DE2061041C3

DE2061041C3 - Nuclear reactor fuel rod with spacer devices

Info

Publication number: DE2061041C3
Application number: DE19702061041
Authority: DE
Inventors: Peter 8552 Mittelehrenbach Rau
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1970-12-11
Publication date: 1976-09-09

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kernreaktorbrennstab mit Einrichtungen zur Abstandshalterung im Verband eines Brennelementes in bestimmten axialen Abständen, wobei das Brennstabhüllrohr mit kurfcen, im wesentlichen axialen Stollen bzw. mit gewendelten Rippen versehen ist und in den genannten Abständen kurze Rohrabschnitte über diesen Teilen und sämtlich in gleichen Ebenen angeordnet sind. Für die Lösung des Problems der Abstandshalterung von Brennstäben im Verband eines Brennelementes sind schon die verschiedenartigsten Lösungen bekanntgeworden, da es für die gleichmäßige Wärmeabführung notwendig ist, die Abstände zwischen den Brennstäben während der ganzen Reaktorbetriebszeit konstant zu halten. Die Abstandshalterung hat weiterhin die Aufgabe, Schwingungen der einzelnen Brennstäbe zu verhindern. The present invention relates to a nuclear reactor fuel rod with spacing means in the assembly of a fuel assembly at certain axial distances, the fuel rod cladding tube with short, is provided with essentially axial studs or with coiled ribs and at the stated intervals short pipe sections are arranged above these parts and all in the same planes. For the Solution to the problem of the spacing of fuel rods in the association of a fuel assembly are The most diverse solutions have already become known, as they are responsible for uniform heat dissipation it is necessary to keep the distances between the fuel rods constant during the entire operating time of the reactor keep. The spacer also has the task of preventing the individual fuel rods from vibrating.

Normalerweise verwendet man gitterförmige Abstandshalter, die z. B. aus einem Maschenwerk hochkant gestellter Stege bestehen, aus denen federnde und starre Noppen herausgearbeitet sind. Diese wieder zentrieren jeweils einen Brennstab in einer derartigen Masche. Es ist auch schon bekanntgeworden, siehe die US-PS 33 93 128, die Brennstäbe selbst mit Führungsstollen zu versehen, die wiederum in den einzelnen aus Rohrabschnitten bestehenden Maschen eines solchen Abstandshaltergitters anliegen. Weiterhin sind Brennstäbe bekanntgeworden, die mit gewendelten Rippen oder Finnen versehen sind. Auch diese halten sich entweder in einem derartigen Gitterabstandshalter oder sie berühren sich gegenseitig bzw. das Hüllrohr des benachbarten Brennstabes.Usually grid-shaped spacers are used, the z. B. consist of a mesh set on edge webs, from which resilient and rigid knobs are worked out. These again center one fuel rod in each Mesh. It has also become known, see US-PS 33 93 128, the fuel rods themselves with guide lugs to provide, which in turn in the individual meshes consisting of pipe sections of such a Spacer grid. Furthermore, fuel rods have become known that have coiled fins or fins are provided. These too either hold in such a grid spacer or they touch each other or the cladding tube of the adjacent fuel rod.

Bei allen diesen bekannten Abstandshalterformen besteht die Gefahr gegenseitigen Fressens, wobei es unter Umständen sogar zu Beschädigungen des Brennstabhüllrohres kommen kann, die zu einer Verkürzung der Lebensdauer solcher Brennstäbe führen. Außerdem ist insbesondere bei der Verwendung von Abstandshaltergittern der Materialaufwand im Hinblick auf die schädliche Neutronenabsorption verhältnismäßig groß, so daß das Ziel dahin geht, diesen Aufwand so gering als möglich zu halten und gleichzeitig mechanische BeSchädigungen der Abstandshalter bzw. der Brennstäbe selbst zu vermeiden. Auch ist es vorteilhaft, wenn auf einen drehorientierten Einsatz der einzelnen Brennstäbe verzichtet werden kann, wie es z. B. bei den gewendelten Brennstäben normalerweise notwendig ist, da sonst Ungleichmäßigkeiten in den Abständen zwischen den Biennstäben nicht zu vermeiden sind.In all of these known spacer forms there is a risk of mutual seizure, with it Under certain circumstances, the fuel rod cladding tube can even be damaged, leading to a shortening lead to the life of such fuel rods. It is also particularly important when using spacer grids the cost of materials with regard to the harmful absorption of neutrons is relatively high, so that the goal is to keep this effort as low as possible and at the same time mechanical damage to avoid the spacers or the fuel rods themselves. It is also beneficial when on a rotation-oriented use of the individual fuel rods can be dispensed with, as is the case, for. B. with the coiled ones Fuel rods is usually necessary, otherwise irregularities in the distances between the beehives cannot be avoided.

Dieses Ziel wird bei dem eingangs genannten Kernreaktorbrennstab erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Rohrabschnitte wenigstens punktweise mit diesen Stollen bzw. Rippen metallurgisch verbunden sind und daß sich die Rohrabschnitte gegenseitig hingegen ledigHch berühren. Es wird also auf ein eigentliches Abstandshaltergitter völlig verzichtet, vielmehr sind die einzelnen Brennstäbe eines Brennelementes in Höhe der Abstandshalterebenen mit beabstandeten Ringen versehen, die sich gegenseitig berühren. Damit wird erreicht, daß der drehorientierte Einbau der Brennstäbe für das Brennelement entfällt, daß gefährliche Heißstellen, die durch die Anlage von Noppen und Federn am Hüllrohr der Brennstäbe möglich sind, vermieden werden, daß das Brennstabbündel radial weich ist und daß das Hüllrohr nicht durch Fressen beschädigt werden kann. Weiterhin entfällt im Gegensatz zu Abstandshalterelementen mit Abstandshaltergittern eine Halte- und Tragstruktur.In the case of the nuclear reactor fuel rod mentioned at the outset, this aim is achieved according to the invention by that the pipe sections are metallurgically connected at least in points to these studs or ribs and that the pipe sections, on the other hand, only touch one another. So it is on an actual spacer grid completely omitted, rather the individual fuel rods of a fuel assembly are in height the spacer planes provided with spaced rings that touch each other. This achieves that the rotation-oriented installation of the fuel rods for the fuel assembly is not necessary, that dangerous hot spots, which are possible due to the installation of knobs and springs on the cladding tube of the fuel rods are avoided, that the fuel rod bundle is radially soft and that the cladding tube is not damaged by seizing can. Furthermore, in contrast to spacer elements with spacer grids, there is no holding and supporting structure.

Eine derartig einfache Abstandshalterstruktur ist in den F i g. 1 und 2 dargestellt. Dabei zeigt dieSuch a simple spacer structure is shown in FIGS. 1 and 2 shown. The

F i g. 1 einen Querschnitt durch einen Teil eines Brennelementes, währendF i g. 1 shows a cross section through part of a fuel assembly, while

F i g. 2 einen Längsschnitt entlang der Linie H-II von F i g. 1 zeigt.F i g. FIG. 2 shows a longitudinal section along the line H-II from FIG F i g. 1 shows.

Die eigentlichen Brennstäbe mit dem Hüllrohr sind mit 2 bezeichnet. Auf dieses Hüllrohr sind in den Abstandshalterebenen gerade oder wendeiförmige Stollen oder Rippen 3 aufgeschweißt und über diese wiederum Rohrabschnitte 1 geschoben. Letztere sind durch Schweißpunkte mit den Stollen 3 verbunden und damit in ihrer Lage fixiert. Beim Zusammenbau des Brennelementes liegen dann die Ringe 1 aneinander und zentrieren somit die einzelnen Brennstäbe 2. Diese Lage ist in F i g. 2 dargestellt. Je nach dem übrigen Aufbau des Brennelementes kann es zweckmäßig sein, in Höhe dieser Abstandshalterringe 1 jeweils eine Bandage um das Bündel herumzulegen, wenn diese nicht allein schon durch äußere strukturelle Elemente, wie z. B. Brennelementmäntel, gegeben ist. Wie aus dieser Darstellung ersichtlich, können die Brennelemente ohne jede Drehorientierung in das jeweilige Brennelement eingesetzt werden, dabei sind abgeschrägte Enden der Stollen 3 für ein leichtes Einführen der Brennstäbe in ihre Endlage vorteilhaft.The actual fuel rods with the cladding tube are denoted by 2. On this cladding tube are in the spacer levels straight or helical studs or ribs 3 are welded on and over these in turn Pipe sections 1 pushed. The latter are connected to the studs 3 by welding points and thus fixed in place. When assembling the fuel assembly, the rings 1 then lie against one another and center thus the individual fuel rods 2. This position is shown in FIG. 2 shown. Depending on the rest of the structure of the Fuel assembly, it may be useful, at the level of these spacer rings 1, a bandage around the Laying bundles around if this is not due to external structural elements such as B. fuel element jackets, given is. As can be seen from this illustration, the fuel assemblies can without any rotational orientation be inserted into the respective fuel assembly, with beveled ends of the cleats 3 advantageous for easy insertion of the fuel rods into their end positions.

Normalerweise wird man die Stollen 3 gerade ausführen. Sollte jedoch eine Verwirbelung des Kühlmittels innerhalb des Brennelementes wünschenswert sein, ist auch eine leicht gewendelte oder schräge Ausführungsform dieser Stollen zweckmäßig. Je nach Beanspruchung der Abstandshalterelemente können für dieses Abstandshaltersystem die an sich bekannten Materialien, wie z. B. Zirkonverbindungen oder auch rostfreier Stahl Verwendung finden. Auch ist die Verwendung eines derartigen Abstandshaltersystems nicht auf bestimmte Reaktortypen beschränkt.Normally, the studs 3 will be carried out straight. However, there should be a turbulence in the coolant be desirable within the fuel assembly, a slightly coiled or inclined embodiment is also this tunnel functional. Depending on the stress on the spacer elements, for this Spacer system, the materials known per se, such as. B. zirconium compounds or stainless Find steel use. The use of such a spacer system is also not on certain reactor types are restricted.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

Nuclear reactor fuel rod with spacer devices in the association of a fuel assembly at certain axial distances, the fuel rod casing is provided with short, essentially axial studs or with coiled ribs and short pipe sections over these parts at the stated intervals and all in the same way Levels are arranged, characterized that these pipe sections (1) at least pointwise with these studs or ribs (3) are metallurgically connected, and that the pipe sections (1), however, only mutually touch.