DE1810228A1

DE1810228A1 - Brennelementanordnung

Info

Publication number: DE1810228A1
Application number: DE19681810228
Authority: DE
Inventors: Krawiec Donald Michael
Original assignee: Combustion Engineering Inc
Current assignee: Combustion Engineering Inc
Priority date: 1967-12-05
Filing date: 1968-11-21
Publication date: 1969-10-16
Also published as: FR1595937A; SE341737B; CH486752A; GB1228610A; US3475273A

Description

y/5/GE 2914

20. 8. 1968 köAo

Anmelder: Combustion Engineering, Inc. Windsor, Connecticut, U.S»A.

Brennelementanordnung

Lblieherwaise befindet sich das Spaltmaterial für heterogene Kernreaktoren in mehreren dünnwandigen Rohren, den sogenannte Brennelementen, die in Gruppen zu Brennelementanordnungen zusammengefasst werden» Der Kern eines Reaktors besteht aus mehreren Brennelementanordnungen» Die Auslegung der Brennelementanordnungen und inbesondere die zur Lagerung der Brenn elemente notwendige Technik, bringt einige Probleme. Ein beträchtliches Problem wird durch die veränderlichen Neutronenflussverteilung über der Brennelementanordnung dargestellt, die eine höhere Erhitzung einiger Brennelemente in der Anordnung verursacht· Dies äuasert sich in einer ungleichmassigen thermischen Ausdehnung der Brennelemente in Längsrichtung· Damit übenaässige Spannungen in δ en einzelnen Brenn elementen und in den gesamten Brennelementanordnungen alt einer resultierenden Durchbiegung der Elemente verhindert werden, darf diese ungleichmässige Ausdehnung nicht behindert werden _β

Die Brennelemente sind üblicherweise in den Brennelementanordnungen in Abstand haltenden Reihen zwischen Endplatten angeordnet und dazwischen sind zusätzliche Stützgitter vorgesehen, Dia vorliegende Erfindung befasst eich in erster

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Linie mit Vorrichtungen, um die oberen ihden der Brennelemente ausgerichtet zu halten und um die Brennelemente in der Anordnun nieder zu halten, und zwar so, dass gleichzeitig die oben erwähnte ungleichmäealge thermische Autdehnung ermöglicht ist. Die vorliegende Erfindung ist besonders auf- Brennelementanordnungen anwendbar_t die In der Patentanmeldung O 44 858 VIII c 21g (BW 548) dargestellt sind, Bei den dort dargestellten Brenn elementanordnungen sind mehrere Brennelemente aus der Anordnung durch Fiihrungerohre für die Regelstäbe ersetzt. Diese Führungirohre erstrocken sieh über die ganza Länge der Brennelementanordnung und reichen über dao obere Ende der Brennelemente hinaus. Eine typische und bevorzugte Anordnung besitzt ein ia Zentrum der Brennelementanordnung abwärts führendes Führungsrohr mit weiteren vier Führungsrohren, die im gleichen Abstand um das zentrale Führungsrohr herum, und zwar vorzugsweise nahe den Ecken der Brennelementanordnung vorgesehen sind. Die Führungarohre dienen zur Aufnahme der Regelstabanordnung» von denen jade aus fünf Ragelstäben besteht, die den fünf Führungsrohren in der Brennelamentanordnung entsprechen.

Bisher war es üblich, die Brennelemente an ihrem unteren Ende durch Befestigungsvorrichtungen zu sichern, die die Brennelemente an der unteren Passplatte halten. Zum Teil bestehen diese Vorrichtungen aus Bolzen, die von den Brennelementen abwärts durch die untere Passplatte reichen und dann mit Muttern versehen sind» Dies erfordert, dass die Muttern mit dem richtigen Drehmoment angezogen werden und kann auf Grund der thermischen Ausdehnung der Bauteile während des Betriebs des Reaktors Probleme verursachen. Bei anderen Ausführungen werden die Brennelemente an der unteren '. Bassplatte angeschwelssto Dieses Verfahren ist besonders wegen der Verformung der unteren Fassplatte während des Schweissens nachteilig·

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AusBerdem ist aus der US-Patentschrift 3.54-5.267 die Verwendung flexibler Halteplatten an beiden Seiten der Brennelementanordnung bekannt« Diese bekannte Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, dasa sie die gesamte thermieche Ausdehnung der gesamten Brennelementanordnung nicht ermöglicht, sondern nur die Außdehnunß der einzelnen Elemente. Dies hat den Nachteil, dass die Elemente noch wesentlichen Spannungen ausgesetzt sind.

Die ßündung hat die Aufgabe, die Nachteile der bekannten Aus« führungen zu vermeiden« Eifindungsgemäss geschieht dies bei einer Brennelementanordnung aus mehreren parallelen Brennelementen, die an ihren oberen Enden durch eine bei thermischer Ausdehnung der Brennelemente biegsame Rückhalteplatte in ihre Lage gehalten sind, dadurch_t dass die Rückhalteplatte durch eine Vorrichtung in ihrer waagerechten Lage gehalten wird unddaas Rohre parallel zu den Brennelementen durch die Rückhalteplatte hindurch führen«

Bei der Ausführung nach der Erfindung oind dieee Vorrichtungen federnd ausgebildete Die Brennelemente sind in an sich bekannter Weise durch an ihren oberen Enden vorgesehene und durch öffnungen in der Rückhalteplatte führende Stehbolzen in ihre Lage gehalten und die RücVh-alteplatten besitzt weitere Öffnungen für die Eühlmittelströmungo

Oberhalb der Brennelemente ißt an den Rohren eine Haltevorrichtung befestigt und die federnde Vorrichtung besteht aus einer über federn Rohr zwischen der Haltevorrichtung und der Rückhalteplatte gleitfähig angeordneten Muffe, die durch eine zwischen ihr und der Haltevorrichtung angeordnete Druckfeder gegen die Rückhalteplatte gedruckt wird.

Bei der Ausführung nach der Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass die Brennelemente gleichzeitig an ihrem oberen Ende ausgerichtet und in der Brennelementanordnung niedergehalten werden

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ohne dass sie an ihren unteren Enden an der unteren Baesplatte Gefestigt werden müssen«

Ein weiterer forteil bestellt darin_t dass die flexible Halteplatte sowohl die Ausdehnung einzelner Brennelemente aufnimmt _s sich gleichzeitig aber auch als ganzes zusammen mit der gesamten Brennelementanordnung nach oben gegen die Druckfeder bewegen kann* so dass die Spannungen in den Elementen so teleln wie möglich sind»

Diese und weitere Forteile ergeben ßich aus der folgenden Be* Schreibung anhand der beigefügten Zeichnungen« In den Zeichnungen stellen dar:

Figur 1: einen Querschnitt durch den oberen Teil

einer Brennelementanordnung nach der vorliegenden Erfindung}

Figur 2: einen Schnitt längs Linie 2-2 der Figur 1 und

Figur 3i eine isometrische Darstellung der oberen Haltevorrichtung.

In Figur 1 ist das obere Ende einer Brennelementanordnung 10 dargestellt, die aus mehreren Brennelementen 12 besteht« Die Brennelemente sind üblicherweise längliche Rohre, die mit Spaltstoff, wie 25« be gesinterten UOg Kugeln gefüllt sind· Die Brennelemente führen nach unten zu einer unteren Passplatte und sind in ihr durch Bolzen zentriert, die von den unteren Enden der Brennelemente in entsprechende Löcher in der unteren P-assplatte führen. Die Brennelemente der Brennelementanordnung sirrd normalerweise in einem quadratischen Gitter angeordnet, obwohl die Erfindung nicht auf eine bestimmte Konfiguration beschränkt 1st. Die dargestellte Brennelement-anordnung besteht aus einem 14 χ 14 Gitter aus Brennelementen. Jedoch kann die Anzahl der Brennelemente in iJeder Anordnung offensichtlich wechseln.

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iiarii die Brenneiementanorüimng füJxren abwärts rjiira 14 für die Regelelemenbe, d» h^. die P.egelatäba, Jedes dieser Führungsrohre ersatzfc vier Brenfcöleükmfce in dar An« o^daung, wie es in Figur 2 dargestellt ist» Xr Jeder Brenn"» element anordnung sind fünf solche Führungsrohre vorgesehen, von denen eines im Zentrum der Anordnung und die anderen Tier nahe den Ecken der Brennelementanordnung vorlasehan. DIo Führungsrohr© reichen nach oben über die oberen Enden der Brennelemente hinaus (Figur 1) und sind an dar oberen Haltevorrichtung 16, wie im einzelnen in Figur 5 dargestellt, befestigt ο Die oberen Enden der Führungsrohre 14 reichen in die Lösher 18 in den Armen 20 dsr oberen Haltevorrichtung 16« H Die Löcher 18 sind mit einer Eindrehung 22 (Figur 1) versehen und die oberen Enden der Führungsrohre 18 Bind so erweitert ,■ dass sie sich der Form der Öffnung 18 und der Eindrehung 22 »Jipanssn und das Führungsrohr auf diese V/eisung in dem Arm befestigt,ist. Die Führungsrohre sind auch an der unteren Passplatte befestigt und halten die Brennelementanordnung zusammen»

Ali dnn oberen Enden der Brennelemente 12 sind Bolzen 24 vorge-S3h.sn. Die Rückhaltepiatte 26 besitzt öffnungen 28, in die die Bolzen 24 passen, so dass die oberen Endender Brennelement ausgerichtet bleiben. Ausserdem ist die Rückhalteplatte 26 mit μ Öffnungen 30 für die Kühlmittel3troiaung versehen. Diese öffnungen sind verhältnismässig gross, so dass der Strömungswiderstand der Rückhalteplatte so klein wie möglich wird» Ausserdem sind in der Rückhalteplatte 26 Öffnungen vorgesehen, durch die die Führungsrohre 14 führen.

die Rückhalteplatte 26 gegen die Brennelemente abwärts tu

n, ist eine Muffe 52 über jedem Führungsrohr 14 zwischen tlor Rückhalteplatte 26 und dem Arm 20 angeordnet. Zwischen dem o* -arc=». Ti'cide ^:. ü&n Mnf.ftm $2. uni <?«?." Araen-20 sind Ffjdoni ?4 vor«

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ga sahen j, die die Liuffen gegen die Rückhalteplatte 26 drücken und diese und daher auch die Brennelemente in ihrer Lage halten. Durch die Verwendung dieser Federn können sich die Rückhalteplatten 26 und die Muffen 32 gegen die Federkraft nach oben bewegen» so dass die gesamte thermische Ausdehnung der Brennelemente relativ zn den Führungsrohren aufgenommen wird«, Die Federn können z* B. als Federscheiben ausgebildet salüo Die öffnungen in der Rückhalteplatte 26 zur Aufnahme der Führungsrohre 14 sind gerade gross genug für die Führungsrohre 14 und klein genug, so dass die Muffen auf der Rückhalteplatte aufsitzen,

Damit die obere Haltevorrichtung und die oberen Enden der Brennelemente ausgerichtet bleiben, umgibt weiterhin eine Verstärkung 36 die oberen Enden der Brennelemente 12 und die Rückhalteplatte 26. Diese Verstärkung bildet einen Teil der oberen Haltevorrichtung 16 und ist an den Armen 20 durch die Eckträger 38 aufgehängt. Obwohl es nicht notwendig ist, kann dar Aussenrand der Rückhalteplatte 26 an der Verstärkung 36 befestigt z. B. angeschwelsst sein. Die obere Haltevorrichtung 16 kann als separate JSinhöit vor der Montage der Brennelementanordnung ausammengeschweisst werden, so dass das kostspielige SchwelSSTerfahren an der fertig montierten Einheit wegfällt. In der Praxis werden die Brennelemente und die Führungsrohre in ihren Gittern angeordnet und durch Bolzen oder dergl. bezüglich der unteren Passpiabte in ihrer Lage gehalten. Dann wird die Rückhalteplatte 26 über den Führungsrohren 14 und den Bolzen 24 am oberen Ende der Brennelemente angeordnet. Anechllessend werden die Muffen 32 und Federn 34 über die Führungsrohre 14 geschoben. Schliesslich wird die obere Haltevorrichtung 16 auf die Führungsrohre 14 gesetzt und Ale Anordnung durch Verformung der oberen Enden der Führungsrohre 14 in den öffnungen 18 alt den Eindrehungen 22 fertig montiert.

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Claims

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Pa ten tans prüche

lc) Breimeleffientanordnung aus mehi'Cjreii ijarallelon Brennelementen V die fen ihren oberen Enden durch eine bei therm! nahe: Ausdehnung der Brennelemente biegsame Rückhalteplatte iß ihrer '"Iiage" gehalten eind_t dadurch gekonnzeichnety (läse die Rüekhoitteplatte (26) durch eine Vorrichtung (32* 3Ό in ihrer waagerechten Iiage gehalten wird und dass Rohre parallel eu den Brennelementen durch die Rückhalteplatte liindupchführäßc

2c) Brenneleinentanordnuiiß nach Anspruch 1* dadurch gekennzeichnet, daeö die Vorrichtung federnd ausgebildet ißt.

3«) Brennelement anordnung nach Anspruch 1, dadurch net, dass in an sich bekannter Vfelee die Brennelemc-;nte■ (12) durch an ihren oberen Enden vorgesehen und durch öffnungen iri der Äückhalteplette (26) führende ßtehbolzeh (24) in Ihrer Iiage gehalten aiiid und fXaos die» Rückhalt splat,te (26) weitere Öffnungen (30) für die Kühlmittelströmung

^f.) Brennelensentanordnunß nach Anspruch 2_f dadurch (gekennzeichnet, dass oberhalb der Brennelemente (12) au den Koliren (| (14) eine Haitivorrichtung (20) befestigt und die federnde Vorrichtung aus einer über jedem Rohr (14.) zwischen der Haltevorrichtung (20) und der Rückhalteplatte (26) gleitfähig angeordneten Muffe (32) besteht, die durch eine zwischen ihr und der Haltevorrichtung (38) angeordnete Druckfeder (34) gegen die Rückhalteplatte (26) gedrückt wird-, ■■■'■■■ ■■'■■:

5.) Brennelenentanordnung nach An&pxncr. 3, dadurch gekennzeichnet, dasβ die an den Rohren (14) befestigte Haltevorrichtung (20) auch turn Anheben der Brennelementanordnung dient«

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