DE1514996C3 - Core-Klemmanordnung für einen Kernreaktor - Google Patents

Description

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sind. Die Führungsteile ermöglichen nach dem Lösen gegen einzelne Brennelemente ausüben zu können,

der Preßeinheiten ein Nachaußenführen zum Core- ohne das dazu aufwendige und viel Platz einneh-

rand der einzelnen Elemente. Jede Preßeinheit er- mende Vorrichtungen vorzusehen sind, die einen

streckt sich über ein Achtel des Umfangs des Cores, großen räumlichen Abstand des Cores von den Neu-

so daß auch beim Austausch von nur zwei oder drei 5 tronenreflektoren verursachen, und daß die einzeln

Randelementen eine weit größere Anzahl von EIe- einstellbaren Teile der Klemmanordnung zwischen

menten aus ihrer Einspannung gelöst werden müssen dem Reaktorkern und den Neutronenreflektoren in

(vgl. deutsche Auslegeschrift 1 237 231). Die Preß- platzsparender Weise derart angeordnet sind, daß der

einheiten greifen in Höhe der Kopf- oder Fußteile Teil der Steuerung der Reaktivität mittels der Neu-

der Elemente an, deren andere Enden jeweils ver- io tronenreflektoren weitgehend ungestört abläuft,

schiebbar befestigt sind. Eine Einspannung der EIe- Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines

mente über die gesamte Höhe des Coreumfangs ist zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels nä-

nicht vorgesehen. Es können daher über die Höhe her erläutert. Es zeigt

der Elemente am Umfang des Cores ungleichmäßige F i g. 1 eine Draufsicht auf ein Kernreaktorcore

räumliche Wärmeausdehnungen auftreten, die in un- 15 mit einer Klemmvorrichtung in verschiedenen Hö-

erwünschter Weise zu einer unstetigen Reaktivitäts- henschnitten und die Stellung der Klemmanordnung

verteilung innerhalb desCores führen und die Steuerung über den Umfang des'Reaktorcores,

mittels der Neutronenreflektoren beeinträchtigen. F i g. 2 eine perspektivische Darstellung der oben

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine und unten am Reaktorcore vorgesehenen Teile der

Core-Klemmanordnung zu schaffen, die eine verbes- 20 Klemmanordnung,

serte Neutronenreflektorsteuerung bei gleichmäßiger, F i g. 3 einen Schnitt durch den oberen Teil der kontrollierbarer Reaktivitätsverteilung im Reaktor- Klemmanordnung entlang der Linie 3-3 und core und in einfacher Weise den Austausch von Fig.4 einen Schnitt durch den unteren Teil der höchstens zwei oder drei Brennelementen ermöglicht, Klemmanordnung entlang der Linie 4-4. ohne daß dazu weitere Elemente aus ihrer Spannvor- 25 Ein Reaktorcore mit im wesentlichen zylindrischer richtung losgelöst werden müssen. Form weist beispielsweise Brennelemente eckigen Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- Querschnitts auf. Das Core kann aus einer Anzahl löst, daß um das Core herum parallel im Abstand ge- von vielflächigen langgezogenen Moderator- und/ haltene Torsionsstäbe angeordnet sind, an deren obe- oder spaltbaren Brennelementen bestehen, die aneinren und unteren Enden je ein oberer bzw. unterer 30 ander angrenzend angeordnet sind; der Umfang des Hebelarm sitzt, wobei die Hebelarme jedes Stabes Cores ist dann als unterteilter Linienzug ausgebildet, mit entgegengesetzter Kraftrichtung gegen die Wand In F i g. 1 ist ein Reaktor-Core 50 aus aneinanderliedes Reaktordruckgefäßes drücken und die Torsions- genden sechseckigen Core-Elementen dargestellt, wie stäbe mit oberen bzw. unteren, die Kraft der Tor- sie beispielsweise in einem schnellen Neutronenreaksionsstäbe auf das Core übertragenden, an sich be- 35 tor eingesetzt werden, der über die Neutronenreflekkannten, vertikalen Druckplatten verbunden sind, die toren zum Teil gesteuert wird. Dieses Core ist mit gegen die Brennelemente am Umfang des Corequer- einer Peripherie mit Sechseckflächenunterteilung Verschnitts drücken und in ihrer Form an die Peripherie sehen.

des Corequerschnitts angepaßt sind, und daß oben Die Form einer am Umfang des Reaktorcores 50 und unten ringförmige, radial bewegbare Abschluß- 40 angeordneten Klemmvorrichtung nach der Erfindung trägerplatten vorgesehen sind, durch welche die Tor- ist in F i g. 1 dargestellt. Abschnitt A ist ein Schnitt sionsstäbe hindurchragen und die die oberen bzw. durch den oberen Teil des Reaktorcores 50 und beunteren Enden der Torsionsstäbe mit der oberen bzw. steht aus dem oberen Teil der Brennelementenunteren Druckplatte koppeln. Klemmanordnung mit einer oberen Einspannvorrich-In zweckmäßiger Ausgestaltung verbinden zumin- 45 tung 10 und einem oberen Führungsring 11 (vgl. dest zwei Torsionsstäbe mit den zugehörigen oberen F i g. 2 bzw. 3), der die Kopfstücke der Brennele- und unteren Hebelarmen eine der oberen und die zu- mente hält. Abschnitt B ist ein Schnitt durch den ungehörige untere Abschlußträgerplatte miteinander. teren Teil des Reaktors direkt über der unteren Ein-In vorteilhafter Weise ist die Oberseite der oberen spannvorrichtung 15, welche die Fußstücke der Abschlußträgerplatte von einem Lagerring begrenzt, 50 Brennelemente 51 haltert. Abschnitte ist ein Schnitt unter dessen Bund die oberen Hebelarme eingreifen durch den Bodenteil des Reaktorcores direkt ober- und der mittels Abstandhülsen auf den oberen Füh- halb einer Brennelement-Halterungsplatte 52, die rungsring aufgeschraubt ist, wobei der Abstand zwi- Öffnungen 55 für die Brennelemente 51 und Ausnehschen Lagerring und Führungsring groß genug ist, mungen 34 für die Lagerung von Torsionsstäben 33 um ein Gleiten der Abschlußträgerplatte bei Deh- 55 aufweist. Abschnitt D ist ein Schnitt durch das Reaknungen des Cores zwischen den Ringen zu ermögli- torcore direkt unterhalb der unteren Einspannvorchen. richtung 15 wobei eine untere Druckplatte 16 und In weiterer Ausgestaltung weisen in einer Halte- ein Torsionsstab 33, der in der zugehörigen Ausnehrungsplatte vorgesehene Ausnehmungen für die Tor- mung 34 gelagert ist, dargestellt sind, sionsstäbe ein ausreichendes Spiel auf, um Bewegun- 60 In F i g. 1 und 2 sind, dem Umriß der Einspanngen der Torsionsstäbe infolge von Dehnungen des vorrichtungen 10, 15 angepaßt, eine obere und eine Cores zuzulassen. untere Druckplatte 12 bzw. 16 gezeigt, die in ihrer Mit der Erfindung werden die Vorteile erzielt, daß Form der eckigen, durch die Brennelemente 51 gebilder einfache Aufbau ein leichtes abschnittweises Lö- deten Peripherie folgen und dazu dienen, Druck rasen der Klemmanordnung zuläßt, die den Wärmeaus- 65 dial über das Core auf die Brennelemnete auszuüben, dehnungen des Reaktorkerns folgt und über den Die oberen und unteren Druckplatten 12 bzw. 16 bil-Reaktorumfang streckenweise einstellbar ist, um den ein unterteiltes Druckplattenband um den Umauch radial unterschiedlich starke Einspannkräfte fang des Cores 50 und wirken mit den entsprechen-

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den Einspannvorrichtungen 10 und 15 zusammen, Zur Halterung der oberen Einspannvorrichtung 10 die etwa kreisförmig um das Core herum angeordnet und des oberen Lagerringes 30 wird der obere Fühsind. Diese Vorrichtungen können abwechselnd mit rungsring 11 am oberen inneren Mantel des Druckzwei bzw. vier Torsionsstäben ausgestattet sein, die gefäßes 53 durch Bolzen, Klammern, sonstige Mittel den gewünschten Druck ausüben. 5 oder Schweißen angebracht. Durch die obere Ab-

Jede der oberen Einspannvorrichtungen 10 umfaßt schlußträgerplatte 13 mit der angesetzten oberen vereine vertikale obere Druckplatte 12, die durch tikalen Druckplatte 12 ragen die Torsionsstäbe 33. Schweißen, Löten oder ähnliche Bearbeitung an Es werden die Abstandshülsen 31 aufgesetzt, Bolzen einer oberen horizontalen Abschlußträgerplatte 13 35 eingesetzt und festgezogen, nachdem der obere befestigt ist. In gleicher Weise ist jede untere Ein- io Lagerring 30 genau über der Abschlußträgerplatte 13 spannvorrichtung 15 mit einer an der unteren hori- und den Abstandshülsen 31 aufgesetzt ist.
zontalen Abschlußträgerplatte 17 befestigten unteren Nachdem die Klemmanordnung in der beschriebe-Druckplatte 16 derselben Form verbunden. Jede nen Weise montiert ist und die Brennelemente in das Einspannvorrichtung ist horizontal und in bezug auf Druckgefäß eingesetzt sind, wird die obere Hebelardas Reaktorcore radial beweglich ausgebildet. Die 15 manordnung 20 auf den Torsionsstab 33 aufgesetzt paarweise vorgesehenen oberen und unteren Ein- und so weit hinuntergelassen, bis die Gelenkhülse 22 spannvorrichtungen der Klemmanordnung wirken in das Loch der Abschlußträgerplatte 13 eindringt, beim Verspannen in der nachstehend beschriebenen Die Hebelarmanordnung 20 wird gegen die Span-Weise, nung des Torsionsstabes 33 so weit verdreht, bis das

Die obere Einspannvorrichtung 10 wird durch 20 Ende des Hebelarmes 21 an einem Bund 37 des einen oberen Lagerring 30 und einen oberen Füh- Lagerringes 30 vorbeigleitet; anschließend wird die rungsring 11 in senkrechter Richtung gehalten. Zwi- Hebelarmanordnung 20 weiter nach unten gedrückt, sehen dem Lagerring 30 und dem Führungsring 11 bis der Hebelarm 21 unter diesen Bund gelangt. Der sind Abstandshülsen 31 (F i g. 3) vorgesehen, so daß Hebelarm 21 dreht sich unter der Federkraft des Stadie obere Abschlußträgerplatte 13 zwischen den Rin- 25 bes 33 zurück und legt sich gegen die Innenfläche gen 11, 30 gleiten kann. Die untere Einspannvorrich- des Lagerringes 30 an. Gleichzeitig drückt die Tortung 15 ist in der aus F i g. 4 ersichtlichen Weise ge- sionskraft des Stabes 33 den unteren Hebelarm 26 gen eine Vertikalbewegung gesichert. Eine untere auf gegen die Wand des Druckgefäßes 53. Die aus der dem Torsionsstab 33 sitzende Hebelarm-Gelenkhülse Addition der Vektoren der Torsionskraft des unteren 27 weist einen Flansch 28 auf, auf dem die untere 30 Hebelarms 26 gegen das Druckgefäß 53 und der Abschlußträgerplatte 17 aufliegt. Die Gelenkhülse 27 Torsionskraft des oberen Hebelarms 21 gegen den ist auf dem Torsionsstab 33 mittels eines Stiftes 36 Lagerring 30 entstehende Klemmkraft ist radial über befestigt, der die Gelenkhülse 27 und den Torsions- die obere und untere Druckplatte 12 bzw. 16 gegen stab 33 durchragt. An der oberen Einspannvorrich- die Brennelemente 51 gerichtet und wirkt auf die tung 10 ist eine Hebelarmanordnung 20 vorgesehen, 35 Brennelementwände 54. Eine größere Torsionskraft, bei der an einer oberen Hebalarm-Gelenkhülse 22 die sich bei stärkerem Verdrehen der oberen Hebelein oberer Hebelarm 21 befestigt, beispielsweise an- armanordnung 20 gegenüber dem Lagerring 30 eingeschweißt, ist. Mit der unteren Einspannvorrichtung stellt, führt zu einem größeren radialen Druck gegen 15 ist durch den Stift 36 an der unteren Hebelarm- das Brennelement 51. Dieser Druck gegen das Core Gelenkhülse 27 oberhalb der Abschlußträgerplatte 40 kann an dessen Umfang in gewünschtem Maße ein-17 ein unterer Arm 26 verbunden. Die Durchführun- gestellt werden. Indem die ursprüngliche Richtung gen der Gelenkhülsen sind dem jeweiligen Quer- der Hebelarmanordnung 20 gegenüber der endgültischnitt der Torsionsstäbe 33 angepaßt. gen Klemmstellung entsprechend gewählt wird.

Bei der Montage werden die mit ihren oberen und Durch Ausdehnungen des Reaktorcores 50 wähunteren Teilen paarweise zusammengehörigen Ein- 45 rend des Betriebs werden die oberen und unteren heiten nacheinander eingebaut. Auf den Torsionsstab Einspannvorrichtungen 10 bzw. 15 radial nach außen 33 wird zunächst die untere Gelenkhülse 27 aufge- gedrückt: oben gleitet die Abschlußträgerplatte 13 schoben, auf welche die Abschlußträgerplatte 17 zwischen dem oberen Lagerring 30 und dem oberen folgt, an der die untere Druckplatte 16 sitzt und die Führungsring 11, während das untere Ende der Torauf der Gelenkhülse 27 aufsitzt. Nach der Abschluß- 50 sionsstäbe 33 sich mit der unteren Einspannvorrichträgerplatte 17 wird der untere Arm 26 eingebaut. tung 15 in der Ausnehmung 34 bewegt. Der obere Die einzelnen Teile hält der Stift 36 zusammen. An- Hebelarm 21 und der untere Hebelarm 26 wirken als schließend wird der Torsionsstab 33 in das Core- ein Paar federgespannter Gelenkhebel, die sich unter Druckgefäß 53 hinabgelassen, bis das untere Ende Vergrößerung des eingeschlossenen Winkels gegendes Stabes in einer der in der Brennelement-Halte- 55 einander spreizen, wenn sich das Core nach einer rungsplatte 52 des Druckgefäßes 53 vorgesehenen Temperaturerhöhung ausdehnt, und die einen klei-Ausnehmungen 34 sitzt. Jede Ausnehmung 34 ist nen Winkel bilden, wenn sich das Core beim Abkühderart bemessen, daß der Torsionsstab 33 den durch len zusammenzieht. Die Abstandshülse 31 verhindert die Temperaturschwankungen hervorgerufenen War- im Betrieb eine tangentilale Bewegung des Abstandsmedehnungen und -Schrumpfungen des Cores 50 fol- 60 haltersystems, indem sie nur eine radiale Bewegung gen kann. der oberen Einspannvorrichtung 10 zuläßt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche: Core-Umfang angeordnet sind, sich am Reaktordruckgefäß abstützen und auf den Umfang des Reaktorcores drücken. Derartige Spannvorrichtungen gehören zum Stand 5 der Technik (vgl. britische Patentschrift 889 636, französiche Patentschrift 1 322 514). Bei mit schnellen Neutronen arbeitenden Reaktoren, die mittels Neutronenreflektoren gesteuert werden, wird meist ein möglichst geringer Abstand des

1. Core-Klemmanordnung für die Brennstoffzone eines Kernreaktors mit parallelen, vertikal
nebeneinander angeordneten Brennelementen
bzw. Brennelementbündeln mit im wesentlichen
gleicher Länge entsprechend der Länge des
Reaktorkerns, bei der die Spannmittel am

Core-Umfang angeordnet sind, sich am Reak- io Reflektorelements vom Core angestrebt, damit sich tordruckgefäß abstützen und auf den Umfang des möglichst wenig Neutronen absorbierendes Material Reaktorcores drücken, dadurch gekenn- zwischen dem Core und dem Reflektor befindet. Bei zeichnet, daß um das Core (50) herum paral- verhältnismäßig großen Reaktorcores, die mit anstei-IeI im Abstand gehaltene Torsionsstäbe (33) an- gender Temperatur arbeiten, muß der Wärmeausdehgeordnet sind, an deren oberen und unteren En- 15 nung der einzelnen Brennelemente und der des geden je ein oberer bzw. unterer Hebelarm (21 samten Aufbaues Rechnung getragen werden. Wer- bzw. 26) sitzt, wobei die Hebelarme jedes Stabes den zum Zwecke der Verringerung der Neutronenabmit eintgegengesetzter Kraftrichtung gegen die sorption innerhalb des Reaktorcores verhältnismäßig Wand des Reaktordruckgefäßes (53) drücken dünn und leicht gebaute Brennelemente verwendet, und die Torsionsstäbe (33) mit oberen bzw. unte- 20 so müssen die auf das einzelne Brennelement wirren, die Kraft der Torsionsstäbe auf das Core kenden Druckkräfte sorgfältig bemessen werden, da (50) übertragenden, an sich bekannten, vertikalen einerseits zwischen den Elementen ein enger, aber Druckplatten (12 bzw. 16) verbunden sind, die genau tolerierter Zwischenraum aufrechterhalten gegen die Brennelemente am Umfang des Co- bleiben muß, damit im ganzen Core eine gleichmärequerschnitts drücken und in ihrer Form an die 25 ßige und kontrollierbare Reaktivität herrscht und anPeripherie des Corequerschnitts angepaßt sind, dererseits der Druck nicht so groß sein darf, daß die und daß oben und unten ringförmige, radial be- Brennelementkästen infolge Wärmeausdehnung des wegbare Abschlußträgerplatten (13, 17) vorgese- Cores zu Bruch gehen.

hen sind, durch welche die Torsionsstäbe (33) Bisher wurden zum Bündeln der Brennelemente

hindurchragen und die die oberen bzw. unteren 30 einfache Bänder oder ähnliche Hilfsmittel um das Enden der Torsionsstäbe mit der oberen bzw. un- Core gelegt. Diese Maßnahme reicht für den heutiteren Druckplatte (12 bzw. 16) koppeln. gen Stand der schnellen Neutronenreaktoren nicht

2. Core-Klemmanordnung nach Anspruch 1, aus. Auch genügen Vorrichtungen, wie etwa Stirndadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei platten, in denen die Brennelemente befestigt sind, Torsionsstäbe (33) mit den zugehörigen oberen 35 nicht, selbst wenn sie eine Wärmeausdehnung, die in und unteren Hebelarmen (21 bzw. 26) eine der gewissem Umfang zur Reaktorsteuerung beiträgt, zuoberen und die zugehörige untere Abschluß- lassen. Die räumliche Wärmeausdehnung der Brennträgerplatte (13 bzw. 17) miteinander verbinden. elemente am Umfang des Cores soll vielmehr gleich-

3. Core-Klemmanordnung nach den Ansprü- mäßig sein, da jede ungleichmäßige Ausdehnung des chen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die 40 Cores in unerwünschter Weise zu ungleichmäßiger Oberseite der oberen Abschlußträgerplatte (13) Reaktivitätsverteilung innerhalb des Cores führt.

von einem Lagerring (30) begrenzt ist, unter des- Es ist auch bekannt, vertikale Druckplatten zu

sen Bund (37) die oberen Hebelarme (21) ein- verwenden, die mit Spannmitteln verbunden sind, greifen und der mittels Abstandshülsen (31) auf welche in ihrer Form an den Umfang des Kernquerden oberen Führungsring (11) aufgeschraubt ist, 45 Schnitts angepaßt sind. Es handelt sich hierbei um wobei der Abstand zwischen Lagerring (30) und einen mobilen Kernreaktor, bei dem die Spannvor-Führungsring (11) groß genug ist, um ein Gleiten richtungen den Reaktorkern abstützen und zentrieder Abschlußträgerplatte (13) bei Dehnungen des ren, so daß seitliche Bewegungen des Kerns in bezug Cores zwischen den Ringen zu ermöglichen. auf das Druckgefäß verhindert werden. Dabei über-

4. Core-Klemmanordnung nach den Ansprü- 50 tragen in rohrförmigen Stützgliedern angeordnete chenl bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Kolben die außerhalb der von den Stützgliedern einer Halterungsplatte (52) vorgesehene Ausneh- durchsetzten Abschirmung erzeugten Spannkräfte auf mungen (34) für die Torsionsstäbe (33) ein aus- den Reaktorkern (vgl. deutsche Auslegeschrift reichendes Spiel aufweisen, um Bewegungen der 1187 331). Diese Abstütz- und Zentriervorrichtung Torsionsstäbe (33) infolge von Dehnungen des 55 ist platzaufwendig und ist nicht geeignet, in einem Cores zuzulassen. schnellen Reaktor verwendet zu werden, da ihr Einbau einen zu großen Abstand zwischen dem Kern und den seitlichen Neutronenreflektoren erforderlich

macht, was deren Wirkungsgrad erheblich herabset-

60 zen würde.

Ferner ist eine Spanneinrichtung für die Spalt- und Brutzone eines Atomkernreaktors bekannt, bei dem

Die Erfindung bezieht sich auf eine Core-Klemm- die Elemente im Betriebszustand einseitig befestigt anordnung für die Brennstoffzone eines Kernreak- und zu einer eckigen Kernquerschnittsfläche zusamtors mit parallelen, vertikal nebeneinander angeord- 65 mengesetzt sind. Diese Spanneinrichtung besteht aus neten Brennelementen bzw. Brennelementbündeln einzelnen Preßeinheiten, die sich zu einem den Kern mit im wesentlichen gleicher Länge entsprechend der umschließenden, endlosen Band ergänzen und mit Länge des Reaktorkems, bei der die Spannmittel am Führungsteilen für die einzelnen Elemente gekoppelt