DE1439775A1

DE1439775A1 - Brennstoffstabbuendel fuer Kernreaktoren

Info

Publication number: DE1439775A1
Application number: DE19611439775
Authority: DE
Inventors: Waters James Duncan; Peter Waine
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1960-10-27
Filing date: 1961-10-23
Publication date: 1969-02-20
Also published as: ES271467A1; DE1439775B2; US3205148A; GB932463A; US3239426A

Description

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P U 59 775.2 13. 9. 1968

UNITED KINGDOM ATOMIC ENERGY AUTHORITY, Patents Branch, 11-12, Charles II Street, L ο η d ο η , S.W.1., England

Brennstoffstabbündel für Kernreaktoren

Brennstoffstabbündel für Kernreaktoren, mit einer Biegevers teifungseinrichtung, welche eine Lochplatte ο. dgl. aufweist, die durch eine Mehrzahl von dünnwandigen Bauteilen gebildet ist, welche hochkant relativ zur Kühlmittelströmungsrichtung entlang den Stäben angeordnet sind und ein Gitter mit kreisförmigen Offnungen bilden, in welchen Zwischenteilstücke der Stäbe angeordnet sind.

Wenn die Brennstoffstäbe eines Brennstoffstabbündels in einem Reaktorkern untergebracht werden und den gleichzeitig auftretenden Wirkungen von Bestrahlung und hoher Temperatur ausgesetzt sind, neigen sie zum Verbiegen; daher muß eine

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Form einer Verbiegungsbesehränkung in die Brennstoffstabhalterung eingeführt werden. Die Einrichtung zur Verhinderung oder Beschränkung der Verbiegung führt neutronenabsorbierendes sowie den Kühlmittelstrom-beeinträchtigendes Material in die Anordnung ein, und es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, Einrichtungen zur Verbiegungsbehinderung mit verbesserten Eigenschäften bezüglich der Neutronenabsorption und der Kühlmittel^ Strombehinderung zu schaffen. . . _=-.,.

Ein Brennstoffstabbündel gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß für das. Zulassen einer begrenzten ungehemmten Biegung der Brennstoffstäbe in jeder Richtung die Brennstoff stäbe um ihren Umfang herum auf Abstand von den dünnwan- digen Bauteilen gehalten sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen erläutert, in denen -

Fig. 1 und 1a Seitenteilansichten, teilweise im .Axialschnitt, darstellen, die ' -...-.

Fig. 2 und 3 Schnittdärstellungen entsprechend der Schnittlinie II - II und III - III der Figur 1,

Fig. 4- eine vergrößerte Zeilzeichnung von Fig. 2,

Fig. 5 ist eine ähnliehe Ansicht wie Fig. 2, jedoch in auseinandergezogener Darstellung, wobei einige Teile entfernt sind, während die

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Pig. 6 und 6a eine weitere Ausführungsform wiedergeben.

Entsprechend den Figuren 1 bis 5 enthält ein Brennstoffstabbündel 1 zwei Ende an Ende aneinandergefügte, einen kleinen Abstand voneinander aufweisende Anordnungen oder Bauteilgruppen aus einundewanzig parallel verlaufenden ummantelten Brennstoffstäben 2 innerhalb eines rohrförmigen Gehäuses 3 aus Graphit. Nebeneinanderliegende Enden der Brennstoffstäbe 2 sind in einer gitter- oder lochmusterartigen Brennstoffstab-Hal~ terung 4 aufgenommen, die durch das Gehäuse 3 gehalten ist und aus dünnen (0,254 mm) Streifen 5 aus rostfreiem Stahl mit unter Abstand vorgesehenen querverlaufenden Vertiefungen 6 bogenförmiger Ausbildung hergestellt sind sowie mit den Längen der Streifen 5 zwischen den Vertiefungen 6 paarweise nebeneinander zusammengestellt werden, derart, daß Stege 40 mit doppelter Dicke entstehen, und wobei die Vertiefungen 6 zusammen eine Anzahl von Abstand voneinander aufweisenden Öffnungen 8 bilden, die von der einzelnen Dicke eines Streifens begrenzt sind und die Enden der Brennstoffstäbe 2 aufnehmen. Die nebeneinander gelegten Längen der Streifen 5, die jeweils die Stege 40 bilden, verlaufen gerade und fortlaufend zwischen aufeinanderfolgenden Vertiefungen 6 und sind abgelegen von den Öffnungen 8 durch örtliche Widerstandsschweißnähte 7 verbunden (Figur 4). ·

Die voneinander entferntliegenden Enden der Brennstoffstäbe 2 werden in öffnungen 8a der Halteanordnungen 4a aufge«

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nommen, die aus einer ähnlichen Bauart wie die Halteanordnung bestehen, jedoch eine geringere Tiefe aufweisen. Figur 1a zeigt eine Halteanordnung 4a am unteren Ende der Brennstoffzusammen—

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stellung 1. Falls nicht besonders auf eine gegenteilige Ausbildung hingewiesen wird, so ist jede für die Halteanordnung 4 geltende Beschreibung auch für die Halteanordnung 4a anwendbar.

Die die Halteanordnung 4 bildenden Streifen 5 werden y±n Bauteile 41, 42, 43 und 44 vier verschiedener Umrisse verformt (Figur 5). Der Umriss des einzelnen Bauteils 41 ist im allgemeinen siebeneckig, derjenige der sieben Bauteile 42 im allgemeinen rechteckig und derjenige der sieben Bauteile 43 im allgemeinen dreieckig, während die Bauteile 41, 42, 43 sämtlich bogenförmige Eckstücke aufweisen, die durch die Vertiefungen 6 gebildet sind. Die vierzehn Bauteile 44 besitzen einen im allgemeinen C-förmigen Umriss, in dem sich jedoch zwei bogenförmige Ecken infolge der Vertiefungen 6 befinden.

Die Bauteile 44 weisen flanschartige Enden 25 auf, die mit der Innenseite eines ringförmigen Halters 26 von U-förmigem Querschnitt (0,41 mm dick) aus rostfreiem Stahl verschweißt sind (Figuren 1 und 2). Der Halter 26 ist zwischen aneinanderliegenden Enden der Graphithülsen 27, 28 angeordnet und verkleidet das Innere des Gehäuses 3;. eine Relativbewegung zwischen dem Halter 26 und den Hülsen 27, 28 wird durch Anschläge 29, 30 verhindert, die an dem Halter 26 befestigt und in Schlitzen 31, 32 in den Enden der Hülsen 27, 28 festgelegt sind. -

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Jeder-Brennstoffstab· 2 enthält übereinandergeschichtete, gesinterte UG₂-Brennstoffpellets oder -tabletten 9 (ca. 10 mm Durchmesser, ca. 10 mm Länge)/ die in einem Hüllrohr 10 aus rostfreiem Stahl eingeschlossen sind, das an seinen Enden mit Endkappen■11 aus rostfreiem Stahl abgedichtet ist. Die Endkappen 1,1 .sind mit Preßsitz in das Hüllrohr 10 eingepaßt und werden nach ihrem Einführen durch Randschweißnähte 11a verschweißt* JTach dem Versehweißen werden die· ^nden der miteinander-ve'rbundenen Endkappen und Hüllrohr-e entsprechend Pig. 1 nach innen gebogen, so daß ein leichter Eintritt des Brennstoffetabs 2 in eine Öffnung 8 der Halteanordnung 4 gewährleistet ist. Die Brennstofftabletten 9 erhalten von den Endkappen 11 einen Abstand durch wärmeisölierende Stopfen 12 aus gesintertem Aluminiumoxyd. Die Enden des Hüllrohrs 10 weisen Ringwülste 13 auf, und das Hüllrohr besitzt eine ^Anzahl Umfangsrippen 14 über seine Länge, infeTche seine Festigkeit und den Wärmeübergang von dem Brennstoffstab auf das Kühlmittel erhöhen. -Das Gewicht der Brennstoffstäbe 2 wird über ihre unteren Ringwülste 13 von den oberen Kanten des Stireifens 5 aufgenommen.

Diö Sndeii der Br ennstoff stäbe 2 befinden sich mit Schiebesitz "ihiierhalfe der" unter Abstand vorgesehenen Öffnungen 8 der Halteanordnung '4, so daß mit dem Kühlmittelfluß eingeführte Sentfinttingoti' in' den Brennstoffstäben verringert werden, jedoch die Wär^öäüsde'hnüng äir Brennstoff stäbe dadurch gewährleistet ist* daß die Strelfdii 5 an ihren gegenseitigen Befestigungspuhkteh Mbhgeben könnetii '

BAD ORIÖfNAU

Wie insbesondere aus Figur 3 hervorgeht, wird ein Verbiegen der Brennstoffstäbe 2 durch eine Gitteranordnung 15 aus rostfreiem Stahl innerhalb bestimmter Grenzen gehalten. Die Anordnung ist aus einer Anzahl dünnwandiger (ca. 0,5 mm) Bauteile 16 von Rohrform hergestellt, welche die Brennstoff f~ stäbe 2 mit Kleinem Abstand über eine Zwischenlänge der' Stäbe umgibt und durch weitere dünnwandige (ca. 0>5 mm) Bauteile von Stegform miteinander verbunden sind, wobei beide Bauteilarten hochkant zu dem durch das Gehäuse 3 strömende Kühlmittel angeordnet sind. Mit Flanschen versehene Stege 18 verbinden die Bauteile 16 mit einem ringförmigen Halter 19 von U-förmigem Querschnitt (0,41 mm Dicke) aus rostfreiem Stähl. Der Halter ist zwischen der Graphithülse 28 und einer ähnlichen Hülse' angeordnet, die auf der unteren Halteanordnung 4a ruht. Eine Relativbewegung zwischen dem Halter 19 und den Hülse'n 28", 20 wird durch Anschläge 21, 22, die auf dem Halter 19 befestigt" und" in Schlitzen 23, 24 in' den Enden der" Hülsen 28V 20 festge- '" legt sind, verhindert. Eine Relativbewegung zwischen der unteren Halteanordnung 4a und der Hülse 20" wird durch einen Anschlag 40 verhindert, der ah cLel· Hälteanordnung 4a befestigt und in einem Schlitz 41 in der Hülse 20 fes"6geiegt''i"st. Eine Relativbewegung zwischen der Anordnung 4ä (und damit der Brennstoff stäbe 2, der Halteanordnung' 4- und der Anordnung' T5')" wird durch einen Anschlag 42 verhindert* der sich an der" Anordnung 4a "befindet und in einem Schlitz 4-3 am unteren Ende des Halters 3 festgelegt ist. Das untere Ende des Halters" 3 rufet'auf einem

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BAD

Graphitring 44, der über Stege 45 mit einer zentral gelegenen Nabe 46 Verbindung erhält. Ein Zuganker 37 verbindet das Ge-

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häuse 3, die Hülsen 27, 28, 20, die Anordnungen 4, 4a 15 und den Ring 44 miteinander, um so mit den Brennstoffstäben 2 das vollständige Brennstoffstabbündel zu ergeben. Der Zuganker 37 besitzt ein verdicktes Ende 47, das innerhalb einer Vertiefung 4B innerhalb der Nabe 46 durch Konushülsen 49 und einen Sprengring 50 gehalten ist.

Der Verbiegung der Brennstoffstäbe 2 wird solange keine Behinderung entgegengesetzt, bis sie mit den Wänden des Bauteils 16 in Berührung kommen. Indem ein gewisser Grad von Verbiegung der Brennstoffstäbe 2 möglich ist, ehe eine Behinderung auftritt, gewährleistet die Anordnung 15, daß der Wärmeübergang der Stäbe dadurch im wesentlichen nicht beeinträchtigt wird, während zu gleicher Zeit eine vereinfachte Herstellung der Brennstoffstäbe 2 gegeben ist, da sie leicht durch die Bauteile 16 eingeführt werden können. Diese geringen Bewegungen (z.B. ca. 0,5 mm) liegen innerhalb der Toleranzen, und ein Versuch, derartige Bewegungen völlig zu verhindern, würde die Einführung von zusätzlichem, Neutronen absorbierendem Material, Spannungsbeanspruchungen der Brennstoffstäbe 2, Beeinträchtigung des Wärmeüberganges und Erhöhungen der Schwierigkeiten bei der" Herstellung der Anordnung mit sich bringen.

Die Graphithülsen 27, 28,. 20 besitzen ausgesparte Abschnitte 34, 35, 36 über den Größten Teil ihrer Längen, wo-

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durch ringförmige Räume 37, 38, 39 entstehen, welche Wärmeverluste von dem die Brennstoffstäbe 2 entlangströmenden Kühlmittel strom in Richtung auf die Außenfläche des G-ehäuses 3 verringern.

Bei der Ausführungsform nach den Figuren 6 und 6a ist die Anordnung"'15 zur Verhinderung der Verbiegung durch eine lochmusterartige Anordnung 4b ersetzt, die einem Brennetoffsta"bendhalter 4 ähnelt, abgesehen davon , daß erstere Öffnungen 8b größerem Abmessungen aufweist als die Öffnungen 8 der letzteren, um die Brennstoffstäbe 2 mit Abstand zu umgeben. Die Anordnung 4b wird aus Streifen 5b mit querverlaufenden Vertiefungen 6b hergestellt, die entfernt von den Öffnungen 8b durch Widerstands Schweißnähte 7b miteinander verbunden werden, um Stege 40 b doppelter Dicke herzustellen. Die Streifen;5b der Anordnung 4b weisen die gleiche Tiefe (ca. 12,7 mm) auf wie die Bauteile 16 und 17 der Anordnung 15.

Patentansprüche

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Claims

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P U 59 775.2

United Kingdom Atomic, 1% September 1968

Patentanspruch

Brennstoffstabbündel für Kernreaktoren, mit einer Biegeversteifungseinrichtung , welche eine Lochplatte ο.dgl. aufweist, die durch eine Hehrzahl von dünnwandigen Bauteilen gebildet ist, welche hochkant relativ zur Kühlmittelströmungsrichtung entlang den Stäben angeordnet sind und ein Gitter
mit kreisförmigen Öffnungen bilden, in welchen Zwischenteilstücke der Stäbe än^eonnet sind,dadurch gekennzeichnet, daß für das Zulassen einer begrenzten ungehemmten Biegung der
Brennstoffstäbe (2) in jeder Richtung die Brennstoffstäbe (2) um ihren Umfang herum auf Abstand von den dünnwandigen Bauteilen (16) gehalten sind.

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