DE10148244B4

DE10148244B4 - Brennelement für einen leichtwassermoderierten Kernreaktor

Info

Publication number: DE10148244B4
Application number: DE10148244A
Authority: DE
Inventors: Dieter Umlauft
Original assignee: Framatome ANP GmbH
Current assignee: Areva GmbH
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2021-09-29
Also published as: DE10148244A1

Abstract

Brennelement für einen leichtwassermoderierten Kernreaktor, bei dem eine Anzahl von Strukturrohren (2) lösbar mit einer Fußplatte (4) verbunden sind, mit folgenden Merkmalen:
a) Das Strukturrohr (2) weist an seinem der Fußplatte (4) zugewandten Ende eine unten offene hohle Kammer (8) mit einer Rückwandfläche (25) auf,
b) die Kammer (8) weist an ihrem Außenumfang eine Stützfläche (80) auf, mit der sie sich auf der Fußplatte (4) abstützt,
c) in der Kammer (8) ist unverlierbar und axial verschiebbar und um die Längsachse (7) drehbar ein Bolzen (6) angeordnet, der aus der Kammer (8) herausragt und in einer mit einem Innengewinde (16) versehenen Durchgangsöffnung (14) der Fußplatte (4) verschraubt ist,
d) der Bolzen (6) weist an seinem aus der Kammer (8) herausragenden freien Ende Mittel (26, 32) zum Eingriff eines Werkzeuges zum Fixieren oder Lösen der Schraubverbindung zwischen Bolzen (6) und Durchgangsöffnung (14) auf,
e) die Kammer...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennelement für einen leichtwassermoderierten Kernreaktor, bei dem eine Anzahl von Strukturrohren lösbar mit einer Fußplatte verbunden ist.

Ein Brennelement für einen leichtwassermoderierten Kernreaktor weist eine Mehrzahl von Strukturrohren auf, die mit einem unteren Endstück, der sogenannten Fußplatte, verschraubt sind. Diese Strukturrohre dienen in der Regel als Führungsrohre für die zur Leistungsregelung des Kernreaktors erforderlichen Steuerstäbe. Bei der Inspektion eines solchen Brennelementes muss diese Fußplatte entfernt und nach erfolgter Inspektion erneut kraftschlüssig mit den Strukturrohren verbunden werden. Diese Tätigkeiten werden ferngesteuert von geeigneten Manipulatoren durchgeführt. Dabei tritt bei den beispielsweise aus der EP 268 807 A2 bekannten Brennelementen das Problem auf, dass relativ kleine Befestigungselemente, beispielsweise Schrauben oder Muttern, entfernt und wieder eingesetzt werden müssen, bei denen die Gefahr eines Verlierens relativ groß ist. Erschwert wird diese Tätigkeit außerdem dadurch, dass die Arbeiten aus Gründen des Strahlenschutzes mit einem fernbedienbaren Werkzeug mehrere Meter unter Wasser durchgeführt werden müssen.

Außerdem ist es erforderlich, die Schraubverbindungen gegen ein Verdrehen zu sichern, um ein Lösen der Schraubverbindung während des Betriebs zu verhindern. Dies geschieht in der Re gel nach dem Befestigen der Mutter durch Deformation eines an ihr angeformten Bundes. Dies erschwert einerseits das Lösen der Schraubverbindung und erfordert andererseits beim Herstellen der Schraubverbindung zusätzliche Arbeitsschritte.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, ein Brennelement für einen leichtwassermoderierten Kernreaktor anzugeben, bei dem die Eingangs geschilderten Probleme weitgehend vermieden sind.

Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst, mit einem Brennelement mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Da das Strukturrohr an seinem der Fußplatte zugewandten Ende eine unten offene hohle Kammer aufweist, in der axial verschiebbar und um die Längsachse drehbar ein Bolzen unverlierbar angeordnet ist, der aus der Kammer heraus ragt und in einer mit einem Gewinde versehenen Durchgangsöffnung der Fußplatte verschraubt ist, ist sichergestellt, dass beim Lösen der Verbindung zwischen Fußplatte und Strukturrohr keine losen und damit verlierbaren Teile entstehen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in der Kammer eine Feder angeordnet, die den Bolzen in Richtung der Längsachse gegen an eine am Innenumfang der Kammer angeordneten Anschlagfläche drückt und als kraftschlüssige Schraubensicherung wirkt. Dadurch ist einerseits sichergestellt, dass der Bolzen vor dem Verschrauben mit der Fußplatte mit maximaler Länge über die Kammer hinaus und bei der Montage zumindest soweit in die Durchgangsöffnung hineinragt, dass er von der dem Strukturrohr abgewandten Seite der Fußplatte in Eingriff mit einem geeigneten Werkzeug gebracht werden kann, um ihn im Gewinde der Durchgangsöffnung zu verschrauben.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen Kammer und Fußplatte eine Drehmomentstütze vorge sehen, um sicherzustellen, dass die beim Einschrauben auf den Bolzen und damit reibschlüssig auf das Strukturrohr übertragenen Drehmomente nicht zu einem Verdrehen des Strukturrohres führen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Kammer einen Fortsatz auf, der in die Durchgangsöffnung hinein ragt. Dadurch wird eine Zentrierung des Strukturrohres relativ zur Mittenachse der Durchgangsöffnung bewirkt und die Montage ist erleichtert.

Insbesondere wird die Drehmomentstütze durch Formgebung des Fortsatzes und der Durchgangsöffnung herbeigeführt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich gemäß den weiteren Unteransprüchen.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnung verwiesen. Es zeigen:

1 ein Brennelement gemäß der Erfindung im Bereich der Verschraubung des Strukturrohres mit der Fußplatte in einem Längsschnitt, bei der der Bolzen mit einem durch die Fußplatte hindurchragenden Außenmehrkant versehen ist,

2 eine alternative Ausgestaltung des Bolzens bei dem diese an seinem freien Ende einen Innenmehrkant aufweist,

3–5 jeweils alternative Ausführungsformen eines Brennelementes gemäß der Erfindung, bei der die Kammer einen in die Fußplatte hineinragenden Fortsatz aufweist, der zugleich als Drehmomentstütze dient.

Gemäß 1 ist ein Strukturrohr 2 eines erfindungsgemäßen Brennelements lösbar mit einer Fußplatte 4 verschraubt. Das Strukturrohr 2 weist hierzu an seinem der Fußplatte 4 zugewandten Ende einen Bolzen 6 auf, der unverlierbar, axial (in Richtung der Längsachse 7) verschiebbar und um diese Längsachse 7 drehbar in einer hohlen Kammer 8 angeordnet und auf einem Teil seines Schaftes 10 mit einem Außengewinde 12 versehen ist.
Die hohle Kammer 8 ist an ihrem vom Strukturrohr 2 abgewandten freien Ende mit einer Öffnung 13 versehen, aus der der Bolzen 6 heraus und in eine Durchgangsöffnung 14 der Fußplatte 4 hinein ragt, in der er an einem Innengewinde 16 mit der Fußplatte 4 verschraubt ist. Die Kammer 8 ist an ihrem Innenumfang mit einer ringförmig umlaufenden Anschlagfläche 18 versehen, auf der der Bolzen 6 mit einer von einem Kopfteil 20 gebildeten Stützschulter 22 bereits vor der Montage in Umfangsrichtung gleitend, zumindest aber nach dem Fixieren der Schraubverbindung zwischen dem Bolzen 6 und der Fußplatte 4 aufliegt.
Um sicherzustellen, dass der Bolzen 6 auch im unmontierten Zustand mit maximaler Länge über die Kammer 8 hinausragt, ist innerhalb dieser eine Feder 24 angeordnet, die sich axial an einer der Öffnung 13 abgewandten Rückwandfläche 25 der Kammer 8 abstützt und auf den Bolzen 6, im Beispiel auf das Kopfteil 20, wirkt und diesen auch im unmontierten Zustand mit seiner Stützschulter 22 in Richtung der Längsachse 7 gegen die Anschlagfläche 18 drückt. Die maximale Wegstrecke s, die der Bolzen 6 innerhalb der Kammer 8 gegen die Wirkung der Feder 24 verschoben werden kann, entspricht dabei mindestens der Länge l seines Außengewindes 12, um sicherzustellen, dass die gesamte Gewindelänge auch tatsächlich zur axialen Fixierung in der Fußplatte genutzt werden kann.
Im Ausführungsbeispiel ist der Bolzen 6 an seinem freien Ende mit einem Außenmehrkant 26 vorgesehen, dessen Länge d größer ist als die Tiefe t des Innengewindes 16 von der dem Strukturrohr 2 abgewandten Seite der Fußplatte 4 aus gesehen. Dadurch ist sichergestellt, dass der Außenmehrkant 26 bereits dann durch die Fußplatte 4 hindurch ins Freie ragt, wenn sich zu Beginn des Einschraubens die Stirnseiten von Außengewinde 12 und Innengewinde 16 berühren, so dass der Außenmehrkant 26 in Eingriff mit einem Werkzeug gebracht werden kann.
Die Kammer 8 weist an ihrem freien Ende einen Fortsatz 28 auf, der in eine ringförmige Verbreiterung 30 der Durchgangsöffnung 14 hineinragt und zur Zentrierung des Strukturrohres 2 und damit zur Montageerleichterung dient. Der Fortsatz 28 hat einen kleineren Außendurchmesser als die Kammer 8 und eine kleinere Höhe als die Tiefe der Verbreiterung, so dass sich am Außenumfang der Kammer 8 eine ringförmige Stützfläche 80 ergibt, mit der sich die Kammer 8 und damit das Strukturrohr 2 auf der dem Strukturrohr 2 zugewandten Flachseite 82 der Fußplatte 2 abstützt. Die Stützschulter 22 überträgt dabei die auf den Bolzen 6 beim Verschrauben in Längsrichtung 7 ausgeübte Kraft auf die Kammer 8 und zieht diese an die Fußplatte 4, bis sie mit ihrer Stützfläche 80 kraftschlüssig auf der Flachseite 82 aufsitzt.
In der Figur ist außerdem zu erkennen, dass es sich bei der Kammer 8 um ein separates Bauteil handelt, das fest mit dem Strukturrohr 2 verbunden, beispielsweise verschweißt, ist und somit nachträglich an bereits vorhandene Strukturrohre 2 angesetzt werden kann.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 weist der Bolzen 6 anstelle einer mit einem Außenmehrkant versehenen Verlängerung im Bereich eines Außengewindes 12 einen Innenmehrkant 32 auf, so dass eine Verschraubung mit der Fußplatte 4 möglich ist, bei der der Bolzen 6 nicht oder nur minimal über die Fußplatte 4 hinausragt.
Gemäß 3 ist die Kammer 8 an ihrem Fortsatz 28 durch entsprechende Formgebung mit einer Drehmomentstütze 40 versehen, die mit einer durch entsprechende Formgebung gebildete Drehmomentstütze 42 in der Verbreiterung 30 der Durchgangsöffnung 14 in Eingriff steht, beispielsweise ein in der Figur angedeuteter Vierkant.
Gemäß 4 und 5 weist die Kammer 6 einen zweistufigen Fortsatz 44 auf, der in eine ebenso zweistufige Verbreiterung 46 der Durchgangsöffnung 14 hineinragt, und bei denen die Drehmomentstützen 40, 42 näher am Innengewinde 16 angeordnet sind.

2: Strukturrohr
4: Fußplatte
6: Bolzen
7: Längsachse
8: Kammer
10: Schacht
12: Außengewinde
13: Öffnung
14: Durchgangsöffnung
16: Innengewinde
18: Anschlagfläche
20: Kopfteil
22: Stützschulter
24: Feder
26: Außenmehrkant
28: Fortsatz
30: ringförmige Verbreiterung
32: Innenmehrkant
40,42: Drehmomentstütze
44: zweistufiger Fortsatz
46: zweistufige Verbreiterung
80: Stützfläche
82: Flachseite
s: Wegstrecke
l: Länge (Außengewinde)
t: Tiefe (Innengewinde)
d: Länge (Außenmehrkant)

Claims

Brennelement für einen leichtwassermoderierten Kernreaktor, bei dem eine Anzahl von Strukturrohren (2) lösbar mit einer Fußplatte (4) verbunden sind, mit folgenden Merkmalen: a) Das Strukturrohr (2) weist an seinem der Fußplatte (4) zugewandten Ende eine unten offene hohle Kammer (8) mit einer Rückwandfläche (25) auf, b) die Kammer (8) weist an ihrem Außenumfang eine Stützfläche (80) auf, mit der sie sich auf der Fußplatte (4) abstützt, c) in der Kammer (8) ist unverlierbar und axial verschiebbar und um die Längsachse (7) drehbar ein Bolzen (6) angeordnet, der aus der Kammer (8) herausragt und in einer mit einem Innengewinde (16) versehenen Durchgangsöffnung (14) der Fußplatte (4) verschraubt ist, d) der Bolzen (6) weist an seinem aus der Kammer (8) herausragenden freien Ende Mittel (26, 32) zum Eingriff eines Werkzeuges zum Fixieren oder Lösen der Schraubverbindung zwischen Bolzen (6) und Durchgangsöffnung (14) auf, e) die Kammer (8) ist an ihrem Innenumfang mit einer Anschlagfläche (18) versehen, auf der der Bolzen (6) mit einer Stützschulter (22) in Umfangsrichtung gleitend aufliegt und die beim Verschrauben des Bolzens (6) in der Durchgangsöffnung (14) in Längsrichtung auf ihn wirkende Kraft auf die Kammer (8) überträgt.
Brennelement nach Anspruch 1, mit einer in der Kammer (8) angeordneten Feder (24), die den Bolzen (6) in Richtung der Längsachse (7) gegen die Anschlagfläche (18) drückt.
Brennelement nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Drehmomentstütze (40,42) zwischen Kammer (8) und Fußplatte (4).
Brennelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kammer (8) einen Fortsatz (44) aufweist, der in die Durchgangsöffnung (14) hineinragt.
Brennelement nach Anspruch 4, bei dem die Drehmomentstütze (40,42) durch Formgebung des Fortsatzes (44) und der Durchgangsöffnung (14) herbeigeführt ist.
Brennelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Wegstrecke (s) der axialen Verschiebbarkeit des Bolzens (6) wenigstens der Länge (l) seines Außengewindes (12) entspricht.
Brennelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Bolzen (6) an seinem freien Ende mit einem durch die Durchgangsöffnung (14) hindurch ragenden Außenmehrkant (26) versehen ist.
Brennelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Bolzen (6) an seinem freien Ende () mit einem Innenmehrkant (32) versehen ist.
Brennelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kammer (8) ein separates Bauteil ist, das mit dem Strukturrohr (2) fest verbunden ist.