DE1439776A1 - Halteanordnung fuer Kernreaktor-Brennstoffelemente - Google Patents

Description

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21. Oktober 1961

UNITED KINGDOM ATOMIG ENERaY AUTHORITY, Patents Branch, 11 - 12, Charles II Street, London, S,W.l., England

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Nr. 36927/60 vom 27. Oktober I960 in Anspruch genommen.

Halteanordnung für Kernreaktor-Brennstoffelemente

Die Erfindung bezieht sich auf KernbrennstoffZusammenstellungen, die aus einem Gitter mit engen Abständen parallel zueinanderliegender, ummantelter Brennstoffstäbe bestehen und von Halteanordnungen in ihrer Lage festgelegt sind. Diese Zusammenstellungen werden im Nachfolgenden als "Brennstoffstabbündel" bezeichnet. 9 09811/0561

Die Brennstoffstab-Halteanordnungen fuhren neutronenabsorbierendes sowie den Kühlmittelstrom behinderndes Material in die Zusammenstellungen ein, und die Erfindung setzt sioh daher zum Ziel, eine Brennstoffstab-Halteanordnung mit -verbesserten Eigenschaften in Bezug auf Neutronenabsorption und Behinderung der Ktihlmittelströmung zu schaffen.

Unter bestimmten Bedingungen einer KuhlinittelstrJamuiig sind, die [Brennstoff stäbe in einem Brennstoff stabbündel Schwingungen ausgesetzt, und dementsprechend müssen den BrennstOffstab-Halteanordnungen EinrichtLUigen zur Verringerung derartiger Schwingungen beigegeben werden. Die Brennstoffstäbe sollten nicht starr in den Halteanordnungen befestigt sein, da daraus Spannungen sowohl in den Halteanordnungen a.ls auch in den Brennstoff stäben erwachseh können, und es ist daher ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Brennstoffstab-Halteanordnung mit verbesserten Eigenschaften bezüglich der Schwingungen der Brennstoffstäbe herzustellen. · ■

Eine lochmusterartige Halteanordnung für ein Brennstoffstabbündel besteht gemäß der Erfindung aus Streifenmaterial, das in Querrichtung mit Abstand mit inuldenförmigen Vertiefungen versehen und mit den liäxLgen des Streifenmaterials zwischen den Kuldeii paarweise nebeneinandergelegt ist, so daß Stege mit doppelter Dicke entstehen, während die zusammenliegenden Vertiefungen· eine-Anzahl von in Abständen fliegenden Öffnungen bilden, die durch die

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. einfache Di eic e des Streifenmaterials "begrenzt werden und die " Brennstoffstäbe des Bündels aufnehmen, während die nebeneinanderliegenden längen des Streifenmaterials, die jeweils die Stege bilden, an einer von den Öffnungen entfernten Stelle miteinander verbunden sind.

Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen erläutert, und zwar zeigt bzw. zeigen die
Fign. 1 und la Seitenteilansichten in teilweise geschnittener

Darstellung, die

Fign. 2 und 3 Schnittdarsteilungen entsprechend den Schnittlinien II-II und IH-III in Figur 1,

Fig. 4 eine vergrößerte Teilansicht von Figur 2, Pig. 5 eine ähnliche Darstellung wie Figur 2, jedoch

in auseinandergezogener Form, wobei einige Teile entfernt sind, während die Fig. 6 und 6a eine weitere Ausfuhrungsform wiedergeben»

IUntsprechend den Figuren 1 bis 5 enthält ein Brennstoffstabbündel 1 zwei übereinanderstehende, rait einem geringen Abstand voneinander getrennte Anordnungen von einundzwanzig parallel verlaufenden ummantelten Brennstoffstäben 2 innerhalb eines rohrförmigen gehäuses 3 aus G-raphit, Mebeneinanderliegende landen der Brennstoffstäbe 2 sind in einer lochmusterartigen Brennstoffstab-I alterung 4 auf genommen, die von dem G-ehäuse 3 gehalten

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und aus dünnen (0,25 mm) Streifen 5 aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, die in Abständen querverlaufende Vertiefungen 6 bogenförmiger Ausbildung aufweisen und mit den längen der Streifen 5 zwischen den Vertiefungen 6 zusammengestellt werden, wobei' paarweise nebeneinanderliegend Stege 40 mit doppelter Dicke entstehen und die Vertiefungen 6 zusammenkommen, um eine Anzahl von unter Abständen liegenden öffnungen 8 zu bilden, die von einer einzigen Streifendioke begrenzt sind und die'Enden der Brennstoff stäbe 2 aufnehmen. Die. nebeneinandergelegten Längen der . Streifen .5, die jeweils die Stege 40 bilden, verlaufen gerade und fortlaufend, zwischen aufeinanderfolgenden Vertiefungen 6 und werden entfernt -von den Öffnungen 8 mittels örtlichen Widerst andsschweißungeh 7 miteinander verbunden (Figur4).

Die entfernt Voneinander liegenden Enden der Brennstoffstäbe 2 sind in öffnungen 8a der Halteanordnungen 4a aufgenommen, die gleichartig wie die Halteanordnung 4 ausgebildet sind, jedoch eine geringere Tiefe aufweisen. Figur la zeigt eine,Halteanordnung 4a des unteren Endes der Brennstoffanordnung 1. Falls nicht ausdrücklich das Gegenteil erwähnt wird, so ist die für die Halteanordnung 4 geltende Beschreibung auch für die Balte— anordnungen"4ä anwendbar.

Die die Halteanordnung 4 bildenden Streifen 5 werden in ; einer Anaahl von Einzelteilen 41» 42, 43 und 44 vier versohiedener tlmrisee (Figur 5) verformt. Die Form des einzelnen Bauteils

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41 ist im wesentlichen siebeneckig, jene der sieben Bauteile 42 im allgemeinen rechteckig und jene der sieben Bauteile 43 im wesentlichen dreieckig, wobei die Bauteile 41» 42, 43 sämtlich . bogenförmige Eckabschnitte aufweisen, die durch die Vertiefungen 6 gebildet sind. Die vierzehn Einzelbauteile 44 besitzen einen etwa 0-förmigen Umriß, bei denen jedoch durch Vertiefungen 6 zwei bogenförmige Ecken gebildet sind.

Die Bauteile 44 besitzen flanschförmige Enden 25, die mit der Innenseite eines ringförmigen Halters 26 mit U-Profil (O»O16 Zoll = 0,41 mm Dicke) aus rostfreiem Stahl verschweißt sind (Figuren 1 und 2). Der Halter 26 ist zwischen aneinanderliegenden Enden von G-raphithülsen 27» 28 angeordnet und verkleidet das Innere des G-ehäuses 3; eine Relativbewegung zwischen · dem Halter 26 und den Hülsen 27» 28 wird durch Anschläge 29, 30 verhindert, die an dem Support 26 befestigt und in Schlitzen 31» 32 in den Enden der Hülsen 27, 28 festgelegt sind.

Jeder Brennstoffstab 2 enthält aufeinandergeschichtete gesinterte UOo-Pellets oder -Tabletten 9 (0,4" = ca, lo mm Durchmesser, 0,4" = ca. 10 mm länge), die von einem Hüllrohr 10 aus rostfreiem Stahl umschlossen sind, welches an den Enden durch Kappen 11 aus rostfreiem Stahl abgedichtet ist. Die Endkappen 11 werden mit einem preßsitz in das Hüllrohr 10 eingepaßt und danach mit Hilfe von Randschweißnähten lla verschweißt. Nach dem Verschweißen werden die linden der miteinander verbünde'-

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nen Endkappen und Hüllrohre naoh innen abgebogen, wie dies aus Figur 1 hervorgeht _f so daß ein leichter Eintritt des Brennstoff-Stabes 2 in eine öffnung 8 der Halteanordnung 4 gewährleistet ist» Die Brennstofftabletten 9 sind -von den Bndkappen 11 mit Hilfe von wärmeisolierenden Stopfen 12 aus gesintertem Aluminiumoxyd auf Abstand gehalten. Die Enden des Hüllrohrs 10 besitzen· Ringwiilste 13, und das Hüllrohr weist eine Anzahl von Dmfangsrippen 14 entlang seiner länge auf, die es verfestigen und den Wärmeübergang vom Brennstoffstab auf das Kühlmittel verbessern. Das Gewicht der Brennstoff stäbe 2 wird von den -unteren Ringwülsten 13 auf die oberen Kanten der Streifen 5 übertragen.

Die Enden der Brennstoffstäbe 2 sind mit Schiebeaitz innerhalb der in Abständen vorgesehenen Öffnungen 8 der Halteanordnung 4 aufgenommen, so daß aufgrund der Kühlmittelströmung eingeführte Schwingungen in den Brennstoffstäben verringert werden, die Wärmeausdehnung der Brennstoffstäbe jedoch dadurch ermöglicht ist, daß die Streifen 5 von ihren gemeinsamen Befestigungspunkten aus nachgeben können.

Wie aus Figur 3 hervorgeht _f wird das Verbiegen der Brennstoffstäbe 2 durch eine lochmusterartige Anordnung 15 aus rostfreiem Stahl innerhalb bestimmter Grenzen gehalten, die aus ; einer Anzahl dünnwandiger rohrfertiger Bauteile 16 (0,020" * ca. 0>5 mm) besteht, welche die Brennstoffstäbe 2 mit Abstand über eine Zwischenlänge der Stäbe einschließen/und durch weitere

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dünnwandige (0,02O" = ca, ο,5 mm) Bauteile 17 mit Stegform mit-¹ ' einander verbunden sind, wobei beide Bauteilarten hochkant zur KÜhlmittelströmung in dem G-ehäuse 3 angeordnet sind« Kit Planschen versehene Stege 18 verbinden die Bauteile 16 mit einem ringförmigen Halter 19 mit U-Quersohnitt (0,016'! = ca. 0,41 mm Dicke) aus rostfreiem Stahl. Der Halter 19 ist zwischen der G-raphithülse 28 und einer ähnlichen Hülse 20 angeordnet·, die auf der unteren Halteanordnung 4a ruht. Eine Relativbewegung zwischen dem Halter 19 und den Hülsen 28, 20 wird durch Anschläge 21, 22 verhindert, die an dem Halter 19 befestigt und in Schlitzen 23, 24 in den Enden der Hülsen 28 i 20 untergebracht sind. Eine Relativbewegung zwischen der unteren Halteanordnung 4a und der Hülse 20 wird durch einen Anschlag 40 verhindert, der auf der Halteanordnung 4a befestigt ist und sich in einem Schlitz 41 innerhalb der Hülse 20 befindet. Eine Relativbewegung zwischen der Anordnung 4a (und damit der Brennstoffstäbe 2, der Halteanordnung 4 und der Anordnung 15) wird durch einen Anschlag 42 verhindert, der-an der Anordnung 4a befestigt und in einem Schlitz 43 am unteren Ende des Halters 3 festgelegt ist. Das untere Ende des Halters 3 ruht auf einem Sraphitring 44, der über Stege 45 mit einer mittleren Nabe 46 verbunden ist. Ein Zuganker 37 verbindet das G-ehäuse 3, die Hülsen 27, 28, 20, die Anordnungen 4, 4a, 15 und den Ring 44 miteinander und bildet mit den Brennstoffstäben 2 das vollständige Brennstoffbündel. Der ■Zuganker 37 weist ein verdicktes unteres Ende 47 auf, das inner-" haJLb einer Vertiefung 4B in der Wabe 46 durch Konushülsen 49 und e.inen Federring 50 gehalten ist. ,

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• Die Verbiegung der Brennstoff stäbe 2 geht solange ungehin-./-dert vor sich, bis die Brennstoffstäbe mit den Wänden der Bauteile 16 in Berührung gelangen, in der Durchtrittsstelle der Brennstoffstäbe 2 durch die Bauteile 16 ist eine Brennstofftablette 9 durch einen wärmeisolierenden Stopfen 33 aus gesintertemAluminrumoxyd ersetzt, so daß eine örtliche Überhitzung = nicht auftritt, falls die Brennstoffstäbe 2 mit den Bauteilen 16 in Berührung gelangen sollten. Die Anordnung 15 ermöglicht einen gewissen Verbiegungsgrad der Brennstoff stäbe 2 bis zum' Wirksamwerden einer Behinderung, so daß der Wärmeübergang der Stäbe nicht wesentlich gestört und zu gleicher Zeit ein vereinfachter Zusammenbau mit den Brennstoffstäben 2 gewährleistet ist, die leicht durch die Bauteile 16 eingeschoben werden können* Diese geringen Bewegungen (z.B. 0,02O¹¹.= ca. 0,5 mm) liegen innerhalb der Toleranz, und ein Versuch, derartige Bewegungen völlig zu verhindern, würde die Einführung von zusätzlichem neutronenabsorbierendem Material erfordern, andererseits die. Brennstoff stäbe 2 Spannungen unterwerf en, den Wärmeübergang beschränken und die Schwierigkeiten bei .der Herstellung der Zusammenstellung erhöhen.

Die öraphithülsen 27, 28,. 20 weisen.Ausschnitte 34, 35» 36 auf, die über den größten Teil ihrer Länge verlaufen und somit ringförmige Hohlräume 37, 38, 39 bilden, d^e die Wärmeverluste von dem die Brennstoff stäbe 2 entlang strömenden Kühlmittel zum Außen/teil des G-ehäuses 3 verringern.

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Da die wärmeisolierenden Stopfen 12, 53 porös sind, stellen sie einen Hohlraum für gasförmige Spaltprodukte dar, die in den Brennstofftabletten 9 gebildet werden, -und reduzieren somit die . auf Druck - zurlickzufiihr enden Spannungen, die in den Hüllrohr en 10 auftreten, wenn die Brennstofftabletten 9 einem Spaltvorgang unterworfen werden.

In der weiteren Ausführungsform nach den Figuren 6 und 6a ist die Anordnung 15 zur Verhinderung der Yerbiegung durch eine lochmusterartige Anordnung 4b ähnlicher Bauart wie ein Brennstoffstabendhalter 4 ersetzt, jedoch mit der Abweichung, daß die erst ere Öffnungen 8b größerer Abmessung als die Öffnungen 8 der letzteren bildet, welche die Brennstoffstäbe 2 mit Abstand umgeben. Die Anordnung 4b besteht aus dünnen Streifen 5b mit querverlaufenden Einbuchtungen 6b; sie werden den Öffnungen 8b abgewandt durch Widerstandsschweißnähte 7b miteinander verbunden, so daß Stege 40b doppelter Dicke entstehen. Die Streifen 5b der Anordnung 4b besitzen die gleiche Tiefe (ungefähr 0,5" ca. 12,7 mm) wie die Bauteile 16 und 17 der Anordnung 15·

Pat ent ans prüche

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Claims (1)

1. Patentanspruch·

   1. Halteanordnung für Brennstoffstabbündel mit einem .J lochmueterartigen Aufbau» dadurch gekennzeichnet, daS sie aus streifenmaterial (5) besteht, das in Abständen mit quer·* rerlaufenden Einbuchtungen (6) rersehen ist, wobei die Längen des Streifeamateri&ls zwischen den paarweise nebeneinandergelegten Einbuchtungen (6) ausammengestellt sind, so daß Stege (40) doppelter Dicke entstehen und die Buaammentreffenden Einbuchtungen eine Aneahl von unter Abstand vorgesehenen Offnungen

   (8) bilden, die von der einfachen Dicke des Streifenmaterialβ (5) begrenzt sind und Brennelemente (2) des Bündele aufnehmen können, während die nebeneinanderliegenden Längen des streifenmaterial welche die Stege (40) bilden, abgewandt von den Öffnungen miteinander verbunden Bind.

   2. Halteanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennselohnet, daB das streifenmaterial zwischen den aufeinanderfolgenden Einbuchtungen gerade und ununterbrochen verläuft.

   3· Halteanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ansahl von öffnungen von einem ereten Streifenbauteil und von einer Reihe von weiteren Streifenbauteilen gebildet ist, welche dae erste Bauteil umgeben» wobei dae erete Bauteil uad Jedes der weiteren Bauteile aue streifenmaterial besteht, welches in die Umrisse einer geeohloesenen, im allge-

   meines polygonalen Figur verformt wird, an deren Ecken sich Einbuchtungen befinden.

   4· Halteanordnung nach Anspruch 1 ble 5t dadurch gekenn·» ■•lohnet, daß die nebeneinandergelegten Längen dee streifenmaterial» in der Mitte ewisehen den Einbuchtungen durch eine örtliche Schwelesung miteinander verbunden sind·

   5. Brennetoffstab-Bündel mit einem rohrförmigen Gehäuse sowie ereten und sweiten Halteanordnungen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennxeiohnet, daß die Halterungen Innerhalb des Oehttuees mit Abstand so angeordnet sind, daS ihre öffnungen in Längsriohtung suelnander ausgerichtet sind, wHhrend ein Bündel ummantelter Brennetoffetäbe in Längsrichtung innerhalb dee Qehäueee angeordnet let und die Enden der Brennstoffstäbe durch die öffnungen der ersten und «weiten Halterungen festgelegt sind·

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