DE2020382C3 - Kupplung für Kernreaktorbrennelemente - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verdrehungssichere und spielfreie Kupplung zwischen übereinanderliegenden Kernreaktorbrcnnelemenien sowie Gestängen und Füllkörpern innerhalb von Kühlkanälen eines Kernreaktors.

Infolge der oftmals sehr hohen Kühlmittelgeschwindigkeit in den Kühlkanälen eines Kernreaktors besteht die Möglichkeit der Ausbildung von Vertikalschwingungen des Brennelementes sowie seiner Halterungsorgane. Zur letzten zählen z. B. die Gestänge aber auch Füllkörper, die mit diesem starr verbunden bzw. über Kupplungen verbunden sind und unter anderem auch der Strahlungsabschirmung dienen. Schwingungserscheinungen in einem derartigen Gebilde müssen aber unter allen Umständen vermieden werden, da sie auf die Dauer gesehen zu einer Beschädigung der beteiligten Brennelemente führen könnten.

Aus dem Stande der Technik sind bereits verschiedene Möglichkeiten bekanntgeworden, solche Schwingungen zu verhindern. Es wird dazu auf die deutsche Auslegeschrift 12 38 119, die deutsche Auslegeschrift 11 12 212, die französische Patentschrift 12 81 808 verwiesen. In allen Fällen gleiten die Kernbrennstoffeinsätze auf den abgeschrägten Enden gegeneinander bis zu einer Anlage an den Kühlkanälen, so daß dadurch, im Verein mit dem aufeinander lastenden Gewichten der einzelnen Brennstoffeinsätze eine gegenüber der Kühlmittelströmung verhältnismäßig schwingungssichere Halterung erzielt wird. Eine Kupplung der beteiligten Brennstoffeinsätze ist aus keiner der genannten Patentschrift bekanntgeworden. Denn durch die schwalbenschwanzartige Führung gemäß der französischen Patentschrift wird nur ein konisches Führungsteil an das untere Ende des oberen Brennelementes angekuppelt, wobei dann dieses Führungsteil in ein komple- 6; mentäres Führungsteil des unteren Brennelementes ohne Kupplungswirkung zentrierend eingreift. Eine Kupplung der beiden übereinanderliegenden Brennele

mente kommt also nicht zustande.

Eine gegenseitige Zentrierung übereinander angeordneter Brennstoffeinsätze ist aus der britischen Patentschrift 10 17 401 zu entnehmen, diese ist jedoch ebenfalls nicht geeignet, axiale Kräfte, d. h. eine Kupp. Iungswirkung zu übertragen. Spezielle Maßnahmen zur Verhinderung einer Schwingung in der Brennstoffsäule sind hier nicht vorgesehen.

In allen diesen Fällen besteht die Möglichkeit einer Beschädigung der Kühlkanalwandung, die auf die Dauer gesehen zu schweren Folgeschäden in einer Kernreakioranlage führen könnte. Auch eine Reparatur wäre wegen der Unzugänglichkeit dieser Stellen im Reaktorkern nur mit allergrößten Schwierigkeiten verbunden.

Es stellte sich daher die Aufgabe, eine praktisch spielfreie und verdrehungssichere Kupplung an den Verbindungsstellen zwischen Brennelementgestänge und Füllkörpern sowie Brennelementen zu suchen, deren Trennung innerhalb des Kühlkanals eines Kernreaktors unmöglich ist und die eine sichere Handhabung des in einem Kühlkanal eines Kernreaktors eingesetzten Brennelementes samt seiner Halterungsgestänge erlaubt.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß bei der eingangs genannten Kupplung dadurch erreicht, daß beide Kupplungshälften über schräge Gleitflächen durch seitliche Verschiebung in eine gegenseitige axiale Halterung eingreifen, daß diese Hälften in dieser Halterung durch einen zentralen federbelasteten, an seinem freien Ende konischen Stab gehalten werden und daß dieser Stab auf die untere Kupplungshälfte eine in Schließrichtung wirkende seitliche Kraft ausübt. Die seitliche Kraft wird dadurch erzeugt, daß das konische Ende des Stabes in eine konische Bohrung der unteren Kupplungshälfte eingreift, deren Mittelachse geringfügig, z. B. 1 mm zur Seite versetzt ist. Durch den ständigen Druck des federbelasteten Stabes werden die entsprechend dimensionierten Kupplungshälften so ineinandergedrückt, daß Spielfreiheit herrscht.

Andererseits ist es nach Anheben dieses Stabes durch seitliche Verschiebung der Kupplungshälften leicht möglich, diese voneinander zu trennen.

Zur näheren Veranschaulichung dieses Erfindungsgedankens sei auf die F i g. 1 bis 6 verwiesen, in denen ein mögliches Ausführungsbeispiel in weiteren Einzelheiten näher dargestellt ist.

F i g. 1 und 2 zeigen in zwei Ansichten das Oberteil der Kupplung, die

F i g. 3 und 4 das Unterteil desselben und die

F i g. 5 und 6 ein einfaches Werkzeug zum Öffnen dei geschlossenen Kupplung.

In F i g. 1 und 2 ist das Oberteil der Kupplung 1 dargestellt. Der Kupplungskörper ist mit 1 bezeichnet und hat an seinem unteren Ende eine schräge Gleitfläche 13, deren Neigungswinkel z. B. 15° betragen kann. Diese Gleitfläche wird in der dargestellten Weise von einem Halbring 12 umfaßt, in dessen nach innen vorspringender Schulter das entsprechende Teil der unteren Kupplungshälfte eingreift. Im Inneren dieses Kupplungsstückes 1 befindet sich ein durch die Feder 15 vorgespannter Stab 14, dessen unteres Ende konisch angeschrägt ist. Dieser Stab 14 ist an seinem oberen Ende mit einem Querstab 16 für den Angriff des Kupplungswerkzeuges gemäß F i g. 5 und 6 versehen. Für den Eingriff dieses Werkzeuges ist das Oberteil H entsprechend F i g. 2 gestaltet. Der Stab 16 ragt durch den Schlitz 17 dieses Teiles 11 nach außen. Am Umfang

dieses Bauelementes sind drei Gleitschuhe 19 angeordnet, von denen wenigstens einer federnd in an sich bekannter Weise ausgestaltet sein kann. Diese Gleitschuhe haben die Aufgabe, die Kupplung mit den daran befestigten Brennelementteilen im Kühlkanal zu führen. Für die Befestigung dieses Kupplungsteiles 1 am Brennelement bzw. am Gestänge oder einem anderen Bauteil ist die Verliefung 18 mit zugehörigen seitlichen Bob.-ungen am oberen Ende vorgesehen.

F i g. 3 zeigt die Seitenansicht des Kupplungsunterteiles 2 und Fig.4 dasselbe in einer Draufsicht. Der Kupplungskörper 21 ist hier ebenfalls mit einer schrägen Gleitfläche 23 versehen. Der Halbring 22 ist mn einer einwärts gerichteten Schulter 22;j versehen, die bei geschlossener Kupplung in die Ringnut 13,-i des oberen Bauteils 1 eingreift. Das Bauteil 21 ist mit einer konischen Bohrung 24 versehen, dessen Mittellinie 25«? etwas neben der Achse der Kupplung 25 liegt. Für das Schließen der Kupplung werden die beiden Bauteile seitlich ineinandergeschoben und anschließend der Stab 14 freigegeben. Dieser wird durch die Feder 15 in das Kupplungsteil 2 hineingedrückt, seine konischen Stirnseiten kommen dabei in Eingriff mit der konischen Bohrung 24 des unteren Teiles, die in der Zeichnung nach rechts versetzt ist, so daß dadurch eine seitliche Kraft auf das Unterteil in Schließrichtung bewirkt wird. Die Neigung der konischen Flächen 24 kann dabei so gewählt sein, daß diese Verbindung selbsthemmend wirkt, also nicht von allein etwa durch Erschütterungen aufgehen kann. Durch die schrägen Gleitflächen 13 bzw. 23 wirken die beiden Kupplungsteile wie zwei aufeinandergleitende Keile, die durch den Stab 14 bzw. die Konusbohrung 24 im Unterteil 2 der Kupplung in der Endstellung spielfrei zusammjngespannt sind.

Die schrägen Gleitflächen haben auch noch den Vorteil, daß beim Ineinanderschieben der beiden Kupp- !ungshälften automatisch eine Ausrichtung aufeinander stattfindet, weiterhin ist eine Verdrehung der Hälften im offenen, wie auch im geschlossenen Zustand der Kupplung nicht möglich. Dies ist wichtig für die Betätigung dieser Einrichtung, die auf Grund ihrer Einfachhch maschinell, aber auch von Hand, durchgeführt werden kann. Für die Handbetätigung der Kupplung ist ein einfaches gabelförmiges Werkzeug entsprechend F i g. 5 und 6 vorgesehen. Die beiden Zinken der Gabel 31 sind entsprechend F i g. 5 abgeschrägt, s. Bezugszeichen 32, und werden mit Hilfe des Handgriffes 34 unter die Stäbe 16, s. F i g. 2, eingeschoben. Dadurch hebt sich der innere Stab solange, bis der Querslab 16 in die leichte Auswölbung 33 der Gabel einrastet. In dieser Stellung können die beiden Kupplungsteile mit den

2S daranhängenden Bauelementen durch seitliche Verschiebung voneinander ohne jeden Kraftaufwand getrennt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verdrehungssichere und spielfreie Kupplung zwischen übereinander angeordneten Kernreaktorbrennelementen sowie Gestängen und Füllkörpern oder anderen Bauteilen innerhalb von Kühlkanälen eines Kernreaktors, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kupplungshälften (1 und 2) über schräge Gleitflächen (13 und 23) durch seitliche Verschiebung in eine gegenseitige axiale Halterung (12 und 22) eingreifen, daß diese Hälften (1 und 2) m dieser Halterung durch einen zentralen federbelasteten, an seinem freien Ende konischen Stab (14) gehalten werden und daß dieser Stab (14) auf die untere Kupplungshälfte (2) eine in Schließrichtung wirkende seitliche Kraft ausübt.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach Anheben des Stabes durch seitliche Verschiebung der Kupplungshälften trennbar ist.

3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verklinkung in beiden Kupplungshälften halbringartige Halleelemente (12, 22) mit nach innen vorspringenden Schultern vorgesehen sind.