DE1539820C

DE1539820C - Fuel assembly

Info

Publication number: DE1539820C
Authority: DE
Inventors: Andrew James Tariffville Loureiro Manuel Bernard East Hartford Conn Anthony (VStA) G21c3 18
Original assignee: Combustion Engineering Inc
Current assignee: Combustion Engineering Inc

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige Lademaschine eine komplizierte Hub- und Drehbe-Brennelementanordnung für Kernreaktoren. Genauer wegung zur Befestigung der Brennstoffstäbe ausgesagt betrifft die Erfindung Vorrichtungen zur Halte- geführt werden.The present invention relates to a novel loading machine for a complicated lifting and rotating fuel assembly for nuclear reactors. Specifying more precisely the movement for fastening the fuel rods, the invention relates to devices for holding out.

rung und Befestigung der Brennelemente in der An- Ein Verbolzen jedes Brennstoffstabes erfordert,a bolting of each fuel rod requires

Ordnung. 5 daß das Drehmoment genau eingestellt wird, da ent-Order. 5 that the torque is set precisely because

Der Bau von Brennelementanordnungen und ins- weder eine Beschädigung oder eine Lockerung der besondere die Technik der Befestigung der Brenn- Stäbe auftreten könnte, und zwar teilweise auf Grund stoffstäbe in der Anordnung bietet einige Probleme. der thermischen Ausdehnung von Brennstoffstäben Die Flußyerteilung über einer einzigen Brennelement- aus einer Zirkoniumlegierung in Halteplatten aus anordnung ändert sich häufig beträchtlich, so daß ίο rostfreiem Stahl. Das Verbolzen erfordert auch Sperrdie Brennelemente in dem einen Teil der Anordnung glieder, um die Muttern in ihrer Lage zu halten. Eines sich auf einer höheren Temperatur als die in einem dieser Mittel besteht im Verschweißen, was sich in anderen Teil befinden. Dies äußert sich natürlich in einer zusätzlichen Herstellungszeit und in zusätzlieiner ungleichmäßigen thermischen Ausdehnung der chen Kosten äußert. Außerdem müssen die Muttern ■Elemente in Längsrichtung. Diese ungleichmäßige 15 aus speziellen Materialien sein, damit die unterAusdehnung sollte nicht behindert werden, damit das schiedliche thermische Ausdehnung des Brennstoff-Auftreten übermäßiger Spannung und einer Durch- Stabes aus einer Zirkoniumlegierung bei der Durchbiegung in den Brennelementen und in der Anord- führung durch eine Halteplatte aus rostfreiem Stahl nung als Ganzes vermieden wird. Deshalb sollten die kompensiert wird.The construction of fuel assemblies and, in particular, damage to or loosening of the in particular the technique of fastening the fuel rods could occur, partly due to Fabric rods in the arrangement presents some problems. the thermal expansion of fuel rods The flux distribution over a single fuel element made of a zirconium alloy in holding plates arrangement often changes considerably, so that ίο stainless steel. Bolting also requires locking Fuel bundles in one part of the assembly to hold the nuts in place. One itself at a higher temperature than that in any of these means consists in welding what is in other part are located. This is of course expressed in an additional manufacturing time and in additional expresses uneven thermal expansion of the chen costs. Also, the nuts must ■ Longitudinal elements. This uneven 15 must be made of special materials to allow the underdrawing should not be hindered so that the various thermal expansion of the fuel occur excessive tension and a zirconium alloy rod in deflection in the fuel assemblies and in the arrangement through a retaining plate made of stainless steel tion as a whole is avoided. Therefore that should be compensated.

Elemente nicht völlig starr relativ zueinander in der 20 Deshalb ist es eine Aufgabe der vorliegenden ErAnordnung befestigt sein. findung, eine einfachere Befestigungstechnik derElements not completely rigid relative to one another in FIG. 20 Therefore, it is an object of the present arrangement be attached. finding, a simpler fastening technique of the

Die Brennelemente sind üblicherweise ziemlich Brennstoffstäbe in der Brennelementanordnung zu lange, dünne Stäbe, die parallel im Abstand von- schaffen, welche die Stäbe fest verankert und die einanderin Reihen in den Anordnungen angeordnet Vibration und die resultierende Korrosion verringert sind. Die Enden der Stäbe sind an Endhalteplatten 25 und den Stäben dennoch eine unbeschränkte, unbefestigt. Da die Brennstoffstäbe verglichen nicht nur gleichmäßige thermische Ausdehnung gestattet. Die mit ihren einzelnen Durchmessern, sondern auch mit Erfindung löst die Aufgabe bei einer Brennelementder Querabmessung der Brennelementanordnung anordnung, bestehend aus einer Vielzahl länglicher verhältnismäßig lang sind, wurde es üblich, querlau- Brennstoffstäbe, die parallel zueinander zugfest an fende Abstands- und Stützglieder über der Länge der 30 eine einem Ende der Stäbe benachbarten Halteplatte Brennelementanordnung an bestimmten Stellen zu befestigt sind, und bei der in diesem Ende jedes verwenden. Diese Abstands- und Stützglieder verhin- Brennstoffstabes ein Loch vorgesehen ist, das mit dem irgendeine Durchbiegung der Brennstoffstäbe einem in der diesem Ende benachbarten Halteplatte . und halten sie parallel fluchtend, wie es für einen ausgebildeten Loch fluchtet und mit Vorrichtungen, richtigen Betrieb des Reaktors notwendig ist. Die 35 die sich zum Teil in die Löcher in den Brennstoff-Tatsache, daß die Brennstoffstäbe sich frei ungleich- stäben und in die Löcher in der Halteplatte ermäßig thermisch ausdehnen müssen, bedeutet, daß strecken, um das Ende des Brennstoffstabes zugfest die Abstands- und Stützglieder nicht direkt an den in dem Loch in der Halteplatte zu befestigen, da-Brennstoffstäben befestigt werden können, sondern durch, daß die Befestigungsvorrichtungen Federboldaß sich die Stäbe in Längsrichtung frei relativ zu 4° zen sind.The fuel assemblies are usually quite fuel rods in the fuel assembly too long, thin rods that create parallel at a distance, which firmly anchored the rods and the Lined up in rows in the arrays reduces vibration and the resulting corrosion are. The ends of the rods are nevertheless unrestricted, unsecured to end holding plates 25 and the rods. Since the fuel rods compared not only allowed uniform thermal expansion. the with their individual diameters, but also with the invention, solves the problem with a fuel assembly Transverse dimension of the fuel assembly arrangement, consisting of a plurality of elongated As are relatively long, it has become common practice to attach cross-directional fuel rods that are parallel to each other with tensile strength fende spacer and support members along the length of one support plate adjacent one end of the rods Fuel assembly are attached to certain points, and each in this end use. These spacers and support members prevent the fuel rod from having a hole that is connected to the fuel rod any deflection of the fuel rods in the support plate adjacent that end. and keep them in parallel alignment, as it would for a trained hole, and with devices, correct operation of the reactor is necessary. The 35 which are partly in the holes in the fuel fact that the fuel rods stick freely and unevenly into the holes in the retaining plate To have to thermally expand means that stretch in order to maintain tensile strength around the end of the fuel rod not to attach the spacer and support members directly to the ones in the hole in the retaining plate, as fuel rods can be attached, but by that the fastening devices Federboldaß the rods are free in the longitudinal direction relative to 4 ° zen.

den Abstands- und Stützgliedern bewegen können Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die müssen. Diese Abstands- und Stützglieder an sich Brennstoffstäbe durch eine einfache Steckverbindung bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung. Die ausreichend genau und fest positioniert sind.
Verwendung solcher Stützglieder stellt jedoch ein Zum besseren Verständnis werden Ausführungs-Problem dar, das von der vorliegenden Erfindung ge- 45 beispiele der Erfindung jetzt an Hand von Zelchnunlöst wird. Wie zuvor beschrieben, können sich die gen beschrieben.
Brennelemente biegen und neigen aus diesem Grund In den Zeichnungen stellt dar
zu einer Vibration während des Betriebs. Diese F i g. 1 eine Seitenansicht der Brennelementanord-Schwingung, welche die Abstands- und Stützglieder nung nach der vorliegenden Erfindung,
durch ihre Auslegung vermeiden sollen, neigt dazu, 50 Fig. 2 einen ins einzelne gehenden Teilschnitt eine Reibkorrosion der Brennstoffstäbe besonders an eines Teils der Brennelementanordnung nach der vorihren Berührungsstellen mit den Abstands- und Stütz- liegenden Erfindung undthe spacer and support members can move The advantage of the invention is that they must. These spacer and support members, per se, fuel rods through a simple plug connection do not form part of the present invention. Which are sufficiently precisely and firmly positioned.
The use of such support members, however, represents an implementation problem, which will now be solved by the present invention with reference to Zelchnun, for a better understanding. As previously described, the genes can be described.
Fuel assemblies bend and tilt for this reason in the drawings represents
vibration during operation. This F i g. Fig. 1 is a side view of the fuel assembly vibration which the spacer and support members of the present invention.
should avoid by their design, tends to 50 Fig

gliedern zu verursachen. Eine Reibkorrosion kann Fig. 3 und 4. perspektivische Ansichten von zweito cause articulation. Fretting corrosion can be seen in FIGS. 3 and 4. Perspective views of two

auch an den Enden der Brennstoffstäbe auftreten, an Ausbildungsbeispielen des zur Befestigung verwende-also occur at the ends of the fuel rods, on training examples of the

denen sie in der Anordung gehalten werden. Das 55 ten Federbolzens.which they are kept in order. The 55th spring bolt.

Problem der Reibung ist besonders ernst am unteren In F i g. 1 ist eine Brennelementanordnung 10 dar^j Ende der Brennelementanordnung, das sich in einem gestellt, die aus einer Vielzahl von Brennstoffstäben turbulenteren Strömungsbereich oder in einem Be- 12 gebildet ist. Die Brennstoffstäbe in der Anordnung reich befindet, in dem die Vibrationskräfte stärker werden von oberen und von unteren Halteplatten 14 sjnd. Es ist deshalb notwendig, die Brennstoffstäbe 60 und 16 abstandhaltend in Reihen angeordnet gehalin der Anordnung in einer Weise zu befestigen, die ten. Diese Endplatten werden in ihrer gegenseitigen eine sogar noch größere Abstützung liefert als die Lage durch Führungsstäbe 18 gehalten, die sich zwizwischen den Enden angeordneten Abstands- und sehen beiden Endplatten erstrecken und mit ihnen Stützglieder. Eine bekannte Befestigung der Brenn- verbolzt sind. Irgendeine beliebige Anzahl dieser Verstoffstäbe in der Brennelementanordnung besteht im 65 bindungsstäbe kann zur Herstellung einer geeigneten zugfesten Verbolzen mit den Endhalteplatten (USA.- Halterung verwendet werden. An der oberen End-Patentschrift 2 905 338). Obwohl dieses Verfahren halteplatte 14 ist ein kreuzförmiger Aufsatz 20 bestarre Verbindungen zur Folge hat, muß von der festigt, der sowohl als Aufhängung, als auch zumThe problem of friction is particularly serious at the bottom of FIG. 1 is a fuel assembly 10. ^j end of the fuel assembly, that found in a, which is formed of a plurality of fuel rods turbulent flow region, or in a loading 12th The fuel rods are located richly in the arrangement in which the vibratory forces are stronger from the upper and lower support plates 14. It is necessary, therefore, to secure the fuel rods 60 and 16 spaced apart in rows in the array in a manner that will provide even greater mutual support than that held by guide rods 18 therebetween Spacer ends arranged and see both end plates extending and with them support members. A known fastening of the firing bolts are. Any number of these fabricated rods in the fuel assembly exist in the 65 tie rods can be used to make a suitable tensile strength bolt to the end support plates (U.S. Bracket. At upper end Patent 2,905,338). Although this method of holding plate 14 is a cross-shaped attachment 20 has rigid connections, must of the strengthens, both as a suspension, as well as for

Ausrichten des oberen Endes der Brennelementanordnung dient.Alignment of the upper end of the fuel assembly is used.

Die Abstands- und Stützglieder 22, die zur seitlichen Verbindung der mittleren Teile der einzelnen Brennstoffstäbe dienen, sind in F i g. 1 zwischen der oberen und der unteren Halteplatte dargestellt. Obwohl zwei dieser Abstandsglieder dargestellt worden sind, könnte irgendeine beliebige Anzahl verwendet werden, die zur Herstellung der erforderlichen Abstützung notwendig ist. Diese Abstandsglieder halten die Brennstoffstäbe parallel fluchtend und verhindern eine unzulässige Vibration dieser Stäbe während des Betriebs. Sie können an den Führungsstäben 18 befestigt sein, um sie über der Länge der Brennelementanordnungen in ihrer Lage zu halten.The spacer and support members 22, which are used to laterally connect the central parts of each Serving fuel rods are shown in FIG. 1 shown between the upper and lower retaining plate. Even though any two of these spacers have been shown, any number could be used that is necessary to produce the necessary support. Hold these spacers align the fuel rods in parallel and prevent impermissible vibration of these rods during the Operating. They can be attached to the guide rods 18 to move them over the length of the fuel assemblies to hold in their position.

In F i g. 2 ist die Art dargestellt, auf welche die Brennstoffstäbe in der Brennelementanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung befestigt sind. Die Brennstoffstäbe bestehen aus Rohren 24, die aus einem Material, wie z. B. einer Zirkoniumlegierung hergestellt sind und die ein spaltbares Material enthalten. Die oberen und unteren Enden der Rohre sind durch Abschlußkappen 26 und 28 abgeschlossen. Diese Kappen, die selbst auch aus einer Zirkoniumlegierung wie die Rohre selbst hergestellt sind, sind mit den Rohren beim Punkt 29 verschweißt. Die obere Abschlußkappe 26 besitzt eine Verlängerung 30, die in ein Loch 32 in der oberen Halteplatte 14 hineinreicht. Zwischen der Verlängerung 30 und dem Loch 32 existiert genügend Spiel, so daß sich die Verlängerung in dem Loch während aller Betriebsbedingungen frei in Längsrichtung bewegen kann. Diese Anordnung zusammen mit dem Spalt 34 zwischen der Abschlußkappe 26 und der oberen Halteplatte 14 gestattet eine unbeschränkte ungleichmäßige thermische Ausdehnung der Brennstoffstäbe. Löcher 36 in der oberen und der unteren Halteplatte ermöglichen die Kühlmittelströmung durch die Halteplatten.In Fig. FIG. 2 shows the manner in which the fuel rods in the fuel assembly according to FIG of the present invention are attached. The fuel rods consist of tubes 24 made of a material such as B. are made of a zirconium alloy and contain a fissile material. The upper and lower ends of the tubes are closed by end caps 26 and 28. These caps themselves are also made from a zirconium alloy like the tubes themselves are welded to the pipes at point 29. The top end cap 26 has a Extension 30 which extends into a hole 32 in the upper retaining plate 14. Between the renewal 30 and the hole 32 there is enough play so that the extension in the hole during can move freely in the longitudinal direction under all operating conditions. This arrangement along with the Gap 34 between the end cap 26 and the upper retaining plate 14 allows unlimited uneven thermal expansion of the fuel rods. Holes 36 in the top and bottom Retaining plates allow coolant to flow through the retaining plates.

Die Abschlußkappen 28 am unteren Ende der Brennelemente sind mit Sacklöchern 38 versehen. In der Grundplatte 16 sind auch Löcher 40 ausgebildet, die den Löchern 38 gegenüberliegen. Federbolzen 42 erstrecken sich teilweise in die Löcher in der Grundplatte und teilweise in die Löcher in den Abschlußkappen, und bilden so ein Befestigungsglied für die Brennstoff stäbe. Die Federbolzen, die im einzelnen in Fig. 3 dargestellt sind, sind geschlitzte rohrförmige Bolzen C-förmigen Querschnitts und im Handel erhältlich, vorzugsweise aus rostfreiem Stahl. Im entspannten Zustand ist der Durchmesser der Federbolzen größer als der der Löcher 38 und 40, so daß sie zur Montage zusammengepreßt werden müssen. Die Bolzen befestigen dadurch die Brennstoffstäbe fest an der unteren Grundplatte 16. Die Federbolzen besitzen normalerweise eine stufenlose Anfasung, so daß die Montage einfach durch ein Einpressen der Bolzen in die Löcher erzielt werden kann. Es ist ersichtlich, daß diese Montageverfahren weit einfacher als Verbolzen oder Verschweißen ist.The end caps 28 at the lower end of the fuel assemblies are provided with blind holes 38. In Holes 40 opposite to holes 38 are also formed in the base plate 16. Spring bolt 42 extend partly into the holes in the base plate and partly into the holes in the end caps, and so form a fastening member for the fuel rods. The spring bolts, which in detail 3, slotted tubular bolts of C-shaped cross-section are and are commercially available available, preferably made of stainless steel. In the relaxed state is the diameter of the spring bolt larger than that of the holes 38 and 40, so that they must be pressed together for assembly. The bolts thereby secure the fuel rods firmly to the lower base plate 16. The spring bolts usually have a stepless chamfer, so that the assembly simply by pressing in the Bolt into the holes can be achieved. It can be seen that this assembly method is far simpler than bolting or welding.

ίο F i g. 4 stellt ein anderes Ausführungsbeispiel des Federbolzens 44 dar, der von der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Dieser Typ des Federbolzens ist als Spiralfederbolzen bekannt und ist ebenfalls handelsüblich. Diese Spiralfederbolzen können in Löcher eingepaßt werden, deren Toleranzen größer sein können als bei den üblichen geschlitzten rohrförmigen Bolzen. Auf diese Weise muß das Bohren der Löcher nicht allzu genau geschehen. Beide Typen dieser Federbolzen verleihen der Verbindung beider Teile auf Grund des Federeffektes einigen stoßdämpfenden und vibrationdämpfenden Widerstand. Auf diese Weise wird die Übertragung von Schwingungen reduziert. Das leichte Spiel zwischen den vielen Windungen des Spiralbolzens dient zur Dämpfung größerer Stöße oder Schwingungen als bei den geschlitzten rohrförmigen Bolzen.ίο F i g. 4 illustrates another embodiment of the Spring bolt 44 that can be used by the present invention. This type of The spring bolt is known as a spiral spring bolt and is also commercially available. These coil spring bolts can be fitted into holes, the tolerances of which can be greater than the usual slotted ones tubular bolt. That way, the drilling of the holes need not be overly accurate. Both types of these spring bolts provide the connection between the two parts due to the spring effect some shock-absorbing and vibration-absorbing resistance. In this way the transmission will reduced by vibrations. The slight play between the many turns of the spiral bolt is used for damping larger shocks or vibrations than with the slotted tubular bolts.

Claims

Patent claims:

1. Fuel assembly consisting of a plurality of elongated fuel rods extending in parallel are attached to one another in a tensile manner on a holding plate adjacent to one end of the rods and at a hole is provided in this end of each fuel rod, which with one in this End of adjacent retaining plate formed hole is aligned and with devices that are extend partially into the holes in the fuel rods and into the holes in the retaining plate, to secure the end of each fuel rod in the associated hole in the retaining plate with tensile strength, characterized in that the fastening devices are spring bolts (42 or 44).

2. Fuel assembly according to claim 1, characterized in that the spring bolts are slotted, tubular bolts (24) of C-shaped cross section.

3. Fuel assembly according to claim 1, characterized in that the spring bolts (44) are spiral cross-section.

1 sheet of drawings