DE1564434C3 - Abstandshalter für Brennelemente mit einer Vielzahl von Brennstoff Stäben - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Abstandshalter für Brennelemente mit einer Vielzahl von Brennstoffstäben in quadratischer Anordnung, bestehend aus über Stege verbundenen Rohrabschnitten, die zwischen je vier benachbarten Brennstoffstäben angeordnet sind.

Brennelemente von wassergekühlten Reaktoren bestehen meist aus einer Vielzahl von Brennstoffstäben in quadratischer Anordnung, die zu einem Bündel zusammengefaßt und an den Stirnseiten fixiert sind. Aus der Tatsache, daß die relativ langen Stäbe im Betrieb zum Durchbiegen und zu Schwingungen neigen, ergibt sich die Forderung, mehrere Abstandshalterungen über die Länge des Bündels verteilt anzubringen. Bekannte Ausführungen von Abstandshalterungen bestehen beispielsweise aus rasterförmigen Steggittern, deren Stege mit federnden Zungen versehen sind. Ferner gibt es Halterungen, bei denen quadratische Klemmstücke zu einem Gitter zusammengefaßt sind, wobei jedes dieser Klemmstücke einen Brennstoffstab umschließt und federnd in der vorgegebenen Lage festhält. Weitere Formen sind z. B. runde Rohrabschnitte, die zwischen je vier Brennstoffstäben angeordnet und über Stege miteinander verbunden sind.

Von Abstandshaltern wird verlangt, daß sie einen geringen Strömungswiderstand und eine geringe Masse aufweisen sowie einen einfachen Zusammenbau des Brennelementes ermöglichen. Neben einer sicheren Fixierung in der Querrichtung soll eine axiale Ausdehnungsmöglichkeit der Brennstoffstäbe bestehen. Die ausgeführten bzw. beschriebenen Abstandshalterkonstruktionen erfüllen diese Forderungen nur teilweise. So bestehen bei der Ausführung mit runden Rohrabschnitten wegen ihrer Starrheit Schwierigkeiten bei der Montage und bei der axialen Dehnung der Brennstoffstäbe, während der aus einzelnen Klemmstücken bestehende Abstandshalter eine relativ große Masse aufweist.

Auch sind Abstandshalter für Brennstoffstäbe bekannt, bei denen mit Biegefedern versehene, direkt aneinandergefügte Rohrabschnitte die Brennstoffstäbe enthalten (FR-PS 1 285 669). Diese Abstandshalter haben den Nachteil, daß sich in ihnen die bei der Rohrfertigung ergebenden Meßtoleranzen addieren und zu Schwierigkeiten bei der geforderten engen Einhaltung eines vorgegebenen Außenmaßes des aus beispielsweise 200 bis 300 Einheiten bestehenden Gitters führten. Außerdem wird durch das Verlöten oder Verschweißen der Rohrabschnitte der Zusammenbau sehr aufwendig. Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abstandshalter für Brennelemente mit einer Vielzahl von Brennstoffstäben zu schaffen, der bei geringer Masse eine federnde Fixierung der Brennstoffstäbe, einen einfachen Zusammenbau des Elementes und eine gute Meßgenauigkeit des Gitters ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Abstandshalter erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rohrabschnitte einen im wesentlichen quadratisehen Querschnitt aufweisen und in an sich bekannter Weise an den Seitenflächen mit Biegefedern versehen sind.

Damit wird jeder Brennstoffstab von vier Federn in de^r vorgegebenen Lage fixiert. Die Federn erlauben sowohl ein einfaches Einschieben der Stäbe als auch deren Dehnung in axialer Richtung während des Reaktorbetriebes. Bei einem eventuellen Versagen der Federn nach längerem Betrieb besteht keine Gefahr einer unzulässigen Stabauslenkung, da der Brennstoffstab in diesem Falle an den Seitenflächen der quadratischen Rohrabschnitte zur Anlage kommt.

Der erfindungsgemäße Abstandshalter hat den weiteren Vorteil, daß durch die Verbindung der Rohrabschnitte über Stege die Abweichungen von einem vorgegebenen Abstandsmaß sehr klein gehalten werden können, da die Stege mittels Präzisionsstanzwerkzeugen sehr maßgenau hergestellt werden können. Die Montage der Abstandshalter aus Rohrabschnitten und Stegen ist außerdem durch das erforderliche Zusammenstecken einfach und schnell durchführbar.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Kombination von Biegefedern und relativ starren Anschlägen mit dem Ziel, auf den Brennstoffstab Momente auszuüben, die einer Durchbiegung der Stäbe unter dem Einfluß von Schwingungen entgegenwirken. Auf diese Weise kann die Federkraft und damit die Dicke der quadratischen Rohrabschnitte klein gehalten werden. Die Abbildungen veranschaulichen beispielhaft und vereinfacht die Ausführungen. Es zeigt A b b. I ausschnittsweise einen erfindungsgemäßen Abstandshalter in perspektivischer Darstellung, A b b. II die Seitenansicht eines quadratischen Rohrabschnittes für einen Abstandshalter gemäß A b b. I, Abb. III ausschnittsweise die Ansicht einer zweiten Variante,

A b b. IV ausschnittsweise einen Schnitt entlang der Linie A-A durch einen Abstandshalter gemäß Abb. III, A b b. V ausschnitt? eise die Ansicht einer weiteren Variante,

Abb. VI ausschnittsweise einen Schnitt entlang der Linie A-A durch einen Abstandshalter gemäß A b b. V. Gemäß den A b b. I und II besteht eine erste Ausführungsform des erfindur.gsgemäßen Abstandshalters aus

quadratischen Rohrabschnitten 1, die mit Biegefedern 2 versehen und über Stege 3 miteinander verbunden sind. Die quadratischen Rohrabschnitte 1 sitzen zwischen je vier benachbarten Brennstoffstäben 4. Dadurch wirken je vier Biegefedern 2 auf einen Brennstoffstab 4 und halten diesen in der vorgegebenen Position. Die Biegefedern 2 sind aus den Seitenflächen der quadratischen Rohrabschnitte 1 ausgestanzt und weisen in der Mitte eine nach außen gekrümmte Nase 5 auf, die über die ganze Breite der Feder 2 ausgeprägt ist.

Die A b b. IH und IV zeigen eine zweite Ausführungsform, bei der über Stege 3 verbundene quadratische Rohrabschnitte 6 an beiden Enden in der Verlängerung der Seitenflächen mit trapezförmigen Biegefedern 7 versehen sind. Jeder Brennstoffstab 10 wird also von acht Federn 7 fixiert. Da sich die Kraftangriffspunkte der Federn 7 in zwei übereinanderliegenden Ebenen befinden, wirken auf die Brennstoffstäbe 10 Momente, die einer Auslenkung unter dem Einfluß des strömenden Kühlmittels entgegenwirken.

Die A b b. V und VI stellen eine dritte Ausführungsform dar, bei der ebenfalls hemmende Momente der Durchbiegung der Brennstoffstäbe 16 entgegenwirken. Es finden zwei Ausführungen von quadratischen Rohrabschnitten Verwendung: Abschnitte 11 mit Biegefedern 12 wechseln im Stegraster ab mit quadratischen Rohrabschnitten 13, an denen an allen Seitenflächen oben und unten Nocken 14 ausgeprägt sind. Im Raster wird an den Kreuzungsstellen der Stege 15 abwechselnd eine Reihe mit Abschnitten 11 und 13 besetzt. Dadurch liegen in jeder Brennstoffstabposition in zwei senkrecht zueinander liegenden Ebenen zwei Biegefedern 12 gegenüber je zwei Nocken 14, die um einen gewissen Abstand gegenüber dem Kraftangriffspunkt der Biegefedern, d. h. der Nase 17, versetzt sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Abstandshalter für Brennelemente mit einer Vielzahl von Brennstoffstäben in quadratischer Anordnung, bestehend aus über Stege verbundenen Rohrabschnitten, die zwischen je vier benachbarten Brennstoffstäben angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrabschnitte (1 und 6) einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt aufweisen und in an sich bekannter Weise an den Seitenflächen mit Biegefedern (2 und 7) versehen sind.

2. Abstandshalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegefedern (2) aus den Seitenflächen der im wesentlichen quadratischen Rohrabschnitte ausgestanzt und/oder geprägt sind.

3. Abstandshalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die quadratischen Rohrabschnitte an beiden Enden in der Verlängerung der Seitenflächen mit je vier trapezförmigen Biegefedern (7) versehen sind.

4. Abstandshalter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Stegraster abwechselnd quadratische Rohrabschnitte mit Biegefedern (2) und quadratische Rohrabschnitte mit relativ starren Anschlägen in Form von Nocken (9) so angeordnet sind, daß jeder Brennstoffstab von zwei senkrecht zueinander stehenden Federn (2) gegen je zwei gegenüber dem Kraftangriffspunkt der Federn versetzte Nocken (9) gedruckt wird.