DE102010001721B3 - Control element for fuel assembly of pressurized water nuclear reactor, has spinner with multiple spinning arms extending in radial direction, where spinning arms are provided with hollow cylindrical spinning nodes - Google Patents

Control element for fuel assembly of pressurized water nuclear reactor, has spinner with multiple spinning arms extending in radial direction, where spinning arms are provided with hollow cylindrical spinning nodes Download PDF

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Abstract

The control element has a spinner (2) with multiple spinning arms (4) extending in a radial direction. The spinning arms are provided with hollow cylindrical spinning nodes (8). The spinning node extends in an axial direction. A control rod (6) is passed through the spinning node. The control rod is provided on an end with an outer thread. The end protrudes over the spinning arms. A screw nut (12) is fixed in end mounting position at spinning arms with intermediate pieces (20a,20b,20c) which is welded with the screw nut and the spinning arms.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerelement für ein Brennelement eines Druckwasserkernreaktors, wie es beispielsweise aus der DE 91 05 355 U1 bekannt ist.The invention relates to a control for a fuel assembly of a pressurized water nuclear reactor, as for example from the DE 91 05 355 U1 is known.

Der typische Aufbau eines solchen Steuerelementes ist in 1 dargestellt. Ein solches 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.The typical structure of such a control is in 1 shown. Such a control comprises a central body, the so-called spider 2 with a plurality of radially extending spider arms 4 is provided. At each of these spider arms 4 are in the illustrated embodiment, two control rods 6 fixed, which extend in an axial direction. The geometric arrangement of the control rods 6 in the spider 2 corresponds to the geometric arrangement of fuel rod located in the control rod guide tubes, in the power control of the pressurized water reactor, the control rods of the control can be retracted. For fixing the control rods 6 on the spider arms 4 these are with hollow cylindrical sleeves extending in an axial direction, the so-called spider knots 8th , provided by the control rods 6 are passed with their spider side end.

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. Spinnenknoten 8 hindurch. An seinem im Endmontagezustand über den Spinnenarm 4 vorstehendem Ende (Steuerstabfinger) 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 das über die Mutter 12 vorstehende freie Ende 14 des Steuerstabes mit der Mutter 12 über zwei Schweißpunkte 16 verschweißt. 2 illustrates the fixation of the control rods 6 on the spider arms 4 as used in the prior art. Shown in detail is a spider 2 each with a control rod 6 in final assembly or pre-assembly. In final assembly position is the control rod 6 with a ring-shaped shoulder 10 at the bottom of the spider arm 4 and sticks out with his the spider's arm 4 facing end by the in the spider arm 4 located sleeve-shaped recess or spider knot 8th therethrough. At its in final assembly state on the spider arm 4 protruding end (control bar finger) is the control rod 6 with an external thread 11 provided on which a mother 12 is screwed, which is at the top of the spider arm 4 supported. To secure the screw connection between nut 12 and tax bar 6 is that about the mother 12 prominent free end 14 of the control rod with the mother 12 over two welds 16 welded.

Beim Einsatz eines solchen 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 und sich im Brennelement verklemmen kann und aufwendig geborgen werden muss, um Folgeschäden zu vermeiden.When using such a control, it may happen in the worst case, for example, by errors in handling, that a control rod 6 in the area of the upper edge of the spider arm 4 aborts. As a result, while the operation of the nuclear reactor is not at risk because of the control rod due to gravity in the associated Steuerstabführungsrohr him and thus at best causes a reduction in power of the nuclear reactor at this point. The disadvantage, however, is that the mother 12 from the spider 4 fall off and can get stuck in the fuel assembly and must be recovered consuming to avoid consequential damage.

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.The invention is therefore based on the object to provide a control element for a fuel assembly of a pressurized water reactor, in which the above-mentioned problem is avoided.

Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelost mit einem Steuerelement mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Gemäß diesen Merkmalen ist bei einem Steuerelement für ein Brennelement eines Druckwasserkernreaktors, das eine Spinne mit einer Mehrzahl von sich in eine Radialrichtung erstreckenden Spinnenarmen umfasst, die jeweils mit zumindest einem sich in eine Axialrichtung erstreckenden hohlzylindrischen Spinnenknoten versehen sind, durch die jeweils ein Steuerstab hindurchgeführt ist, der an seinem über den Spinnenarm vorstehenden Ende mit einem Außengewinde versehen ist und am Spinnenarm mit einer auf das Außengewinde aufgeschraubten Mutter axial fixiert ist, die Mutter in Endmontagestellung am Spinnenarm mit einem mit der Mutter und dem Spinnenarm verschweißten Zwischenstück fixiert.The stated object is achieved according to the invention with a control with the features of claim 1 , According to these features, in a fuel assembly control element of a pressurized-water nuclear reactor comprising a spider having a plurality of spider arms extending in a radial direction each provided with at least one hollow cylindrical spider node extending in an axial direction through which a control rod is passed which is provided at its over the spider arm projecting end with an external thread and is fixed axially on the spider arm with a screwed onto the external thread nut, fixed the nut in final assembly position on the spider arm with a welded to the nut and the spider arm adapter.

Durch eine solche sichere Fixierung wird verhindert, dass im Falle eines an der Oberseite des Spinnenknotens erfolgenden Bruches des Steuerstabes die Mutter vom Spinnenarm abfallen kann.Such a secure fixation prevents the mother from falling off the spider arm in the event of a rupture of the control rod at the top of the spider knot.

Das Anschweißen eines solchen Zwischenstücks kann auch nachträglich mit geringem Zeitaufwand bei bereits in Betrieb befindlichen Steuerelementen durchgeführt werden.The welding of such an intermediate piece can also be carried out subsequently with little time in already in operation controls.

Insbesondere ist das Zwischenstück an der schmalen Längsseite des Spinnenarmes mit diesem ohne Überstand quer zur Radialrichtung verschweißt. Auf diese Weise wird durch das Zwischenstück der Strömungswiderstand des Steuerelementes in Axialrichtung praktisch nicht beeinflusst.In particular, the intermediate piece is welded to the narrow longitudinal side of the spider arm with this without projection transversely to the radial direction. In this way, the flow resistance of the control element in the axial direction is practically not influenced by the intermediate piece.

Wenn bei einem Spinnenarm zwei Steuerstäbe mit jeweils einer Mutter fixiert sind, und das Zwischenstück zwischen den beiden Muttern angeordnet ist und beide Muttern am Spinnenarm fixiert, können mit einem Zwischenstück zugleich zwei Muttern gesichert werden. Dadurch ist der Zeitaufwand für die Fixierung der Muttern reduziert, der insbesondere bei Nachrüstungen an bereits gebrauchten Steuerelementen kritisch ist.If two control rods are each fixed with a nut in a spider arm, and the intermediate piece between the two nuts is arranged and fixed both nuts on the spider arm, two nuts can be secured with an intermediate piece at the same time. As a result, the time required for the fixing of the nuts is reduced, which is particularly critical for retrofits to already used controls.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen. Es zeigen:For further explanation of the invention reference is made to the drawings. Show it:

1 den prinzipiellen Aufbau eines Steuerelementes für einen Druckwasserkernreaktor in einer schematischen perspektivischen Darstellung, 1 the basic structure of a control element for a pressurized water nuclear reactor in a schematic perspective view,

2 die Spinne eines Steuerelement, wie es im Stand der Technik bekannt ist, mit jeweils einem Steuerstab in End- bzw. Vormontagestellung, 2 the spider of a control, as known in the art, each with a control rod in the end or pre-assembly,

3 einen Teilbereich eines Steuerelementes im Bereich der Spinne in einer perspektivischen Darstellung mit an der Mutter und dem Spinnenarm jeweils fixierten Zwischenstücken gemäß der Erfindung. 3 a partial region of a control in the region of the spider in a perspective view with fixed at the mother and the spider arm each intermediate pieces according to the invention.

Gemäß 3 weist die Mutter 12, mit der der Steuerstab 6 an der Spinne 2 des Steuerelementes fixiert ist in ihrem dem Spinnenknoten 8 zugewandten Bereich einen kreiszylindrischen Außenmantel auf. Zwischen der Mutter 12 und dem Spinnenarm 4 ist ein Zwischenstück 20a mit annähernd dreieckförmigen Profil angeordnet, das mit einem seiner bandförmigen Schenkel auf der schmalen Längsseite 22 (Oberseite) des Spinnenarmes 4 aufliegt und dort mit dem Spinnenarm 4 verschweißt ist. Mit einer sich im wesentlichen senkrecht zu diesem Schenkel erstreckenden, an den Krümmungsradius der Mutter 12 angepassten und an der Mantelfläche der Mutter 12 anliegenden Basis ist das Zwischenstück 20a mit der Mutter 12 verschweißt. Die Schweißstellen mit denen das Zwischenstück 20a sowohl mit der Mutter 12 als auch mit dem Spinnenarm verschweißt sind, sind beabstandet von dem Bereich, in dem die Mutter 12 auf der Oberseite des Spinnenknotens 8 aufsitzt. In diesem Bereich können sich nämlich noch Reste von Gleitmitteln befinden, die die Qualität der Schweißverbindung beeinträchtigen können. Diese Gleitmittel sind beim Festschrauben der Mutter 12 erforderlich, um sicherzustellen, dass mit dem vorgeschriebenen Drehmoment eine ausreichende Verspannung des Steuerstabs 6 am Spinnenarm 4 erzielt wird.According to 3 shows the mother 12 with which the control rod 6 at the spider 2 the control is fixed in its the spider's knot 8th facing area on a circular cylindrical outer shell. Between the mother 12 and the spider's arm 4 is an intermediate piece 20a arranged with approximately triangular profile, with one of its band-shaped legs on the narrow longitudinal side 22 (Top) of the spider arm 4 rests and there with the spider arm 4 is welded. With a substantially perpendicular to this leg extending to the radius of curvature of the nut 12 adapted and on the outer surface of the nut 12 abutting base is the intermediate piece 20a with the mother 12 welded. The welds with which the intermediate piece 20a both with the mother 12 as well as being welded to the spider arm are spaced from the area where the nut is 12 on top of the spider's knot 8th seated. This area may still contain residues of lubricants which may affect the quality of the welded joint. These lubricants are when tightening the nut 12 required to ensure that with the prescribed torque sufficient tension of the control rod 6 on the spider's arm 4 is achieved.

Der 3 ist zu entnehmen, dass das Steuerelement 2 sowohl Spinnenarme 4 mit nur einem Spinnenknoten 8 als auch Spinnenarme 4 mit zwei radial voneinander beabstandet am Spinnenarm 4 befindlichen Spinnenknoten 8 aufweist. Die an einem solchen Spinnenarm 4 benachbart zueinander angeordneten Muttern 12 sind gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit nur einem, im Beispiel im Querschnitt (Schnittebene parallel zur vertikalen Flachseite des Spinnenarms 8) trapezförmigen, ebenfalls innen hohlen und am Spinnenarm 4 verschweißten Zwischenstück 20b verschweißt.Of the 3 it can be seen that the control 2 both spider arms 4 with only one spider knot 8th as well as spider arms 4 with two radially spaced apart on the spider arm 4 located spider node 8th having. Those on such a spider's arm 4 adjacent to each other arranged nuts 12 are according to a further embodiment of the invention with only one, in the example in cross-section (sectional plane parallel to the vertical flat side of the spider arm 8th ) trapezoidal, also hollow inside and on the spider arm 4 welded intermediate piece 20b welded.

Bei den in 3 dargestellten Zwischenstücken 20a und 20b handelt es sich um Formteile, die beispielsweise aus einem Strangpressprofil herausgeschnitten sind, und deren Breite nicht größer als die Breite der schmalen Längsseite 22 (Oberseite) des Spinnenarmes 4 ist. Die Zwischenstücke 20a, b sind ohne Überstand quer zur Radialrichtung mit dieser Längsseite 22 verschweißt. Auf diese Weise wird durch die Zwischenstücke 20a, b auf das axial von unten anströmende Kühlwasser praktisch kein Strömungswiderstand ausgeübt.At the in 3 illustrated intermediate pieces 20a and 20b it is molded parts, which are for example cut out of an extruded profile, and whose width is not greater than the width of the narrow longitudinal side 22 (Top) of the spider arm 4 is. The intermediate pieces 20a , b are without projection transversely to the radial direction with this longitudinal side 22 welded. This way is through the intermediate pieces 20a , b exerted virtually no flow resistance on the axially flowing from below cooling water.

Alternativ hierzu ist in 3 als weitere Ausführungsform ein Zwischenstück 20c vorgesehen, das aus einem Blechstreifen geformt ist und ebenfalls plane bzw. an den Außenradius der Mutter 12 angepasste Anlageflächen aufweist, die mit der Oberseite eines Spinnenarmes 4 bzw. der Mutter 12 verschweißt sind. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist die auf der Oberseite des Spinnenarmes 4 aufliegende Anlagefläche nicht breiter als die schmale Längsseite 22 des Spinnenarmes, um die hydraulischen Eigenschaften des Steuerelementes nicht zu verändern.Alternatively, in 3 as another embodiment, an intermediate piece 20c provided, which is formed from a sheet metal strip and also plane or to the outer radius of the nut 12 adapted abutment surfaces, with the top of a spider arm 4 or the mother 12 are welded. Also in this embodiment is on the top of the spider arm 4 lying contact surface not wider than the narrow longitudinal side 22 of the spider arm, so as not to alter the hydraulic properties of the control.

Claims (3)

Steuerelement für ein Brennelement eines Druckwasserkernreaktors, mit einer Spinne (2) mit einer Mehrzahl von sich in eine Radialrichtung erstreckenden Spinnenarmen (4), die jeweils mit zumindest einem sich in eine Axialrichtung erstreckenden hohlzylindrischen Spinnenknoten (8) versehen sind, durch die jeweils ein Steuerstab (6) hindurchgeführt ist, der an seinem über den Spinnenarm (4) vorstehenden Ende mit einem Außengewinde versehen ist und am Spinnenarm (4) mit einer auf das Außengewinde aufgeschraubten Mutter (12) axial fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (12) in Endmontagestellung am Spinnenarm (4) mit einem mit der Mutter und dem Spinnenarm verschweißten Zwischenstück (20a, b, c) fixiert ist.Control element for a fuel element of a pressurized water nuclear reactor, with a spider ( 2 ) having a plurality of spider arms extending in a radial direction ( 4 ), each with at least one hollow cylindrical spider knot extending in an axial direction ( 8th ) are provided, through each of which a control rod ( 6 ), which at its over the spider arm ( 4 ) projecting end is provided with an external thread and the spider arm ( 4 ) with a screwed onto the external thread nut ( 12 ) is axially fixed, characterized in that the nut ( 12 ) in final assembly position on the spider arm ( 4 ) with an intermediate piece welded to the nut and the spider arm ( 20a , b, c) is fixed. Steuerelement nach Anspruch 1, bei dem das Zwischenstück an der schmalen Längsseite (22) des Spinnenarmes mit diesem ohne Überstand quer zur Radialrichtung verschweißt ist.Control element according to Claim 1, in which the intermediate piece on the narrow longitudinal side ( 22 ) of the spider arm is welded to this without projection transversely to the radial direction. Steuerelement nach einem Anspruch 1 oder 2, bei dem am Spinnenarm zwei Steuerstäbe mit jeweils einer Mutter fixiert sind, und das Zwischenstück zwischen den beiden Muttern angeordnet ist und beide Muttern am Spinnenarm fixiert.A control element according to claim 1 or 2, wherein two control rods each having a nut are fixed to the spider arm, and the intermediate piece is arranged between the two nuts and fixes both nuts on the spider arm.
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