DE2102952C3

DE2102952C3 - Abstandhalteranordnung zur Halterung von Brennstoffelementen in einem Kernreaktor

Info

Publication number: DE2102952C3
Application number: DE2102952A
Authority: DE
Inventors: Andrew James Tariffville Anthony; Albert Lowery Simsbury Gaines; Donald Michael Thompsonville Krawiec
Original assignee: Combustion Engineering Inc
Current assignee: Combustion Engineering Inc
Priority date: 1970-03-27
Filing date: 1971-01-22
Publication date: 1975-05-15
Also published as: FR2083628B1; DE2102952A1; US3674635A; ES389501A2; FR2083628A1; NL7104121A; SE355890B; DE2102952B2; JPS515159B1; GB1273719A; CH524870A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine AbstandshaJteranordnung zur Halterung von Brennsiof/elementen in einem Kernreaktor, mit einer Anzahl von Haupt-Abstandshaltern und einer Anzahl von Neben-Abstandshaltern, welche jeweils aus einem ersten Material mit einem charakteristischen, niedrigen Neutronen-Einfangsquerschnitt bestehen und derart zur Bildung einer rostartigen Abstandshalteranordnung ineinander verschachtelt sind, daß die Haupt-Abstandshalter sich über weniger als die halbe Gesamttiefe der Neben-Abstandshalter in der Rostanordnung erstrecken, einer Anzahl von Federhülsen, welche aus einem zweiten Material mit besseren Spannungsrelaxationseigenschafien als das erste Material bestehen und infolge ihrer relativen Anordnung zu den Haupt-Abstandshaltern durch diese festgehalten sind, wobei die verschachtelte, rostartige Abstandshalteranordnung eine erste und eine quer zu dieser orientierte, mit dieser verschachtelte zweite Serie von in auf Abstand stehenden, parallelen Reihen angeordneten Neben-Abstandshaltern, eine erste, parallel zwischen die erste Serie von Neben-Abstandshaltern eingeschachtelte Serie von in parallelen Reihen angeordneten Haupt-Abstandshaltern sowie eine zweite, parallel zwischen die zweite Serie von Neben-Abstandshaltern eingeschachtelte Serie von in parallelen Reihen angeordneten Haupt-Abstandshaltern aufweist.

Eine derartige Abstandshalteranordnung ist aus der FR-PS 1 570 265 bekannt, wobei die Federhülsen sowohl im oberen als auch im unteren Abschnitt der Tiefe der Abstandshalteranordnung durch eine erste Serie von Haupt-Abstandshaltern und eine zweite Serie von Haupt Abstandshaltern gehalten sind. Die einzelne Federhülse wird mit anderen Worten an jedem Ende durch zwei Haupt-Abstandshalter festgehalten. Dies hat den Nachteil, daß ein verhältnismäßig großer Materialaufwand notwendig ist.

Ferner ist aus der FR-PS 2 011 980 eine Abstandshalteranordnung aus einer Vielzahl von Abstandshaltern bekannt, die aus einem ersten Material mit einem charakteristischen niedrigen Neutronen-Einfangsquerschnitt bestehen, mit Federhülsen in Eingriff, die aus einem /weiten Material mit besseren Spannungsrclaxationseigcnschaften als das zuerst genannte Material (jedoch mit einem verhältnismäßig ungünstigen Neutronen-Einfangsquerschnitt) bestehen, so dall die Belastbarkeit infolge Uingerer Einwirkung von intensiver Strahlung nicht wesentlich abnimmt. Das Zusammenwirken der Anordnung erfolgt dabei in der Weise, daß

jedes Brennelement an fünf Berührungspunkten abgestützt wird, so daß die Brennelemente ohne wesentliche Störung des Reaktor-Kühlmittelflusses geeignet und wirkungsvoll abgestützt werden. Auch diese Abstandshalteranordnung benötigt einen hohen Materialaufwand und ist daher teuer.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Abstandshalteranordn ag der eingangs genannten Art zu schaffen, welche einen geringen Materialaufwand erfordert und aus diesem Grunde billiger hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die erste Serii.· von Haupt-Abstandshaltern in einem ersten Abschnitt der Tiefe der rostartigen Abstandshalteranordnung und die zweite Serie der Haupt-Abslandshalter in dem entgegengesetzten Abschnitt der Tiefe der Abstandshalteranordnung angeordnet ist und daß die einzelnen Federhülsen zwischen einem der Abstandshalter der ersten Serie von Haupt-Abstandshaltern und einem quer dazu verlaufenden Abstandshalter der zweiten Se- to rie von Haupt-Abstandshaltern .-ngeordnet sind.

Hierdurch wird bewirkt, daß du: Federhüise an jedem Ende lediglich durch einen einzigen Haupt-Abttandshalter gehalten wird, wodurch der Materialaufwand stark verringert wird. Die erfindungsgemäß er- as zielten Vorteile sind aber auch nicht durch die AbstaruKhalteranordnung. die aus der DT-AS 1 074 Ifa8 bekannt ist, zu erzielen, da bei der dort beschriebenen Abstandshalteranordnung ein Abstandshalter zwischen eine zweite Serie von Abstandshaltern eingefaßt ist. welche parallel ueinanderliegen und nicht quer zueinander orientiert sind, wie es erfindungsgjmäß der Fall ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Im folgenden wird an Hand der Abbildungen ein Ausführungsbeispiel näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitte Jer erfindungsgemäßen Abstandshalteranordnung.

F i g. 2 einen Teil eines Haupt-Abstandshalters von F i g. i in Seitenansicht,

F i g. 3 einen Teil eines Neben-Abstandshalters von F i g. 1 in Seitenansicht,

F i g. 4 eine Federhüise im Schnitt längs der Linie 4-4 von F i g.5,

F i g. 5 eine Federhülse in Seitenansicht.

F i g. 6 ausschnittweise die Absuindshalteranordnung von F i g. 1 in der Draufsicht.

F i g. 7 ausschnittweise die Abstandshalteranordnung von F i g. 1 im seitlichen Schnitt.

Die in den Fig. 1, 6 und 7 dargestellte Abstandshalteranordnung 10 weist eine Serie darin eingeschlossener Abstandshalter auf, die eine erste und eine zweite Reihe von Haupt-Abstandshaltern 12 auf, die jeweils mit Abstand in parallelen Reihen angeordnet sind, wobei die zweiten Reihen quer zu den ersten Reihen verlaufen. Parallel zu den Haupt-Abstandshaltern 12 ist zwischen ihnen eine erste Serie paralleler Reihen von Neben-Abstandshaltern 16 angeordnet. In ähnlicher Weise ist eine zweite Serie von Neben-Abstandshaltern 18 quer /u der ersten Serie von Neben-Absuindshaltcrn 16 angeordnet, wobei die Neben-AbstandshaiK.· 18 /wischen der zweiten Serie von Haupt·Abstandshaltern 14 parallel hierzu eingeschachtelt sind. Die ein/el ncn Abstandselcmente sind durch Verschweißen an den Schnittp'inkler der Abstandshalter zu einem ein heitlichen (iefuge vereinigt. Innerhalb der -Xbstandshalteranordnung 10 ist eine Vielzahl von Federhülsen 20 angeordnet, so daß diese quer zueinander orientierten Haupt-Abstandshalter 12 und 14 festgehalten werden.

Als Beispie! ist ein Haupt-Abstandshalter 12 in Fig. 2 dargestellt (der Haupt-Abstandshalter 14 hat denselben Aufbau). Der Haupt-Abstandshalter 12 besteht aus einem Streifen aus einem ersten Material mit niedrigem Neutronen-Einfangsquerschnitt, so daß der Gesamt-Wirkungsgrad de? Reaktors nicht ungünstig beeinflußt wird. Ein typisches Materia! hierfür ist Zirkonium. In d£r. Streifen des Haupt-Abstandshalters ist eine Anzahl von Querschnitten 22 eingeschnitten, wodurch das Einfügen und Einpassen der Federhülsen 20 und das Zusammenfügen mit den Neben-Abstandshaltern 18 (und 16) erleichtert werden. An dem Haupt-Abstandshalter 12 sind nasenartige Vorsprünge 24 vorgesehen, welche in den Körperteil der Federhülse 20 eingreifen, so daß diese zusätzlich von den Hauptabstandshaltern unterstützt wird.

Der Haupt-Abstandshalter 12 ist weniger als halb so tief wie die Gesamttiefe der Neben-Abstandshalter 16 und 18 und besitzt im Idealfall angenähert ein Drittel der vollen Tiefe der Neben-Abstandshaiter. Hierdurch wird eine Materialersparnis von etwa 30% mit dementsprechender Kostensenkung erzielt. Diese Einsparungen werden ohne Beeinträchtigung der Wirksamkeit der Abstandshalteranordnung 10 bei der Abstützung der Brennelemente erreicht.

Ein zweites Beispiel eines Neben-Abstandshalters 16 ist in F i g. 3 gezeigt (der Neben-Abstandshalter 18 hat dieselbe Konstruktion). Die Neben-Abstandshalter 16 bestehen aus demselben Material wie die H*upt-Abstandshalter 12 und 14, so daß sie denselben charakteristischen niedrigen Neutronen-Einfangsquerschnitt haben. In den Neben-Abstandshalter 16 sind Reihen von Querschlitzen 26 und 28 eingeschnitten, wodurch das Einfassen und die Verbindung mit den Haupt-Abstandshaltern und mit den quer angeordneten Neben-Absiandshaltern erleichtert werden. Im Körper des Neben-Abstandshalters 16 sind ausgeschnittene Öffnungen .30 vorgesehen, welche den Zweck haben, einmal Material einzusparen und zum anderen den Durchstrom von Reaktor-Kühlmittel durch die Abstandshalteranordnung 10 zu erleichtern. Der Neben-Abstandshalter 16 weist eine Reihe von Lagerflächen 32 und 34 auf, welche als Anlagepunkt tür unter Federspannung durch die Federhülse 20 gegen diese Flächen gedrückte Brennelemente F dienen, die durch die Abstandshalteranordnung 10 hindurchgehen.

Ein Beispiel einer Federhülse 20. welche dazu dient, Brennelemente gegen d'e Lagerflächen 32 und 34 der Neben-Abstandshalter 16 und 18 zu drücken, ist in F i g. 4 und 5 dargestellt. Die Federhülse 20 weist einen länglichen, im wesentlichen rechteckigen Körperteil 36 mit in den Seiten ausgebilderen öffnungen 38 auf. Aus den Öffnungen 38 ragen Federelemente 40 heraus, welche dazu dienen, die Rrennelemente unter Federspannung anzudrücken. Die Federhülsen 20 bestehen aus einem zweiten Material, welches über bessere Spannungsrelaxationseigenschaften verfügt als das Material, aus dem die Abstandshallerelemente hergestellt sind.

Hs wurde gefunden, daß beispielsweise eine Nickellegierung die erforderlichen Spannungsrelaxationseigenschaften aufweist. Dieses Material ermöglicht eine verlängerte Spannungsbeaufschlagung der Brennelemente /■; ohne daß unter dem Firifluß von Strahlung die Fähigkeit nachlaßt, die Spannkrall aufzubringen.

102

Die Haupt- und Neben-Abstandshallcr sind in den folgenden beschriebenen Weisen miteinander verschachtelt. Die erste und zweite Serie der quer ungeordneten Neben-Abstandshalter 16. 18 werden zu einer ersten, rostartigen Anordnung zusammengesetzt. Die erste Serie der Haupt-Abstandshalter 12 wird mit den zweiten Serien der Neben-Abstandshalter 18 in einem Abschnitt der Tiefe der Abstandshalteranordnung in Eingriff gebracht. Die zweite Serie von Haupt-Abstandshaltern 14 wird mit der ersten Serie von Neben-Abstandshaltern 16 im entgegengesetzten Abschnitt der Tiefe der Abstandshalteranordnung, d. h. in der zweiten Hälfte dieser Anordnung, so in Eingriff gebracht, daß sie von der quer orientierten ersten Serie von Haupt-Abstandshaltern 12 mit Abstand angeordnet ist. Dann werden die Federhülsen 20 in die Abstandshalteranordnung 10 eingesetzt, so daß sie zwischen den mit Abstand angeordneten, quer verlaufenden Reihen von Haupt-Abstandshaltern 12 und 14 angeordnet sind. Dies bedeutet, daß ein Ende jeder Federhülse 20 in die Querschlitze 22 der ersten Serie von Haupt-Abstandshaltern 12 eingeführt wird, so daß die Vorsprünge 24 dieses Ende der Federhülse abstüt-

/en. Das entgegengesetzte Ende jeder Federhülse 2i wird in ahnlicher Weise durch die quer angeordnetei zweiten Serien von Haupi-Abstandshaltern 14 unter stützt, so daß die Federhülsen in der Abstandshalteran Ordnung 10 fest eingebaut sind. Die Abstandshalter 12 14, 16 und 18 werden zur Herstellung eines zusammen hängenden Gefüges verschweißt. Die Federhülsen 2( jedoch können nicht in die Abstandshalteranordnung eingeschweißt werden, da die beiden verschiedener Materialien, aus denen die Teile gebildet sind, nicht miteinander verträglich sind.

Auf diese Weise wird eine Abstandshalteranordnung geschaffen, die eine Viel-I'unkt-Abslützung der durch Hie Abstandshalteranordnung hindurchgehenden Brennstoffelemente und eine verhältnismäßig wirksame Verteilung des durchströmenden Reaktor-Kühlmittels ermöglicht. Dadurch, daß bei dieser Anordnung Haupt-Abstandshalterelemente von weniger als halber liefe verwendet werden, wird eine erhebliche Materialersparnis bei der Herstellung der Abstandshalterancrdnung erzielt, woraus eine entsprechende Preiscrsparnis entsteht, ohne daß die Gesamtwirksamkeit in irgendeiner Weise beeinträchtigt würde.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

2 952 Patentansprüche:

1. Abstandshalteranordnung zur Halterung von Brennstoffelementen in einem Kernreaktor, mit einer Anzahl von Haupt-Abstandshaltern und einer Anzahl von Neben-Abstandshaltern, welche jeweils aus einem ersten Material mit einem charakteristischen, niedrigen Neutronen-Einfangsquerschnitt bestehen und derart zur Bildung einer rostartigen Ab-Standshalteranordnung ineinander verschachtelt sind, daß die Haupt-Abstandshalter sich über weniger als die halbe Gesamttiefe der Neben-Abstandshalter in der Rostanordnung erstrecken, einer Anzahl von Federhülsen, welche aus einem zweiten Material mit besseren Spannungsrelaxationseigenschaften als das erste Material bestehen und infolge ihrer relativen Anordnung zu den Haupt-Abstandshaltern durch diese festgehalten sind, wobei die verschachtelte, rostartige Abstandshalteranordnung ao eine erste und eine quer zu dieser orientierte, mit dieser verschachtelte zweite Serie von in auf Abstand stehenden, parallelen Reihen angeordnete Neben-Abstandshaltern. eine erste, parallel zwischen die erste Serie von Neben-Abstandshaltern eingeschachtelte Serie von in parallelen Reihen angeordneten Haupt-Abstandshaltern sowie eine zweite, parallel zwischen die zweite Serie von Neben-Abstandshaltern eingeschachtelte Serie von in parallelen Reihen angeordneten Haupt-Abstandshaltern aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Serie von Haupt-Abstandshaltern (12) in einem ersten Abschnitt der Tiefe der rostartigen Abstandshalteranordnung (10) und die zweite Serie der Haupt-Abstandshalter ((4) in dem entgegengesetzten Abschnitt der Tiefe der Abstandshalteranordnung angeordnet ist und daß die einzelnen Federhülsen (20) zwischen einem der Abstandshalter (12) der ersten Serie von Haupt-Abstandsh.iltern und einem quer dazu verlaufenden Abstandshalter (14) der zweiten Serie von Haupt-Abstandshaltern angeordnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Federhülsen (20) einen im wesentlichen rechteckigen, hohlen Körperteil (36) mit in den Seiten ausgebildeten Öffnungen (38) aufweisen, von denen Federelemente (40) vorstehen, und daß die Neben-Abstandshalter (16, 18) einstückig ausgebildete Lagerflächen (32. 34) aufweisen, welche den Federelementen (40) zum Abstützen von Brennelementen (F) zwischen diesen Teilen gegenüberliegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Material Zirkonium und das zweite Material eine Nickellegierung ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch in den Haupt-Abstandshaltern (12) in bestimmten Abständen entlang ihrer Länge vorgesehene Querschlitz·: (22). in bestimmten Abständen entlang ihrer Länge vorgesehene Querschlitze (28) und vorstehende Lagerflächen (32, 34) an den Neben-Abstandshaltern (18), wobei die Querschlitze (22) tier ersten Serie der Reihen von Ilaiipt-Ab Mandshaltern (12) in die Querschliize (28) der zweiten Serie der Reihen von Neben-AbMandshaltern (18) eingreifen und sich an einer Seile der liber ein Driitel tier Tiefe derselben erstrecken, während die Querschliize (22) der /weiten Serie von Haupt-Abstandshaltern (14) in die Oiierschlil/e (28) der ersten Serie von Neben-Abstandshaltern (16) an der ent gegengesetzten Seite eingreifen und sich über eii Drittel von deren Tiefe erstrecken, und vorsprin gende Federelemente (40) zum federnden Andrük ken der Brennelemente (F) der Brennelementge samtheit. wobei die Federhülsen (20) mit einen Ende in die Querschlitze (22) in der ersten Serie dei Reihen von Haupt-Abstandshaltern (12) und mil dem entgegengesetzten Ende in die Querschlitze (22) in dei· zweiten Serie der Reihe von Haupt-Abstandshaltern (14) eingreifen und die Federhülsen (20) so angeordnet sind, daß die Federeiemente (40) die Brennelemente (F) gegen die vorstehenden Lagerflächen (32, 34) der Neben-Abstandshalter (16, 18) spannen.