DE1564972A1 - Halterung fuer Brennstoffhuelsen im Atomreaktorgefaess - Google Patents

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. W. WEINKAUFF

FRANKFURTA.μ. GEORG-SPEYER-STRASSE ι

■United States Atomie Energy Commission in Germantown, Maryland, USA

Halterung für Brennstoffhülsen im Atomreaktorgefäß

Priorität : USA Ser.No. 464,587 vom 16. Juni 1965

Die Erfindung betrifft eine Halterung für Brennstoffhülsen im Atomreaktorgefäß.

Im Reaktorgefäß müssen die mit spaltbarem Material gefüllten Hülsen in gleichen gegensltigen Abständen gehalten werden, um eine gleichmäßige Verteilumg des Kühlmittelstromes und der Reaktionsgeschwindigkeit,vor allem in solchen nuklearen Reaktoren zu gewährleisten worin das Kühlmittel auch als Moderator für die Neutronen wirkt. Die bekannten Abstandhalter für diesen Zweck sind nach demSdhema eines Plattenverschlages gebaut aus gesohlitzten Metallstreifen, die Öffnungen bilden, wodurch die Brennst off hüls en gesteckt werden. Es sind auch MaeDhendrahtsysteme gleicher Raumform oder Wellenfedern zwischen den Brennstoffhülsen oder Wendelfedern auf diesen Hülsen als Abstandhalter bekannt»

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Maschenförmigea? Abstandhalter müssen aus Einzelelementen verschweißt oder hart gelötet oder sonst mit den Brennstoffhülsen oder dem Tragrohr im Reaktorgefäß fest verbunden werden,um eine Längsverschiebung des Abstandhalters im Gefäß zu verhindern. Wenn nun ein Abstandhalter-Element beschädigt wird oder sonstwie ausfällt, muß der ganze Einsatz aus dem Gefäß gezogen oder repariert werden, was recht aufwendig ist. Hingegen bestehen die Nachteile der ebenfalls bekannten über die Brennstoffhülsen als Abstandhalter geschobenen Wendelfedern in deren ungleichmäßiger Druckverteilung auf jede Brennstoffhülse, sowie in der örtlichen Verminderung des Wärmeübergangs von der Brennstoffhülse zum Kühlmittel, wodurch örtliche Uberhitzungen und Aufschmelzungen des Hülsenmantels, sowie ein gefährlicher Verlust von radioaktivem Material in das Kühlmittel entstehen und die Brennstoffhülsen vorzeitig unbrauchbar werden. - Die erfindungsgemäße Abstandhalter-Anordnung hingegen übt eine gleichmäßig geringe dem Temperaturgang federnd nachgebende zentrierende Kraft zwischen den Brennstoffhülsen aus, ohne den Kühlmittelstrom nennenswert zu beeinträchtigen, wobei die Abstandhalter-Elemente nicht fest miteinander oder mit dem Tragrohr oder den Brennstoffhülsen im Reaktoreinsatz verbunden sind und einzeln leicht gewartet werden können, mit wenigen und einfachen Werkzeugen·

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Die Erfindung möge anhand der in den Zeichnungen schematisoh dargestellten Ausführungsbeispiele weiter erläutert werden_c Es zeigten⁵

Figur '1 eine schaubildliche Ansicht

auf ein Abstandhalter-Element j

Figur 2 einen Radialschnitt durch einen zugehörigen Reaktoreinsatz;

Figur 3 einen entsprechenden Radialschnitt durch einen Reaktoreinsatz mit anders gestalteter Tragrohrhalterung der Abstandselemente j

Figur 4 in schaubildlicher Teilansicht einen Längsschnitt zu Figur 2;

Figur 5 eine Variante zu Figur 4 j

Figur 6 in sohaubildlioher Seitenansicht,

teilweise geschnitten, den Reaktoreinsatz zu» Figur 3J

Figur 7 in schaubildlicher Teilansicht das Tragrohr zum Reaktoreinsatz nach Figur 3·

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Die Brennstoffhülsen sind als Bündel in das nicht gezeichnete Reaktorgefäß eingesetzt im Kühlmittelstrom aus beispielsweise kochendem V/asser, Dampf oder Druckwasser.Die Brennstoffhülsen sind länglich und enthalten das spaltbare Kernmaterial. Die Gruppierung der Brennstoffhülsen ist im Radialschnitt wabenförmig, in einem Tragrohr, dem die Abstandhalter eingepaßt sind.

Ein solcher Abstandhalter 10 ist in Figur 1 gezeigte Er ist aus einem Metallstreifen 11 gebogen in Form eines gleichseitigen Dreiecks mit Augen 12, die in die Bken über je einen Haltteil 14 zur Anpassung an den Umriß der Brennstoffhülsen übergehen. Ein solcher Abstandhalter kann von einem entsprechendem hohlen Strangprofil abgeschnitten oder aus einem Blechstreifen gebogen werden, unter Verbindung der beiden Streifenenden* Verschiedene Abstandseinstellungen sind möglich durch entsprechende Krümmung der Dreiecksseiten des Streifens 11, wie bei 13 gestrichelt dargestellt.

Figur 2 zeigt einen Regüctoreinsatz 20 mit solchen Abstandhaltern 10' mit einem umgebenden Tragrohr 21, sowie einem Bündel aus sechs Brennstoffhülsen 22, wabenförmig gruppiert um eine zentrale Brennstoffhülse 23 im Tragrohr 21, und durch bekannte nicht gezeichnete Mittel oben und unten gegen längsverSchiebung abgestützte

Das Tragrohr 21 ist im wesentlichen zylindrisch und dabei in Umfangsrichtung gewellt, wodurch Mantelabschnitte 24 entstehen, die nach außen Kanäle 25 von annähernd 909842/0857

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konstantem Querschnitt an den äußeren Brennstoffhülsen 22 "begrenzen, durchweiche Kanäle das Kühlmittel zirkulieren kann. Zur Fixierung der Kanalquer schnitte sind SiliäS^^^fe im Tragrohr 21 gegenüber den Brennstoffhülsen 22 vorgesehen«,

Paare von erfindungsgemäßen Abstandhaltern 10 und 10' sind auf der aealiaSea Brennstoffhülse 23 zentriert. Die beiden dreieckförmigen Abstandhalter jedes Paares sind gegeneinander um 60° versetzt. Zur Einbringung eines solchen Paares werden die Absfandhalter 10 und 10' zuerst auf die zentrale Brennstoffhülse 23 -federnd und reibschlüssig gesteckt und dann mit dieser Hülse in das noch leere Tragrohr 21 gefädelt, wobei die Augen 12 und 12' jeweils in herausgewölbte Mantelabschnitte 24 tauchen, die später zur Bildung der Kühlmittelkanäle 25 vofgesehen sind. Wenn die vorbestimmte Eintauchtiefe erreicht ist, werden die Abstandhalter mit der zentralen Brennstoffhülse 23 geireht, so daß deren Augen 12 und 12» zwischen Anschläge im Tragrohr 21 gelangen, wie später beschrieben werden wird. Nach dieser Fixierung der Abstandhalter werden die Brennstoffhülsen 22 wabenförmig eingeschoben·

Verschiedene Ausführungsformen für die Anschläge zur Fixierung der Abstandhalter sind in den Figuren 2 bis 7 dargestellt. Die Figuren 2 und 4 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel in der T?orm kalottenförmigen Auspräguagen 30 im Tragrohr 21 auf dessen innersten Mantellinien 32, jeweils über und unter den Augen 12 und 12» eines Paares von Abstandhaltern 10 und 10'· Diese Anschläge können als Prägungen oder perforierte Streifen aus dem

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Tragrohrmaterial gebildet oder aufgeschweißt oder hart angelötet oder sonstwie im Tragrohr befestigt sein· Ein zweites ähnliches Ausführungsbei^piel gibt Figur 5, wobei die Anschläge 31 nicht kalottenförmig, sondern in Mantellinienrichtung gestreckt sind, um eine genaue axiale Fixierung der Abstandhalter zu gewährleisten. In den Figuren 4 und 5 sind Teile der Abstandhalter 10 und 10' geschnitten dargestellt, um deren Verankerung zwischen den Anschlägen im Tragrohr besser sichtbar zu machen. Ein drittes Ausführungsbeispiel ist in den Figuren 3,6 und 7 gezeigt, wobei die Verankerungsmittel für die Abstandhalter Einziehungen 41 im nach außen gewellten Bereich 43 des Tragrohres sind, entsprechend den Teilen 32 aus Figur 2, jedoch in Achsrichtung abwechselnd mit nicht eingezogenen Mantelbereich^44.Wie aus Figur 3 ersichtlich, sind die Abstandhalter 10,10· paarweise hintereinander und um 60° versetzt auf der mittleren Brennstoffhülse 23 zentrierte Die axiale Fixierung eines Paares von Abstandhaltern zwischen je zwei Einziehungen 41,41' ist in Figur 6 erkennbar. Das mit dem vollen Durchmesser ausgeführte Mantejt⁶!^ des Tragrohres 21 ist in Figur 7 nochmals herauüeichnet. In diesem nicht eingezogenen Mantelteil 44 sind die Augen 12 und 12' der Abstandhalter nach der Montage gelagert« Eingeführt werden auch hier die Abstandhalter mit der zentralen Brennstoffhülse 23» auf die sie federnd und reibschlüssig gesteckt sind. Wenn ein. Paar von Abstandhaltern 12,12' in Höhe der ihm zugeordneten Einziehungen 41,41' gelangt ist, werden die ffiLter mit der zentralen Brennstoffhülse gedreht, bis die Augen mit den jeweils zugehörigen Einziehungen fluchten.

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Die Einziehungen und Wellungen können aus einem zunächst zylindrischen Tragrohr 21 durch Rollen, Pressen, Druckflüssigkeit oder ähnliche Verfahren geformt werden·

Durch entsprechende Bemessung des Abstands zusammengehöriger Anschläge im Tragrohr dieser Ausführungsbeispiele kann in Achsrichtung der Sitz der Abstandhalter lose oder fest gemacht werden,, Ein loser Sitz hat den Vorteil, daß er unterschiedlichen Temperaturgang aller Teile des Reaktßreinsatzes mit minimalem Zwang zuläßt, wobei die Abstandhalter gegenüber dem Tragrohr und den Brennstoffhülsen mit geringer Reibung und minimalem Verschleiß gleiten könneiu

Beispielsweise können die Brennstoffhülsen einen Außendurchmesser von etwa 11,4 mm haben, die umgebenden Wellungen im Tragrohr einen Durchmesser von ungefähr 12,7 mm, wobei die Brennstoffhülsen einen gegenseitigen Abstand von 14,5mm haben können und der äußere Durchmesser des Tragrohres zwischen 25,4- und 15,9 mm liegen kann_o Die Abstandhalter können aus Blech mit einer !Stärke von 0,25 mm und einer Breite von 8 mm sein. Zwischen den Abstandhalterpaaren kann in Achsrichtung ein Abstand von 178 mm liegen, zwischen den Anschlägen für die Abstandhalter eine axiale Entfernung von 152 mm. Dann ist in Achsrichtung der Druckverlust des strömenden Kühlmittels gleich oder kleiner als bei Verwendung zweier herkömmlicher Spiraliger Abstandhalter auf jeder Brennstoffdüse, aus Draht von 1,59 mm Stärke? und mit einer Ganghöhe von 153 nun, Dabei wird jedoch mit diesem erfindun^sgemäßen Ausführungsbeispiel die Neutronenabsorbtion im Metall der Abstandhalteranordnung wesentlich geringer«

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SAD

Claims (1)

1. • θ -

   Patentansprüche

   1«) Federnde Halterung für wabenförmig in einem Atomreaktorgefäß gebündelt· längliche Brenmstoffhülsen, gekennzeichnet durch paarweiee hintereinander und in Umfangerichtung um 60° gegeneinander versetzte dreieckförmige Abstandhalter (10) aus Blech» die mit den Spitzen angeformten Augen (12) zwischen Anschlägen (30 bz*. 31» bzw· 41) in einem gewellten Tragrohr (21) gelagert sind, das ein Bündel von jeweils sieben Brennstoffhülsen unter Bildung axialer Kühlmittelkanäle (25) umgibt.

   2·) Halterung naoh Anspruch 1, dadureh gekennzeichnet, dafl der Abstandhalter (10) aus einem endlos zusammengefügten Blechstreifen gebildet ist·

   3·) Halterung naoh Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge zur axialen Fixierung der Abstandhalter (10) Ausprägungen (30 bzw« 31) im inneren Mantellienienfeereioh des Tragrohreβ (21) sind.

   4.) Halterung naoh Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet» daß die Anschläge Einziehungen (41»41*) im !Dragrohr (21)«ind.

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