CH662441A5

CH662441A5 - Haltegitter fuer kernreaktor-brennelemente.

Info

Publication number: CH662441A5
Application number: CH6996/83A
Authority: CH
Inventors: Dennis James Cadwell
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1983-01-03
Filing date: 1983-12-30
Publication date: 1987-09-30
Also published as: GB2133204A; BE898575A; KR910004784B1; IT1174052B; JPH0151152B2; JPS59136679A; DE3345840A1; GB8332777D0; ES528484A0; GB2133204B; IT8419006A0; SE449039B; SE8306964L; IT8419006A1; US4578240A; FR2542123A1; FR2542123B1; ES8702698A1; KR840007479A; SE8306964D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Haltegitter zur abstandsrichtigen Halterung von Brennstäben und Steuerstabführungsrohren in Kernreaktor-Brennelementen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Haltegitter dienen dazu, den vorgesehenen gegenseitigen Abstand zwischen den Brennstäben im Reaktorkern genau einzuhalten, Schwingungen der Brennstäbe zu vermindern und die Brennstäbe seitlich abzustützen. Bekanntermassen bestehen solche Haltegitter aus einer Vielzahl von sich kreuzenden, ineinandergreifenden Gitterstreifen, die in eierkistenartiger Konfiguration zwischen sich Zellen zur Aufnahme von Brennstäben (Standardzellen) und von Steuerstabführungsrohren (Führungsrohrzellen) bilden. Die Gitterstreifen sind geschlitzt, um sie ineinanderstecken zu können. Jede Standardzelle dient der Aufnahme eine Brennstabs mit in bestimmter Weise zentrierter Lage, welch letztere mit Hilfe von teils federnden, teils relativ starren Zentriermitteln in Form von im Metall der Gitterstreifen gebildeten Noppen oder anderen Vorsprüngen erreicht wird. Ein äusserer Gitterstreifen, der die gleiche Breite wie die ineinandergreifenden inneren Gitterstreifen hat, um-schliesst diese inneren Gitterstreifen und verbessert die Festigkeit und Steifigkeit des Brennelements. Um eine seitliche Ausbiegung der Brennstäbe möglichst klein zu halten, und das Ab-brandverhalten eines Brennelements günstig zu gestalten, ist entlang der Länge eines Brennelements eine Anzahl solcher

Haltegitter vorgesehen, die an den Steuerstabführungsrohren befestigt sind und von diesen in ihrer Lage gehalten werden. Bei bekannten, aus einem einzigen Metallwerkstoff bestehenden Haltegittern sind die federnden Zentriermittel einteilig mit den Gitterstreifen ausgebildet, die aus einem Material mit niedrigem Neutroneneinfangquerschnitt bestehen. Diese federnden Elemente zur Steuerstabzentrierung unterliegen aber einem durch die Bestrahlung bedingten inneren Spannungsabbau, wodurch die Federeigenschaft verloren geht und die Bennstäbe, die dann nicht mehr straff gehalten werden können, der Beschädigung durch Scheuern ausgesetzt sein können.

Es sind auch Haltegitter aus zwei Metallwerkstoffen bekannt, bei welchen die Gitterstreifen aus einem Material mit niedrigen Neutroneneinfangquerschnitt ausgebildet sind während zur Zentrierung der Steuerstäbe dienende Federelemente aus einem anderen Material mit günstigen Eigenschaften im Hinblick auf den bestrahlungsbedingten Spannungsabbau hergestellt und an den Gitterstreifen befestigt sind. Unter günstigen Eigenschaften im Hinblick auf bestrahlungsbedingten Strahlungsabbau ist dabei ein Verhalten zu verstehen, das während der Bestrahlung im Reaktorbetrieb nur einen geringen inneren Spannungsabbau zeigt, was bedeutet, dass der Werkstoff keiner wesentlichen Minderung seiner Federelastizität unterliegt, wenn er intensiver und langandauernder Bestrahlung ausgesetzt ist. Herkömmliche Konstruktionen mit an den Gitterstreifen zu befestigenden Federelementen ermöglichen aber keine Befestigung der Federelemente an einem Gitterstreifen im Bereich eines mit seiner einen Gitterstreifenseite eine Standardzelle zur Aufnahme eines Brennstabs begrenzenden Gitterstreifenabschnitts, dessen andere Gitterstreifenseite eine unmittelbar benachbarte Führungsrohrzelle begrenzt, da bei den bekannten Konstruktionen keine Federelementbefestigung an einer solchen Gitterstreifenstelle ohne störende Wechselwirkung mit der angrenzenden Führungsrohrzelle möglich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Haltegitterkonstruktion zu schaffen, bei welchem die Neutronenabsorption verhältnismässig gering ist, aber deren federelastische Zentriermittel für die Brennstäbe aus einem Material mit günstigen Eigenschaften hinsichtlich des bestrahlungsbedingten inneren Spannungsabbaus gefertigt werden können.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Vorzugsweise sind die Federclips aus einem Material mit günstigen Eigenschaften bezüglich des bestrahlungsbedingten inneren Spannungsabbaus und die Gitterstreifen aus einem Material mit niedrigem Neutroneneinfangquerschnitt hergestellt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine isometrische Darstellung eines Haltegitters nach der Erfindung,

Fig. 2 in vergrösserter Darstellung einen Ausschnitt des Haltegitters nach Fig. 1,

Fig. 3 an isometrischer Darstellung einen ersten Federcliptyp der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 4 einen Haltegitterausschnitt mit einem Federclip nach Fig. 3 in Draufsicht,

Fig. 5 den Haltegitterausschnitt nach Fig. 4 mit dem Federclip des ersten Typs in Ansicht,

Fig. 6 die Anordnung nach Fig. 5 in Seitenansicht,

Fig. 7 in Seitenansicht einen zweiten Federcliptyp der Anordnung nach Fig. 1, und

Fig. 8 ebenfalls in Seitenansicht einen dritten Federcliptyp der Anordnung nach Fig. 1.

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In allen Zeichnungen sind gleiche oder entsprechende Teile mit jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Ausschnitt eines Haltegitters 10 eines Kernreaktor-Brennelementes dargestellt, das aus sich kreuzenden, ineinandergreifenden Gitterstreifen 16 besteht und von einem Umfassungsstreifen 17 aussen abgeschlossen ist. Diese Gitterstreifen bilden in eierkistenartiger Anordnung zwischen sich eine Viezahl von Standardgitterzellen 18, die jeweils der Aufnahme eines Brennstabs 12 dienen, wobei der Klarheit halber in Fig. 1 nur zwei Brennstäbe und in Fig. 2 nur ein Brennstab dargestellt sind. Ausserdem dienen einige Gitterzellen 20 als Führungsrohrzellen zur Aufnahme jeweils eines Steuerstabführungsrohres 14.

Jeder Brennstab 12 wird in der betreffenden Gitterzelle des Haltegitters 10 an zwei aneinander angrenzenden Gitterzellenseiten durch Federelemente und an den beiden anderen Gitterzellenseiten der betreffenden Standardzelle 18 jeweils durch zwei mit axialem Abstand auseinanderliegende, im wesentlichen starre Stütznoppen seitlich abgestützt, so dass jeweils eine Sech-spunktabstützung jedes Brennstabs in seiner Standardzelle 18 vorhanden ist. Natürlich sind auch andere Mehrpunktabstüt-zungen möglich, wobei jeweils mindestens ein in die betreffende Gitterzelle hineinragendes Federelement in Druckkontakt mit dem betreffenden Brennstab steht.

Diese Federelemente und Stütznoppen sind gemäss den Fig. 3 bis 8 jeweils durch an den Gitterstreifen angeordnete Federclip gebildet, die nachstehend mehr im einzelnen beschrieben werden.

Wo eine Standardzelle 18 an eine Führungsrohrzelle 20 angrenzt und in der Standardzelle an derjenigen Wand ein Federelement erforderlich ist, die durch den gemeinsamen Gitterstreifenabschnitt zwischen der Standardzelle und der Führungsrohrzelle gebildet ist, findet ein erster Federcliptyp 22 Anwendung, wie er in den Fig. 3 bis 6 dargestellt ist.

Wenn bei zwei benachbarten Standardzellen auf beiden Seiten des dazwischen verlaufenden, beiden Zellen gemeinsamen Gitterstreifenabschnitts ein Federelement erforderlich ist, findet ein zweiter Federcliptyp 24 Anwendung, wie er in Fig. 7 dargestellt ist.

Wenn bei zwei benachbarten Standardzellen auf der einen Seite des gemeinsamen Gitterstreifenabschnitts zwischen diesen beiden Zellen ein Federelement und auf der anderen Seite dieses gemeinsamen Gitterstreifenabschnitts zwei Stütznoppen erforderlich sind, wird ein dritter Federcliptyp 26 verwendet, wie er in Fig. 8 dargestellt ist.

Wenn bei einer an eine Führungsrohrzelle angrenzenden Standardzelle an dem gemeinsamen Gitterstreifenabschnitt zwei Stütznoppen erforderlich sind, oder wenn an dem gemeinsamen Gitterstreifenabschnitt zwischen zwei benachbarten Standardzellen jeweils zwei Stütznoppen vorhanden sein sollen, werden diese Stütznoppen durch entsprechende Verformung des Gitterstreifens in an sich bekannter Weise hergestellt, so dass diese Stütznoppen dann einteilig mit dem betreffenden Gitterstreifenabschnitt ausgebildet sind. In der selben Weise werden Stütznoppen im äusseren Gitterstreifen 17 hergestellt.

Vorzugsweise werden die Gitterstreifen 16 aus einem Material mit niedrigerem Neutroneneinfangquerschnitt als demjenigen der verschiedenen Federclips 22, 24 und 26 hergestellt. Die Federclips 22, 24 und 26 werden dagegen aus einem Werkstoff gefertigt, der hinsichtlich des bestrahlungsbedingten inneren Spannungsabbaus günstigere Eigenschaften als das Gitterstreifenmaterial aufweist. Der bevorzugte Werkstoff für die Gitterstreifen 16 ist Zircaloy, während für die Federclips 22, 24 und 26 eine Nickel-Chrom-Eisen-Legierung als Werkstoff bevorzugt wird.

Die Steuerstabführungsrohre 14 werden jeweils durch Punktschweissung mit dem Haltegitter 10 verbunden. Ist der Werkstoff der Steuerstabführungsrohre 14 mit demjenigen des

Haltegitters 10 nicht schweissverträglich, können die Führungsrohre 14 durch Sickenverbindungen mit einer kurzen Zwischenhülse verbunden werden, die in den Zeichnungen nicht dargestellt ist und die dann in an sich bekannter Weise durch Punktschweissung mit dem Haltegitter verbunden wird.

Der in den Fig. 3 bis 6 mehr im einzelnen dargestellte erste Federcliptyp 22 besteht aus einem Bandmaterialabschnitt 52, der etwa in seiner Mitte zwischen seinen beiden Enden 54a und 54b umgebogen ist, so dass er einen Gitterstreifenabschnitt 16a über seine ganze Breite auf beiden Seiten umgreift, und die beiden Enden 54a und 54b des Streifenabschnitts sind aneinander befestigt. Der mittige Falz des Bandabschnitts 52 verläuft also entlang der einen Längskante 64a des Gitterstreifenabschnitts 16a, und die beiden Enden 54a und 54b dieses Bandabschnitts 52 sind nahe der anderen Längskante 64b des Gitterstreifenabschnitts 16a miteinander verschweisst. Diese Art der Federclipbefestigung ermöglicht einen leichten Ersatz beschädigter Federclips an dem Gitterstreifen. Das Verschweissen der Bandabschnittsenden des Federclips ergibt eine grössere Sicherheit der Federclipbefestigung als andere herkömmliche Arten schweiss-freier Befestigung. Vorzugsweise werden die Federclips vor dem Zusammenbau der Gitterstreifen an den betreffenden Gitterstreifen befestigt.

Der Federclip 22 weist einen Federteil 60 und zwei mit gegenseitigem Abstand verlaufende, etwa flache Teile 62a und 62b auf. Der Federteil 60 verläuft an der einen Seite 56 des betreffenden Gitterstreifenabschnitts 16a und ermöglicht eine federnde Anlage eines Brennstabs 12a. Die flachen Teile 62a und 62b verlaufen an der anderen Seite 58 des Gitterstreifenabschnitts 16a beiderseits der Berührungslinie dieser Gitterstreifenseite mit einem Steuerstabführungsrohr 14a bzw., falls eine Zwischenhülse der oben erwähnten, nicht dargestellten Art vorgesehen ist, beiderseits der Berührungslinie zwischen dem Gitterstreifen und dieser Zwischenhülse. Auf diese Weise steht der Federteil 60 des Federclips 22 zur federnden Abstützung eines Brennstabs an dem gemeinsamen Gitterstreifenabschnitt zwischen einer Standardzelle und einer Führungsrohrzelle zur Verfügung, ohne dass die Anordnung des Federclips und des Steuerstabführungsrohrs auf der anderen Seite des betreffenden Gitterstreifenabschnitts sich gegenseitig behindern.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des ersten Federcliptyps 22 weist der Bandabschnitt 52 seinerseits zwei gleichlange Abschnitte auf, wovon der eine Abschnitt 70 vom einen Ende 54a zur Bandmitte und der andere Abschnitt 72 von der Bandmitte zum anderen Ende 54b verläuft. Der eine Abschnitt 70 befindet sich dabei im wesentlichen innerhalb einer Führungsrohrzelle, die ein Steuerstabführungsrohr 14a aufnimmt, während der andere Abschnitt 72 im wesentlichen innerhalb einer Standardzelle verläuft, die einen Brennstab 12a aufnimmt.

Der eine Abschnitt 70 umfasst die beiden schon erwähnten flachen Teile 62a und 62b, die entlang des Gitterstreifenabschnitts 16a verlaufen und beiderseits der Berührungslinie des Gitterstreifens mit dem Steuerstabführungsrohr 14a mit gegenseitigem Abstand und etwa parallel zu dieser Berührungslinie verlaufen und sich mindestens über die ganze Länge dieser Berührungslinie erstrecken. Der andere Abschnitt 72 weist den schon erwähnten Federteil 60 auf, der etwa parallel zur Längsachse des Brennstabs 12a verläuft und federnd an diesem anliegt, wobei der Federteil 60 etwa senkrecht vom Gitterstreifen 16a weg in Richtung zur Längsachse des Brennstabs hin vorspringt.

Ausserdem weist das Band 52 zwei Verbindungsteile 66 und 68 auf, wovon der eine Verbindungsteil 66 das eine Bandende 54a mit den flachen Teilen 62a und 62b des einen Abschnitts 70 verbindet und wobei das andere Verbindungsteil 68 im Bereich des anderen Abschnitts 72 die beiden flachen Teile 62a und 62b entlang der einen Gitterstreifenkante 64a miteinander und mit

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dem Federteil 60 verbindet. Das letztere Verbindungsteil 68 ist also etwa Y- oder T-förmig, wobei sein Stiel mit dem Federteil 60 verbunden und seine beiden Arme um die eine Gitterstreifenkante 64a herumgebogen und mit den flachen Teilen 62a und 62b verbunden sind. Dadurch wird eine gegenseitige Behinderung mit dem Steuerstabführungsrohr 14a vermieden.

Während das erstere Verbindungsteil 66, wie schon erwähnt, die beiden flachen Teile 62a und 62b entlang der anderen Gitterstreifenkante 64b miteinander und mit dem einen Bandende 54a verbindet, erstreckt sich der Federteil 60 unmittelbar bis zum anderen Bandende 54b. Das erstere Verbindungsteil 66 verläuft, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, quer zur Längsachse des Steuerabführungsrohrs 14a, jedoch gegenüber der unteren Gitterstreifenkante 64b etwas zurückgesetzt, so dass es bei am Gitterstreifen anliegendem Steuerabführungsrohr noch einen kleinen Abstand von diesem hat. Wie weiter ersichtlich ist, ist das erstere Verbindungsteil 66 ebenfalls etwa Y- oder T-förmig, wobei sein Stiel zum einen Bandende 54a verläuft und seine beiden Arme etwa nach vorne gekröpft und mit den beiden flachen Teilen 62a und 62b verbunden sind.

Bei dieser bevorzugten Ausführungsform des ersten Federcliptyps 22 ist es empfehlenswert, dass der Gitterstreifen 16a, an welchem ein solcher Federclip zu befestigen ist, an seinen Längskanten 64a und 64b entsprechende Einschnitte aufweist, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind, die zur Lagesicherung des Federclips gegen seitliches Verrutschen auf dem Gitterstreifen beitragen.

Der in den Fig. 2 und 7 mehr im einzelnen dargestellte zweite Federcliptyp 22 besteht aus einem Federband 28, das um den betreffenden Gitterstreifenabschnitt 16b herumgebogen ist und diesen über seine ganze Breite umgreift. Seine beiden Enden 30a und 30b sind beispielsweise durch Verschweissen miteinan-5 der verbunden. Dieser Federclip 24 weist zwei Federteile 36 und 38 auf, die an den beiden Seiten 32 und 34 des Gitterstreifenabschnitts 16b liegen.

Der dritte Federcliptyp 26, der in den Fig. 2 und 8 mehr im einzelnen erkennbar ist, besteht aus einem Federband 40, das io wiederum um den betreffenden Gitterstreifen 160 herumgebo-gen ist und diesen über seine ganze Breite umgreift. Seine beiden Enden 42a und 42b sind wiederum beispielsweise durch Verschweissen miteinander verbunden. Dieser Federclip 26 weist einen Federteil 48, der sich an der einen Gitterstreifenseite 15 44 befindet, und zwei Stütznoppen 50a und 50b auf, die sich an der anderen Gitterstreifen 46 befinden.

Auch bei den beiden Federcliptypen 24 und 26 ist es emfeh-lenswert, zu deren Lagesicherung an den Gitterstreifen gegen seitliches Verschieben Einschnitte in den Gitterstreifenlängskan-20 ten vorzusehen. Alternativ dazu können die Federclipenden mit nicht dargestellten Kühlmittelmischfahnen verschweisst sein, die an der Unterseite der Gitterstreifen vorstehen.

Ein vollständiges Haltegitter weist natürlich eine Vielzahl von Federclips aller drei Typen auf, wobei jeder einzelne Gitter-25 streifen mehrere Federclips, gegebenenfalls unterschiedlicher Typen trägt, um der Notwendigkeit nach federnder Abstützung aller Brennstäbe zu entsprechen und gegenseitige Behinderungen von Federclips und Steuerstabführungsrohren in Führungsrohrzellen zu vermeiden.

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4 Blätter Zeichnungen

Claims

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1. Haltegitter zur abstandsrichtigen Halterung von Brennstäben und Steuerstabführungsrohren in Kernreaktor-Brenn-elementen, bestehend aus sich kreuzenden, ineinandergreifenden Gitterstreifen, die zwischen sich Gitterzellen zur Aufnahme jeweils eines Brennstabs bzw. eines Steuerstabführungsrohrs bilden, und aus an den Gitterstreifen angeordneten Mitteln zur federnden Zentrierung der Brennstäbe in den Gitterzellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierungsmittel als Federclips (22, 24, 26) ausgebildet sind, die jeweils aus einem über den betreffenden Gitterstreifen (16) gebogenen, diesen vollständig umgreifenden Federband bestehen, dessen beide Enden (30a, 30b; 42a, 42b) zur Fixierung des Federclips auf dem Gitterstreifen aneinander befestigt sind, und dass mindestens einer der auf einer Gitterstreifenseite befindlichen Federbandabschnitte jedes Federclips einen zu einem federnden Stützelement (36, 38, 48, 60) geformten Teil aufweist.

2. Haltegitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Enden (30a, 30b; 42a, 42b) des Federbandes miteinander verschweisst sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Haltegitter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch geknnzeich-net, dass mindestens bei einigen Federclips (24) die auf beiden Gitterstreifenseiten befindlichen Federbandabschnitte jeweils einen zu einem federnden Stützelement (36, 38) geformten Teil aufweisen.

4. Haltegitter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens bei einigen Federclips (26) einer der auf einer Gitterstreifenseite befindlichen Federbandabschnitte mit zwei eingeformten Stütznoppen (50a, 50b) ausgebildet ist.

5. Haltegitter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstreifen (16) aus einem Material mit niedrigerem Neutroneneinfangquerschnitt als demjenigen der Federclips (24, 26) bestehen, während die Federclips aus einem Material bestehen, dessen Eigenschaften hinsichtlich des bestrahlungsbedingten inneren Spannungsabbaus günstiger als bei den Gitterstreifen sind.

6. Haltegitter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstreifen aus Zircaloy und die Federclips aus einer Nickel-Chrom-Eisen-Legierung bestehen.