CH684858A5

CH684858A5 - Untere Endeinfassung mit mehrstufigen Flussdiffusoren.

Info

Publication number: CH684858A5
Application number: CH2933/92A
Authority: CH
Inventors: William Jaye Bryan
Original assignee: Combustion Eng
Priority date: 1991-09-20
Filing date: 1992-09-18
Publication date: 1995-01-13
Also published as: KR930006744A; US5255297A; EP0532844A1

Description

1

CH 684 858 A5

2

Beschreibung

Verwandte Anmeldung

Die vorliegende Anmeldung ist eine Ausscheidung aus der US-Anmeldung Nr. 07 582 564, welche am 14. September 1990 für eine verbesserte untere Endeinfassung eingereicht wurde und von William J. Bryan stammt. Die Anmeldungen lauten beide auf Combustion Engineering, Inc.

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf Druckwasser-Kernreaktoren und betrifft dasselbe Gebiet wie die US-Patentanmeldung Nr. (C 900 180), die etwa gleichzeitig mit der vorliegenden Erfindung eingereicht wurde, den Titel «Bodendüse für untere Gitterbefestigung» trägt. Insbesondere bezieht sich die Vorrichtung auf die untere Kernplatte zum Brenn-stoffanordnungs-lnterface.

Die Erfindung ist eine verbesserte mehrstufige Ausführung, die gleichmässiger konstruiert wurde, um den Fluss innerhalb und über der unteren Endeinfassung zu verteilen, damit der Strahlaus-fluss-Aufprall auf die Brennstoffstäbe abgeschwächt wird. Dies steigert die Leistungsfähigkeit des Reaktors dadurch, dass die Leistungsfähigkeit der diffundierenden Durchflussdüsen der unteren Kernplatte gesteigert wird. Das angestrebte und erzielte Resultat ist eine Verminderung der vom Fluss erzeugten Vibration der Brennstoffstäbe sowie eine Verstärkung und Gewichtsreduktion der unteren Endeinfassung. Früher verursachte die vom Fluss hervorgerufene Vibration der Brennstoffstäbe in deren unteren Spannweiten grosse Brennstoffstab-Verschleissraten. Dies führte zur Verwendung eines stärkeren Gitters und einem massiveren Stützsystem im unteren Teil der Brennstoffanordnung. Die gegenwärtige und aus dem Stand der Technik hervorgehende Praxis, untere Gitter aus Inconel (Ni-Legierung) zu verwenden, die eine grosse Neutronen-Absorptionsfähig-keit haben, soll diese erforderlichen Stützkräfte erreichen. Der Bedarf an verbesserten unteren Endeinfassungen rührt somit auch vom Wunsch her, die Vibration zu eliminieren, was die Verwendung von wenig störendem Material wie zum Beispiel Zircaloy-4 erlauben würde. Die Verwendung einer integralen Verschleissreduktions-Abschir-mung vom im US-Patent Nr. 4 888 149 beschriebenen Typ verleiht der unteren Endeinfassung auch Festigkeit.

Zusammenfassung der Erfindung

Die neue Bodendüse oder Endeinfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist aus rostfreiem Stahl hergestellt und befindet sich unmittelbar über den Flusslöchern der unteren Kernplatte. Die Vorrichtung ist kreisförmig und weist ein gewölbtes Profil auf. Die Geometrie der Vorrichtungen, ihre Anzahl und Höhe, hängen von der Geometrie der Reaktorkernplatte und der Grösse der unteren Endeinfassung ab. Die Vorrichtungen werden durch

Glieder fest an Ort gehalten, die sich von den Ek-ken der Vorrichtung bis zur unteren Seitenstütze der unteren Endeinfassung und zur Fingerhutrohr-Flussabschirmung erstrecken. Dies verstärkt die Endeinfassung und erlaubt eine geringere Dicke der Flussplatte und der Seitenstützen. Die gewölbten Formen sind mehrstufig und parabolisch und werden so eingestellt, dass die Diffusion des Strahls optimiert wird, damit ein kleinerer Druckabfall erreicht wird. Die Diffusoren sind glockenförmig und haben eine einzigartige Form, die von der Bauart des Reaktors und der Brennstoffanordnung bestimmt wird. Indem sie auf der Geometrie der Flusslöcher der unteren Kernplatte, der unteren Endeinfassung und der Durchflussleistung des Reaktors basieren, sind die Formen der mehrstufigen Diffusoren optimiert, so dass eine maximale Strahldiffusion und eine daraus resultierende Reduktion der schädigenden Vibration der Brennstoffstäbe sowie der Druckverminderung durch Turbulenzen erreicht wird.

Die Vorrichtung der ursprünglichen Anmeldung wirkt als giocken- und ringförmiger Diffusor, der die Flusslochstrahlen der unteren Kernplatte diffundiert und gleichmässig verteilt, bevor sie auf die Brennstoffstäbe über der Endeinfassung aufprallen. Dies führt zu einer errechneten 10-15% tieferen Druckverminderung für die untere Endeinfassung. Der Strahlfluss-Aufprall auf die Brennstoffstäbe der Brennstoffanordnung wird auch abgeschwächt. Ein schwächerer Strahlflussaufprall führt zu einem geringeren Brennstoffstabverschleiss infolge der vom Fluss hervorgerufenen Vibration der Brennstoffstäbe. Durch die Beifügung dieser Vorrichtungen werden sie auch als strukturelle Glieder der Endeinfassung gebraucht. Die Vorrichtungen und Glieder und ihre Plazierung führen zu dünneren Seitenstützen der unteren Endeinfassung, schmäleren Stegen der unteren Endeinfassung und dünneren Flussplatten, unter Beibehaltung der ursprünglichen Festigkeit der unteren Endeinfassung.

Die mehrstufige Vorrichtung nach der vorliegenden Anmeldung wird aus rostfreiem Stahl hergestellt und über den Flusslöchern der unteren Kernplatte plaziert. Jede Vorrichtung ist kreisförmig und hat ein gewölbtes Profil, wobei eine Vorrichtung über der anderen angeordnet ist. Die Geometrie der Vorrichtungen, ihre Anzahl und Höhe, hängt von der Geometrie der Kernplatte des Reaktors und der Grösse der unteren Endeinfassung ab. Die Vorrichtungen werden an Ort und Stelle von Gliedern gehalten, die sich von den Ecken der Vorrichtung zu den Seitenstützen der unteren Endeinfassung und der Fingerhutrohr-Flussabschirmung erstrecken. Die gebogenen Formen sind parabolisch und so eingestellt, dass die Diffusion des Strahls optimiert wird. Die Diffusoren sind mehrstufig und haben eine einzigartige Form, die von der Bauart des Reaktors und dem Brennstoffkasten bestimmt wird. Da sie auf der Geometrie der Flusslöcher der unteren Kernplatte, der Bauart der unteren Einfassung und der Durchflussleistung des Reaktores basieren, werden die Formen der Diffusoren optimiert und erreichen eine maximale Strahidiffusion.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

2

3

CH 684 858 A5

4

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 stellt einen schematischen Teilaufriss des unteren Teils einer Brennstoffanordnung eines Druckwasser-Nuklearreaktors mit der verbesserten unteren Endeinfassung nach der Erfindung dar, mit mehrstufigen Fluss-Diffusoren und dazugehöriger Kernplatte.

Fig. 2 stellt eine Unteransicht der unteren Endeinfassung nach der Erfindung dar und zeigt die mehrstufigen Fluss-Diffusoren sowie eine ganze Verschleissreduktions-Abschirmung für Fingerhutrohre.

Fig. 3 stellt einen Querschnitt entlang der Linie

3-3 von Fig. 2 und durch den angrenzenden Kernplattenteil dar.

Fig. 4 stellt einen Querschnitt entlang der Linie

4-4 von Fig. 2 dar.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführung

Die Bezugsnummer 10 bezeichnet ganz allgemein die erfindungsgemäss verbesserte untere Endeinfassung mit mehrstufigen Flussdiffusoren. Die Endeinfassung 10 ist durch ein Instrumentierrohr 12 sowie Führungsrohren 14 an der übrigen Brennstoffanordnungs-Struktur befestigt, weiche durch das untere Gitter 16 und den mit Abschlusskappen 19 versehenen Brennstoffstäben 18 dargestellt und in Fig. 1 teilweise abgebildet ist. Eine für einen Druckwasser-Nuklearreaktor typische untere Kernplatte 20 ist in Fig. 1 gestrichelt dargestellt.

Die Flussdiffusion zwischen der viellöchrigen unteren Kernplatte 20 und der viellöchrigen oberen Russplatte 22 der unteren Endeinfassung unterhalb der Brennstoffstäbe 18, wird durch die glockenförmigen Flussdiffusoren 30 erwirkt.

Wenn der Fluss im Reaktorkern die Öffnungen 24 in der unteren Kernplatte 20 verlässt, wird er zu und in die unteren und schmäleren Enden 32 der ersten Stufe 31 und der zweiten Stufe 31' jedes mehrstufigen Diffusors 30 geleitet.

Wie Fig. 3 und 4 zeigen, ist die gebogene Form von den schmäleren Enden 32, 32' bis zu den breiteren Ausgangsenden 34, 34' jeder einzelnen Stufe 31, 31' des Diffusors 30 parabolisch und in ihrer Glockenform entsprechend der jeweiligen Geometrie der Flusslöcher der unteren Kernplatte, der Bauart der unteren Endeinfassung und der Durchflussleistung des Reaktors angepasst, damit eine maximale Diffusion erzielt wird. Dies führt zu einer daraus resultierenden Reduktion der schädigenden Vibrationen der Brennstoffstäbe 18 und der Druckverminderung infolge Turbulenzen.

Die Mehrstufigkeit 31, 31' bringt gegenüber dem einstufigen Flussdiffusor der parallelen US-Anmeldung Nr. 07 582 564 Vorteile von theoretisch mehr als 15 bis 20% mit sich, und zwar aus Gründen, die im Handbook of Hydraulic Resistance, 2. Auflage, (I. E. Idelchik; 1986 Hemisphere Publishing Corp.) beschrieben sind. Siehe insbesondere die Erläuterungen im Kapitel V, Seite 151 bis 188 und ganz speziell das Diagramm 5-19 auf Seite 188

sowie Fig. 5.4 auf Seite 163 mit begleitendem Text.

Die mehrstufigen Diffusoren 30 bewirken ebenfalls eine Verstärkung der unteren Endeinfassung 10, indem jede der Stufen 31, 31 ' in den Ecken der unteren Endeinfassung 10 mit horizontalen Stegen 38, 38' an den Seitenstützen 36 fest verbunden sind, wobei die Stege 38, 38' mit den Seitenstützen 36 ein Ganzes bilden. Die Diffusoren 30 werden in Aussparungen in den Stegen 38, 38' montiert, welche durch Gegenversenkungen 40 definiert werden.

Zur Verstärkung der unteren Endeinfassung 10 trägt auch eine in der Mittelöffnung 52 des Steges 38 montierte Verschleissreduktions-Abschirmung 50 bei. Die Öffnung 52 und der Steg 38 bilden eine Nabe, so dass die Mittelöffnung mit einem Im-Kern-Instrumentier-Fingerhutrohr (nicht gezeigt) versehen werden kann. Diese Struktur wird durch die Lektüre des US-Patents Nr. 4 888 149 klar verständlich. Aus den Fig. 2-4 der begleitenden Zeichnungen geht hervor, dass die Verschleissreduktions-Ab-schirmung 50, wenn das richtige Verhältnis zwischen der unteren Endeinfassung 10 und der Kernplatte 20 durch Bolzen 56 und Löcher 58 im Steg 38 festgelegt ist, weiter zur Verstärkung der Endeinfassung 10 beiträgt. Im weiteren ist das Verhältnis zwischen der Abschirmung 50 und einer Gegenversenkung 60 in der oberen Flussplatte 22 und der Gegenversenkung 52 derart, dass ein Neigen oder Umkippen der Endeinfassung 10 verhindert wird, und deshalb die Seitenstützen 36 nicht in die Löcher 24 der Kernplatte 20 gelangen können. Verwiesen sei hier wiederum auf das US-Patent Nr. 4 888 149.

Claims

Patentansprüche

1. Untere Endeinfassung für eine mit Brennstoffstäben (18) bestückte Brennstoffanordnung eines Druckwasser-Kernreaktors, wobei die untere Endeinfassung (10) eine obere Flussplatte (22) und Seitenstützen (36) zur Verstrebung mit einer unteren Kernplatte (20) des Reaktors aufweist und weiter mehrstufige Mittel (30) zur Diffusion des Flusses zwischen der unteren Kernplatte (20) und der oberen Flussplatte (22) der unteren Endeinfassung (10) unterhalb der Brennstoffstäbe (18) umfasst, wobei die Diffusion den Fluss derart verteilt und ausgleicht, dass der Strahlausfluss-Aufprall auf die Brennstoffstäbe (18) oberhalb der unteren Endeinfassung (10) auf ein Mindestmass reduziert und dadurch die Vibration der Brennstoffstäbe (18) und die Druckverminderung in der Brennstoffanordnung verringert wird, und wobei die erwähnten mehrstufigen Mittel (30) zur Diffusion des Flusses auch dadurch als Mittel zur Verstärkung der unteren Endeinfassung (10) wirken, dass sie mit den Seitenstützen (36) der unteren Endeinfassung (10) fest verbunden sind.

2. Endeinfassung nach Anspruch 1, in welcher eine Verschleissreduktions-Abschirmung (50) für Fingerhutrohre in der Mitte der Struktur vorgesehen ist, die weiter zur Verstärkung der Endeinfassung (10) beiträgt.

3. Endeinfassung nach Anspruch 1, in welcher

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

5

CH 684 858 A5

die Diffusions-Mittel (30) von derartiger Form und Grösse sind, dass die Seitenstützen (36) nicht in die Löcher (24) der Kernplatte (20) des Reaktors gelangen können.

4. Endeinfassung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Verbindung zwischen den mehrstufigen Mitteln (30) und den Seitenstützen (36) so ausgestaltet ist, um im Vergleich mit einer Ausführung ohne diese Verstärkung durch die mehrstufigen Mittel (30) die Dimensionierung der Dicke und der Masse der Seitenstützen (36) und der Flussplatte (22) zu reduzieren.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

4