DE2043050A1

DE2043050A1 - Halterung fur Kernreaktor Brenn elemente

Info

Publication number: DE2043050A1
Application number: DE19702043050
Authority: DE
Inventors: Thomas St Annes Lancashire Seddon (Großbritannien)
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1969-09-03
Filing date: 1970-08-31
Publication date: 1971-04-29
Also published as: FR2060379A1; DE7032434U; SE350140B; US3772148A; BE755643A; GB1304520A; FR2060379B1; ES383355A1

Description

Telegramm-Adr.: Patschub, Siegen Postscheckkonti!!:

PATENTANWALT

DiPL-ING. ERICH SCHUBERT .

Köln 1M9 31, Essen 203*2 Bankkonten: Deutsche Bank AG.,

Abs.: Patentanwalt Dipl.-Ing. SCHUBERT, 59 Siegen, Eiserner Straffe 227 Filialen Siegen U. Oberhausen (RhId.)

Postfach 325

^I/Sb

United Kingdom. Atomic Energy Authority,

11, Charles IX Street, lion do n .S 1-1 / England

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Wr.■ 43717/69 vom. ■}„ September 1969 beansprucht.

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Halterung für Kernreaktor-Brenneleniente

Die Erfindung betrifft Kernreaktor-Brennstoffzusammenbauten, in :./bc· Kondore 3rennstoffzusammenbauten oder -baugruppen derjenigen G-actung, bei v/elcher eine Mehrzahl von länglichen Brennstoff stäben ' nit■'ihren Längsachsen'parallel in einem Bündel gehalten werden. " Jiiin solcher Brenneboffelement-Zusammenbau verwendet ein oder mehrere AbrjuaridiVjitter zwischen den Enden des Zusammenbaus, welche dazu dienen, . io 3rGnristoff-Bewegung innerhalb des Abstandsgitbers zu begrenzen und die richtige Lage dor Bronnstoffstäbe im Zusammenbau relativ zueinander aufrechtzuerhalten.

Bei einem solchen Abstandsgitter bereits vorhandener
Ausführungsform werden die Brennstoffstäbe durch einander
entgegenwirkende federnd nachgiebige Bauteile gehalten.
Diese Anordnung bedingt jedoch einen unstabilen "Massen-Feder "-Auf bau, bei welchem die Brennstoffstab-Bewegung
solange fortbesteht, bis durch die resultierende Feder-Verformung oder -Deflektron eine genügend große Kraft
entwickelt wird, um der Störung, Verlagerung oder Verformung entgegenzuwirken. Unabhängig davon, wie steif
auch immer die Feder-3auteile sind, es tritt doch eine
mikroskopische Bewegung oszillierender Natur auf, wodurch
ein Plächenfressen an den Brennstoffstäben entsteht, d»h.
eine Abnutzung der Brennstoffstäbe an den Stellen des Kontaktes mit den federnden Bauteilen,,

Bei einer anderen Äusführungsform eines Abstandsgitters werden die Brennstoffstäbe durch eine starre Halterung vermittels federnd nachgiebiger Bauteile gehalten, welche in
Gegen-Relativzuordnung zu den starren Halbemitteln angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform wird die Federkraft der federnd nachgiebigen Bauteile so gewsihlt, daß sichergestellt wird, daß die Brennstoffstäbe nicht gegen die starren Haltemittel anstoßen, da dadurch ein Fressen in gefährlichem Ausmaß entstehen würde. V7enn auch ein Schwingen der Brennstoffstäbe innerhalb einet; Abstandsgitters bei dieser Anordnung auf einem Mindestwert gehalten werden kann, so treten doch immer noch seitliche Schwingungen von Brennstoffstäben zwischen benachbarten Abstandsgitter im Zusammenbau auf. Durch solche Schwingungen entstehen Abreibungen zwischen dem Stab und den Haltemitbeln mit sich daraus ergebendem Flächeni\ressen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Abobandsgibber für
einen Kernreaktor-Brerinstoff-Zusamiiieribau mit einer Mehrzahl von länglichen BrennebofCsbäben, welche, mlb ihren Längsachsen zueinander parallel, in einem Bündel gehulben werden, welches Zellenaufbau hub und versehen ist mit öffnungen odor Aussparung en, durch welche hindurch die Brennt; to I? L's babe sich

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erstrecken, iait drei im wesentlichen starren Haltebau-.teilen* die sich in jede der "besagten Aussparungen hinein erstrecken und mit federnd nachgiebigen mitteln, welche in jede Aussparung in Gegen-Relativzuordnung mit besagten Haltebauteilen vorgesehen und so angeordnet sind, daß sie mit Vorspannung einen Brennstoffstab-in der Aussparung gegen die Haltebauteile halten, wobei besagte Haltebauteile so angeordnet sind, daß mindestens einer der Haltebauteile den Brennstoffstau on sinew. Punkt oder einer Stelle kontaktberührt, welche in Längsrichtung mit Abstand in Bezug auf die Längsachse des Brennstoffstabes von den Punkten der Kon- | täktberührung der beiden andern Haltebauteile mit dem Brennstoff stab weg angeordnet oder gelegen sind, und wobei die xContaktberiihrungsstellen der drei Haltebauteile mit dem Brennstoffstab in den Ecken eines Dreiecks vorgesehen sind.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird durch die Drei-Punkt-Halterung, welche durch die drei starren Haltebauteile für Jeden der Brennstoffstäbe erreicht wird, sichergestellt, daß jeder Brennstoffstab vollen Kontakt mit allen der drei starren Haltebauteile macht. Bei dieser Ausführungsform ist ein Paar vorgesehen, durch welches einer seitliehen Schlingbewegung der Brennstoffstäbe zwischen benachbarten Abstandssittern entgegengewirkt wird, wodurch das Reibungs- " Plächenfressen der Brennstoff stäbe an den starren Haltebau*- teilen auf ein Minimum gebracht wird· Durch diese Ausführungsform .wird außerdem das Ausmaß der Störung begrenzt, welches von dem einen Zwischengitterabschnitt des Brennstoffzusammenbäus nach dem nächsten übermittelt wird und ein richtiges Fluchten der Brennstoffstäbe innerhalb der Abstandsgitter sicherstellt.

Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung ausführlicher erläutert, und zwar zeigt:

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Fig» 1 eine Draufsicht nit teilweisem Schnitt auf ein Abstandsgitter gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Abstandsgitters, teilweise, im Schnitt, entlang der Schnittlinie II-II in Fig* 1,

Pig. 3 einen Einzelteil in isoraetrischer Darstellung des in Fig. 1 gezeigten Abstandsgitters,

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein !eilstück auf eine zweite Ausführungsform des Abstandsgitters gemäß der Erfindung,

Fig. 5 einen Schnitt in einem tieferen Niveau des Abstandsgitters nacn Fig· 4, während

Fig. 6 in isometriscner Darstellung einen Einzelteil des Abstandsgitters nach Fig. 4- wiedergibt.

Das in den Fign» 1 und 2 gezeigte Abstandsgitter besteht aus einer mittleren Halte-Hülse 1 und einem äußeren kreisförmigen Band 2. Die mittlere Hülse 1 und das äußere Band 2 stehen miteinander über radiale Streben 3 in Yeroindung, welche die Fläche des äußeren Bandes 2 in acht Sektoren 4 aufteilt. Jeder Sektor 4 enthält sechs rohrförmig Hülsen 5 an der oberen Stirnfläche des Gitters und sechs entsprechende rohrförmige Hülsen 6 an der unteren Stirnfläche des Gitters. Die Komponenten des Zusammenbaus, also die mittlere Hülse 1, das äußere Band 2, die radialen Streben 3 und die Hülsen 5 und 6 werden miteinander über Hartlöten oder Punktschweißen verbunden« Durch das Abstandsgitter wird eine seitliche Ortsfestlegung für einen Zusammenbau oder eine Gruppe von länglichen Brennstoffstäben 7 erreicht, welche in einem Bündel, mit ihren Längsachsen parallel zueinander, gehalten werdenβ Jedes der entsprechenden Paare von Hülsen > und 6 wird durch einen Brennstoffstab 7 durchsetzt, wenn auch uus Vereinfachungsgründen nur einige wenige der Brennstoffstäbe ' in Fig. 1 dargestellt sind.

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Aus-FIg*. 3 Ist ersichtlich, daß zwei starre Haltebauteile 8 und ein starrer xiück-Haltebauteil 9 in jeder der oberen Hülsen 5 an- oder eingeformt sind. Der Haltebauteil ö · und der Hück-Haltebauteil 9 sind mit gleichem. Abstand um 120° voneinander vorgesehen· In den unteren Hülsen 6 sind' ein einziger starrer Haltebauteil S und zwei starre Hück-HaIteteile 9» ebenfalls in gleichem Abstand um 120° voneinander vorgesehenj an- oder eingeformt« Doppel-Biege-Federn ■ 10 sind über die Streben 3 zwischen den Hülsen 5 und 6 gefügt ο Jede Biegefeder 10 ragt durch Schlitze 11 in den oberen ^ Hülsen 5 unterhalb der Haltebaustücke 9 hindurch und greift " in Aussparungen 12 in den oberen und unteren Kanten der radialen Streben 3 ein. Die Biegefedern 10 halten die Brennstoffs Gäbe 7 in V/irkverbindung rait den beiden starren Haltebauteilen 6 In den oberen Hülsen 5 Lind mit d.em einzigen starren Bauboil 6 In den unteren Hülsen 6o

Die Brennstoffstäbe 7 machen normalerweise nicht Kontakt mit dom Hück-Iialteteil S, es sei denn, aie Biegefedern 10 versehen, wenn die Haltebaustücke 9 dazu dienen, die Seitenbov/e;-~uii2; der Brennstoff stäbe 7 weg von den starren Haltebauteilen 8 zu begrenzen·

Das Absijö-ridsgi^ter, welches in den Fign. 4, 3 und 6 der " Zeichnurig dargestellt i.,t, setzt sich zusaiimen aus einem oberen G-itber-Zusammenbuu 13 und einem unteren zugehörigen 3-ittörzurjcj:nmenbau 14, beide von Rechteck-Gritterforme Die oberen und unteren Gitterzusammenbauten 13 und 14 sind beide aus .dünnem Streifenmate eiul herbes bellt und y/erden durch ein oberes (nicht gezeigtes) Halteband, zusammengehalten» Wiederum ' v/ird- durch dua Abstandsgitter eine seitliche tiaumzuordnung für jinori Zus.'iirunenbo.u oder oinefi 7/inkel von Brennstoff stäben ^erichaffen, welche, mit ihren Längsachsen parallel, in einem \ :iündol ^ehalton werden» Die Gitter auf bauten 13 und 14 haben

ί .

[ x-ochljockige Ausuporuu jen 15, v/obei ciie Brennstoff stäbe 7 sich

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in Längsrichtung durch entsprechende Aussparungen 15 in den beiden Gitteraufbauten 13 und 14 hindurcherstrecken. Die Streifen, welche die Gitteraufbauten 13 und 14 bilden! sind so ausgestaltet, daß sie starre Halteelemente 16 und starre Rück-Halteelemente 17 bilden, welche sich in jede der Aussparungen 15 hinein erstrecken. Doppel-Biege-Federn 18 erstrecken sich in Längsrichtung zwischen den oberen und den unteren Gitteraufbauten 13 und 14. Wie sich aus Fig. 6 ergibt, sind die Biegefedern 18 in Schlitze 19 in entsprechenden Seiten der Aussparungen 15 in den oberen und den unteren Gitteraufbauten 13 und 14 eingepaßt. Wie sich ebenfalls aus Fig. 6 ergibt, ist in der Aussparung 15a des oberen Gitteraufbaus 13 die zugeordnete Biegefeder 18 so vorgesehen, daß sie mit Vorspannung einen Brennstoffstab 7 in Wirkverbindung mit zwei starren Haltebauteilen 15 bringt, welche sich von entgegengesetzten Seiten aus in die Aussparung 15a hinein erstrecken. In der zugehörigen Aussparung 15a des unteren Gitteraufbaus 14 bringt die Biegefeder 18 den Brennstoffstab 7 mit Vorspannung in Wirkverbindung mit einem einzigen starren Haltebauteil 16 in der Seite der Aussparung 15a, welche sich gegenüber der Biegefeder 18 befindet·

Die Aussparung 15a in dem oberen Gitterzusammenbau 13 weist ein einziges Hück-Halteglied 17 auf der Seite der Aussparung, welche die Biegefeder 18 aufweist, auf. Die Aussparung 15a in dem unteren Gitterzusammenbau 14 hat zwei entgegengesetzt angeordnete ilück-Halteglieder 17· Außerdem berührt bei dieser Ausführungsform der Brennstoffstab 7 normalerweise nicht -die ßück-Halteglieder 17, es sei denn, daß ein Versagen der Biegefeder auftribto

In den Aussparungen 15b, welche den Aussparungen 15a der oberen und der unoeren Gib boraufbauten 13 und 14 benachbart sind, ist aie Anordnung reversiert bzw. umgekehrt.

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In der Aussparung 15b des oberen Gitteraufbaus 13 bringt die zugehörige Biegefeder den Brennstoffstab 7 mit Vorspannung in "/irkverbindung mit einem einzigen starren Halte— bauteil 16, welcher der Biegefeder 18 gegenüberliegt» In der ent sprechenden Ausspc-rung 15b des unteren Gitterauf baus 14 bringt die Biegefeder 18 unter Vorspannung den Brennstoffstab 7 in V/irlcverbindung mit zwei starren Haltebauteilen 16, welche von entgegengesetzten Seiten der Aussparung 15b im unteren Gitterauibau 14 vorragen,. Die Aussparung 15b im oberen Gitter-Bauteil 13 v/eist zv/ei entgegengesetzt angeordnete Hück-Halteelemente 17 auf, während die Aussparung 15b in dem unteren Gitteraufbau 14 ein einziges Halte-Hück-Halteeleinerit 17 auf- I weist.

Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausf'.üirungsform und bezieht sich vor allem auch auf -sämtliche iirf indungsmerlaaale, die im eii_zeinen — oder in Kombination — in der gesamt;en Basclireibuiig und Zeichnung offenbart sind«

Patentansprüche

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Claims

Fat entanspräche

Abstandsgitter für einen Kernreaktor-Brenn^toff-Zusammenbau mit einer Mehrzahl von länglichen Brennstoffstäben, welche in einem Bündel mit ihren Längsachsen zueinander parallel gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandsgitter einen Zellenaufbau aufweist und versehen ist mit Aussparungen oder öffnungen, durch welche hindurch die Brennstoffstäbe sich erstrecken, mit drei in wesentlichen starren Haltebauteilen, die sich in jede der besagten Aussparungen hinein erstrecken, und mit federnd nachgiebigen kittein, welche in ,jede Aussparung in Gegen— Relativzuordnung mit besagten Haltebauteilen vorgesehen und so angeordnet sind, daß sie mit Vorspannung einen Brennstoff stab in der Aussparung gegen die Haltebauteile halten, wobei besagte Haltebauteile so angeordnet sind, daß mindestens einer der Haltebauteile den Brennstoffstab an einem Punkt oder einer Stelle kontaktberührt, welcher oder welche in Längsrichtung mit Abstand in Bezug auf die Längsachse des Brennstoffstabes von den Punkten der Kontaktberührung der beiden anderen Haltebauteile mit dera Brennstoff stab weg angeordnet oder gelegen ist,und wobei cie Kontaktberührungsstellen der drei Haltebauteile mit den Brennstoffstab in den Ecken eines Dreiecks vorgesehen sind.

2, Abstandsgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten federnd nachgiebigen Littel den Brennstoff stab an einer Stelle auf dem Brennstoffstab, welcher zwischen der Kontaktstelle des einen Haltebauteils und den Kontaktstellen der beiden anderen Haltebauteile mit dem Brennstoffstab zwischengelegen ist, kontaktberührt, und daß die federnd nachgiebigen Mittel auf den Brennstoffstab in Oppositionsstellung zu den Haltebauteilen einwirken, um so den Brennstoffstab unter Vorspannung in Kontaktυerührung in allen drei der Haltebauteile zu bringen bzw. zu halten.

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3o Abstandsgitter nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ■

zeichnet, daß zwei ü Der einander liegende Schichten von . rohrförmigen Hülsen vorgesehen sind, daß die Hülsen in jeder Schicht Miteinander verbunden und die beiden Schichten von Hülsen in Längsrichtung mit Abstand im Abstandsgitter -gehalten sind, daß die Brennstoffstäbe in einem Brennstoff-Zusammenbau je durch ein zugehöriges Paar von Hülsen hindurchführen, und zwar je einer in jeder Schicht, daß zwei in TJmfangsrichtung voneinander Abstand aufweisende starre Haltebauteile so geformt sind, daß sie sich innerhalb der einen Hülse eines jeden Hülsenpaares erstrecken, I daß ein einziger starrer Halteteil angeformt ist, welcher sich innerhalb der zweiten Hülse eines jeden Hülsenpaares erstreckt, derart, daß die beiden starren Haltebauteile in der einen Hülse und der einzige starre Halteteil in der zv/eiten Hülse eines jeden Hülsenx)aares an den Ecken eines Dreiecks gelegen sind, und daß die federnd nachgiebigen .Mittel in Zuordnung zu jedem Hülsenpaar so vorgesehen sind, daß oie in Oppositionsstellung auf die starren Haltebauteile einwirken, um so uie Brennstoffstäbe mit Vorspannung gegen üie starren Haltebauteile zu drücken₀

4. Abstandsgitter nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die federnd nachgiebigen Mittel so angeordnet sind, daß sie auf die Brennstoffstäbe an einer Stelle einwirken, welche in Längsrichtung zwischen den beiden Haltebuuteilen in der einen Hülse und dem einzigen Haltebauteil in der zweiten Hülse eines jeden Hülsenpaares gelegen ist.

5ο Abstandsgitter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die federnd nachgiebigen ivlittel aus einer Biegefeder bestehen, weiche in Längsrichtung zwischen den beiden Hülsen eines jeden Hülsenpaares vorgesehen ist, und daß die Biegefedern sich an. die Brennstoff stäbe im Zwischenraum zwischen den beiden Hülsen eines jeden Hülsenpaares anlegenc.

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S₀ Abstandsgitter nach Anspruch 3> dadurch'gekennzeichnet, daß ein Halteelement so angeformt ist, daß es sich innerhalb der einen Hülse eines jeden Hülsenpaares coif der abgewandten Seite der Hülse zu den starren Haltsbauteilen darin erstreckt, und zwei in Umfangsrichtung voneinander Abstand aufweisende Haltebauteile so geformt sind, daß sie sich innerhalb der zweiten Hülse eines jeden Hülsenpaares auf der entgegengesetzten Seite der zweiten Hülse zu dem einzigen starren Halteteil darin erstreckt, and daß die Brennstoffstäbe auf Abstand von den Halteteilsn in den Hülsen gehalben werden, wenn die Brennstoff stäbe in Kontaktberührung mit den Haltebauteilen in den Hülsen sind»

7» Abstandsgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich zusammensetzt aus zwei übereinanderliegenden Gitteraufbauten, wobei jeder Gitteraufbau aus einer Mehrzahl von Streifenbauteilen besteht, die sich unter rechten Winkeln durchsetzen oder schneiden, um. dadurch recht winklige Aussparungen in den Gitteraufbauten zu schaffen, daß üie Brennstoffstäbe eines BrennstoffZusammenbaus sich je durch ein zugehöriges Paar von Aussparungen in den beiden Gitteraufbauten erstrecken, daß jedes Paar von Aussparungen federnd nachgiebige Mittel auf v/eist, die von der einen Sei be derselben so einwirken, daß ein Brennstoffstab, der sich durch die Aussparungen hindurch erstreckt, mit Vorspannung gegen die andere Seite der Aussparungen gedruckt wird und in jedem Paar von Aussparungen zwei starre Haltebauteile sich in cie öffnung in einem der Gitteraufbauten erstrecken, und zwar je eine von. jeder Seite der Aussparung benachbart den federnd nachgiebigen Mitteln, daß ein einziger starrer Halte bauteil sich in die Aussparung in dem andern der Gitteraufbauten von der entgegengesetzten Seite der Aussparung zu den federnden Mitteln hinein erstreckt, daß die beiden starren Haltebauteile und der einzige starre Haltebauteil mit dein zugehörigen Brennstoffstab an den Eckpunkten eines Dreiecks in Kontaktberührung sind, und daß die federnd nachgiebigen Mittel den Brennstoffstab mit Vorspannung gegen besagte starre Haltebauteile drücken.

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δ. Abstandsgitter nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die federnd nachgiebigen Kittel so angeordnet sind, daß sie auf den Brennstoffstab an einer oi;elle in Längsrichtung zwischen den beiden starren lialtebauteilen in der einen Aussparung und dem einzigen starren Halteteil in der anderen Aussparung in jedem zugehörigen Paar von Aussparungen in den beiden Gitteraufbauten einwirken·

9° Abstandsgitter nach Anspruch 7j dadurch gekennzeichnet, daß die federnd nachgiebigen LIittel aus einer Biegefeder bestehen, welche in Längsrichtung zwischen |

jedem, zugehörigen Paar von Aussparungen in den beiden Gitteraufbauten verläuft, und daß die Biegefeder an die Brennstoff stäbe an einer Stelle im-Zwischenraum, zwischen den beiden Gitteraufbauten anliegt₀ .

1Oo Abstandsgitter nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß Halteteile in den zugehörigen Paaren von Aussparungen in den beiden Gitteraufbauten vorgesehen sind, um die Seitenbewegung der Brennstoffstäbe weg vom. Kontakt mit den starren Haltebauteilen entgegen der Wirkung der federnd nachgiebigen Mittel zu begrenzen, daß ein einziger Halteteil vorgesehen i,-t, der sich in die Aussparung eines jeden Paares von Aussparungen erstreckt, welches die beiden ™ starren Haltebauteile aufweist, daß der einzige Halteteil sich in die Aussparung von der Seite der Aussparung her, welche die federnd nachgiebigen Mittel aufweist, erstreckt, daß die beiden Halteteile so vorgesehen sind, daß sie sich in die andere Aussparung des Paares von Aussparungen, welche das einzige starre Halteteil auf v/eist, erstrecken, daß die beiden lialteteile, welches sich in die Aussparung von der einen Seite eier Aussparung benachbart der Seite der Aussparung, welche die federnd nachgiebigen luittel aufweist, erstreckt, und daß die Halteteile voneinander auf Abstand von den Brennstoff stäben gehalten v/erden, wobei ie Brennstoff stäbe in Kontakt iuit den Haltebauteilen in den Paaren von Aussparungen durch die federnd nachgiebigen Kittel gehalten sind,

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