DE1539806C - Stutzgitter zur starren und genauen Abstutzung von einander Abstand haltender SpaltstofTelemente - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stützgitter zur Erhaltung des Abstands zwischen Spaltstoffelementen und zu ihrer Abstützung in Bündeln im Kern eines Kernreaktors.

■ Bei heterogenen Kernreaktoren sind die Spaltstoffelemente in Bündeln gruppiert. Die Spaltstoffelemente selbst bestehen aus Rohren, die das spaltbare Material enthalten. Eine Vielzahl dieser Rohre wird dann in einer Spaltstoffanordnung zusammengefaßt. Jeder Reaktor enthält eine Anzahl solcher Spaltstoffanordnugen, die den Reaktorkern bilden.

Das als Moderator dienende Kühlmittel strömt durch die Zwischenräume zwischen den Spaltstoffelementen im wesentlichen parallel zu ihnen. Die Enden der Spaltstoffelemente in jedem Bündel endi-' gen in geeigneter Weise an Sammelplatten. Diese Platten sind so ausgebildet, daß die Kühlmittelströmung möglich ist.

Die Spaltstoffelemente sind, verglichen mit ihren einzelnen Durchmessern als auch verglichen mit den Querabmessungen der Spaltstoffanordnung verhältnismäßig lang. Aus vielerlei Gründen ist es unumgänglich, daß diese langen Spaltstoffelemente parallel fluchtend gehalten werden und daß irgendeine Durchbiegung dieser Elemente verhindert wird. Eine Durchbiegung oder ein schlechtes Fluchten kann durch eine Vielzahl von Faktoren verursacht und durch andere Faktoren weiterhin verstärkt werden. Ein Grund für diese Durchbiegung kann darin liegen, daß einzelne Elemente ursprünglich gebogen sind und es bleiben, wenn sie in der Anordnung zusammengefaßt werden. Das bedeutet, daß die Elemente-in bestimmten Teilen der Anordnung dichter zusammenliegen und daß sich der Querschnitt der Flüssigkeitsströmung in demselben Teil auch ändert. Diese Faktoren bewirken Flußspitzen in den Flüssigkeitskanälen, die den gebogenen Elementen benachbart sind, als auch eine ungleichmäßige Verteilung des Kühlmittelflusses, was sich in einer Überhitzung der Spaltstoffelemente.in diesem Teil der Anordnung äußert. Die Spaltstoffelemente reagieren darauf mit entsprechenden verschiedenen thermischen Ausdehnungen oder Zusammenziehungen, so daß die Elemente und die Anordnung dadurch zusätzlicher Durchbiegung oder zusätzlichen Deformationen ausgesetzt ist. Unerwünschte und unzulässige heiße Stellen können deshalb innerhalb der Spaltstoffelemente erzeugt werden. Die Durchbiegung von Spaltstoffelementen, die auf dem Umfang der Anordnung angeordnet sind, kann außerdem die Bewegung der Regelstäbe bremsen oder behindern. Ein weiterer in Betracht zu ziehender Faktor ist die Schwingung der Elemente während des Betriebs, da die Stäbe so lang und biegsam-sind, und durch strömungsinduzierte Schwingungen erregt werden können. Bei kleinem Abstand der Spaltstoffelemente können die Schwingungen von einer solchen Größe sein, daß die Elemente zusammenschlagen.

In einigen bekannten Stützgittern besteht Punktkontakt (z. B. belgische Patentschrift 643 251). Stützglieder mit Punktkontakt sind starkem Antrieb ausgesetzt.

Einige bekannte Stützvorrichtungen haben zur Abstützung der Spaltstoffelemente allein gegenüberliegende Federn verwendet (französische Patentschrift 1 285 670). Dies äußerst sich in einer großen Schwingungsamplitude der Spaltstoffstäbe. Um den Abrieb der Elemente bei dieser Schwingung an den Berührstellen der Federn zu verkleinern, schlägt die britische Patentschrift 973 137 vor, die Federn längs ■ zu den Spaltstoffelementen parallelen Linien abzubiegen. Auch sind schon z. B. aus der deutschen Auslegeschrift 1 082 679 Stützvorrichtungen bekannt, die zur Verkleinerung der Schwingungsamplitude eine Abstützung der Spaltstoffelemente gegen eine starre Wand und gegen zwei gegenüberliegende Blechzungen angibt. Diese Blechzungen üben aber

ίο wegen ihrer Orientierung gegen die Elemente eine so starke Federkraft aus, daß ein Abtrieb der Elemente an den Berührstellen möglich ist. Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, neue und wirksame Vorrichtungen zur starren seitlichen Abstützung und zur Erhaltung des Querabstandes für Spaltstoffelemente in länglichen Spaltstoffanordnungen zu liefern.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, Quer- - verbinder zu schaffen, die mit den Spaltstoffstäben der Anordnung in sicherem und gleitfähigem Angriff stehen, so daß unterschiedliche thermische Ausdehnungen zwischen den Spaltstoffstäben möglich sind, sich aber nicht in einer Durchbiegung der Spaltstoffelemente oder der Spaltstqffanordnung äußern.

Diese Aufgabe wird durch ein Stützgitter zur Abstützung voneinander Abstand haltender Spaltstoffelemente mit das Gitter bildenden Gliedern, die sich überkreuzen und für die Spaltstoffelemente eine Vielzahl von Zellen bilden, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in jede Zelle von nicht mehr als zwei benachbarten Seiten aus Federn hineinreichen, vor denen jede gegenüber dem Scheitel eines in derr gegenüberliegenden Gitterglied ausgebildeten starren Bogens. angeordnet ist, der den von der Feder auf das Spaltstoffelement ausgeübten Druck aufnimmt und bei dem die Federn und die starren Bögen Linienkontakt mit dem Spaltstoffelement haben.
Zum besseren Verständnis wird die Erfindung jetzt an Hand von Zeichnungen beschrieben. In der Zeichnungen stellt dar

F i g. 1 eine Seitenansicht der Spaltstoffanordnun[ oder des Bündels unter Verwendung der Abstands und Stützglieder nach der vorliegenden Erfindung, F i g. 2 einen horizontalen Querschnitt eines Teil: eines der Abstands- und Stützglieder nach der vor liegenden Erfindung,

Fl g. 3 eine perspektivische Ansicht eines Teil: des Spaltstoffelements und eines Teils der Abstands und Stützglieder nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 4 und 5 eine Draufsicht und eine Seiten ansieht eines der Teile der Abstands- und Stütz glieder nach der Erfindung,

F i g. 6 einen Teil eines Spaltstoffelements und di mit diesem Element im Eingriff stehenden Abstands und Stützglieder,

F i g. 7 eine Draufsicht auf einen Teil einer mod! fizierten Form der Abstands- und Stützglieder nac der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 der Zeichnungen ist eine Spaltstof anordnung oder ein Spaltstoffbündel 10 dargestell das aus einer Vielzahl von Spaltstoffelementen odt Stäben 12 besteht. Die Elemente dieser Anordnun halten Abstand voneinander und sind in eine Vie zahl sich kreuzender Reihen angeordnet, wie es i F i g. 2 dargestellt ist, und bilden dabei ein Rech eck. Die Spaltstoffelemente 12 werden in dieser A; Ordnung von oberen und unteren Sammelplatten I

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und 16 gehalten. An diesen Sammelplatten sind die abgebogen wird. Dies hinterläßt eine Öffnung 40 in

Spaltstoffelemente durchÄbschlußkappen 18 befestigt, dem Gitterglied selbst. Die Seite des Rechtecks 38,

Diese Abschlußkappen sind mit hervorstehenden mit der die Federzunge an dem Gitterglied befestigt

Teilen 20 versehen, welche in Öffnungen in den Sam- bleibt, ist zum Flüssigkeitsstrom und zu den Spalt-

melplatten passen. Diese hervorstehenden Teile sind 5 Stoffelementen parallel. Diese Anordnung bewirkt,

in den Öffnungen der oberen Sammelplatte gleitfähig daß die Federzungen und die von den Abbiegungen

angeordnet, so daß die Kompensation einer un- 34 gebildeten Bögen mit der Flüssigkeitsströmung

gleichen thermischen Ausdehnung der Spaltstoff- parallel fluchten, so daß sie den geringsten Strö-

elemente möglich ist. An der oberen Sammelplatte mungswiderstand darbieten.

14 ist ein Kreuzglied 22 befestigt, das sowohl als io Die Federungen und die Öffnungen 40 sind in der

Hebevorrichtung als auch zum Ausrichten des oberen Mitte zwischen den Schlitzen 30 ausgebildet, so daß

Endes der Spaltstoffanordnung dient. die Öffnungen im wesentlichen zu den Bögen 34

Die Abstands- und Stützglieder 24 der vorliegen- symmetrisch liegen. Die Federzungen werden aus der

den Erfindung, die zur Querverbindung der einzelnen Ebene der das Gitter bildenden Glieder 28 in ent-

Spaltstoffelemente dienen, sind in Fig. 1 zwischen 15 gegengesetzter Richtung zu der der Bögen 34 ge-

der oberen und unteren Sammelplatte dargestellt. bogen, so daß sie in die Zelle hineinreichen, die der-

Obwohl zwei dieser Stützglieder dargestellt worden jenigen benachbart ist, in die der entsprechende

sind, kann nur eines oder eine andere zur Herstel- Bogen hineinreicht.

lung einer angemessenen Abstützung erforderliche Die Federzunge ist auf diese Weise nach der Anzahl verwendet werden. Längs des Umfangs der 20 konkaven Seite der Bögen gerichtet. Die Endteile 42 Anordnung und die rechteckigen Reihen von Spalt- der Federn 36 sind in die Richtung der Gitterglieder Stoffelementen umgebend und die Außenseite der zurückgebogen, wie es in den Fig. 2 und 4 darge-Abstands- und Stützglieder bildend, ist ein läng- stellt ist. Diese Ausbildung der Federzungen liefert licher Metallstreifen 26 angeordnet. Dieser Metall- einen Knick 44, der mit dem zugehörigen Spaltstoffstreifen bildet einen Rahmen für die Abstands- und 25 element im Eingriff steht. Dieser Knick kann natür-Stützglieder und besteht aus vier Seitenteilen, die lieh mehr bogenförmig als scharf ausgebildet sein,
entweder durch Schweißen oder andere geeignete Wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, erstrecken Vorrichtungen verbunden sind, oder aus einem ein- sich die Spaltstoffelemente in Längsrichtung durch zigen Streifen zur erforderlichen rechteckigen Form jede der Zellen 32. Die Spaltstoffelemente in jeder gebogen wurden. 30 der inneren Zelle des Gitters stehen auf zwei be-

Innerhalb des von dem Streifen 26 umschlossenen nachbarten Seiten mit den Bögen 34 in den das Git-Gebiets befindet sich eine Vielzahl von Gliedern 28, ter bildenden Gliedern 28 und mit den zwei anderen die zusammen mit dem Streifen eine gitterähnliche Seiten mit den Knicken 44 in den Federzungen im Struktur bilden. Eine erste Gruppe dieser Glieder 28 Eingriff. Da die Teile der das Gitter bildenden Glieerstreckt sich in einer Richtung über den Rahmen, 35 der und die Federzungen, welche mit den Spaltstoffwährend eine zweite Gruppe sich senkrecht zur ersten elementen im Eingriff stehen, von diesen Spaltstoff-Gruppe über den Rahmen erstreckt. Diese ein Gitter elementen weggebogen sind, besteht auf allen vier bildenden Glieder 28 sind aus dünnen länglichen Seiten im wesentlichen ein Linienkontakt zwischen Streifen oder Bändern aus Metall hergestellt. Dies den Elementen und den Stützgliedern, so daß daist am besten aus den Fig. 3, 4 und 5 ersichtlich. 40 durch Abrieb und Korrosion reduziert werden. Bei Diese Teile sind mit Schlitzen 30 in regelmäßigen der vorliegenden Erfindung wirken die verwendeten Abständen versehen, so daß die Teile, wie in der Federn nur gegen die verhältnismäßig steifen Bögen. Fig. 3 dargestellt, wie bei einer Eierkiste ineinander Dies dient zur Reduzierung der Schwingungsampligreifen können. Die Anordnung des Streifens 26 und tude. Durch die Steifheit der Bögen wird außerdem der Glieder 28 auf diese Weise bildet eine Vielzahl 45 eine präzisere Fixierung der Spaltstoffelemente ervon Zeilen 32 für die Spaltstoffelemente. Das Ende reicht. Die Spaltstoffelemente am Umfang der Ander Glieder 28 ist an den Streifen 26 an ihrem Ver- Ordnung werden durch die Kombination von Federbindungspunkt angeschweißt. Die Teile 28 können zungen, Bögen und Teilen des flaschen Metallstreiauch an ihren Überkreuzungspunkten verschweißt fens 26 gestützt.

werden, obwohl eine solche Verschweißung nicht 50 Der Streifen 26 ist an Stellen 46 (F i g. 1) ausge-

absolut notwendig ist. stanzt, die dem Eingriff des Streifens mit den Spalt-

Jeder der das Gitter bildenden Teile 28 ist an einer Stoffelementen entsprechen. Diese Ausschnitte geVielzahl von Punkten 34 gebogen, so daß eine wel- statten die lokale Kühlung der Spaltstoffelementlenförmige Konfiguration hergestellt wird. Diese bekleidung, die den Streifen 26 berührt. Die Öffnun-Biegungen liegen im allgemeinen in der Mitte zwi- 55 gen 40 in den das Gitter bildenden Teilen 28 gestatschen den Schlitzen 30, so daß sie auch ungefähr in ten in gleicher Weise eine bessere Kühlung der der Mitte der Zeilen 32 liegen. Jede Biegung ist von inneren Spaltstoffelemente. Diese Ausschnitte und der einen Zelle nach außen und in die anderen Öffnungen reduzieren das überschüssige Material, so nach innen gerichtet, so daß sie in dieser Zelle einen daß die oben erwähnte Kühlung ermöglicht ist, wäh-Bogen bildet. 60 rend gleichzeitig ausreichende Fläche zum Kontakt

An den das Gitter formenden Teilen 28 sind mit den Spaltsfoffelementen erhalten bleibt.

Federn oder Zungen 36 ausgestanzt, ausgeschnitten Die Anordnung nach der vorliegenden Erfindung

oder in anderer Weise ausgebildet. Diese Feder- besitzt außer dem gegenüber der Verwendung von

zungen werden dadurch gebildet, daß in den Gitter- Anordnungen, die zwei gegeneinander wirkende

gliedern 28 die drei Seiten eines Rechtecks aufge- 65 Federn besitzen, einen weiteren Vorteil. Bei der

trennt werden, wie es in den F i g. 3 und 5 dargestellt Verwendung von direkt gegenüberliegenden Federn,

ist, und dann die Federzunge aus der Ebene des von denen jede für ein begrenztes Stück in Längs-

Gittergliedes längs der vierten Seite 38 des Rechtecks richtung mit dem Element im Eingriff steht, kann

eine beträchtliche Schwingung um einen Punkt in dem Element auftreten, der den Federn benachbart ist. Nach der vorliegenden Erfindung stehen dagegen die Elemente auf der einen Seite mit Federn im Eingriff, während die gegenüberliegenden Bögen mit dem Element an Punkten über und unter dem Eingriffspunkt mit den gegenüberliegenden Federn zum Eingriff stehen. Dies ist klar in Fig. 6 durch die Darstellung der beiden Stützgitter gezeigt. Dieser Drei-Punkt-Eingriff in jeder Richtung (sechs Punkte um das ganze Element herum) liefert eine bessere Abstützung als der Zwei-Punkt-Eingriff (vier Punkte längs des ganzen Umfangs) von gegenüberliegenden Federn, ohne daß gleichzeitig das Kontaktgebiet vergrößert wird. Daher sind bei gleicher Federstärke die Spaltstoffelemente fester gehalten.

Es kann, wie zuvor festgestellt, irgendeine Anzahl von Abstand und Stützgliedern 24 entlang der Länge der Brennstoffanordnung vorgesehen sein. Die Anordnungen sind üblicherweise so lang, daß wenigstens zwei notwendig sind. Zur Herstellung einer stärkeren Abstützung und zur weiteren Reduzierung der Schwingung sind zusätzliche Stützglieder so orientiert, daß die gegenseitigen Positionen der Federzungen 36 und der Bögen 34 umgekehrt sind. Das ist in F i g. 6 dargestellt, wo die Federzunge 36 des oberen Stützgitters auf der rechten und die Bögen 34 auf der linken, während die Federzunge 36 des unteren Stützgitters auf der linken und die Bögen 34 auf der rechten Seite des Spaltstoffelementes angeordnet sind. Solch eine Anordnung der Gitter erfordert normalerweise keine einzelnen anders konstruierten Gitter, sondern nur, daß sie relativ zu den benachbarten Gittern umgetauscht und möglicherweise umgedreht werden.

In den F i g. 3 und 5 ist dargestellt, daß die Federzungen nicht rechteckig wie der aus den Gitterteilen ausgestanzte Abschnitt sind, sondern schräg abgeschnitten sind, so daß eine trapezförmige Federzunge gebildet wird. Die Bildung einer Feder mit konstanter Spannung würde erfordern, daß die Zungen dreieckig zugeschnitten werden, aber dies würde die Kontaktlinie zwischen den Federn und den Elementen zu kurz machen. Deshalb wird ein Kompromiß geschlossen, bei dem die Zungen zur Annäherung an eine konstante Spannung und zur Reduzierung des Kontaktbereichs in ihrer Größe verringert werden, ohne das obenerwähnte Minimum zu unterschreiten.

Es ist unbedingt notwendig, daß ein Stoßen und Kratzen der Spaltstoffelemente vermieden wird, und es besteht insbesondere dann dazu die Gefahr, wenn die Elemente einer Anordnung durch die Gitter eingeführt werden. Damit die Möglichkeit für dieses Kratzen oder Scheuern verringert wird, werden die Führungsränder 47 der Bögen 34 und der Federzungen 36 leicht abgerundet, wie es in F i g. 6 dargestellt ist. In F i g. 7 ist eine modifizierte Form der Erfindung dargestellt, bei der die das Gitter bildenden Glieder 48 nicht nur an Stellen in der Mitte zwischen den Zellen abgebogen sind, sondern außerdem an den Uberkreuzungspunkten 50 der Teile 48 geknickt sind. In dieser modifizierten Anordnung sind alle in jedem der Gitterglieder 48 ausgebildeten Federzungen 52 nach derselben Seite des Gittergliedes 48 nach außen gerichtet. Jedoch sind die Glieder 48 in dem Gitter in solcher Weise gebildet, daß jedes Spaltstoffelement von mit zwei Federn und zwei Bögen in derselben Weise wie in dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2 im Eingriff steht.

Da die Abstands- und Stützglieder 24 nicht direkt an den Spaltstoffelementen befestigt, sondern gleitfähig gegen sie gelagert sind, ist es notwendig, daß die Gitter in ihrer Lage durch Vorrichtungen gehalten werden. Dies kann durch die Verwendung eines oder mehrerer Zugstäbe 54, wie es in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, geschehen. Diese Stäbe, die entweder aus vollem Material oder aus Rohren bestehen können, sind an jedes der Stützgitter 24 angeschweißt und auch an den Sammelplatten 14 und 16 durch Schrauben 56 befestigt. Diese Zugstäbe halten dann die Spaltstoffanordnung zusammen und die Stützgitter in ihre Lage.

Obwohl die Erfindung an Hand der Ausbildung der Stützgitter aus einstückigen länglichen Streifen und darin ausgebildeten Federn dargestellt wurde, versteht es sich, daß die Stützvorrichtungen nach

ao der vorliegenden Erfindung aus irgendwelchen in geeigneter Weise, wie z. B. durch Schweißen, aneinander befestigten Kleinteilen hergestellt werden können. Die Federzungen könnten z. B. separate Metallstücke sein, die an die das Gitter bildenden Teile 28 oder 48 angeschweißt sind

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Stützgitter zur starren und genauen Abstützung voneinander Abstand haltender Spaltstoffelemente eines Bündels mit das Gitter bildenden Gliedern, die sich überkreuzen und für die Spaltstoffelemente eine Vielzahl von Zellen bilden, dadurch gekennzeichnet, daß in jede Zelle (32) von nicht mehr als zwei benachbarten Seiten aus Federn (36 oder 52) hineinreichen, von denen jede gegenüber dem Scheitel eines in dem gegenüberliegenden Gitterglied (28; 48) ausgebildeten starren Bogens (34) angeordnet ist, der den von der Feder auf das Spaltstoffelement ausgeübten Druck aufnimmt, und daß die Federn und die starren Bögen Linienkontakt mit dem Spaltstoffelement haben.

2. Stützgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der einzelnen Gitterglieder (28; 48) die Federn (36; 52) nach der konkaven Seite der Bögen (34) gerichtet sind, so daß entsprechende Federn (36; 52) und Bögen (34) in benachbarte Zellen hineinreichen.

3. Stützgitter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß längs eines Gittergliedes (28;

48) aufeinanderfolgende Federn (36; 52) sich nach entgegengesetzten Seiten des Gittergliedes erstrecken und aufeinanderfolgende Bögen entgegengesetzt gerichtet sind, so daß eine wellenförmige Konfiguration gebildet wird.

4. Stützgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (36; 52) aus den Gittergliedern ausgeschnitten und längs Linien, die zu den Spaltstoffelementen parallel sind, in die entsprechenden Zellen abgebogen sind.

5. Stützgitter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Querabmessung der Federn (36; 52) mit wachsendem Abstand von den Stellen verringert, an denen sie von den

Gittergliedern (28; 48) nach außen gebogen sind, so daß der Kontaktbereich der Federn (28; 48) mit den Spaltstoffelementen (12) verringert wird.

6. Stützgitter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (36; 52) auf der Höhe der Bögen (34) längs zu den Spalt-

stoffelementen parallelen Linien gegen die Gitterglieder (28; 48) abgeknickt sind, so daß die Federn (36; 52) mit benachbarten Spaltstoffelementen (12) längs dieser Knicke im wesentlichen mit einem Kontakt längs einer Linie im Eingriff stehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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