Armsterns hindurchzupressen, ist festzustellen, dass die Kraft in der Längsrichtung des Bolzens bzw. Stiels ausgeübt wird. Diese Besonderheit der vorzugsweisen Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens schützt nicht nur den brüchigen, unter innerem Druck stehenden Absorptions-Stab gegen die Gefahr eines Bruches oder andere Beschädigungen, die bei der groben, des Abscheren kennzeichnenden Behandlung auftreten können, sondern verhindert auch die Bildung einer Menge radioaktiver Späne, wie sie beim Absägen des Stabes vom Armstern entstehen würden. Although considerable force can be exerted during this disassembly in order to press the bolt or stem through the bore in the arm of the arm star, it should be noted that the force is exerted in the longitudinal direction of the bolt or stem. This peculiarity of the preferred embodiment of the method according to the invention not only protects the brittle, under-pressure absorption rod against the risk of breakage or other damage which can occur during the rough, characteristic of the shearing treatment, but also prevents the formation of a lot of radioactive Chips, such as would arise when sawing the rod from the arm star.

Es hat noch eine Anzahl subtilerer Vorteile, die aus dem Gebrauch der Erfindung hervorgehen. Beispielsweise sind die Herstellungskosten im Vergleich zu denjenigen der vorbekannten Einrichtungen mit Gewinde-Befestigungselementen relativ klein. Die Funktion der Verbindungen ist zudem überlegen bei den Temperaturen, die üblicherweise in einem Reaktor erreicht werden. Beispielsweise verursacht bei den vorbekannten Einrichtungen die thermische Ausdehnung des häufig aus rostfreiem Stahl bestehenden Armstern-Armes, die grösser ist als diejenige des aus einer Zirkoniumlegierung bestehenden Bolzens am Endzapfen des Absorptions-Stabes, unerwünschte axiale Spannungen, die durch andere Mittel kompensiert werden müssen. Bei der Erfindung kann dies durch eine radiale Lockerung (radiales Spiel) erreicht werden, wodurch die Möglichkeit für die Erzeugung unerwünschter, thermischer Spannungen in diesem Bereich gesenkt wird. Ohne diese automatisch vorgesehene Spannungs-Entlastung könnten diese thermisch verursachten Kräfte eine Abscherung des Bolzens bzw. Stiels verursachen und daher dem Absorptions-Stab ermöglichen, ein unerwünscht loser Gegenstand im Reaktorkern zu werden. It has a number of more subtle advantages that arise from the use of the invention. For example, the manufacturing cost is relatively small compared to that of the prior art threaded fastener devices. The function of the compounds is also superior at the temperatures that are usually reached in a reactor. For example, in the previously known devices, the thermal expansion of the arm star arm, which is often made of stainless steel, which is larger than that of the zirconium alloy bolt on the end journal of the absorption rod, causes undesirable axial stresses which have to be compensated for by other means. In the invention, this can be achieved by radial loosening (radial play), thereby reducing the possibility of generating undesirable thermal stresses in this area. Without this automatically provided stress relief, these thermally induced forces could cause the bolt or shear to shear off and therefore allow the absorption rod to become an undesirably loose object in the reactor core.

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Zum besseren Verständnis der Erfindung, ihrer Betriebsvorteile und besonderen Wirkungen, die aus ihrer Verwendung hervorgehen, sei auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung verwiesen, das anhand der Zeichnung beschrieben ist. For a better understanding of the invention, its operating advantages and special effects that result from its use, reference is made to the preferred embodiment of the invention, which is described with reference to the drawing.

In der Zeichnung zeigt In the drawing shows

Figur 1 eine typische Kombination eines Armsterns mit Absorptions-Stäben, FIG. 1 shows a typical combination of an arm star with absorption rods,

Figur 2 einen Schnitt durch ein typisches Beispiel eines Bolzens bzw. Stiels, FIG. 2 shows a section through a typical example of a bolt or stem,

Figur 3 eine teilweise geschnittene Darstellung eines in einen Teil eines Armsterns eingebauten Bolzens bzw. Stiels und FIG. 3 shows a partially sectioned illustration of a bolt or stem installed in part of an arm star and

Figur 4 eine Teil-Schnitt-Darstellung zur Veranschaulichung des Entfernens des Absorptions-Stabes. Figure 4 is a partial sectional view illustrating the removal of the absorption rod.

Zur weitergehenden Erläuterung der Erfindung sei zuerst auf die Figur 1 verwiesen. Wie ersichtlich, ist ein Armstern 10 vorhanden, der aus rostfreiem Stahl oder dergleichen besteht und eine zentral angeordnete, im allgemeinen zylindrische Nabe 11 mit einer Längsachse 12 aufweist. Der Armstern 10 hat eine Anzahl Armstern-Arme, die in einer zur Achse 12 rechtwinkligen Ebene radial von der Nabe 11 wegverlaufen. Zur Vereinfachung sind nur diejenigen Armstern-Arme 13, 14,15,16,17,20 und 21 dargestellt, die in der Ansicht, in der die Figur 1 gezeichnet ist, ersichtlich sind. For a further explanation of the invention, reference is first made to FIG. 1. As can be seen, there is an arm star 10 which is made of stainless steel or the like and has a centrally arranged, generally cylindrical hub 11 with a longitudinal axis 12. The arm star 10 has a number of arm star arms which run radially away from the hub 11 in a plane perpendicular to the axis 12. For simplification, only those arm star arms 13, 14, 15, 16, 17, 20 and 21 are shown which can be seen in the view in which FIG. 1 is drawn.

Eine Gruppe Neutronen absorbierender Absorptions-Stäbe 22,23,24,25,26,27 und 30 sind je an einem zugeordneten Armstern-Arm befestigt. Alle diese Stäbe haben lange, schlanke Rohre, deren Längsachsen alle parallel zur Längsachse 12 der Nabe 11 sind. Wie es für den Absorptions-Stab 30 im einzelnen dargestellt ist, wird die Aussenfläche des Stabes durch ein hohles Rohr 31 gebildet. Ein Längs-Ende des Rohres 31 ist durch einen festen Zapfen 32 dicht abgeschlossen, der angeschweisst oder in anderer Weise am offenen Rohrende befestigt ist. Innerhalb des Rohres 31 und vom Zapfen 32 getragen, befindet sich ein Stapel 33 kurzer, zylindrischer «brennbarer» Absorptions-Tabletten. Die einzelnen zylindrischen Tabletten des Stapels 33 werden in der Längsrichtung durch eine Feder 34 zusammengedrückt, die zwischen der letzten Tablette des Stapels 33 und einem Zapfen 35 angeordnet ist, der im andern, oberen Ende der Öffnung des hohlen Rohres 31 befestigt ist. A group of neutron absorbing absorption rods 22, 23, 24, 25, 26, 27 and 30 are each attached to an associated arm star arm. All of these rods have long, slender tubes, the longitudinal axes of which are all parallel to the longitudinal axis 12 of the hub 11. As shown in detail for the absorption rod 30, the outer surface of the rod is formed by a hollow tube 31. A longitudinal end of the tube 31 is sealed by a fixed pin 32 which is welded or otherwise attached to the open tube end. Within the tube 31 and carried by the pin 32, there is a stack 33 of short, cylindrical “combustible” absorption tablets. The individual cylindrical tablets of the stack 33 are compressed in the longitudinal direction by a spring 34 which is arranged between the last tablet of the stack 33 and a pin 35 which is fixed in the other, upper end of the opening of the hollow tube 31.

Was nun die Figur 3 anbelangt, ist ersichtlich, dass der Zapfen 35 mit einem eine Fase aufweisenden Ende 36 versehen ist, das eine Führung und Zentrierung für einen zylindrischen Abschnitt 37 bildet. Der Innendurchmesser des hohlen Rohres 31 ist derart auf den Aussendurchmesser des zylindrischen Abschnitts angepasst, dass sich ein satter Sitz ergibt. 3, it can be seen that the pin 35 is provided with an end 36 having a chamfer, which forms a guide and centering for a cylindrical section 37. The inside diameter of the hollow tube 31 is matched to the outside diameter of the cylindrical section in such a way that a snug fit results.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, endet der zylindrische Abschnitt 37 in eine radial vorstehende Schulter 40, die an der Querendfläche des hohlen Rohres 31 angreift, an dem er bzw. sie angeschweisst ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser des hohlen Rohres 31 so gewählt, dass sich ein bündiger, glatter Übergang zwischen einem exponierten, zylindrischen Abschnitt 41 des Zapfens 35, der über den Querrand des Rohres 31 herausragt, und der Aussenfläche des Rohres ergibt. As can be seen from the drawing, the cylindrical portion 37 ends in a radially projecting shoulder 40 which engages the transverse end surface of the hollow tube 31 to which it is welded. In the illustrated embodiment, the diameter of the hollow tube 31 is selected so that there is a flush, smooth transition between an exposed, cylindrical portion 41 of the pin 35, which protrudes beyond the transverse edge of the tube 31, and the outer surface of the tube.

Ein Querflansch 42, der in der Längsrichtung von der Schulter 40 entfernt ist, beendet den exponierten, zylindrischen Abschnitt 41 des Zapfens 35. Ein Stiel 43 ragt in der Längsrichtung aus dem zentralen Abschnitt des Querflansches 42 hervor. Der grösste Teil des Schaftes, der den Stiel 43 bildet, ist aus solidem Stangenmetall gebildet. Es ist jedoch eine Längsbohrung 44 im Stiel 43 vorhanden, deren Tiefe so bemessen ist, dass sie sich vom freien Ende des Stiels über eine Tiefe erstreckt, die ungefähr gleich der halben Stiellänge ist. A transverse flange 42, which is longitudinally removed from shoulder 40, terminates the exposed cylindrical portion 41 of pin 35. A stem 43 protrudes longitudinally from the central portion of transverse flange 42. Most of the shaft that forms the stem 43 is made of solid rod metal. However, there is a longitudinal bore 44 in the stem 43, the depth of which is dimensioned such that it extends from the free end of the stem over a depth which is approximately equal to half the stem length.

Ein Teil eines Stiels 45, wie er hergestellt, aber noch nicht ganz in einem Armstern-Arm 46 eingesetzt ist, ist in der Figur 2 ersichtlich. Dieser Stiel hat also im allgemeinen eine zylindrische äussere Form. Die Bohrung 47, die sich vom freien Ende des Stiels 45 bis zu ungefähr seiner halben Länge erstreckt, hat im allgemeinen auch eine zylindrische Form, mit Ausnahme des Bodens der Bohrung, der die Form eines flachen Kegels hat. A part of a stem 45 as it is manufactured, but not yet fully inserted in an arm star arm 46, can be seen in FIG. 2. This stem is generally cylindrical in shape. The bore 47, which extends from the free end of the stem 45 to approximately half its length, is also generally cylindrical in shape, except for the bottom of the bore, which is in the form of a flat cone.

Es sei daran erinnert, dass der Stiel 45 im Armstern-Arm 46 gehalten ist. Zu diesem Zweck ist der Armstern-Arm 46 mit einem im allgemeinen zylindrischen Durchgang 50 versehen, der eine Längsachse 51 hat, welche im wesentlichen mit der Längsachse des Stiels 45 und des in der Figur 2 nicht dargestellten, Absorptions-Stabes zusammenfällt. Im Durchgang 50-ist eine erweiterte Aushöhlung 52 vorhanden. Es ist diesbezüglich zu beachten, dass die Aushöhlung 52 nur einen Teil" der Bohrung 47 im Stiel 45 überlappt. It should be remembered that the stem 45 is held in the arm star arm 46. For this purpose, the arm arm 46 is provided with a generally cylindrical passage 50 which has a longitudinal axis 51 which essentially coincides with the longitudinal axis of the stem 45 and the absorption rod, not shown in Figure 2. An enlarged cavity 52 is present in the passage 50. It should be noted in this regard that the cavity 52 overlaps only a part of the bore 47 in the stem 45.

Eine Kegelstumpf-Fläche 53 bildet einen Übergang von der Aushöhlung 52 zu einer Bohrung 54, die den Ausgleich oder Ausgang des Durchgangs 50 bildet. Wie in der Figur 2 dargestellt, ist der Durchmesser der Bohrung 54 etwas grösser als der Aussendurchmesser des Stiels 45, der im Durchgang 50 untergebracht ist. A truncated cone surface 53 forms a transition from the cavity 52 to a bore 54 which forms the compensation or exit of the passage 50. As shown in Figure 2, the diameter of the bore 54 is slightly larger than the outer diameter of the stem 45, which is housed in the passage 50.

Beim Zusammenbau wird der Stiel 45 in den zylindrischen Durchgang 50 eingeführt. Der Stiel wird durch Hydro-formung, mechanische Ausstauchung oder andere geeignete Mittel mechanisch deformiert, so dass er an die abgestumpfte, konische Fläche 53 und die erweiterte Aushöhlung 52 angepasst wird und eine vorbestimmte Schwachstelle für die Absorptions-Stab-Entfernung bildet, wie es in der Figur 3 dargestellt ist. Auf diese Weise wird der Absorptions-Stab am zugeordneten Armstern-Arm befestigt und gesichert, ohne dass teure und schwer zu handhabende Schweiss-Fittinge und dergleichen nötig sind. When assembled, the stem 45 is inserted into the cylindrical passage 50. The stem is mechanically deformed by hydroforming, mechanical swaging, or other suitable means so that it conforms to the truncated conical surface 53 and the enlarged cavity 52 and forms a predetermined weak point for the absorption rod removal, as shown in FIG 3 is shown. In this way, the absorption rod is attached to the associated arm star arm and secured without the need for expensive and difficult-to-use welding fittings and the like.

Es sei zudem daran erinnert, dass für den Armstern-Arm und den Absorptions-Stab häufig verschiedene Metalle verwendet werden. Die abgestumpfte Kegel-Fläche 53 bildet jedoch eine sich verjüngende Fläche, die die Auswirkungen der verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten lindert. Bei einem Temperaturanstieg dehnt sich der beispielsweise aus rostfreiem Stahl bestehende Armstern-Arm in axialer Richtung typischerweise mehr aus als der üblicherweise aus einer Zirkoniumlegierung bestehenden Absorptions-Stab-Endzapfen 35. Weil die Teile radial lose sind, werden auf diese Art axiale Spannungen gelindert, die sonst erzeugt worden wären. Weil sich der Arm des Armsterns auch radial stärker ausdehnt als der Zapfen 35, wandern die konische Zwischenfläche zwischen den benachbarten, verformten Abschnitten des Stiels 43 und die konische Fläche 53 axial nach unten. Die zwei Teile bleiben radial und axial in engem Kontakt, aber die Deformations-Spannung im Stiel 45 ist wesentlich kleiner als die Spannungen, die sonst erzeugt worden wären. It should also be remembered that different metals are often used for the arm star arm and the absorption rod. However, the truncated cone surface 53 forms a tapered surface that relieves the effects of the different coefficients of thermal expansion. When the temperature rises, the arm star arm, which is made, for example, of stainless steel, typically extends more axially than the absorption rod end pin 35, which is usually made of a zirconium alloy. In this way, since the parts are radially loose, axial stresses are relieved which would otherwise have been generated. Because the arm of the arm star also expands radially more than the pin 35, the conical interface between the adjacent deformed portions of the stem 43 and the conical surface 53 move axially downward. The two parts remain in close radial and axial contact, but the deformation stress in stem 45 is much less than the stresses that would otherwise have been generated.

Obschon also eine feste Verbindung über den ganzen Bereich der Reaktorbetriebstemperaturen erhalten wird, weist die Struktur trotzdem eine konstruktiv vorbestimmte Schwachstelle auf, um die Entfernung des Absorptions-Stabes zu erleichtern, wie es nachfolgend ausführlicher erläutert wird. Thus, although a tight connection is maintained over the entire range of reactor operating temperatures, the structure has a structurally predetermined weak point to facilitate removal of the absorbent rod, as will be explained in more detail below.

Eine weitere, hervorstechende Eigenschaft der Einrichtung wird durch die Figur 4 veranschaulicht. Wie dargestellt, schliesst ein Zapfen 56 ein Ende eines Absorptions-Stabes 57 dicht ab. Der Zapfen 56 hat einen Stiel 60, dessen Längsachse 61 mit derjenigen des Stabes 57 zusammenfällt. A further, outstanding property of the device is illustrated by FIG. 4. As shown, a pin 56 seals one end of an absorption rod 57. The pin 56 has a stem 60, the longitudinal axis 61 of which coincides with that of the rod 57.

Eine Bohrung 62 ersteckt sich in der Längsrichtung ungefähr über die halbe Länge des Stiels 60. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, wurde diese Bohrung ungefähr über ihre halbe Länge erweitert oder ausgestaucht, um einen erweiterten Hohlraum zu bilden, der es dem Aussendurchmesser, d.h. A bore 62 extends in the longitudinal direction about half the length of the stem 60. As can be seen from the drawing, this bore has been expanded or swaged out about its half length to form an enlarged cavity which corresponds to the outside diameter, i.e.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

5 5

650 352 650 352

der Aussenfläche des benachbarten Abschnitts des Stiels 60 ermöglicht, sich an einer erweiterten Aushöhlung 64 im Armstern-Arm 65 abzustützen. the outer surface of the adjacent portion of the stem 60 allows an enlarged cavity 64 to be supported in the arm arm 65.

Die Bohrung 62 hat eine abgestumpfte, konische Verjüngung 63, die auch einen Übergang zu dem einen kleineren Durchmesser aufweisenden Bohrungsabschnitt 66 bildet. Der einen kleineren Durchmesser aufweisende Bohrungsabschnitt endet übrigens in einem Kegel 67. The bore 62 has a truncated, conical taper 63, which also forms a transition to the bore section 66 having a smaller diameter. Incidentally, the bore section having a smaller diameter ends in a cone 67.

Es kann nun ein Dorn 70 in der Richtung des Pfeiles 71 in die Bohrung hineingedrückt werden. Der Dorn 70 ist vorzugsweise durch einen schlanken, zylindrischen Metallschaft gebildet und hat einen Durchmesser, der geringfügig kleiner ist als derjenige des Bohrungsabschnittes 66 mit dem kleineren Durchmesser. Die Längsachse des Dorns 70 fällt im wesentlichen mit der Längsachse 61 des brennbaren Stabes 57 zusammen. A mandrel 70 can now be pressed into the bore in the direction of arrow 71. The mandrel 70 is preferably formed by a slim, cylindrical metal shaft and has a diameter which is slightly smaller than that of the bore section 66 with the smaller diameter. The longitudinal axis of the mandrel 70 essentially coincides with the longitudinal axis 61 of the combustible rod 57.

Um den Stab 57 in einer Weise aus dem Armstern-Arm 65 Around the rod 57 in a manner from the arm star arm 65

zu entfernen, bei der unerwünschte Scher- und Sägevorgänge vermieden werden, ist es nur nötig, den Dorn 70 mit einer Kraft in der Richtung des Pfeils 71 zu drücken, die ausreicht, um den Stiel 60 durch den den kleinen Durchmesser aufwei-5 senden Hohlraum 72 hindurch herauszudrücken oder zu extrudieren und dabei den Stiel 60 vom Armstern-Arm 65 zu trennen. To remove, avoiding unwanted shearing and sawing, it is only necessary to push the mandrel 70 with a force in the direction of arrow 71 sufficient to push the stem 60 through the small diameter cavity 72 push out or extrude through and separate the stem 60 from the arm arm 65.

Obschon es in der Zeichnung nicht gezeigt ist, kann eine Gruppe von Dornen auf einer Platte zusammengefasst wer-lo den. Diese Dorne können fluchtend mit entsprechenden Bohrungen in einem Armstern montierten, Absorptions-Stäben ausgerichtet und in diese Bohrungen eingeführt werden, so dass alle Stäbe in einem Arbeitsgang aus dem Armstern herausgedrückt werden können. Auf diese Weise kann die gefah-15 rensträchtige, teure und langwierige Arbeit des Abscherens oder Absägens jedes einzelnen Absorptions-Stabes vom Armstern vermieden werden. Although not shown in the drawing, a group of thorns can be grouped together on a plate. These mandrels can be aligned with corresponding bores mounted in an arm star, absorption rods can be aligned and inserted into these bores so that all rods can be pressed out of the arm star in one operation. In this way the dangerous, expensive and lengthy work of shearing or sawing off each individual absorption rod from the arm star can be avoided.

G G

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

650 352

1. A method for attaching and removing a neutron absorbing rod (30, 57) with a stem (43, 45, 60) protruding at one end to or from a poorest (10) with one for partially receiving the rod (30, 57) Opening (50), characterized in that the stem (43,45,60) for fastening in the axial direction is inserted into the arm star opening (50) and secured therein that the stem (43,45,60) for Removal is applied in the axial direction with a force sufficient to overcome the force holding the stem (43,45,60) in the opening (50) and that the stem (43,45,60) from the opening (50 ) is moved out.

2. The method according to claim 1, characterized in that the method step for securing the handle (43, 45, 60) in the opening (50) comprises deforming a section of the handle (43, 45, 60) in order to protect it against the Press the boundary surface of the arm star opening (50).

2nd

PATENT CLAIMS

3. Device for performing the method according to claim 1 with an opening (50) having arm star (10) and at one end with an axially projecting, in the opening (50) attachable handle (43,45,60) provided , Neutron absorbing rod (30, 57), characterized in that securing means for securing the stem (43, 45, 60) are present within the opening (50) and that these securing means have a weak point, so that the stem (43, 45 , 60) can be moved in its longitudinal direction if the force holding it is overcome by a force exerted on it in its longitudinal direction.

4. Device according to claim 3, characterized in that the securing means preferably have a fixed section which extends approximately over half the length of the stem (43, 45, 60), and that at least one. a portion of an opening (44,47,62) in the stem (43,45,60) defining the stem portion is pressed into engagement with the surface of the opening (50) of the arm star (10) to the combustible poison rod (30, 57) in To keep arm star (10).

5. Device according to claim 4, characterized in that the arm star (10) in the opening (50) has an enlarged cavity (52,64), that a truncated cone surface (53) makes a transition from the said cavity (52,64 ) this forms the opening (50) and that the outer surface of the stem (43, 45, 60) is pressed into engagement with the arm star surfaces which form the enlarged cavity (52, 64) and the truncated cone surface (53).