DE1958152A1

DE1958152A1 - Klemmsystem fuer einen Reaktorkern

Info

Publication number: DE1958152A1
Application number: DE19691958152
Authority: DE
Inventors: Hansen Ned Parley; Guenther Ralph William
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-11-26
Filing date: 1969-11-19
Publication date: 1970-08-13
Also published as: SE346651B; FR2024242B1; US3627634A; JPS497835B1; FR2024242A1; DE1958152C3; DE1958152B2

Description

Klemmsystem für einen Reaktorkern

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Kernspaltkettenreaktionen und Reaktoren in denen sie stattfinden sind seit langem bekannt. Ein typischer Reaktor besitzt eine Anordnung für die Kettenreaktion oder einen Kern, der aus Kernbrennstoffmaterial besteht, das in Brennstoffelementen enthalten ist. Das Brennstoffmaterial ist im allgemeinen in korrosionsfesten wärmeleitfähigen Behältern oder Umhüllungen untergebracht. Der Reaktorkern, der aus vielen solcher Brennstoffelemente in räumlicher Zuordnung zueinander, aus Steuerstäben oder Blechen, aus im Kern befindlichen Instrumentierungen usw. besteht, ist in einem Behälter oder einer Ummantelung eingeschlossen, durch die das Reaktorkühlmittel strömt. Wenn das Kühlmittel den durch die Brennstoffelemente gebildeten Zwischenraum durchströmt, wird es durch thermische Enrgie aufgeheizt, die im Brennstoff während der Spaltreaktionen freigegeben wird. Das erwärmte Kühlmittel verläßt sodann den Reaktor, wobei die Wärmeenergie zur Leistung brauchbarer Arbeit, beispielsweise den Antrieb eines Turbinengeneratorsatzes, zur Erzeugung elektrischer Energie ausgenutzt wird. Das dadurch abgekühlte

Kühlmittel wird sodann dem Reaktor erneut zugeführt.

In typischen kommerziellen Kernkraftwerken besteht das Kühlmittel aus Wasser, das unter Druck erwärmt werden oder im Kern verdampft werden kann. Es sind auch bereits Reaktoren bekannt, die Dampf als Kühlmittel verwenden. In Kernkraftwerken dieser Art wird gesättigter Dampf dem Reaktor zugeführt, und beim Durchströmen des Kernes überhitzt. Der überhitzte Dampf verläßt den Reaktor und wird, während er Arbeit leistet, abgekühlt, kondensiert, erneut verdampft und dem Reaktor wieder zugeleitet. Dieses System wird für viele Anwendungszwecke bevorzugt, da Dampf bei hohen Temperaturen und Drucken nützlicher ist, als Dampf mit niedrigen Temperaturen, der durch konventionelle Druckwasser- und Siedewasser-Reaktoren erzeugt wird. So weisen z.B. elektrische energieerzeugende Turbinen einen höheren Wirkungsgrad auf und arbeiten wirtschaftlicher, wenn sie statt mit gesättigtem Dampf mit überhitztem Dampf angetrieben werden. Die bekannten dampfgekühlten Reaktoren stellen im weitesten Sinne einen Kompromiß zwischen verschiedenen entgegengerichteten Veränderlichen dar. So ist es z.B. erwünscht, daß die Steuerstäbe oder Bleche von oben in den Kern eingeführt werden, so daß die Schwerkraft das Einfahren unterstützt. Es ist jedoch ebenso erwünscht, daß die Dampfkühlkanäle für eine aufwärtsgerichtete Strömung ausgelegt werden, so daß dann, wenn der Reaktorkern abgeschaltet und mit Wasser geflutet wird, das Wasser mindestens teilweise unter Mitwirkung der natürlichen Konvektion (nach oben gerichtet) zirkulieren kann. Eine aufwärtsgerichtete Strömung des Kühlmittels, welche an den von oben eingeführten Steuerstäben entlang strömt, bewirkt jedoch auf die Stäbe hydraulische Kräfte, die größer sein können als die Schwerekräfte.

In vielen bekannten dampfgekühlten Reaktoren ist es notwendig, einen Teil des einströmenden gesättigten Dampfes durch nicht mit Brennstoff versehene Elemente zuzeiten, wie beispielsweise Steuerstäbe und Instrumentierungseinrichtungen, um diese zu kühlen, anstatt es durch den brennstoffenthaltenden Kern zu führen. Dies ist nachteilig, da die Reaktor-Dampf^ausgangstempe-

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raturen sich als Ergebnis einer Mischung des Kernausgangsdampfes mit dem Dampf ergeben, der an den Kern vorbeigeführt wurde, um die nicht mit Brennstoff versehenen Elemente zu kühlen.

In einem dampfgekühlten mit schnellen Neutronen arbeitenden Reaktor kann der Kern eine große Anzahl von Unteranordnungen enthalten, wobei jede in einer besonderen Ummantelung untergebracht ist. Die Unteranordnungen besitzen im allgemeinen einen hexagonalen Querschnitt und bilden, wenn sie zusammengebaut sind, einen zylinderischen Kern. Die verschiedenen Unteranordnungen enthalten Brennstoffelemente, Steuermaterialien, Moderatoren und Reflektoren. Es ist besonders wichtig, daß der Gesamtkern eine stabile feste Konfiguration während des Reaktorbetriebes aufweist. Unerwartete Bewegungen oder Schwingungen der verschiedenen Elemente können eine "unerwartete Reaktivitätsänderung hervorrufen. In extremen Fällen können solche Veränderungen wegen der örtlichen Flußänderungen eine örtliche überhitzung bewirken, wodurch eine Beschädigung der Brennstoffstäbe und/ oder eine Notabschaltung des Reaktors ausgelöst werden kann.

Es wurden bereits verschiedene Systeme vorgeschlagen, um einen Reaktorkern fest zusammenzuklemmen. Diese bekannten Systeme jedoch weisen einige Nachteile auf. Im allgemeinen befinden sich die Klemmvorrichtungen außerhalb des Kernes und beanspruchen wertvollen Raum, wodurch das Reaktordruckgefäß vergrößert werden muß. Gewöhnlich ist der Kernklemmdruck nicht nachstellbar und zwar weder, fester noch loser. In solchen Systemen kann der Anfangsdruck überhöht sein, um einen angemessenen Druck nach der Alterung oder Abnutzung im System sicherzustellen. Viele Systeme sind nicht ohne weiteres zugängif und behindern die Entfernung der Kernkomponenten zum Zwecke der Reparatur oder des Austausches. Es besteht daher ein stetes Bedürfnis nach verbesserten Systemen, die in einem Kernreaktor die Kernkomponenten zusammenkommen.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher beschrieben. Hierbei zeigen:

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-M-

Pigur 1 eine teilweise aufgeschnittene und zur Verdeutlichung etwas vereinfachte perspektivische Ansicht eines dampfgekühlten Kernreaktors, nach der Erfindung;

Figur 2 einen senkrechten Schnitt durch die Kernummantelung, die die inneren Reaktorkomponenten enthält;

Figur 3 einen horizontalen Schnitt durch die Kernummantelung entlang der Linie 3-3 nach Figur 2;

Figur M eine Draufsicht einer typischen Klemmanordnung;

Figur 5 ein senkrechter Schnitt durch die Klemmanordnung entlang der Linie 5-5 gemäß Figur M;

Figur 6 ein senkrechter Schnitt durch die Klemmanordnung entlang der Linie 6-6 gemäß Figur ¹J;

Figur 7 ein horizontaler Schnitt durch die Klemmanordnung entlang der Linie 7-7 gemäß Figur 5;

Figur 8 ein Aufriß eines Betätigungswerkzeuges für die Klemmvorrichtung, das teilweise aufgeschnitten ist;

Figur 9 eine Draufsicht des Betätigungswerkzeuges für die Klemmvorrichtung;

Figur 10 ein horizontaler Schnitt durch das Werkzeug für die Klemmvorrichtung entlang der Linie 10-10 gemäß Figur 8

und
Figur 11 eine Endansicht des Teiles des Betätigungswerkzeuges für die Klemmvorrichtung, das mit der Klemmvorrichtung in Eingriff steht.

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In Figur 1 ist eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines Kernreaktors gezeigt, der ein oben zu öffnendes Druckgefäß 10 besitzt, das durch einen Deckel 11 verschlossen ist. Das Druckgefäß 10 wird von einem Mantel 12 getragen, das auf einem nicht näher dargestellten geeigneten Fundament befestigt ist. Der Deckel 11 ist mit dem Druckgefäß 10 durch viele Bolzen 13 gesichert.

Innerhalb des Druckgefäßes 10 ist eine oben zu öffnende Ummantelung 14 befestigt, die durch einen Verschlußflansch 15, der auf einer Schulter 16 ruht, geschlossen ist. Die Ummantelung 14 wird mit Hilfe von flexiblen kastenförmigen Stützen 17 getragen, die auf einer nach innen gerichteten Stützkonsole 18 auf der inneren Wand des Druckgefäßes 10 ruhen. Die Stütze 17 ist mit der Stützkonsole 18 in einer Weise stabil befestigt, die eine geringe radiale Verbiegung der Stütze 17 gestattet, um unterschiedliche thermische Ausdehnungen der Ummantelung 14 und des Druckgefäßes 10 während der Reaktoraufheizung und Abkühlung zu kompensieren.

Innerhalb der Ummantelung 14 sind eine Auslaßkammer 20 für überhitzten Dampf, eine Einlaßkammer 21 für gesättigten Dampf, ein Kern und Abschirmungsraum 22, eine untere Dampfkammer 23 und eine Einlaßkammer 24 für Flutwasser vorhanden.

Die Auslaßkammer 20 ist am oberen Teil durch den Verschlußflansch 15 und an den Seiten und am Boden durch Abflußverteiler und Niederhalter 25 geschlossen, die aus vertikalen Teilungsplatten 26 bestehen, welche die Auslaßkammer 20 in viele P-förmige Segmente aufteilen. Der überhitzte Dampf kann jedes Segment durch einen entsprechenden Auslaß 27 verlassen. In einer typischen Bauweise können sechs Kammersegmente und sechs Auslässe vorhanden sein. Jeder Auslaß 27 besteht aus einer inneren Manschette 30, die mit der Ummantelung 14 befestigt ist und die mit einer äußeren Manschette 30 in einer gleitenden Dichtungsverbindung steht. Hierdurch wird ermöglicht, daß die zwei Manschetten sich untereinander verschieben können, um unterschiedliche thermische Spannungen zu kompensieren.

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Der gesättigte Dampf gelangt in die Einlaßkammer 21 durch eine ähnliche Anordnung gleitbarer innerer Manschetten 32, die innerhalb einer äußeren Manschette 33 mit der Ummantelung 14 verbunden sind, wobei die Kombination dieser Elemente den Einlaß 3¹I für den gesättigten Dampf bildet. Drei solcher Einlasse können so angeordnet werden, um der Einlaßkammer 21 gesättigten Dampf zuzuführen. Ein Rückschlagventil 36 ist in jeder inneren Manschette 32 angeordnet, um Dampfverluste durch den Einlaß 34 zu verhindern, falls aus irgerSWelchen Gründen die Zuführung gesättigten Dampfes ausfallen sollte.

Mehrere Steuerstabantriebe 38 sind durch den Boden des Druckgefäßes 10 und durch die Ummantelung 14 geführt. Zur Verdeutlichung sind nur wenige von vielen Steuerstabantrieben gezeigt, die in einem normalen Reaktor vorhanden sind.

Der Raum zwischen der inneren Wand des Druckgefäßes 10 und der Ummantelung 14 ist während des Reaktorbetriebes nahezu vollständig mit Wasser gefüllt. Hierdurch entsteht eine Neutronenabschirmung und ein bequemer Wasservorrat, um den Kern zu fluten, wenn der Reaktor abgeschaltet wird.

Das Wasser kann durch einen Einlaß 40 in diesen Raum gelangen. Für Instrumente zur überwachung und Steuerung des Wasserpegels innerhalb des Druckgefäßes 10 sind die öffnungen 41 vorgesehen. Eine Reinigungsleitung 39 ist am Boden des Druckgefäßes 10 vorhanden, um das Wasser, falls es erforderlich ist, abfließen lassen zu können.

Für die Zuführung von Dampfprobeleitungen, Thermoelementverbindungen usw. in das Druckgefäß 10 sind Instrumentierungsauslässe 43 und Dichtungsvorrichtungen 44 vorgesehen.

Falls erforderlich, kann eine Versuchsbrennstoffanordnung 83 mit einer besonderen Einlaßleitung 45 für gesättigten Dampf (wie aus Figur 2 ersichtlich ist) und eine Auslaßleitung 46 für überhitzten Dampf vorgesehen sein, so daß besondere Brennstoff-

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anordnungen während des Reaktorbetriebes erprobt werden können. Durch die Instrumentierungsauslässe 43 und Dichtungsvorrichtungen 44 können viele Instrumentierungsleitungen 47 in das Druckgefäß 10 geführt werden. Wie noch weiter unten ausgeführt wird, ist dieser Reaktor besonders gut dazu geeignet, einzelne Dampfausgangsproben aus jeder Brennstoffanordnung zu entnehmen. Eine solche Dampfentnahmeleitung ist mit 48 bezeichnet.

Einzelheiten der Anordnung der Komponenten innerhalb der Ummantelung 14 werden am besten durch gemeinsame Betrachtung der Figuren 1 und 2 verständlich. Die Figur 2 zeigt einen vertikalen Schnitt durch die Ummantelung 14, der zur Verdeutlichung etwas ( vereinfacht ist. Während der Kern und der Abschirmbereich normalerweise viele BrennstoffUnteranordnungen, Steuerstäbe, Reflektoranordnungen usw. enthält, wie beispielsweise aus Figur 3 ersichtlich ist, ist in Figur 2 nur jeweils ein Element davon im einzelnen dargestellt.

Der gesamte Reaktorkern 22 ist axial in vier Abschnitte aufgeteilt, in eine obere Abschirmung 50, in einen aktiven Brennstoffbereich 51, eine untere Abschirmung 52 und in einen Gaskammerbereich 53. Diese Abschnitte sind durch gestrichelte Linien in Figur 2 angedeutet. Radial ist der gesamte Reaktorkern 22 in zwei Abschnitte aufgeteilt, wie an besten aus Figur 3 ersieht- lieh ist. Der zentrale Abschnitt besteht aus Brennstoffunteran- ■ Ordnungen 57 und Steueranordnungen 59, während der äußere ringförmige Abschnitt aus Reflektoranordnungen 60, Reflektorklemmanordnungen 62, und Reflektorsteueranordnungen 6l besteht.

Alle Unteranordnungen, die den gesagten Reaktorkern 22 bilden, ausgenommen die Brennstoffunteranordnungen, werdem am unteren Ende durch die Kernplatte 55 gehalten, welche ihrerseits durch eine nach innen sich erstreckende Schulter 56 auf der Unur»antelung 14 gestützt wird. Wie weiter unten beschrieben wird, bestehen diese nicht mit Brennstoff versehenen Anordnungen primär aus vielen Stabunteranordnungen, die es gesättigtem Danpf gestatten, von der Einlaßkammer 21 dort hindurch nach unten zur

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-8-unteren Dampfkammer 23 zu strömen.

Jede der Brennstoffanordnungen 57 ist mit einem Ausflußrohr 58 verbunden, das an der Dichtungsplatte 5^ hängt. Auf diese Weise werden die Brennstoffanordnungen in einem gewichtslosen Kontakt mit der Kernplatte 55 gehalten, obgleich eine zylindrische Verlängerung an jeder Brennstoffanordnung durch eine entsprechende öffnung in der Kernplatte 55 reicht, welche mit ihr in einem gleitenden Kontakt steht. Der Spalt zwischen der Brennstoffanordnung und der Kernplatte 55 gestattet eine thermische Ausdehnung des Brennstoffes.

Die Reflektorsteueranordnungen 61 besitzen einen oberen Steuerteil 63 und einen unteren Reflektorteil Sk. Der Steuerteil 63 besteht aus mehreren Stäben aus neutronenabsorbierendem oder Vergiftungsmaterial, wie beispielsweise Borkarbid. Der Reflektorteil 64 besteht aus mehreren Stäben eines neutronenreflektierenden Materials, wie beispielsweise Nickel. In Figur 2 ist die Reflektorsteueranordnung 6l in ihrer maximalen Steuerposition gezeigt, wobei der absorbierende Teil neben dem Brennstoffbereich 51 liegt. Wenn die Anordnung 61 nach oben bewegt wird, nimmt die Steuerwirkung ab, da der Neutronenabsorber durch einen Neutronenreflektor ersetzt wird. Der gesättigte Dampf strömt durch die Anordnung 6l nach unten und passiert die neutronenabsorbierenden und reflektierenden Elemente. Dieser Dampf kühlt sowohl die Anordnung und unterstützt die Schwerewirkung bei der Bewegung des Steuerteiles in die maximale Steuerposition.

Die Reflektoranordnungen 60 bestehen jeweils aus einigen räumlich angeordneten Stäben, die innerhalb einer hexagonalen Ummantelung neutronenreflektierendes Material, wie beispielsweise Nickel, besitzen.

Die Steueranordnungen 59 bestehen jeweils aus einigen räumlich angeordneten Stäben, wobei jeder neutronenmoderierendes Material, wie beispielsweise Berylliumoxid enthält, die einen zylinderischen Kern umgeben, in dem eine Einheit 65, bestehend aus

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einigen neutronenabsorbierenden Stäben, beweglich angeordnet ist. Die Einheit 65 ist in Figur 2 in ihrer maximalen Steuerposition gezeigt. Um die Reaktivität innerhalb des Brennstoffbereiches 51 ansteigen zu lassen, wird die Einheit 65 angehoben. Durch jede Steueranordnung 59 strömt ein Kühlmittel aus gesättigtem Dampf abwärts, kühlt diese Anordnung und unterstützt die Schwerewirkung im Notfall bei der Bewegung der Einheit 65 in den Brennstoffbereich hinein.

Die gesamten Steueranordnungen 59 und Reflektorsteueranordnungen 61 werden durch konventionelle (nicht dargestellt) Antriebe bewegt, die mit. den Antriebsstäben 66 verbunden sind, welche durch ' Rohrstutzen 67 geführt sind.

Um die Außenseite des Kernes 22 befindet sich ein Ring von Reflektorklemmanordnungen 62. Um das obere und untere Ende des Kernes 22 sind eine obere Eckplatte 69 und eine untere Eckplatte 70 entsprechend angeordnet. Diese Platten sind der unregelmäßigen zylinderischen Form des Kernes angepaßt. Innerhalb einer jeden Reflektorklemmanordnung 62 sind mehrere räumlich angeordnete Stäbe aus neutronenreflektierendem Material, wie beispielsweise Nickel untergebracht, und es ist ein Paar Druckkolben 71 und 72 vorhanden, die derartig ausgestaltet sind, daß sie von außen gegen die obere und untere Eckplatte 69 und λ entsprechend 70 bewegt werden können. Wenn diese Druckkolben sich nach außen bewegen, wird die Ummantelung der Klemmvorrichtung nach innen gepreßt, so daß der Kern 22 dicht zusammengeklemmt wird. Hierdurch wird eine Bewegung des Kernes während des Reaktorbetriebes verhindert, wodurch sich unerwünschte ReaktivitätsVeränderungen ergeben würden. Ein Klemmniederhaltestab 73 steht mit dem oberen Ende eines Drehstabes Jk in der Reflektorklemmanordnung 62 in Eingriff.

Während des Reaktoraufbaus oder nach der Brennstoffnachfüllung usw. wird der Kern, wie im folgenden gezeigt, zusammengebaut. Der Dichtungsring 80 wird innerhalb der Ummantelung 14 angeordnet und mit einer ringförmigen nach innen gerichteten Wulst

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-ΙΟ-in Eingriff gebracht. Wenn die Dichtungsplatte 54 auf ihren Platz herabgelassen wird, steht sie mit der inneren Kante des Dichtungsringes 80 in Eingriff und biegt diese um. Hierdurch ergibt sich zwischen der Wand der Ummantelung 14 und der Dichtungsplatte 54 eine ausgezeichnete Gas- und Flüssigkeitsdichtung. Austrittsrohre 58 werden auf ihren Platz herabgelassen und die Brennstoffanordnungen 51 werden so angehoben, daß sie mit der Kernplatte 55 einen gewichtslosen Kontakt bilden und die Austrittsrohre 58 werden dann befestigt.

Werkzeuge zur Betätigung der Klemmvorrichtung werden dann mit dem Druckkolbenantriebsstab 74 in Eingriff gebracht und so betätigt, daß die Druckkolbenantriebe 71 und 72 nach außen gepreßt werden, um den Kern 22 dicht zusammenzuklemmen.

Sodann werden die Abflußverteiler und Niederhaltungen 25 auf ihre Plätze herabgelassen. Hierdurch werden die Austrittsrohre 58 und die Niederhaltestäbe 73 festgehalten.

Während die meisten der Austrittsrohre 58 mit Öffnungen in der Niederhalterung 25 entsprechend übereinstimmen, um überhitzten Dampf durchzuführen, können ein oder mehrere mit einem besonderen Rohr 84 für einen Versuchskreislauf verbunden werden. Daher kann eine besondere Brennstoffversuchsanordnung mit einem unabhängigen Einlaß 45 für gesättigten Dampf und ein Rohr 84 für überhitzten Dampf vorgesehen sein.

Bei einem nur als Kernkraftwerk arbeitenden Reaktor kann diese Versuchsschleife fortgelassen werden, wohingegen diese hier vorliegende Konstruktion sich besonders gut für eine solche Versuchsanordnung eignet.

Um den Wärmeübergang von der Auslaßkammer 20 für überhitzten Dampf zur Einlaßkammer 21 für gesättigten Dampf, falls erforderlich zu verringern, ist eine thermische Isolierung 85 vorgesehen.

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Schließlich wird der Flansch 15 installiert. Zwischen dem Verschlußflansch 15, dem Abflußverteiler und der Niederhalterung 25 sind mehrere Walzen 86 vorgesehen, um einen Druckkontakt herzustellen, während gleichzeitig eine unterschiedliche thermische Ausdehnung gestattet ist.

Wie bereits oben beschrieben, wird der Kern dann, wenn der innere Druck innerhalb der Ummantelung 14 unter einen vorbestimmten Wert fällt, beispielsweise im Notfalle, oder während einer Reaktorabschaltung, automatisch mit Wasser geflutet. Eines der verschiedenen Flutventile 76 ist in Figur 1 und 2 gezeigt. Wenn der interne Druck innerhalb der Ummantelung sinkt, öffnet das Rückschlagventil 77 und gestattet das Eindringen von Wasser in die Flutwassereinlaßkammer 24. -Auf der Verschlußplatte 79 sind mehrere Flutdüsen 78 vorhanden, die zu den Brennstoffanordnungen im Kern 22 entsprechend ausgerichtet sind. Die Platte 79 wird durch mehrere Bolzen 8l festgehalten. Geringe Undichtigkeiten zwischen der Ummantelung und der Kammer 24 sind unwesentlich, da beide Räume mit Wasser gefüllt sind. Die Düsen 78 leiten das Flutwasser unmittelbar in die Brennstoffanordnungen, um sofort die Kühlung aufzunehmen. Da die Strömung des Dampfkühlmittels während des Reaktorbetriebes durch die 3rennstoffanordnunnen aufwärts gerichtet ist, ist es nicht notwendig, den Kühlmittelstrom während der Flutung umzukehren. Daher wird die Wasserströmung durch die Brennstoffanordnungen in Aufwärtsrichtung durch die natürliche Konvektion unterstützt.

Die Auslegung der verschiedenen Anordnungen innerhalb des Gesamtkernes ist in Figur 3 gezeigt, die einen horizontalen Schnitt durch die Ummantelung 14 darstellt.

Dieser typische Gesamtkern 22 besteht aus 54 Brennst©ffanordnungen, von denen 53 reguläre Brennstoffanordnungen 57 sind, während eine davon eine Versuchsbrennstoffanordnung 83 ist. Natürlich können, falls erforderlich, in einen Kernkraftwerk alle Brennstoffanordnungen konventioneller Art sein, und die Versuchsschleife kann fortgelassen werden. Umgekehrt können natürlich auch zusätzliche Versuchsschleifen leicht in den Reaktor

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eingebaut werden.

Eine dicke schwarze Linie 90 zeigt schematisch die Grenze zwischen dem Brennstoffbereich und dem radialen Reflektorbereich. Innerhalb des Brennstoffbereiches sind zusätzlich zu den oben erwähnten Brennstoffanordnungen 19 Steueranordnungen 59 vorgesehen, die aus neutronenabsorbierenden Steuerelementen mit neutronenmoderierenden Mitnehmern bestehen. Der Reflektorbereich besteht aus 18 Reflektorsteueranordnungen 61, aus 18 stationären Reflektoranordnungen 60 und 42 Reflektorklemmanordnungen 62,

Die Reflektorklemmanordnungen 62 bestehen aus bewegbaren oberen Druckkolben 71» die gegen unterbrochene/Eckplatten 69 drücken, welche mit der Innenwand der Ummantelung 14 durch mehrere Befestigungsbolzen 9^ und einstellbare Bolzen 92 befestigt sind. Ähnlich zusammenwirkende untere Druckkolben 72 und untere Eckplatten 70 sind, am unteren Ende der Reflektorklemmanordnung 62 vorhanden, wie am besten aus Figur 2 zu entnehmen ist. Wenn die Druckkolben 71 und 72 nach außen drücken, drücken die Ummantelungen der Klemmvorrichtungen den Kern dicht zusammen.

Eine Anzahl von Röhren 93 für eine abwärtsgerichtete Strömung sind durch die Eckplatten 69 und 70 hindurchgeführt. um die Zuführung von gesättigtem Dampf aus der Ein1aßkamme rf zur unteren Dampfkammer 23 zu begünstigen. Diese Röhren sind so ausgelegt, daß ein Teil des gesättigten Dampfes durch die nicht mit Brennstoff versehenen Kernanordnungen (z.B. Steuer- und Reflektoranordnungen) und ein Teil durch die Röhren 93 nach unten strömt. Jede der Brennstoffanordnungen 57 besitzt ein besonderes Ausflußrohr 58, das überhitzten Dampf aus der entsprechenden Brennstoffanordnung zur Ausgangskammer 20 leitet, wie aus den Figuren 2 und 3 zu entnehmen ist.

Eine besondere Reflektorklemmanordnung 62 ist näher in den Figuren 4-7 dargestellt. Die Anordnung ist in einer im allgemeinen hexagonalen rohrförmigen Ummantelung 90 untergebracht. Mehrere (z.B. 18) der Reflektorstäbe 91 überstreichen den oberen Abschirmbereich 5O₅ den Brennstoffbereich 51 und den unte-

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ren Abschirmbereich 52 des Kernes 22 (wie in Figur 2 gezeigt) und sind zwischen der oberen Endplatte 92 und der unteren Endplatte 93 befestigt. Diese Endplatten 92 und 93, wie sie den Figuren 4 und 7 zu entnehmen sind, sind aufgeschnitten, damit das Kühlmittel durch die Reflektorstabanordnung hindurchströmen kann. Einige der Reflektorstäbe 91 besitzen verschraubte Endteile 95, welche durch Endplatten 92 und 93 reichen und sind mit diesen mit Hilfe von Muttern 96 befestigt. Diese dienen als Ankerbolzen, die dazu beitragen, die Endplatten 92 und93 in der gewünschten Position zu halten.

Die obere Endplatte 92 ist mit der-Versteifung 98 verbunden, f die auch ein oberes Stutzrohr 99 trägt. In ähnlicher Weise ist die untere Platte mit einer Versteifung 101 verbunden, die auch ein unteres Stutzrohr 102 trägt. Das untere Stutzrohr 102 wird zusätzlich durch mehrere abwärts sich erstreckende Stützbänder 104 getragen.

Ein Drehstab 74 ist durch die Mitte der Reflektorstabanordnung geführt. Obere und untere kerbverzahnte Teile 106 und 107 auf dem Drehstab 64 greifen in den oberen Fuß 108 und entsprechend in den unteren Fuß 109 ein. Die Füße 108 und 109 befinden sich innerhalb der Stutzröhren 99 und 102 und reichen durch einen vertikalen Schlitz in dem jeweiligen Stutzrohr nach außen. Ein λ oberer Druckkolben 71 und ein unterer Druckkolben 72 sind in transversalen öffnungen durch das obere und untere Stutzrohr 99 und entsprechend 102 gleitend gelagert. Der Drehstab 74 reicht durch die öffnungen 111 und 112 in den Druckkolben 71 und 72. Der Drehstab 7^ wird durch einen unteren Ring 114, welcher durch einen Stift 115 mit dem unteren Ende des Drehstabes befestigt ist j und am oberen Teil durch einen oberen Ring 116, der an eine Schulter anliegt, die durch die obere Verzahnung 106 gebildet wird, gehalten.

Für den Gebrauch wird die Reflektorklemmanordnung in den Kern eingesetzt, wobei ihre Düse 120 gleitend in ein Loch in der Kernplatte 55 paßt. Die Düse 120 ist mit der Ummantelung 90 durch ein Übergangsstück 121 und einen Kragen 122 befestigt,

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Der Kragen 122 ist mit dem Übergangsstück 121 mit Hilfe eines Flansches 123 auf der Düse 120 befestigt, die gleitend dazwischen paßt. Diese gleitende Passung erlaubt der Ummantelung 90, daß sie sich während des Kernklemmvorganges leicht in transversaler Richtung in bezug auf die Düse 120 bewegen kann.

Nachdem alle Kernkomponenten installiert wurden, wird ein Werkzeug zur Klemmbetätigung, das als Beispiel in den Figuren 8-11 gezeigt ist, mit der in dem oberen Ende der Manschette auf dem Fuß 108 befindlichen kreisförmigen Hut 125 in Eingriff gebracht. Der Fuß 108 wird angehoben, so daß die Kerbverzahnung 106 gelöst wird. Sodann greift das Betätigungswerkzeug in die Aussparung 126 im oberen Ende des Drehstabes 74 ein. Der Drehstab wird solange gedreht, bis die richtige Einstellung vorliegt, sodann wird die Kerbverzahnung 106 gelöst. Das Betätigungswerk- * zeug wird danach entfernt. Die Drehung des Drehstabes 74 bewirkt, daß die Füße 108 und 109 gegen die Wände der Schlitze in den Stutzröhren 99 und entsprechend 102 drücken. Da der Drehstab 74 relativ frei ist und die Stutzröhren 99 und 102 befestigt sind, bewirkt die einwirkende Kraft eine transversale LageVeränderung des Drehstabes 74 und damit eine Bewegung der Druckkolben 71 und 72 nach außen. Da die Druckkolben gegen die fest angeordneten oberen und unteren Eckplatten 69 und 70 drücken, wird die gesamte Anordnung innerhalb der Ummantelung 90 zur Mitte des Kernes 22 bewegt. Da um den Kern 22 ein vollständiger Ring, dieser sich nach innen bewegenden Klemmanordnungen vorhanden ist, wird der gesamte Kern festzusammengeklemmt. Das auf den Drehstab 7H angewandte Drehmoment kann leicht eingestellt werden, um jede erforderliche Kernklemmkraft zu erzeugen und kann in gewissen Abständen zur Anpassung durch Abnutzungen usw., die während der Jahre des Reaktorbetriebes auftreten, nachgestellt werden.

In den Figuren 8-11 ist ein geeignetes Klemmbebätigungs^erkaeug gezeigt. Die Figur 8 gibt das Klemmbetätigungswerkzeug im Aufriß teilweise aufgeschnitten wieder, um die innen wirkenden Komponenten aufzuzeigen. Das Werkzeug besteht aus einer langge-

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streckten äußeren Manschette 150, die am unteren Ende einen Bajonettansatz 153 hat, der so ausgebildet ist, daß er in die Nut 125 am oberen Fuß 108 der Reflektorklemmanordnung 62 (sh. Figur 5) eingreifen kann. Innerhalb der Manschette 150 ist ein Drehstab 151 konzentrisch angeordnet, der am unteren Ende Ansätze 155 aufweist, die so ausgebildet sind, daß sie in die Aussparungen 126 in dem oberen Ende des Drehstabes 7^ der Reflektorklemmanordnung 62 eingreifen können. Die Manschette 150 ist so ausgebildet, daß sie soweit herunter gelassen werden kann, bis die Ansätze 153 in die vertikalen Schlitze einrasten, die mit den Nuten 125 verbunden sind, wobei die Manschette leicht gedreht wird, damit die Ansätze 153 in die Nuten 125 gelangen; sodann wird sie angelüftet um den Fuß IO8 anzuheben, damit die obere Kerbverzahnung IO6 außer Eingriff gelangt. Danach wird der Drehstab 151, der mit den Ansätzen 155 in Eingriff mit den Aussparungen 126 steht, solange gedreht, bis das gewünschte Drehmoment auf den Drehstab 7 ^ einwirkt, woraufhin die Kerbverzahnung 106 erneut einrastet, um die Rückdrehung des Drehstabes 7^ zu blockieren.

Die Manschette I50 wird gelüftet und mit Hilfe eines Paares von Drehstäben 157 gedreht, die mit der Manschette 150 über eine Lagermanschette 153 verbunden sind. Die Lagermanschette 158 ist mit der äußeren Manschette 150 durch einige Bolzen I60 verbunden. Zwischen der Lagermanschette 158 und den Drehrohr 151 ist ä ein Ring aus einem Lagermaterial geringer Reibung angeordnet, um eine Drehung der Manschette um den Stab zu ermöglichen. Ein Stift 161 auf dem Drehrohr I51 greift in einen Schlitz l62 in der Lagermanschette 158 ein. Dieser Stift nacht es erforderlich, daß die Manschette I58 geringfügig gedreht wird, bevor sie herabgelassen werden kann, und die sodannjzurückgedreht werden nuß, um die Manschette 158 in der unteren Stellung zu blockieren. Entlang eines dünnen Teiles des Drehrohres 15I ist eine Feder 16¹I vorgesehen, die gegen eine Schulter I65 auf dem Drehrohr 151 und gegen die untere Oberfläche der Lagermanschette I58 drückt. Wenn das Werkzeug mit dem Drehstab in Eingriff steht, wobei sein Gewicht auf der. Stift 155 in der Nut i2£ ruht,übt die Feder 164 eine vertikale Aufwärtskraft auf das Lar;er 159 aus, das dazu dient, die Abhebung des Drehrohres 1^1 und d^r

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unterstützen. Dies erleichtert der Bedienungsperson die Abhebung der Stangen 157jum die Anordnung in die obere Stellung zu heben.

Auf den Drehstab 7^ wird ein Drehmoment ausgeübt, indem der Drehstab 166 gedreht wird, der mit dem Drehrohr 151 durch einen konventionellen Drehmomentenmesser 167 verbunden ist. Oberhalb des Drehstabes 166 ist ein Abhebansatz 168 vorgesehen, so daß das gesamte Klemmwerkzeug durch konventionelle Reaktorfernbedienungseinrichtungen angehoben werden kann.

An einem Ende des Drehstabes 166 ist eine Klinke 170 vorgesehen, um den Drehstab 157 mit dem Drehmomentenstab zu verklinken, so daß sich beide zusammen drehen, wenn das Drehrohr 151 gedreht wird. Die Klinke 170 wird entriegelt, indem eine Lasche 171 heruntergedrückt wird, so daß die Klinke 170 um die Achse 172 sich drehen kann. Die Klinke wird entriegelt, während der Drehstab 157 gedreht wird, um die Manschette 150 und den oberen Fuß 108 zu ver- und entriegeln.

Wie aus Firur 9 zu entnehmen ist, besitzt der Drehmomentenmesser 167 ein Ziffernblatt 173» das durch die Bedienungsperson abgelesen werden kann. Daher kann die Bedienungsperson auf jede Reflektorklemmanordnung mit dem genau gewünschten Betrag des Drehmomentes einwirken. Das erforderliche Drehmoment kann in Abhängigkeit von den Reaktorbedingungen variieren.

Wie aus Figur 10 zu entnehmen ist, ist der Drehmomentenmesser mit den Drehrohr I5I mit Hilfe eines rechteckigen Schaftes 175 verbunden, der sich nach unten in das Drehrohr I5I erstreckt. Der Schaft 175 ist mit dem Rohr 151 durch den Stift I6I verbunden. Das obere Ende des Schaftes reicht nach oben in das Gehäuse I63 unmittelbar bis zu den Enden des Drehstabes I66 und ist dort durch den Stift I65 gesichert. Daher kann der Drehmomentenmesser I67 zwecks Reparatur oder Austausches durch einfaches Herausziehen der Stifte !öl und I65 entfernt werden.

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Pigur 11 zeigt eine Ansicht des unteren Endes des Klemmbetätigungswerkzeuges mit Blick nach oben. Wie aus dieser Ansicht deutlich wird, stehen die Bajonettansätze 153 leicht heraus, um in die vertikalen Schlitze des oberen Fußes 108 zu passen. Dieses Hervorstehen gibt die Gewähr, daß das Klemmwerkzeug. stets in gleicher Weise in Eingriff gelangt und für fast eine Umdrehung der Manschette 150 relativ zum oberen Fuß 108 in Eingriff bleibt.

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Claims

-18-Patentansprüche

\1/ Klemmsystem für Kernkomponenten eines Kernreaktors, der aus einem vertikalen zylindrischen Kern besteht und der mehrere parallel sich erstreckende Anordnungen besitzt, von denen einige Kernbrennstoffmaterial enthalten, dadurch gekennzei chnet, daß ein äußerer Ring von Klemmvorrichtungen (62) vorhanden ist, der die Kernkomponenten umgibt, wobei jede Klemmanordnung eine Ummantelung (90), mindestens eine Druckkolbenvorrichtung (71,72), die sich von dem Kern (22) aus nach außen durch die Ummantelung (90) erstreckt und mindestens einen Drehmomentenstab (7*0 besitzt, der so ausgebildet ist, daß mindestens ein Druckkolben (71 bzw. 72) nach außen vom Kern (22) aus betrachtet gedrückt werden kann, wenn der Drehir.omentenstab (7¹O mit einem Drehmoment beaufschlagt wird, daß Verklinkungsvorrichtungen (106) vorgesehen sind, um eine bestimmte Größe des Drehmomentes, das auf den Drehstab einwirkt, aufrecht zu erhalten, und daß mindestens ein befestigter Lagerring (69,70) vorhanden ist, der mindestens teilweise den Kern (22) umgibt, und mit den Druckkolben (71,72) in Kontakt steht, wobei dann, wenn die Druckkolben nach außen gegen den befestigten Ring gedrückt werden, die Ummantelung (90) der Klemmvorrichtung (62) nach innen verschoben wird, wodurch die Kernkomponenten fest zusammengeklemmt v/erden.
2. Klemmsystem nach Anspruch l_s dadurch gekennzeichnet, daß zwei fest angeordnete Lagerringe (69,70) den Kern (22) am oberen und unteren Ende umgeben, und daß jede Klemmvorrichtung (62) ein Paar Druckkolben (71,72) besitzt, die mit den zwei Ringen zusammenwirken, wobei der Drehmomentenstab (7*0 so ausgebildet ist, daß er die Druckkolben (71,72) gegen die Ringe drücken kann, wobei die entstehenden Gegenkräfte die Klemmvorrichtung (62) und die Ummantelung (90) nach innen drücken,
3. Klemmsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verklinkungsvorrichtung (106) eine kerbverzahnte Manschette (116) besitst, die mit dem Drehmomen-

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tenstab (74) kerbverzahnt in Eingriff steht, wobei diese kerbverzahnte Manschette (116) seitlich sich erstreckende Vorrichtungen (108,109) umfaßt, die mit der Klemmanordnung in Kontakt stehen, um eine Drehung des Drehmomentenstabes (74) zu verhindern und damit das Drehmoment zu blockieren, wobei die Verklinkungsvorrichtung Mittel umfaßt, die eine Entriegelung der Kerbverzahnung gestatten, während der Drehmomentenstab (7*0 mit einem Drehmoment beaufschlagt ist.
4. Klemmsystern nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, daß mehrere Stäbe (91),die aus neutronenreflektierendem Material bestehen, sich innerhalb der Ummantelung (90) befinden, und mindestens teilweise den Drehmomentenstab (7^) umgeben. '
5. Klemmsystem nach Anspruch 1, dadurch geke η η zei chnet, daß Mittel vorgesehen sind, die eine Kühlströmung durch die Ummantelung ermöglichen, so daß ein Wärmeaustausch zwischen dem Drehmomentenstab (7Ό und anderen Vorrichtungen innerhalb der Ummantelung ermöglicht wird.

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