DE1930981B2 - Distanzgitter für die Halterung der Brennstoffelemente in Kernreaktoren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Distan/.gilter zur Halterung der Brennstoffelemente in Kernreaktoren, bestehend aus einer Vielzahl von einander kreuzenden plattenförmigen Distanzelementen, die aus einem Material mit niedrigem Neutroneneinfangquersehnitt bestehen, wobei die Distanzelcmcnte in die Gittermaschen vorspringende Bügel aufweisen und mittels Schlitzstcckverbindungen zusammengebaut sind, sowie aus Federzwingen, die aus einem Material mit bei Strahlungsbelastung stabilcrem Elastizitätsmodul als bei dem Material der Distanzclemente bestehen, in Schlitzen der Distanzelementc aufgenommen sind und sich mit vorspringenden Fcdcrteilcn in eine Anzahl von benachbarten Maschen erstrecken.

Ein derartiges Distanzgitter ist aus der CiI-PS 335 bekannt, jedoch erstrecken sich hierbei die vorspringenden Federteile ohne zusätzliche Abstützung ihrer Enden in die zwischen den Distan/.elcmenten liegendcn Gitterräume, so daß sie nicht sicher cingcfangen sind und sich in Horizontalrichtung bewegen können, während sie in Vertikalrichtung von Distanzclementen gehalten werden. Die Ermöglicliung einer Ik₁-ri/.ontalbewegung ist aber infolge Vibrutionserscheinungen des Höhennuuerials der Brennstoffstiibe nachteilig, da hierdurch Bruch eintreten oder zumindest die Sicherheit nicht mehr als gewährleistet angesehen werden kann. . „.

Ferner ist aus der L)S-PS 3 301 765 ein Disianzgitier zum gleichen Zweck bekannt, das Federelemenii-- aufweist, die weder in Vertikal- noch in Horizontalrichtung eingcfangen sind, sondern um bestimmte Strecken in beiden Richtungen beweglich sind. Dr bereits genannten Nachteile treten daher hier besonders auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Distanzgilter zu schaffen, bei dem die Federteile sowohl gegen Horizontal- als auch gegen Vertikalbewegungen ohne das Erfordernis von Schweißungen zwischen den Federteilen und den Distanzelementen des Distanzgitters gesichert sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem .-ingaiii?s genannten Distanzgitter dadurch eelöst. daß die Fedcrzuingen ihrerseits Schlitze aufweisen zum \usbilden von räumlich von den Schlitzstcckverbindun-Jcn üctrennien. die Lage der Federzwingen in allen Richtungen sichernden Formschlußvcrbindiingen zwischen jeweils einer Federzwinge und einem Giiierkreu/ungspuiikt.

Die Federzwingen können aus Rohrstückcr. bestehen mit zwei Paaren einander gegenüberliegender, nach außen hervorstehender Federteile und mit je /v. ei Schlitzen am oberen und unteren Ende, die einander paarweise gegenüberliegen, paarweise gegeneinander versetzt sind und mit den Distan/.elementen im Eingriff stehen. Zweckmäßigerweisc werden die Federteile einsiückig mit den Federzwingen ausgebildet, wobei die Federteile einen ballig ausgebildeten Scheitel aufweisen können. Die Schütze der Formschlußverbindiing in den Disianzelementen werden zweckmäßigerweise nach innen abgeschrägt ausgebildet.

Bei einem derartigen Distanzgitter sind nicht nur die Fcdcrieile gegen Horizont;»!- jnd Vcrtikalbcwegungen gesichert, vielmehr ergibt sich auch ein einfacher Zusammenbau durch Ineinanderstccken bei einer einfachen und ökonomischen Fertigung der einzelnen Gittertcilc.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine isometrische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Distanzgitters;

F i g. 2 zeigt eine Teil-Draufsicht auf das Distanzgitter von F i g. 1;

F i g. 3 zeigt eine Draufsicht auf eine Federzwinge die zur Verwendung in dem Distanzgitter von F i g. I und 2 geeignet ist:

F i g. 4 zeigt eine Seitenansicht der Federzwinger von F i g. 3;

F i g. 5 zeigt eine Teil-Seitenansicht eines ersten Di stanzclemcntes des Distanzgitters von F-" i g. 1 und 2;

Γ i g. b zeigt eine Teil-Seitenansicht eines zweiter Distanzclementcs des Distanzgitters von F i g. I und 2;

F i g. 7 zeigt eine Stirnansicht des Distanzclementci von F" i g. 6;

F i g. 8 zeigt eine Tcil-Seilenansicht eines Unifangs elcmcntcs am Umfang des Oislaivgitters mit den züge hörigen Distan/.elementen.

Zur Herstellung des dargestellten Distanzgitter werden zwei unterschiedliche Formen von Distanzelc mentcti 10, 12 durch Stanzen oder durch eine anclcn

Bearbeitung von Blechen aus einer zirkoniumlegierung erzeugt, wie sie unter dem llandelsnahmen »Zireuloy« erhältlich ist. Die Disianzelemente 10, 12 sind entsprechend mil Ausschnitten 14 und 16 zur Verringerung der Masse des Distanzgiiters versehen, wodurch der Renklurwirkungsgrad erhöht, das verhältnismäßig teure Material eingespart wird und die Brennstoffelemente in erhöhtem Maß dem Kühlmittelstrom ausgesetzt werden.

Die Distanzelemente 10 haben Schlitze 18 und 20, die sich von einem ihrer Längsränder einwärts erstrecken. Die Schlitze 18 laufen vom Rand aus nach innen etwas aufeinander zu und sind für die Aufnahme von Federzwingen 28 ausgebildet, während die Schlitze 20 bei zusammengebauten Distanzgittern quer dazu ausgerichtete Distanzelemente aufnehmen.

Die Distanzelemente 12 sind mit Schlitzen 22 versehen, die bei zusammengebauten Distanzgiuer quer dazu ausgerichtete Distanzelementc aufnehmen. Zwischen den Schlitzen 22 und am Rund der Disianzele- ao mente 12 als auch am gegenüberliegenden Rand sind paarweise Bügel 24 und 26 ausgestanzt. Diese Bügel 24. 26 sind am besten bei gleichzeitiger Betrachtung von F i g. 1 und 7 zu erkennen, wobei die Bügel 24 von einer Seite des Distanzelemcntes und die Bügel 26 von dem Distanzelement in der entgegengesetzten Richtung nach außen hervorstehen. Wie weiter unten bei der Erläuterung der F i g. 2 beschrieben, berühren die Bügel die in das Distanzgiuer nach dessen Zusammenbau eingesetzten Brennstoffelemente und stützen diese somit teilweise ab. Es ist besonders zu bemerken, daß die Bügel so geformt sind, daß sie abgerundete Scheitel 27 haben, wodurch sich eine Punktberührung mit den Brennstoffelementen ergibt.

Die Feder/.wingen 28, die in der weiter unten /u beschreibenden Weise beim Zusammenbau des Distanzgitters an den Distanzelementcn eingesetzt werden, werden vorzugsweise aus einer Legierung aus 15% Chrom. 77% Nickel und 7% Eisen, wie sie unter dem lland-lsnamen »Inconel« erhältlich ist. hergestellt. Während es erwünscht ist. daß das Material, aus dem die Federzwingen 28 hergestellt sind, einen möglichst geringen Neutronen-Absorptionsqi.erschnitt haben, müssen die Federzwingen auch aus einem Material bestehen, das gute Langzeit-Spannungs-Relaxationseigenschaften hat und das demgemäß unter langzeitiger intensiver Bestrahlung keine nennenswerte Verringerung seiner Elastizität oder seiner Fedcrungscigcnschaftcn erleidet. Die Federzwingen 28 können aus im Querschnitt quadratischem Rohrmatcrial hergestellt sein. Auch können die Federzwingen aus flachem Materia¹ hergestellt werden, das dann erst zwecks Schaffung nach außen hervorstehender Fcdcrtcilc 30 ausgestanzt wird. Danach wird eine Vielzahl von Schlitzen 32 und 34. die sich entsprechend einwärts von entgegengesetzten Randern des flachen Materials erstrecken, ausgebildet. Das flache Aiisgangsmaterial wird sodann in die quadratische Qucrschniitsfurm gebogen, und /war derart, daß die Schlitze 32 und 34 an den Kanten der F-'t'derxwingcn 28 liegen und die Federteile JO sich an den Seiten der Federzwinge befinden. Die Herstellung der Federzwinge 28 wird danach an den Kanten beendet durch Löten oder Schweißen des Materials, an denen es nach dem Biegen aufeinandertrifft. Es ist zu bemerken, daß die Federzwingen nicht so hoch sind wie die Distanzelemente, da ihre Größe im Interesse des Wirkungsgrades so gering wie möglich gehalten wird, da das Material, aus dem die F'ederzwinuen hergestellt sind, einen verhältnismäßig hohen Absorptionsquerschnitt hui. Bei einem typischen Ausführungsbeispiel waren die Federzwingen etwa 22 mm hoch, während die Distanzelemente eine Höhe von etwa 38 mm hatten. Es sei auch bemerkt, daß die Federteile 30 an ihren äußersten Stellen, die in Berührung mit den Brennstoffelementen kommen, ebenfalls leicht ballig abgerundet sind. Dementsprechend besteht eine Punkiberührung zwischen jedem Federteil 30 und dem Brennstoffelement, das den Federteil in dem Distanzgitter festhält.

Der aus F i g. 8 ersichtliche Umfangsslreifen 36 wird ebenfalls aus einer Zirkoniumlegierung hergestellt und mit Ausschnitten 38 versehen. Zusätzlich hat der Umfangsstreifen 36 Paare gegenüberliegend angeordneter Bügel 40, die sich zur Innenseite des zusammengebauten Distanzgitters erstrecken. Die Umfangsstreifen 36 sind mit sich auswärts erstreckenden, durch Prägen geformten, gebogenen Abschnitten ausgebildet, die ein Aufhängen aufeinanderfolgender Brennstoffanordnunger. aneinander während der Brennstoffbeschickung des Reaktors verhindern.

Unter Bezugnahme auf Fig.! und 2 sei nun der Zusammenbau des Distanzgitters nach der Erfindung beschrieben. Der anfängliche Arbeitsschritt beim Zusammenbau besteht darin, sich einer Haltevorrichtung zu bedienen, die eine Vielzahl von Distanzelementen 10. 12 in aufrechter Stellung abstützt oder trägt. Abwechselnd werden üistanzelemente 12 und 10 in der Haltevorrichtung parallel zueinander angeordnet. Wie in F i g. 2 zu erkennen, die eine teilweise Draufsicht des vollsländigen Distanzgitters mit darin befindlichen angedeuteten Brennstoffelementen 42, 42,7 ist, werden abwechselnd Distanzelemente 12a und 10a in die Haltevorrichtung eingesetzt. In dieser Lage weisen die Schlitze in den Distanzelementen 12«?, 10a nach oben. Als nächstes werden die Federzwingen 28 in die aufwärts weisenden Schlitze 18 in den Distanzelementen 10.Ί eingesetzt. Nachdem sie auf den D^;stanzelementen 10,1 angeordnet sind, weisen die Schlitze 32 der Federzwingen 28 abwärts und greifen in die leicht gegeneinander geneigten Schlitze 18 in den Distanzelementen 10./ ein. Danach werden dir; Distanzelemente \2b und lOi) eingefügt. Die Distanzelemenie 10ό und 126 verlaufen natürlich parallel zueinander und erstrecken sich quer zu den vorher festgelegten unteren Distanzelcmcnten 10,/und 12a. Die Schlitze 18 in den quer verlaufenden Distanzclcmenten iOb greifen in die Schlitze 34 in dem freien oder sich aufwärts erstreckenden Ende der Federzwingen 28 ein. und somit werden die Feder zwingen 28 nach allen Richtungen durch sichernde Formschliißverbindiingen 18-32-34 vollständig senkrecht eingeschlossen oder festgehalten. Die Neigung der Schlitze 18 in den Federzwingen 28 stellt einen engen PaßsiiZ sicher und verhindert somit ein Scheuern und Reiben und bildet eine Sicherung dagegen, daß die Federicile 30 sich lockern und ihre Funktion als elastische llal'ctcilc nicht erfüllen. Die Schlitze 20 in den quer verlaufenden Disian/elenienten 105 greifen abwechselnd in Schlitze 22 in den Distanzelementen 12.7 und in Schlitze 20 in den Distanzelemcnten 10a ein. Ebenso erstrecken sich die Schlitze 22 in den quer verlaufenden Distanzelementen 12b abwärts und greifen abwechseh.d in Schlitze 20 von Distanzelementen 10a und in Schlitze 22 io Distanzelemcnten 12a ein.

Nach dem Zusammenbau des Distanzgiuers in der beschriebenen Weise weiden die Umfangsstreifen 36. von denen cmc größere Anzahl verwendet wird, a-i den

Freien linden der Distanzdemente befestigt und an diese /ur Vervollständigung ties Distanzgitters angeschweißt. Die Disttin/.clemeiite werden auch im ilen Ciilterkreii/iingspiinklen verschweißt, um mil Sicherheit ein siiirres Distanzgilter zu erhalten. Nach dem Zusammenbau können die Brennstoffelemente 42 in tlas Distanzgitlcr eingesetzt werden. Wie hei gleich/eiliger Betrachtung der Γ i g. I und 2 zu erkennen ist, wird jedes der inneren Brennstoffelemente, d. h. diejenigen, die sieh nicht neben einem UmFangsstreifen 3fi befinden, wie das Brennstoffelement 42.;. an fünf Punkten gehalten, dem l'cdcrteil 30 und den Scheiteln an zwei Paaren von Bügeln 24 lind 26. F3ie Brennstoffelemenie 42 neben einem Umfangsstreifen 36 werilei ebenfalls an fünf Punkten gehallen, wobei ein Beruh riingspunkt durch ein Paar von Bügeln 40 und mit Aus nähme der Ixkelemente durch ein Paar von Bügeln ai den Distanzelemcntcn gebildet wird.

Bei dem in F i g. 2 gezeigten Distanzgitter isi and Sorge gelragen worden für innere Kontroll- oder Ue gelsiiibc. lim dies zu erreichen, sind bestimmte Di Stanzelemente 10. 12 derart unterbrochen, dall ein Kon ίο troll- oder Kegelstabrohr 44 eingesetzt werden kann Die benachbarten Distanzclemenle werden an der Schnittpunkten der Distan/elementc an das Kehr 4< angeschweißt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Distanzgiiter zur Halterung der Brennstoffelemente in Kernreaktoren, bestehend aus einer Vielzahl von einander kreuzenden plattenförmigen Distanzelementen, die aus einem Material mit niedrigem Neutroneneinfangquersehnitt bestehen, wobei die Distanzelemente in die Gittermaschen vorspringende Bügel aufweisen und mittels Sehlitzsteekverbindungen zusammengebaut sind, sowie aus Federzwingen, die aus einem Material mit bei Strahlungsbelastung stabilerem Elastizitätsmodul als bei dem Material der Distanzelemente bestehen, in Schlitzen der Distanzelemente aufgenommen sind und sich mit vorspringenden Federteilen ^;n eine Anzahl von benachbarten Maschen erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Federzwingen (28) ihrerseits Schlitze (32. 34) aufweisen zum Ausbilden von räumlich von den Schlitzsteckverbinden (20) getrennt!.·u die Lage der Federzwingen in allen Richtungen sichernden Formschlußverbindungen (18-32-34) /wischen jeweils einer Feder/winge und einem Gitterkreuzungspunkt.

2. Distanzgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federzwingen (28) aus Rohrstücken bestehen mit zwei ^Daaren einander gegenüberliegender, nach außen hervorstehender Federteile (30) und mit je zwei Schlitzen (32, 34) am oberen und unteren Ende, die einander paarweise gegenüberli.^en, paarweise gegeneinander versetzt sind und mit den Distanzelementen (10. 12) im Eingriff stehen.

3. Distanzgitter narh Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ftderteile (30) einstückig mit den Federzwingen (28) ausgebildet sind.

4. Distanzgitter nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federteile (30) einen baliig ausgebildeten Scheitel aufweisen.

5. Distanzgitter nach einem der Ansprüche 1 bis

4. dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (18) der Formschlußverbindung (18, 32. 34) nach innen abgeschrägt sind.