DE2112472A1

DE2112472A1 - Control rod - for use with bead-type nuclear fuel beds

Info

Publication number: DE2112472A1
Application number: DE19712112472
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl-Ing Schweiger
Original assignee: Hochtemperatur Kernkraftwerk GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Kernkraftwerk GmbH
Priority date: 1971-03-16
Filing date: 1971-03-16
Publication date: 1972-09-28
Also published as: DE2112472C3; DE2112472B2

Abstract

Neutron-absorbing, or control rod of the type which can be pressed into or drawn out of a bed of nuclear fueld beads by means of a piston guided in a cylinder, but which has a screw with a single or multiple pitch, the pitch pref. being the greatest at the lower end of the control rod.

Description

ttAbsorberstab" Die Erfindung bezieht sich auf einen Absorberstab für Xernreaktoren mit kugelförmigen Brennelementen, der mit Hilfe eines in einem Zylinder geführten Kolbens in die SugelschUttung der Brennelemente hineingedrückt und/oder aus dieser herausgezogen wird. ttAbsorberstab "The invention relates to an absorber rod for Xern reactors with spherical fuel assemblies, which with the help of an in one Cylinder-guided piston is pressed into the suction filling of the fuel assemblies and / or is pulled out of it.

Bei mit kugelförmigen Brennelementen betriebenen Kernreaktoren besteht das Problem, daß, um beispielsweise einen Leistungs-Reaktor kaltunterkritisch zu fahren, die im Reflektor vorhandenen Steuerstäbe nicht ausreichen, vielmehr zusätzliche Absorberstäbe in die Kugelschüttung indirekt oder direkt eingetaucht werden müssen. Bei der indirekten Methode werden die Absorberstäbe beispielsweise in Bohrungen von in die Kugeischüttung hineinragenden Graphitnasen geführt. Bei der direkten Methode werden die Absorberstäbe beispielsweise pneumatisch in die Eugelschdttung hineingedrückt. Dabei werden die einzelnen Brennelementkugeln von den eindringenden, abgerundeten Spitzen der Absorberstäbe mit zunehmender Eindringtiefe derart stark beansprucht, daß eine Zerstörung einzelner Kugeln nicht auszuschließen ist. Außerdem wird durch das wiederholte Ein- und Ausfahren eine zunehmende, sich nachteilig auswirkende Verdichtung hervorgerufen.In the case of nuclear reactors operated with spherical fuel elements, there is the problem that, for example, a power reactor cold subcritical too drive, the existing control rods in the reflector are not sufficient, rather additional Absorber rods have to be immersed directly or indirectly into the pebble bed. In the indirect method, the absorber rods are, for example, in bores guided by graphite noses protruding into the ball bed. With the direct In the method, the absorber rods are, for example, pneumatically inserted into the Eugelschdttung pressed in. The individual fuel element balls are thereby removed from the penetrating, rounded tips of the absorber rods so strong with increasing penetration depth claims that the destruction of individual balls cannot be ruled out. aside from that becomes an increasing, disadvantageous effect due to the repeated extension and retraction Compaction caused.

Auch ist insbesondere die seitliche Belastung der Absorberstäbe dabei unerwünscht.The lateral loading of the absorber rods is also a particular factor undesirable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beim Eindringen der Absorberstäbe- in die Kugelschüttung auftretenden Beanspruchungen derart zu reduieren, daß weder Brennelementkugeln zerstört noch die Absorberstäbe unnötig auf Biegung belastet werden. Erfindungsgemäß wird dies durch einen Absorberstab der eingangs genannten Art erreicht, an dessen Stabumfang ein mindestens eingängiges Gewinde vorgesehen ist. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird der Absorberstab beim Eindringen in die EugelschUttung antriebslos in Drehung versetzt, wobei die KugeischUttung als Widerlager wirkt. Diese Drehung wird noch dadurch unterstützt, daß die weitgehend entgasten Brennelementkugeln aus Graphit in reiner Heliumatmosphäre einen großen Reibungskoeffizienten aufweisen. Der sich drehende, in die Kugelachttung eindringende Absorberstab drängt die Brennelementkugeln zur Seite, so daß die Kugelschtittung in der Nähe des Stabes aufgelockert und den Kugeln das Ausweichen erleichtert wird. Dadurch verringert sich dann die mechanische Beanspruchung der einzelnen Brennelementkugeln, da der su überwindende Sinfahrwiderstand von einer Vielzahl von Kugeln aufgenommen wird.The invention is based on the object that when the penetration To reduce the stresses occurring in the pebble bed in such a way that that neither fuel element balls destroyed nor the absorber rods unnecessarily bending are charged. According to the invention, this is achieved by an absorber rod Achieved mentioned type, on the rod circumference an at least one-start thread is provided. The inventive design of the absorber rod is when Penetration into the EugelschUttung rotated without a drive, whereby the KugeschUttung acts as an abutment. This rotation is supported by the fact that the degassed fuel element balls made of graphite in a pure helium atmosphere Have coefficient of friction. The rotating one that penetrates the Kugelachttung Absorber rod pushes the fuel element balls to the side, so that the ball connection loosened in the vicinity of the rod and making it easier for the balls to evade. This then reduces the mechanical stress on the individual fuel element balls, because the driving resistance to be overcome is absorbed by a multitude of balls will.

Da die mechanische Beanspruchung einer Brennelementkugel in großer Tiefe dann am stärksten ist, wenn die Kugel von dem Stab zentral getroffen wird, d.h. wenn die Mittellinie des Stabes durch den Mittelpunkt der Kugel verläuft, besteht eine vorteilhafte Ausführung der Erfin--dung darin, daß die Steigung des Gewindes im Bereich des unteren Stabendes größer als am übrigen Stab ist. Bei einer derartigen Anordnung wird der wesentlich längere, axiale Bereich des Stabes mit niedrigerer Steigung das Drehverhalten bestimmen, während der untere kurze Gewindebereich mit höherer Steigung die unmittelbar am Stab anliegenden Kugeln trägt und/oder seitlich aufwärts abdrängt. Besonders in tieferen Schichten der Kugelschüttung wird durch diese erfindungsgemäße Gestaltung des Absorberstabes eine Auflockerung der Kugelschüttung gewährleistet, wodurch auch dort das Ausweichen der Kugeln wesentlich erleichtert und die statistisch auftretende, maximal mögliche mechanische Beanspruchung der Kugeln wesentlich herabgesetzt wird.Since the mechanical stress on a fuel element ball is large Depth is greatest when the ball is hit centrally by the rod, i.e. if the center line of the rod passes through the center of the sphere, there is an advantageous embodiment of the invention is that the pitch of the thread is larger in the area of the lower end of the rod than on the rest of the rod. at one such an arrangement is the much longer, axial area of the rod with The lower pitch determines the turning behavior, while the lower short thread area with a higher slope carries the balls lying directly on the rod and / or laterally pushes upwards. Particularly in deeper layers of the pebble bed is through this inventive design of the absorber rod a loosening of the pebble bed guaranteed, which also makes it much easier for the balls to evade there and the statistically occurring, maximum possible mechanical stress of the Balls is significantly reduced.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, die axiale Länge des Gewindes mit größerer Steigung derart zu begrenzen, daß sie dem Quotienten aus 3600 und der Gangzahl des vorzugsweise mehrgängigen Gewindes entspricht.Furthermore, it is advantageous according to the invention, the axial length of the Thread with a larger pitch in such a way that it corresponds to the quotient of 3600 and corresponds to the number of turns of the preferably multi-turn thread.

Damit wird sichergestellt, daß der axiale Bereich des Stabes mit niedrigerer Steigung stets wesentlich länger als der mit größerer Steigung ist, und der Absorberstab somit eine hinreichend schnelle Drehbewegung durchführen kann.This ensures that the axial area of the rod with lower Incline is always significantly longer than the one with a greater incline, and the absorber rod thus can perform a sufficiently rapid rotary movement.

Ein zusätzlicher sich durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Absorberstabes ergebender Vorteil besteht darin, daß der drehende Absorberstab weniger zum Verlaufen innerhalb der Kugelschtittung neigt als ein nicht drehender, und somit die Biegebeanspruchung des Absorberstabes herabgesetzt wird,- ohne daß dazu ein gesonderter Antrieb notwendig ist, der zusätzliche Abdichtungs- oder Schmierprobleme mit sich bringen würde.An additional benefit from the inventive design of the absorber rod The resulting advantage is that the rotating absorber rod is less likely to run inside the Kugelschittung tends as a non-rotating, and thus the bending stress of the absorber rod is reduced - without the need for a separate drive which would cause additional sealing or lubrication problems.

Anhand des in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.Using the one shown in the accompanying drawing Embodiment the invention is explained in more detail.

Es zeigen: Fig. 1 einen in eine Kugelschüttung hineinragenden, erfindungsgemäßen Absorberstab; Fig. 2 einen einen Querschnitt durch den Stab entlang der Schnittlinie II-II in Fig.- 1 im einem in einem Zylinder 1-geführten doppeltwirkenden Kolben- 2 ist ein Absorberstab 3 befestigt, so daß durch entsprechendes Beaufschlagen des Zylinders 1 mit einem Druckmittel der Absorberstab 3 in die aus kugelförmigen Brennelementen 4 bestehende Kugelschüttung 5 hineingedrückt oder aus dieser herausgezogen werden kann. Am Umfang des Absorberstabs 3 ist ein mehrgängiges Gewinde 6-eingearbeitet, dessen Steigung am in die Kugelschüttung hineinragenden Ende 7 des Absorberstabes 3 größer als am übrigen Stab ist, wobei die axiale Länge des Gewindes mit höherer Steigung zweckmäßig auf 5600 dividiert durch die Gangzahl begrenzt ist.They show: FIG. 1 a projecting into a ball bed, according to the invention Absorber rod; Fig. 2 is a cross section through the rod along the cutting line II-II in Fig. 1 in a double-acting piston guided in a cylinder 1 2, an absorber rod 3 is attached, so that by applying the appropriate Cylinder 1 with a pressure medium of the absorber rod 3 in the spherical fuel elements 4 existing ball bed 5 can be pressed in or pulled out of this can. A multiple thread 6 is incorporated on the circumference of the absorber rod 3, its slope at the end 7 of the absorber rod protruding into the ball bed 3 is larger than on the rest of the rod, the axial length of the thread being greater The slope is expediently limited to 5600 divided by the number of gears.

Wird der erfindungsgemäße Absorberstab 3 in die Kugelschüttung 5 hineingedrückt, so wird er entweder eine Rechts- oder eine Linksdrehung entsprechend dem auf ihm angebrachten Rechts- oder-Linksgewinde durchführen, wodurch gemäß Fig. 2 die an dem Absorberstab 3 anliegenden Brennelementkugeln 4 von dem Gewinde 6 erfaßt und zur Seite gedrängt werden. Die auf die Brennelementkugeln 4 im Bereich des Stabendes 7 wirkende Kraft besitzt aufgrund der dort größeren Gewindesteigung in jedem Fall eine nach oben gerichtete Komponente, so daß auch eine Aufwärtsbewegung der Kugeln erfolgt. Dadurch wird einer vom Stabende 7 direkt getroffenen Brennelementkugel das Ausweichen erleichtert und die mechanische Beanspruchung der Kugel wesentlich herabgesetzt, so daß ein unerwünschtes Zerstören der einzelnen Brennelementkugeln vermieden wird und der Absorberstab im wesentlichen frei von seitlichen Kräften gehalten werden kann. Im Gegensatz zu bekannten Absorberstäben sorgt die erfindungsgemäße Ausführung für eine sich insbesondere hinsichtlich der mechanischen Beanspruchung der Kugeln positiv auswirkende Auflockerung der Kugelschüttung bei wiederholtem Einfahren der Stäbe. In vorteilhafter Weise können die auftretenden Reibungskräfte-und ihre Wirkrichtung durch die Formgebung des Gewindeprofils beeinflußt werden, beispielsweise durch die Wahl eines entsprechend modifizierten Rundgewindes.If the absorber rod 3 according to the invention is pressed into the ball bed 5, so he will either make a right or a left turn according to the one on him Perform attached right-hand or left-hand thread, whereby according to FIG the absorber rod 3 adjacent fuel element balls 4 detected by the thread 6 and to be pushed aside. The on the fuel assembly balls 4 in the area of the rod end 7 has effective force in any case due to the larger thread pitch there an upward component, so that also an upward movement of the balls he follows. This becomes one from the rod end 7 directly hit the fuel element ball the evasion is facilitated and the mechanical stress on the ball is substantial reduced, so that an undesired destruction of the individual fuel element balls is avoided and the absorber rod is essentially free of lateral forces can be held. In contrast to known absorber rods, the inventive Execution for one in particular with regard to the mechanical stress the balls loosening the ball bed with a positive effect when repeated Retraction of the bars. Advantageously, the frictional forces and their direction of action can be influenced by the shape of the thread profile, for example by choosing an appropriately modified round thread.

Claims

Patent claims:

9; absorber rod for nuclear reactors with spherical fuel elements, with the help of a piston guided in a cylinder into the pebble bed of the Fuel elements is pushed in and / or pulled out of this, g e k e n-n z e i c h n e t d u r c h an at least catchy one provided on the circumference of the rod Thread (6).

2. absorber rod according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the pitch of the thread (6) in the area of the lower rod end (7) is larger than the rest of the absorber rod (3).

3. absorber rod according to claim 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the axial length of the thread with greater pitch corresponds to the quotient from 3600 and the number of turns of the preferably multi-turn thread (6)