DE2022157A1 - Stabilisierungsvorrichtung fuer einen Atomreaktor-Kern - Google Patents

Description

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PATENTANWALT

Oberhqusen, den 4« Mai Anw.-Aktes- 27.2

PATE NTANMELD U

Anmelder; The Babcock & Wilcox Company 161 East 42nd Street, New ion,

Titel; Stabilisierungsvorrichtyng für" kt s

Die Erfindung betrifft eine -^:Atomreaktor-Kern,;. in dem zahlreiche Brennelemente in seitlichem Abstqnd sammengefaßt sind» Die Erfindung den Ätomreaktor-Kern-Aufbisu^: und i Kern-Steibi-iisierungsvbrrichtung Brennelemente zueaoniengepreßt

stabilisiert-werden. Di©s© Seht-dnfwsigop .wq^qb-Iss se-durch* den-KühlmittelzufluS 'im Rom ®4oz vqb muBen fen© Kraft© induziert,, wie b©I©p|i©IotJQioo- dös,°©h S@hiffo=_f, ©dsr ahdere

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Schlankheitsgrad leicht in Sefawingung versetzt werden können. Diese Schwingungen können dazu fuhren, defl dii® Elemente mit hohen StoBloeten oufeinandersclsIageHi und dadurch breefeeB«. tit derartigen Stößen zu widerstehen, würden b©I der bisher bekannten Technik umhüllte BrennstofieleBeni© vorwendot« Derartige nslitlllte Brennelemente waren in der Herstellung teuer uma beanspruchten innerhalb des Reaktor-Kerrsee viel

Der Erfindung liegt di© e-leitienten hsrabzusetzan stabilisieren«

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BAD ORJGiMAL

wendige, hüllenlose Brennelemente zu verwenden, ohne die Stabilität, des Kernes zu gefährden.

Erfindungsgemäßwerden die Preßkräfte im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene eingeleitet, die sich quer durch die Brennelementgruppe erstreckt. Die Einfuhrung der Kräfte erfolgt im wesentlichen parallel zu den Längsachsen der Brennelemente; die Umleitung der Kräfte erfolgt durch einen Nocken- und einen Nachlaufteil. Das Nockenteil ist in einer Richtung parallel zu den Längsachsen der Brennelemente beweglich, während das Nachlaufteil die Übertragung der Kräfte in Querrichtung bewirkt. Zur Einleitung der Kräfte wird erfindungsgemäß jede Brennelementgruppe mit einer seitlich umge— benden Bandage versehen, durch die die Kräfte auf die Brenhele- , mentgruppe Übertragen werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Klemra- und Betätigungsvorrichtungen außerhalb des von der Ummantelung umgebenden Raumes angeordnet, wobei diese durch die Ummantelung des Reaktorkernes treten, üb auf die Brennelemente, bzw. die Brennelementgruppen zu wirken.

Es hat «ich als zweckmäßig erwiesen, die Brennelemente auf einem Λ

Rost anzuordnen, der einen vorher festgelegten Abstand zwischen den Brennelementen herstellt, und daß die Nachlaufteile so angeordnet werden, daß sie mit den Rosten der entsprechenden Brennelemente in Berührung stehen.

Die Klemm- und Betätigungsvorrichtungen schließen erfindungsgemäß elastische Teile ein, die Nockejvteile beeinflussen, um die Nachlaufteile unter Vorspannung zu halten. Sie umfassen weiter mecha-

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nische Haltevorrichtungen, die den Hub der Nockenteile begrenzen, um dementsprechend auch den Hub der Nachlaufteile und dadurch den Grad der Verdichtung der Brenrtelementgruppen in vorher festgelegten Maßen zu halten.

Nach einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung werden die Klemm- und Betätigungsvorrichtungen durch Kräfte betätigt, die durch den Einbau eines oberen Rostes induziert und aufgebracht werden, welcher zusammen mit einem unteren Rost dazu dient, die Brennelemente in ihrer gewünschten parallelen Anordnung zu halten. Wie bereits erwähnt, werden diese Kräfte im wesentlichen parallel zu den Längsachsen der Brennelemente gerichtet, während die auf den Reaktor-Kern wirkenden Kräfte durch die Druckplatten der Betätigungsvorrichtungen euf die Brennelemente in einer im wesentlichen gemeinsamen Ebene senkrecht zu deren Achsen eingeführt werden.

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigent

Fig. 1 einen schematischen Aufriß, teilweise im Schnitt; Fig. 2 eine schematische Draufsicht entlang der Linie 2-2

der Fig. 1; ·
Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt eines Teils des Reaktor-Kern-

Aufbaus nach Fig. 1 und
Fig. 4 einen typischen Querschnitt des in Fig. 3 dargestellten Kernaufbau-Teilabschnittes entlang der Linie 4-4 der Fig. 3.

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Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Atomreaktor 10 besteht aus einem Kern 11, der aus einer Vielzahl von langgestreckten benachbarten Brennelementen 12 zusammengesetzt ist, die mit seitlichen) Abstand zueinander angeordnet sind, um eine kompakte Gruppe zu bilden« Jedes Brennelement 12 wird in seiner gewünschten Lage dureh -einen*, unteren Rost 13 und einen oberen Rost 14.gehalten,, die zum Zeitpunkt des Zusammenbaus des Kernes 11 eingebaut.werden·

Eine Prallplattenumtnantelung 15 umgibt seitlieh die pen von Brennelementen 12 und wird ihrerseits seitlieh Kernzylinder 16 umgeben, von dem sie durch ©ine Reih© von platten 17 getrennt ist. Der Kernzylinder 16 selbst wird seitlich von einem Wärmeschirm 18 umgeben und trögt an seinem oberes einen Verlagerungsring 1?, welcher-den-oberen

In diesem Beispiel sind die Brennelemente 12 s© derg®3tellt_ff; stoi ■ sie im Querschnitt im-allgemeinen.rechteckig - &ind,'eaheir-&o ist : ■ klar, daß die Erfindung auch für ®nd©r© Querschnittsfe'saon. der -Brennelemente gilt· Ein typisches Brenäsleisent 12 bectaht &»o einer Vielzahl von langgestreckten BrennstÖlben-'20, die oleli im - Längsrichtung durch eine Reihe von eierfeiet©nf8raig©ri Afestwadg·=»-". ■ " rosten 21 erstrecken. Diese'Abstandsrost® ..2t wsfessen di@ Is¹QTo-= ; -H stäbe 20 und hemmen sie in ihrer
nigstens in dem von jedem Rost 21
Anzahl der bei einem Brennelement 12
-roste kann natürlich auf .Wunsch je η&Φ der Llnge und dem verlangten Steifigkeitsgrad
ben praktische Überlegungen, daß |@dl©s Sg®nnel©a©ßt 1 drei Abstandsrost© 2] besitzen sollte,, einen lim Ments 12 und einen an jedem. End®« Die *mtti@en Röste 21 4q%

^{: :}: 109811/1284 . -.. ... -_: :^:

te 12, welche den Kern Π bilden,, sind axiol ausgerichtet, so daß sie im wesentlichen in einer geneinsoBem Ebene liegen, die sich quer durch den Kern 11 rechtwinklig zu den Längsachsen der Brenneleeente 12 erstreckt«, Die Endroste 21 sind in ähnlicher Weise angeordnet, s© doS sie jeweilig in entsprechenden gemeinsamen Querebenen iiegen₀

Um einen zwoekalssigeoi! Ein- una Äusbey der Brennelement© 12 zv erlauben, sind dl© Roste 13 υηά 14 s© susg@I®gt, daß ein gewisser MindestabetsiBid zwischen feenaeSifearten Breninieleisenten 12 besteht. So bestehen itni d©r alttigöffä Ebene des SCerR© 11 zum Zeitpunkt des Einbaus im θΙΙ0ΟΘ©1ιιιθμ Äfestandsspolte v@rsehiedenen Aiisncißes zwischen 4&i ÄöGOQBsk®nt©n d©r taittia-en l®ct© bsnochborter Brenneie-

Difis® Abf5tSE)d© güiso^eß dop i^osDtnielotDeffifeEi! fötsres dazci_# deß der Kern 11 ie Biofeielb filz $®k\-jim®m<§®® oapfiEiflisit· ist, da die Brenn- ©loiSOKito 12 @Iq SQitIi@h ciiiöHst üEüt©E-8tOt2t qö? einer Spannweite Sjstrasii^cS ucffdooD ϋίΘοίΚΘΚ^ άίβ otu® ^Ιθ£@Ιβ ihrer Ling© zwischen «Hen Rosto-Ώ W lyad 14 ist_o Peie JnteduasQi, d@o dis^sla den Kern 11 strömt, um aös d@R isOOJiriiQlGaQiüDt©« 12 nitsIieSiQ ®sa© @bs»fUhren, kann dies© so yeiiaehiödouiiocs FosassfD v©tn oeitliebere IfgEwiirBguBfeB erregen. Der St'iJS, der si©lh aens ooIelhoRi dijmsiiaissfo iuimziostem Scliwiinfwngeini ®r~ gibt QtI^sS ©öo νΘΏ ®yos©ffi) ©iff9wirk®iidQSB EfEifi-GBp ΐί£β ζ« B₀ ErdbabtnsiSÜOj, Sshiffcöe^wöffikMiBfesa &4es dgI_O{P kiane dsio SrersnetSb© 20 und c'io Bi?©R'K'elGD©Bto IbooeliSeligjQR mßd o@goff ©£υϊ© Streijliingsfs sslhaffeira»

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elemente 12 vermindert und daß der verfügbare Ausschlag für die Seitenbewegung unter den Brennelementen 12 mechanisch begrenzt wird. Zu diesem Zweck werden zahlreiche Betätigungsvorrichtungen 22 um die Gruppen von Brennelementen 12 herum angeordnet.

Wie es aus der Darstellung in den Figuren 3 und 4 zu erkennen ist, besteht eine typische Betätigungsvorrichtung 22 aus einer Nockenstange 23, die axial in paralleler Richtung zu den Längsachsen der Brennelemente 12 beweglich ist, und einem Nachlaufkolben 24, der von der Nockenstange 23 erfaßt und dadurch axial in senkrechter Richtung zu den Achsen der Brennelemente 12 bewegt wird. Die Bewegungsebene ist die der mittigen Roste 21. ™

Der Kolben 24 erstreckt sich durch eine Öffnung 25, die in der Prallplattenummantelung 15 vorgesehen ist. Auf der Innenseite der PlattenuBimantelung 15 ist an dem Ende des Kolbens 24 eine Druckplatte 26 befestigt. Die Druckplatte ist für Auflagerkcntakt mit den äusseren Bandteil 27 des mittigen Rosts 21 eines zugehörigen Brennelements 12 der Gruppe von Brennelementen vorgesehen, die zusammen den Umfang des Kerns 11 bilden·

Bei der dargestellten AusfUhrungsform kann man aus Fig. 2 ent- j

nehmen, daß die gesamten Brennelemente 12 so angeordnet sind, daß sie in einen Kernzylinder 16 passen, wobei die am Umfang angeordneten Brennelemente 12 je mindestens eine Bandage 27 haben, dis zwischen der Druckplatte 26 (siehe Fig. 4) einer Betätigungsvorrichtung 22 erfaßt wird. Bestimmte Umfangs-Brennelemente 12, d.h. diejenigen, die die Ecken oder Stufen im Umfang bilden, haben noch eine zweite Bandage 27, welche von einer Druckplatte 26 einer weiteren Betätigungsvorrichtung 22 erfaßt wird, die in senkrechter Richtung zu derjenigen der zuerst erwähnten Be-

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tätigungsvorrichtung 22 drückt.

Alle Klemm- und Betätigungsvorrichtungen 22 werden gleichzeitig durch eine eingeleitete Preßkraft betrieben, die im wesentlichen parallel zu den Längsachsen der Brennelemente 12 gerichtet ist, wodurch auf die Umfangs^Brennelemente 12 Kräfte ausgeübt werden, die vektoriell durch Pfeile in Fig. 2 angezeigt sind, wobei die Druckkräfte dazu neigen? die Abstände innerhalb des Brennelementaufbaus an den mittigen Rosten 21 zu verringern.

Während es ohne Zweifel viele andere Möglichkeiten gibt, durch die ein gleichzeitiger Betrieb aller Betätigungsvorrichtungen 22 bewirkt werden kann, sieht die Erfindung insbesondere Vorrichtungen 22 vor, die 8© gebeut und angeordnet sind, daß sie gleichzeitig durch das Ansprechen «auf Kräfte arbeiten, weiche aus dem Auflegen des oberen Roste 14 in den Verlagerungsring 19 abgeleitet werden. Wie man besser der Fig« 3 entnehmen kann, hat der obere Rost 14 einen Rand 28, d©r gleitbar von einer Anlagekante 29 des Rings 19 aufgenommen wird und dar, wenn er in seiner«normalen Arbeitslage installiert wird, auf dem oberen Ende des federbeiasteten Zylinders 30, der mit einer typischen Betätigungsvorrichtung 22 verbunden ist, sitzt und bis zu einem gewissen Grad tiavon getragen wird.

Der Zylinder 30 wird gleitend innerhalb einer GehäusebUchse 31 aufgenonunen, die durch eine geeignet angeordnete Rippenplatte 17 getragen wird. Die Büchse 31 hat ein Paar gegenläufiger Lüngsschlitze 32 zur Aufnahme eines Paars Stifte 33, die an Zylinder

30 befestigt sind und die in entsprechende zugehörige Schlitze 32 greifen, um den Hub des Zylinders 30 in Bezug auf die Buchse

31 zu begrenzen.

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Innerhalb des Zylinders 30 befinden sich zwei Federn 34 und 35. Die Feder 34 hält den Zylinder 30 in einer zurückgezogenen Außen·= lage in Bezug auf die Büchse 31. Die Feder 35 wird zwischen einem Innenflansch 36 innerhalb des Zylinders 30 und einer Schulter an der Nockenstange 23 gehalten.

Von dem Boden der Buchse 31 erstreckt sich die Nockenstange 23 durch eine oder mehrere Rippenplatten 17. Das unter© Ende der Nockenstange 23 wird gleitend in einer FUhrungsbUchse38 aufgenommen, die zweckmäßig von einer anderen Rippenplatte 17 unter-* stützt wird und die ebenfalls gleitend den bereits genannten KoI- ' ben 24 trägt.

Der Kolben 24 ist mehrteilig ausgeführt und besitzt ein© zylindrische Büchse 39, die axial in einer pas send ©si Bohrung 40 dor FUhrungsbUchse 38 gleitet, ein Keilstück 41, das innerhalb der Büchse 39 durch eine Kopfschraube 42 befestigt ist, und ©in Keilstück 43, das innerhalb der Büchse 39 durch ©inen Stift 44 befestigt ist. Die Druckplatte 26 ist an...den Ende des SCeilsWeks '_-.:. 43 durch eine geeignete, Übliche Verbindung befestigt» wie z_oB. durch eine Schraube 50. Das Keilstück 43 hot eine geneigte ehe 45, die dazu dient, eine passend geneigte Fläeha* 46 mi Nockenstange 23 zu erfassen. Das KeilstUck 41 erstreckt sieh in eine konische Längsnut 47 in Nockenst.anga 23, um ZM vermeiden, während sie sich axial bewegen/darf_β 47 hat ein Tiefenprofil, das durch ein® Bodenflüe! wird, die in Längsrichtung etwa parallel zu den. konischen Fliehen 45 und 46 verläuft und dann in einem kurvonfBrnigen, •tuck 49 endet.

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Wenn die Nockenstange 23 abwärts in der Führungsbüchse 38 gleitet, legt sich die Fläche 46 gegen die Fläche 45, wodurch der Kolben 24 und seine Druckplatte 26 in Richtung auf das zugehörige Umfangs-Brennelesifnt 12 vorgerückt werden, um, eine Druckkraft auf den Kern 11 in d&s^l&ene der mittigen Roste 21 auszuüben. Die Abwärtsbewegung der Nockenstange 23 und somit die Vorwärtsbewegung des Kolbens 24 und der Grad der dedurch bewirkten Pressung des Kerns 11 werden durch di© kombinierte Haltewirkung von Keilstück 41, Keilstück 43 und Kailnutemdstüek 49 begrenzt® Wenn das Endstück 49 und die angrenzende Flüche 48 innerhalb der Keilnut 47 in dem begrenzenden Raum zwischen den KeiistUck 41 und den Keilstück 43 erfaßt werden, verhindert di© eintretende Hewmumg eine weitere Abwärtsbewegung der Nockeinstopge 23»

Wenn sich die Nockenstange 23

14 vom Ring 19 entfernt wird ynd spännen k8ffiini©n_ff I©gt sieh c2i@
41 on, W(BaWsIh der Kolben 24 wnd zugehörigen Brannaleraent 12 wegb

ζ·Β« wenn der Rost Federn 34 und 35 sich entgegen das Keilstück platte 26 sich von dem

Ays den obigen Awsfyhryngen wird der Fachaann erkennen, doß die Bewegung dag SColbens 24 durch die Wirkung der Nockenstange 23 ausgelöst wird und daß dia Kraft, die von der Druckplatte 26 auf das Brennelement 12 ausgeübt wird, im Verhältnis 2m der Axielkroft steht, die durch den Droek der Feder 35 eef di® Nbekenstange 23 ausgeübt wird₀

Ein©· der wesentlichen Merkmale der beschriebenen Klee»- KKdI Betätigungsvorrichtungen 22 liegt dariin^ doS sie gleichseitig und automatisch in Betrieb geestst werden, an die Brennaieneirat® 12

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des Kerns Π gegen Schwingungen und seitliche Verlagerung bei Einlegen des Rosts 14 in den Ring 19 zu stabilisieren, insgesamt ohns Notwendigkeit, äußere Kraftquellen vorzusehen.

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Claims (11)

PATENTANSPRÜCHE S 5SSSiSESSSS SS CSSSSlSiJIiBSS SS SSS S SSB SS

1. Stabilisierungsvorrichtung fUr einen Atomreaktor-Kern, in dem zahlreiche langgestreckte benachbarte Brennelemente mit seitlichem Abstand angeordnet und in Gruppen zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zahlreiche Kiemmund Betätigungsvorrichtungen die einzelnen Brennelement-Gruppen umgeben und so angeordnet sind, daß sie Preßkräfte auf diese und damit die Brennelemente ausüben mit der Maßgabe, den Abstand zwischen ihnen zu verringern und eine kompaktere Gruppe zu bilden.

2. Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßkräfte im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene wirken, die sich quer durch die Brennelement-Gruppe erstreckt.

3. Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 1 und/oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Klemm- und Betätigungsvorrichtungen Kräfte einwirken, die im wesentlichen parallel zu den Längsachsen der Brennelemente gerichtet sind.

4. Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Klemm- und Betätigungsvorrichtungen aus einem Nocken- und einem Nachlaufteil besteht.

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5. Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß das Nockenteil in einer Richtung parallel zu den Längsachsen der Brennelemente beweglich ist und den Nachlaufteil erfaßt, um die Kräfte in die Querebene zu Übertragen,

6, Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 4 und B₁

g e k en η ze i c h net, daß die Brennelemen't-Qrejppe -' mit einer seitlich umgebenden Bandage angeordnet ist„

7. Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch &, dadurch @ θ k e η η ζ eic h net , daß die Klemm» und B@t&tigungs» vorrichtungen außerhalb des von der Uutenesntelung umgebenden Raumes liegen.

8. Stabilieierungsvorrichtung nach Anspruch 7 k e η η ζ e i c hη e t ,daß die Klauevorrichtungen so angeordnet sind, dleß ®i© tor-Ummantelung treten, um auf die Brenriel@ia©ot@ Brennelement-Gruppen zu wirken»

9. Stabiiisierungevorrichtung nach V der folgenden, dadurch g e kenn ζ eic h η © i_ff die Brennelemente je einen Rost.habeRy der

festgelegten Abstand zwischen
- und daß die -Nachlauf teile so 'angeordnet sinnig .da©, si© ait ^: den Rosten d«r entsprechenden.

stehen*

10* Stebiiieieriingtvorrichtung nach ÄßspsTysli 4 m der folgenden, dadurch-', g β k β si «sol & h m q

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: .. . 109 81 τ/128 4 : .;.■.■..

die Klemm- und Betätigungsvorrichtungen elastische Teile einschließen, die Noekeoteile beeinflussen, um die Nachlaufteile unter Vorspannung ζω halten.

11. Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 4 und/oder einem der folgenden,, dadur@fo gekennzeichnet, daß die Klemm- und Betätigungsvorrichtungen.raeehanisch® Haltevor- - richtungen ©imsehlieBen, die dein Hub der Nockenteile b@» grenzen, um auch am Hub der Naehlayfteiie und dadurch den Grad der Verdichtung der Brenneleraentgruppe zu begrenzen.

PATENTAiIiAL

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