DE102009057501B3

DE102009057501B3 - Steuerelement für ein Brennelement eines Druckwasserkernreaktors

Info

Publication number: DE102009057501B3
Application number: DE102009057501A
Authority: DE
Inventors: Florian Schebitz
Original assignee: Areva NP GmbH
Current assignee: Framatome GmbH
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2011-03-03
Anticipated expiration: 2029-12-11

Abstract

Ein Steuerelement für ein Brennelement eines Druckwasserkernreaktors umfasst eine Spinne (2) mit einer Mehrzahl von Spinnenarmen (4), die jeweils mit zumindest einem sich in eine Axialrichtung erstreckenden hohlzylindrischen Spinnenknoten (8) versehen sind, an denen jeweils ein Steuerstab (20) fixiert ist. Gemäß der Erfindung weist der Steuerstab (20) an seinem dem Spinnenarm (4) zugewandten Ende eine Bohrung (21) auf, die mit einem Innengewinde (23) versehen ist, in die eine durch den Spinnenknoten (8) geführte und mit ihrem Schraubenkopf (28) auf der vom Steuerstab (20) abgewandten Stirnseite des Spinnenknotens (8) aufsitzende Schraube (26) eingreift und den Steuerstab (20) am Spinnenarm (4) axial fixiert. Durch diese Maßnahme ist die Betriebssicherheit erhöht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerelement für ein Brennelement eines Druckwasserkernreaktors.
Der typische Aufbau eines Steuerelementes für einen Druckwasserkernrektor ist in 1 dargestellt. Ein solches beispielsweise aus der DE 91 05 355 U1 bekanntes Steuerelement umfasst einen Zentralkörper, die sogenannte Spinne 2, der mit einer Vielzahl von sich in Radialrichtung erstreckenden Spinnenarmen 4 versehen ist. An jedem dieser Spinnenarme 4 sind in der dargestellten Ausführungsform zwei Steuerstäbe 6 fixiert, die sich in eine Axialrichtung erstrecken. Die geometrische Anordnung der Steuerstäbe 6 in der Spinne 2 entspricht dabei der geometrischen Anordnung von im Brennelement befindlichen Steuerstabführungsrohren, in die zur Leistungssteuerung des Druckwasserreaktors die Steuerstäbe des Steuerelementes eingefahren werden können. Zur Befestigung der Steuerstäbe 6 an den Spinnenarmen 4 sind diese mit sich in eine Axialrichtung erstreckenden hohlzylindrischen Hülsen, den sogenannten Spinnenknoten 8, versehen, durch die die Steuerstäbe 6 mit ihrem spinnenseitigem Ende hindurchgeführt sind.
2 veranschaulicht die Fixierung der Steuerstäbe 6 an den Spinnenarmen 4, wie sie im Stand der Technik im Einsatz ist. Ausschnittsweise dargestellt ist eine Spinne 2 mit jeweils einem Steuerstab 6 in Endmontagestellung bzw. Vormontagestellung. In Endmontagestellung liegt der Steuerstab 6 mit einer ringförmig umlaufenden Schulter 10 an der Unterseite des Spinnenarmes 4 an und ragt mit seinem dem Spinnenarm 4 zugewandten Ende durch die im Spinnenarm 4 befindliche hülsenförmige Ausnehmung bzw. den Spinnenknoten 8 hindurch. An seinem im Endmontagezustand über den Spinnenarm 4 vorstehenden Ende ist der Steuerstab 6 mit einem Außengewinde 11 versehen, auf das eine Mutter 12 geschraubt ist, die sich an der Oberseite des Spinnenarms 4 abstützt. Zur Sicherung der Schraubverbindung zwischen Mutter 12 und Steuerstab 6 ist abweichend von oder ergänzend zu der aus der DE 91 05 355 U1 bekannten Ausführung das über die Mutter 12 vorstehende freie Ende 14 des Steuerstabes mit der Mutter 12 über einen Schweißpunkt 16 verschweißt.
Aus der DE 689 10 221 T2 ist ein Steuerelement bekannt, bei dem der Steuerstab an seinem dem Spinnenarm zugewandten Ende eine Bohrung mit einem Innengewinde aufweist. Der Spinnenknoten ist mit einem Innengewinde versehen, in das ein Stopfen eingeschraubt ist, mit dem der Steuerstab zu seiner Befestigung verschraubt ist.
Beim Einsatz eines in 2 beschrieben Steuerelementes kann es dabei im ungünstigsten Fall, beispielsweise durch Fehler bei der Handhabung, vorkommen, dass ein Steuerstab 6 im Bereich der Oberkante des Spinnenarmes 4 abbricht. Dadurch ist zwar der Betrieb des Kernreaktors nicht gefährdet, da der Steuerstab aufgrund der Schwerkraft in das ihm zugeordnete Steuerstabführungsrohr einfällt und somit allenfalls eine Leistungsreduktion des Kernreaktors an dieser Stelle bewirkt. Nachteilig ist jedoch, dass die Mutter 12 von der Spinne 4 abfallen kann und aufwendig geborgen werden muss, um Folgeschäden zu vermeiden.
Der Erfindung liegt nun daher die Aufgabe zu Grunde, ein Steuerelement für ein Brennelement eines Druckwasserreaktors anzugeben, bei dem das vorstehend genannte Problem vermieden ist.
Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einem Steuerelement mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Gemäß diesen Merkmalen weist der Steuerstab an seinem dem Spinnenarm zugewandten Ende eine Bohrung auf, die mit einem Innengewinde versehen ist, die eine durch den Spinnenknoten geführte und mit ihrem Schraubenkopf auf der vom Steuerstab abgewandten Stirnseite des Spinnenknotens aufsitzenden Schraube eingreift und den Steuerstab am Spinnenarm axial fixiert.
Durch diese Maßnahme ist das Risiko eines Bruches an der Oberkante des Spinnenarms signifikant verringert.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Schraubenkopf außerdem mit dem Spinnenarm verschweigt werden. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, dass auch bei einem aufgrund der konstruktiven Gestaltung gemäß Patentanspruch 1 unwahrscheinlichen Bruch an der Oberkante keine losen Teile entstehen können, die in ungünstigen Fällen nur mit großem Aufwand geborgen werden können. Eine solche Sicherungsschweißung ist möglich, da durch die massive Ausführung von Schraubenkopf und Schraubenschaft das auf die Schraube beim Anziehen ausgeübte Anziehdrehmoment größer sein kann, als das Anziehdrehmoment, das auf die im Stand der Technik verwendete hohle Mutter ausgeübt werden kann, so dass die zum Fixieren erforderliche Verspannung auch dann erreicht wird, wenn die Oberkante des Spinnenknotens nicht mit einer Gleitschmierung versehen ist. Eine solche Gleitschmierung war bei der anhand von 2 erläuterten Ausführungsform erforderlich, um die geforderte Kraft, mit der der Steuerstab am Spinnenknoten verspannt ist, erzielen zu können. Aufgrund dieser im Stand der Technik erforderlichen Gleitschmierung kann die dort verwendete Mutter nicht ohne weiteres mit dem Spinnenarm verschweißt werden, so dass diese bei einem im ungünstigsten Falle bei fehlerhafter Handhabung auftretenden Bruch an der Oberkante des Spinnenarmes abfallen kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen. Es zeigen:
1 den prinzipiellen Aufbau eines Steuerelementes für einen Druckwasserkernreaktor in einer schematischen perspektivischen Darstellung,
2 die Spinne eines Steuerelement, wie es im Stand der Technik bekannt ist, mit jeweils einem Steuerstab in End- bzw. Vormontagestellung,
3 einen Teilschnitt durch den Spinnenarm eines Steuerelementes mit einem darin gemäß der Erfindung fixierten Brennstab,
4 eine Draufsicht auf den in 3 dargestellten Spinnenarmes in Richtung des Spinnenarmes.
Gemäß 3 umfasst ein Steuerelement gemäß der Erfindung einen am Spinnenarm 4 axial fixierten Steuerstab 20, der an seinem dem Spinnenarm 4 zugewandten Ende eine Bohrung 21 aufweist. Der Steuerstab 20 stützt sich mit seiner dem Spinnenarm 4 zugewandten Stirnseite 22 an der Unterseite des Spinnenknotens 8 ab. Die Bohrung 21 ist in einem von der Stirnseite des Steuerstabes 20 beabstandeten Abschnitt mit einem Innengewinde 23 versehen. Durch den hohlzylindrischen Spinnenknoten 8 ist ein Schaft 24 einer Schraube 26 geführt, der an seinem vom Schraubenkopf 28 abgewandten Ende mit einem Außengewinde 30 versehen ist, das in das Innengewinde 23 der Bohrung 21 eingreift. Der Schraubenkopf 28 sitzt mit seiner Unterseite auf der vom Steuerstab 20 abgewandten Stirnseite des Spinnenknotens 8 auf, so dass der Steuerstab 20 am Spinnenarm 4 verspannt und axial fixiert wird.
Die Bohrung 21 ist als Stufenbohrung ausgeführt, wobei ein dem Spinnenknoten 8 zugewandter hohlzylindrischer Abschnitt 29 der Bohrung 22 den gleichen Innendurchmesser aufweist wie der Innendurchmesser des Spinnenknotens 8.
Der Schaft 24 weist zwei voneinander beabstandete zylindrische Abschnitte 30 und 32 auf, deren Außendurchmesser an den Innendurchmesser des hohlzylindrischen Spinnenknotens 8 angepasst sind, und die eine Gleitpassung bilden, die zur Zentrierung dient. Ein Abschnitt 30 ist unmittelbar unterhalb des Schraubenkopfes 28 angeordnet. Dadurch sind die Spannungen im Schraubenhals, also unmittelbar unterhalb des Schraubenkopfes 28 gegenüber der Ausführungsform gemäß 2 (Stand der Technik) und dementsprechend das Risiko eines Bruches an dieser Stelle verringert. Der andere Abschnitt 32 erstreckt sich im Montagezustand vom Inneren des Spinnenknotens 8 in den hohlzylindrischen Abschnitt 29 der Bohrung 22. Auf diese Weise wird eine Zentrierung des Bolzens 24 und des Steuerstabes 20 erzielt. Außerdem wird durch den im Übergangsbereich zwischen Spinnenknoten 8 und Steuerstab 20 befindlichen passgenauen Abschnitt 32 die Wechselfestigkeit bei einer auf den Steuerstab 20 ausgeübten Biegebelastung erhöht.
Nach Fixieren des Steuerstabes 20 am Spinnenarm 4 wird der Schraubenkopf 28 zusätzlich mit dem Spinnenarm 4 in einem Schweißpunkt 34 verschweißt. Auf diese Weise ist der Schraubenkopf 28 verliersicher am Spinnenarm 4 fixiert.
Der 4 ist außerdem zu entnehmen, dass der Spinnenknoten 8 an seiner dem Steuerstab 20 zugewandten Unterseite mit einer Nut 36 versehen ist, in die ein an der Stirnseite des Steuerstabes 20 befindlicher, sich in Axialrichtung erstreckender Steg 38 formschlüssig eingreift und den Steuerstab 20 gegen ein Verdrehen sichert. Dies dient einerseits zur Erleichterung der Montage. Andererseits wird durch diese formschlüssige Verbindung eine Verdrehsicherung bewirkt, die verhindert, dass sich der Steuerstab 20 im Laufe des Betriebs verdreht und die Schraubverbindung zwischen Schraube 26 und Steuerstab 20 gelockert wird.

Claims

Steuerelement für ein Brennelement eines Druckwasserkernreaktors, mit einer Spinne (2) mit einer Mehrzahl von Spinnenarmen (4), die jeweils mit zumindest einem sich in eine Axialrichtung erstreckenden hohlzylindrischen Spinnenknoten (8) versehen sind, an denen jeweils ein Steuerstab (20) fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerstab (20) an seinem dem Spinnenarm (4) zugewandten Ende eine Bohrung (21) aufweist, die mit einem Innengewinde (23) versehen ist, in die eine durch den Spinnenknoten (8) geführte und mit ihrem Schraubenkopf (28) auf der vom Steuerstab (20) abgewandten Stirnseite des Spinnenknotens (8) aufsitzende Schraube (26) eingreift, die den Steuerstab (20) am Spinnenarm (4) axial fixiert.
Steuerelement nach Anspruch 1, bei dem der Schraubenkopf (28) mit dem Spinnenarm (4) verschweißt ist.
Steuerelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem Steuerstab (20) und Spinnenknoten (8) an den einander zugewandten Stirnseiten (22) mit einer Verdrehsicherung (36, 38) versehen sind.
Steuerelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Schraube (26) zu ihrer Zentrierung im Spinnenknoten (8) und im Steuerstab (20) mit einer Gleitpassung versehen ist.
Steuerelement nach Anspruch 4, bei dem die Bohrung (21) des Steuerstabs (20) gestuft ist und einen dem Spinnenknoten (8) zugewandten hohlzylindrischen Abschnitt (29) aufweist, und die Gleitpassung durch zumindest einen, sich innerhalb des Spinnenknotens (8) befindlichen zylindrischen Abschnitt (30, 32) und durch zumindest einen in der Bohrung (21) befindlichen zylindrischen Abschnitt (32) der Schraube (26) gebildet wird.
Steuerelement nach Anspruch 5, bei dem der Innendurchmesser des hohlzylindrischen Abschnittes (29) gleich dem Innendurchmesser des Spinnenknotens (8) ist, und bei dem die Schraube (26) einen zylindrischen Abschnitt (32) aufweist, der sich vom Inneren des Spinnenknotens (8) in den hohlzylindrischen Abschnitt (29) erstreckt.