DE1233502B - Verfahren und Vorrichtung zum Befestigen von in einem Tragrohr uebereinandergestapelten Kernreaktor-Brennelementen - Google Patents

Description

DEUTSCHES VjMWWP PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT Deutsche Kl.: 21 g - 21/20

Nummer: 1233 502

Aktenzeichen: C 22628 VHI c/21 g

1 233 502 Anmeldetag: 27. Oktober 1960

Auslegetag: 2. Februar 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Befestigen von Kernreaktor-Brennelementen, die in einem Tragrohr übereinandergestapelt werden, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es sind Anordnungen dieser Art bekannt, die mit Federstangen arbeiten, welche mit mehreren Keilen versehen oder formgebogen sind und sich im Brennstoffschacht abstützen. Bei einer anderen bekanntgewordenen Vorrichtung sind mehrere pendelnd angeordnete Hebel vorgesehen, die durch Köpfe der darunterliegenden Teilstäbe gespreizt werden. Ferner gehört ein Brennstoffelementbehälter für einen Kernreaktor zum Stand der Technik, der röhrenförmig ausgebildet ist und das Brennstoffelement so umschließt, daß er mit diesem eine auswechselbare Einheit bildet; dabei ist innerhalb des Behälters ein Kühlmittelkanal vorhanden und der Behälter so ausgebildet, daß er die Wandung des Durchgangs gegen das Kühlmittel schützt, und die so gebildete auswechselbare Einheit geeignet mit einer Mehrzahl solcher Einheiten zusammenzuarbeiten, die hintereinander in dem Durchgang untergebracht sind und einen einzigen Kanal für das Kühlmittel bilden. Jedes Brennstoffelement wird dabei von der Kanalwandung getragen, längs der Achse des Behälters eingesetzt und im Abstand von dessen Innenwandung durch ein oder mehrere Abstandsstücke gehalten. Bei dieser Anordnung werden also in einem Durchgang mehrere hintereinander angeordnete Rohre benutzt, die durch ringförmige Elemente voneinander getrennt sind, die die Brennstoffhülsen halten. Demgegenüber bezieht sich die Erfindung auf die Befestigung von Brennelementen in einem durchgehenden Rohr, in dem die Brennstoffhülsen übereinander angeordnet und zentriert werden müssen.

Die bekannten Anordnungen sind äußerst kompliziert und anfällig gegen Temperaturschwankungen und Druckunterschiede der Kühlflüssigkeit. Eine Gewähr dafür, daß die Brennstoffstäbe stets zentriert und unverrückbar fest in den Rohren bzw. Kanälen liegen, ist dann nicht mehr gegeben, wenn große Strömungsgeschwindigkeiten, Drücke oder Temperaturunterschiede auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und einen festen Sitz der Brennstoffelemente bei gleichzeitiger Zentrierung mit einfachen Mitteln sicherzustellen, ohne daß das Problem auftritt, übereinander angeordnete getrennte Teile gegeneinander abzudichten.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende jedes Brenn-Verfahren und Vorrichtung zum Befestigen von
in einem Tragrohr übereinandergestapelten
Kernreaktor-Brennelementen

Anmelder:

Commissariat a !'Energie Atomique, Paris
Vertreter:

Dr. W. P. Radt und Dipl.-Ing. E. E. Finkener₃
Patentanwälte, Bochum, Heinrich-König-Str. 12

Als Erfinder benannt:

Bertrand Roger Georges Guibert, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 18. November 1959 (810 559) - -

elementes ein Verriegelungsorgan angebracht wird, das aus einem Ring und aus einem fest mit dem Brennstoffbehälter verbundenen Verriegelungselement besteht, die im eingebauten Zustand nicht mehr entriegelbar sind, dann das verriegelte Brennelement in das Tragrohr eingeführt und anschließend die Wandung des Tragrohres in eine .am Außenumfang des Ringes vorgesehene Nut eingebördelt wird. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt die Ent- und Verriegelung des Ringes mit dem Verriegelungselement außerhalb des Tragrohres durch eine exzentrische Bewegung des Ringes um eine Achse, die mit der des Tragrohres zusammenfällt, wenn der Ring mit dem Verriegelungselement in das Tragrohr eingebaut ist.

Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist erfindungsgemäß ein quer zur Achse des Tragrohres sich erstreckendes Verriegelungsorgan vorgesehen, dessen Ring am innenumfang Ausnehmungen aufweist, in die sich die Enden des Verriegelungselementes legen, wenn der Ring durch die exzentrische Bewegung in die Verriegelungsstellung gedrückt wird. Die Erfindung sieht ferner vor, daß die Außenfläche des Ringes mit einer umlaufenden Nut versehen ist, in die die Wandung des Tragrohres gebördelt wird.

709 507/304

An Hand der Zeichnung ist der Erfindungsvorschlag an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

F i g. 1 bis 3 zeigen in einem Axialschnitt bzw. in Querschnitten längs der Linie II-II bzw. III-III der Fig. 1 eine erfindungsgemäß ausgebildete Anordnung aus einer rohrförmigen Hülle und in diese eingeführte Brennstoffpatronen;

Fig.4 ist eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht in der Einbaustellung;

F i g. 5 ist eine der F i g. 3 entsprechende Ansicht in der Einbaustellung;

F i g. 6 zeigt einen der in den F i g. 3 und 5 dargestellten Teile allein;

F i g. 7 zeigt eine Ausführungsabwandlung der in der F i g. 1 dargestellten Anordnung.

Der Kernreaktor enthält rohrförmige Tragrohrel zur Aufnahme von.Brennstoffpatronen 2, welche eine beliebige Ausbildung haben können, z. B. die Form von Stäben oder Rohren oder die Form eines das Spaltmaterial in Form von Scheibchen enthaltenden Behälters (Fig. 7) oder die Form eines das Spaltmaterial enthaltenden Rohrbündels (Fig. 1 bis 6); dabei kann gegebenenfalls ein innerer Umlauf eines Strömungsmittels vorgesehen sein, welches insbesondere ein Gas oder auch ein flüssiger Moderator sein kann, z. B. schweres Wasser. Es handelt sich um den Einbau und die Befestigung dieser Patronen, von denen häufig mehrere nebeneinander oder übereinander in der gleichen Hülle 1 angeordnet werden sollen.

Es sei zunächst bemerkt, daß die üblichen Einbauarten die Besonderheit aufweisen, daß sie meistens zur Befestigung der einander gegenüberliegenden Teile Verbindungsmittel wie Schrauben, Bolzen oder Niete benutzen, welche verschiedene Nachteile aufweisen, insbesondere die Beeinträchtigung der Dichtigkeit infolge der Durchbohrung der Wände, wobei sie außerdem den Einbau langwierig und teuer machen.

Um diesen Nachteilen abzuhelfen, wird erfindungsgemäß so vorgegangen, daß auf die Enden der Patronen ringartige Gebilde aufgesetzt werden, welche anschließend in das Tragrohr eingesetzt werden und die Befestigung und Zentrierung der Anordnung in derselben bewirken.

Die Befestigung der Ringe an den Enden der Patronen erfolgt zweckmäßig mit Hilfe von Verriegelungsmitteln, welche z. B. durch einfache Berührung wirksam werden und so ausgebildet sind, daß nach der Einführung der Anordnung in das Tragrohr die Entriegelung unmöglich wird.

Diese Mittel sind hierfür insbesondere so ausgebildet, daß die ihrer Überführung in die Verriegelungsstellung vorausgehenden Vorgänge und somit auch die umgekehrten Vorgänge ihrer Entriegelung in bezug auf die Achse der Patrone exzentrische Bewegungen zur Folge haben mit dem Ergebnis, daß, wenn der Ring an der Patrone verriegelt und zentriert und in das Tragrohr eingeführt ist, jede neue exzentrische Bewegung unmöglich gemacht ist, so daß die Verriegelung aufrechterhalten wird.

Die endgültige Befestigung der Ringe an der Wand des Tragrohres nach Einführung der Anordnung in dieses erfolgt zweckmäßig durch Bördelung, welche z. B. von außen vorgenommen wird.

Die Vorgänge zur Befestigung sowohl der Ringe an den Patronen als auch der Ringe an der Wand erfordern somit weder die Verwendung von Schrauben noch die von Nieten, wie dies dem angestrebten Zweck entspricht.

Die obige grundsätzliche Ausbildung kann auf verschiedene Weise verwirklicht werden. Einige mögliehe Ausführungsformen sind in den Fig. 1 bis 6 dargestellt.

Bei dieser Ausführungsform werden die Einrichtungen zur Verriegelung der Ringe 3 an den Enden der Patronen 2 im wesentlichen durch ein Verriegelungselement 4 gebildet, welches an dem entsprechenden Ende der Patrone befestigt ist. Dieses Verriegelungselement kann in den Ring quer zu diesem eingeführt werden und mit seinen Enden in am Innenumfang des Ringes vorgesehene Ausnehmungen 5, 6 (F i g. 6) eingreifen, wobei der Zusammenbau exzentrische Drehbewegungen des Ringes in bezug auf das Zentrum des in der Achse der Patrone angeordneten Verriegelungselementes erfordert.

Das Verriegelungselement 4 hat z. B. die Form eines Stabes, d. h. zwei entgegengesetzt gerichtete Abschnitte, wobei sein Fuß 7 nach der F i g. 7 an die Patrone oder nach den F i g. 1 bis 6 an dem mittleren Element 2₀ des die Patrone bildenden Rohrbündels 2 angeschweißt ist. Die Enden 8, 9 des Verriegelungselementes sind abgerundet (F i g. 5).

Die Ausnehmungen 5, 6 am Innenumfang des Ringes 3 sind so ausgebildet, daß die eine (5) der abgerundeten Form der Enden des Verriegelungselementes angepaßt ist, während die andere (6) eine seitliche Erweiterung 10 aufweist.

Der Ring 3 hat im ganzen eine äußere zylindrische Fläche, deren Durchmesser bis auf das Spiel der zylindrischen Innenfläche des Tragrohres 1 entspricht, wobei er jedoch wenigstens eine Nut 11 für die Befestigung durch Bördelung aufweist.

Die Befestigung eines derartigen Ringes an dem Ende der Patrone erfolgt in der in den F i g. 5 und 3 dargestellten Weise.

Wie in der F i g. 5 dargestellt ist, geht man zunächst so vor, daß das Verriegelungselement 4 schräg zu der Achse X-X liegt, in welcher die beiden Ausnehmungen 5 und 6 angeordnet sind, wofür der Ring 3 entsprechend auf dem Verriegelungselement aufgesetzt wird. Nun nimmt man eine Drehbewegung um eine Achse O₁ vor, durch welche das Ende 8 des Verriegelungselementes in die Ausnehmung 5 eingeführt wird, während das andere Ende 9 auf der der Ausnehmung 6 benachbarten Innenfläche des Ringes gleitet. Diese Drehbewegung ist in der Fig. 5 durch den Winkel./! dargestellt.

Nach Vornahme dieser ersten Drehbewegung wird eine zweite gleichsinnige Drehbewegung um eine Achse O₂ vorgenommen, welche ebenfalls exzentrisch und in der Nähe der Ausnehmung 5 liegt.

Durch diese letztere Bewegung, durch den Winkel B dargestellt (Fig. 3), wird das entgegengesetzte Ende9 des Verriegelungselementes 4 in die Ausnehmung 6 eingeführt.

Die Anbringung des Ringes 3 an dem entsprechenden Ende der Patrone ist dann beendet, und der Ring ist in bezug auf die Patrone zentriert. Man kann dann die durch die Patrone und den Ring gebildete Anordnung in das Tragrohr 1 einführen und in die gewünschte Stellung bringen.
Es ist zu bemerken, daß nur ein einziger Ring an jeder Patrone an einem Ende derselben vorgesehen zu werden braucht, wobei dann die verschiedenen Patronen zueinander z. B. durch einen Paßstift 12

Claims (4)

1 zentriert werden, der in eine mittlere Bohrung 13 des der nächsten Patrone angehörenden Verriegelungselementes eintritt. Schließlich liegen die verschiedenen Patronen in der in der F i g. 1 angegebenen Stellung nebeneinander oder übereinander, und es braucht nur noch das Tragrohr 1 an der Stelle der verschiedenen Nuten 11 durch Bördelung befestigt zu werden, um diese Stellung .aufrechtzuerhalten. Es wird zweckmäßig ein radiales Spiel Z1 zwischen den Brennstoffelementen 2 und dem Tragrohr 1 sowie ein axiales Spiel /2 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Patronen gelassen, was insbesondere Dehnungen erleichtert. Das in den Fig. 1 bis 6 dargestellte Patronensystem weist mehrere miteinander durch radiale Wände 14 vereinigte Rohre 2 sowie in .an sich bekannter Weise sich nach außen erstreckende Rippen 15 auf. Diese Form der Patrone stellt natürlich keine Beschränkung dar, und das Verfahren nach der Erfindung ist auch auf beliebige andere Anordnungen anwendbar, z. B. auf die in der F i g. 7 dargestellte, bei welcher Behälter verwendet sind. Die sowohl für den Ring 3 .als auch für das Tragrohr 1 und die Brennstoffelemente benutzten Metalle sind die in der Reaktortechnik verwendeten, insbesondere Aluminium für den Ring und das Tragrohr. Die obige Ausbildung bietet unter anderem folgende Vorteile: Der Zusammenbau kann schnell erfolgen, da weder Schrauben noch Bolzen noch Niete od. dgl. vorhanden sind. Trotzdem wird eine sichere Verriegelung erhalten, da insbesondere der Ring 3 nach Einführung der Anordnung in das Tragrohr 1 nicht mehr von den Patronen 2 getrennt werden kann. Die An-Ordnung ist tadellos dicht, da die Teile nicht durchbohrt sind, wodurch außerdem die mechanische Festigkeit gesteigert wird. Schließlich kann ein radiales und ein axiales Spiel vorgesehen werden, was Dehnungen erleichtert. Das Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 bis 6 ist besonders für einen Reaktor mit schwerem Wasser geeignet, wobei das schwere Wasser sowohl innerhalb als auch außerhalb des Tragrohres 1 strömt; es ist jedoch nur ein Anwendungsbeispiel, und es ist 45 502 klar, daß das Verfahren nach der Erfindung auch in einem Reaktor anderer Bauart benutzt werden kann. Patentansprüche:

1. Verfahren zum Befestigen von in einem Tragrohr übereinandergestapelten Kernreaktor-Brennelementen, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende jedes Brennelementes ein Verriegelungsorgan angebracht wird, das aus einem Ring (3) und aus einem fest mit dem Brennstoffbehälter verbundenen Verriegelungselement (4) besteht, die im eingebauten Zustand nicht mehr entriegelbar sind, dann das verriegelte Brennelement in das Tragrohr (1) eingeführt und anschließend die Wandung des Tragrohres in eine am Außenumfang des Ringes (3) vorgesehene Nut eingebördelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ent- und Verriegelung des Ringes (3) mit dem Verriegelungselement (4) außerhalb des Tragrohres (1) durch eine exzentrische Bewegung des Ringes um eine Achse erfolgt, die mit der des Tragrohres zusammenfällt, wenn der Ring mit dem Verriegelungselement in das Tragrohr eingebaut ist.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein quer zur Achse des Tragrohres (1) sich erstreckendes Verriegelungsorgan (3, 4) vorgesehen ist, dessen Ring (3) am Innenumfang Ausnehmungen (5,6) aufweist, in die sich die Enden (8, 9) des Verriegelungselementes (4) legen, wenn der Ring (3) durch die exzentrische Bewegung in die Verriegelungsstellung gedrückt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Ringes (3) mit einer umlaufenden Nut (11) versehen ist, in die die Wandung des Tragrohres (1) gebördelt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1051999, 061452, 1063 290, 1064161.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen