DE2122008C3 - Kernbrennstoffanordnung - Google Patents

Description

— daß auf den Zuggliedern (18) diese umgebende und darauf verschiebbare Abstandshülsen (36, 38, 40, 42) angeordnet sind, die Anschläge für eine Begrenzung der Bewegung der Gitter {20) entlang der Zugglieder bilden, und

— daß die Abstandshülsen (36, 38, 40, 42) ein axiales Spiel aufweisen, das mindestens gleich der Längungsdifferenz zwischen den heißesten Brennstoffstäben einerseits und den Zuggliedem andererseits im Reaktorbetrieb ist

2. Kernbrennstoff anordnung «ach Anspruch 1 mit den Maschen eines Gitters regelmäßig angeordneten Brennstoffstäben, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugglieder (18) die Brennstoffstäbe (12) an etwa einem Zehnte! der Gittermaschen des Gitters ersetzea

35

Die Erfindung betrifft eine Kernbrennstoffanordnung, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist

Eine Kernbrennstoffanordnung dieser Art ist bekannt aus der US-PS 31 37 638. Bei dieser bekannten Kernbrennstoffanordnung ist die Möglichkeit vorgesehen, einen Teil der Brennstoffstäbe fest mit der oberen und der unteren Endplatte zu verbinden und so als die gesamte Kernbrennstoffanordnung in axialer Richtung zusammenhaltende Zugglieder wirken zu lassen. Da auch diese Brennstoffstäbe hinsichtlich ihrer Verbindung mit den den radialen Abstand gewährleistenden Gittern den gleichen Einflüssen unterliegen wie alle übrigen Brenn-Stoffstäbe, bedarf es besonderer Sicherungen gegen eine unerwünscht große Verschiebung der Gitter entlang der Brennstoffstäbe unter dem Einfluß unterschiedlicher thermischer Längenänderungen der einzelnen Brennstoffstäbe nicht

Bei weiteren bekannten Kernbrennstoffanordnungen ähnlichen Aufbaus, wie sie in den FR-PS 15 36 257, FR-PS 15 46 968 und 15 84 335 beschrieben sind, sind sowohl die oberen und die unteren Endplatten als auch die dazwischen angeordneten Gitter mit den Zuggliedem fest verbunden und bilden insoweit eine mechanisch starre Einheit, innerhalb deren lediglich die Brennstoffstäbe eine gewisse Bewegungsfreiheit in Längsrichtung behalten, indem sie an den zwischen den Endplatten vorgesehenen Gittern teilweise nur unter Reib-Schluß anliegen und sich relativ dazu in gewissem Umfange verschieben können.

Ein analoger Aufbau von Kernbrennstoffanordnungen mit fester Verbindung von Zuggliedern und Endplatten bzw. Abstandselementen ist auch in der DE-AS 1227 572 und der US-PS 3015 616 beschrieben, wobei in diesem Falle die dort vorgesehenen Abstandselemente jeweils zwischen den Endplatten wirksam werden und diese zu einer mechanisch starren Einheit zusammenfassen.

Bei einer aus der US-PS 30 68 163 bekannten Kernbrennstoffanordnung vergleichbarer Art sind als Sicherung gegen eine axiale Verschiebung der Gitter entlang der Brennstoffstäbe an einigen davon feste Schultern ausgebildet, auf dessen die Gitter jeweils aufsitzen und gemäß dem Final Safety Analysis Report, VoL 1 der Duke Power Company für die Oconee Reaktorblöcke 1 bis 3 sind rund um Instrumentenrohre Abstandshülsen angeordnet, die wiederum eine axiale Verschiebung der Gitter entlang der Brennstoffstäbe verhindern, wobei zusätzlich die jeweils endseitigen Gitter zusätzlich fest mit den oberen und unteren Endplatten verbunden sind.

Aus dem Preliminary Safety Analysis Report, VoL 1 der Duke Power Company für die Oconee Reaktorblökke 1 und 2 ist ein durch Reibschluß mit den Brennstäben und Zuggliedern verbundenes Abstandshaltergitter an sich bekannt, das aber eine weitere Verbindung durch Verschweißung mit der Umhüllung des Brennelements aufweist

Kernbrennstoffanordnungen der oben beschriebenen Art vermögen im praktischen Reaktorbetrieb den auftretenden Unterschieden in der thermischen Beanspruchung zwischen den verschiedenen Bauelementen und insbesondere zwischen den Brennstoffstäben einerseits und den Zuggliedern andererseits nur sehr unvollkommen Rechnung zu tragen, und es hat sich in der Praxis immer wieder gezeigt, daß bei diesen Kernbrennstoffanordnungen unterschiedliche thermische Längsausdehnungen zu Deformationen führen, die sowohl den normalen Reaktorbetrieb als auch die bei einem Ersatz von ausgebrannten Brennstoffstäben erforderlichen Austauscharbeiten stark erschweren, indem sie den Anlaß bilden für ein Verklemmen vop Brennstoffstäben oder Steuerstäben und auch für ein Zerbrechen der Hüllen von Brennstoffstäben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kernbrennstoffanordnung der eingangs geschilderten Art dahingehend zu verbessern, daß alle ihre einzelnen Teile die notwendige Bewegungsfreiheit behalten, um unterschiedliche thermische Ausdehnungen ohne Verformung ausgleichen zu können, wobei außerdem zu gewährleisten ist, daß die Gitter keine unerwünscht großen Verschiebungen entlang der Brennstoffstäbe und der Zugglieder erfahren können.

Die gestellte Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch angeführten Merkmale gelöst. Der Unteranspruch enthält eine zweckmäßige weitere Ausbildung.

Der Ausgangspunkt der Erfindung liegt also darin, auch zwischen den Zuggliedern einerseits und den Gittern andererseits keine feste Verbindung, sondern eine Reibschlußverbindung vorzusehen, um eine Längsverschiebung zwischen Zuggliedern und Gittern zu ermöglichen und unterschiedliche thermische Dehnungen auszugleichen; ein wichtiger Teilaspekt ist darin zu sehen, daß die zwischen den Gittern einerseits und den Brennstoffstäben andererseits wirksam werdenden Reibungskräfte erheblich größer sind als die Reibungskräfte, die zwischen den Gittern einerseits und den Zuggliedern andererseits zum Tragen kommen. Dies ergibt sich daraus, daß die Anzahl der Brennstoffstäbe sehr viel größer ist als die Anzahl der Zugglieder — im allgemeinen liegt

das Zahlenverhältnis bei etwa 10 :1 oder noch höher — und das Ergebnis ist, daß die Gitter auf den Brennstoffstäben zurückgehalten werden, während sie auf den Zuggliedern während einer Änderung der thermischen Bedingungen leicht Gleitbewegungen ausführen können. Bewegungen von geringerem Ausmaß können jedoch auch zwischen den Gittern und den Brennstoffstäben auftreten, so daß Ausdehnungsunterschiede auch zwischen den verschiedenen Brennstoffstäbesi zum Ausgleich gebracht werden.

Zur Verhinderung eines Kriechens der Gitter längs des Bündels der Brennstcffstäbe sind die Bewegung der Gitter begrenzende Anschläge vorgesehen, die aber ein Spiel lassen, das mindestens gleich der Längungsdifferenz zwischen den heißesten Brennstoffstäben einerseits und den Zuggliedern andererseits im Reaktorbetrieb ist Diese Anschläge werden durch auf die Zugglieder oder zumindest einige davon aufschiebbare und relativ dazu bewegliche Abstandshülsen gebildet

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels veranschaulicht, das den Aufbau einer Kernbrennstoffanordnung für einen Druckwa'üerreaktor betrifft; im einzelnen zeigen

F i g. la und Ib den oberen und den unteren Teil einer Kernbrennstoffanordnung in einem Schnitt längs der Schnittlinie I-I in F i g. 2,

Fig.2 einen Teilschnitt durch die Darstellung in Fig. laund lblängs der Schnittlinie II-HinFig. lbund

Fig.3 eine perspektivische Darstellung eines Teils der unteren Endplatte.

Die gezeigte Kernbrennstoffanordnung 10 umfaßt ein Bündel umhüllter Brennstoffstäbe 12, die von einer unteren Endplatte 14 getragen werden, welche über Zugrohre 18 an einer oberen Endplatte 16 aufgehängt ist Die Brennstoffstäbe 12 werden durch drei längs der Anordnung verteilte Gitter 20 an den Knotenpunkten eines quadratischen Netzwerks gehalten. Die obere Endplatte 16 wird durch eine Art Abzugshaube 22 zur Führung des Kühlmittels (leichtes Wasser) und zum Anschluß der Anordnung an ein (nicht gezeigtes) Tragwerk verlängert

Die Brennstoffstäbe 12 (von denen in Fig. la und Ib lediglich ein Teil gezeigt wird) werden durch Endstopfen 24 und 26 verschlossen. Die unteren Endstopfen 24 stützen sich jeweils auf die untere Endplatte 14. Zwischen den oberen Endstopfen 26 und der oberen Endplatte IS wird bei der Montage ein ausreichendes Spiel y gelassen, so daß ein durch die gesamte Längungsdifferenz der Brennstoffstäbe 12 während des Betriebes bedingtes Nachstellen nicht erforderlich ist Im allgemeinen wird ein Spiel von größenordnungsmäßig einigen Millimetern pro Meter Brennstoffstab vorgesehen.

Jedes der drei als Beispiel gezeigten Gitter 20 umfaßt innerhalb eines Rahmens ein Netzwerk von ineinandergreifenden Blechen, die Zellen mit quadratischem Querschnitt begrenzen. Die Bleche sind durchbrochen und werden jeweils durch zwei zueinander parallele geradlinige Gurte 28 gebildet, die durch schmale gewellte Bänder 30 miteinander verbunden sind, welch letztere mehrere Vorsprünge nach jeder Seite der Ebenen der beiden Gurte bilden (siehe Fig. la und Fig. Ib — rechter Teil). Axial zu jeder Aussparung zwischen zwei schmalen Bändern sind bei einem der Gurte Schlitze vorgesehen, so daß ein Ineinandergreifen der zueinander senkrechten Bleche untereinander ermöglicht wird. Die schmalen gewellten Bänder werden durch die einmal eingesetzten Brennstoffscibe und Zugglieder elastisch deformiert und üben so eine Reibungskraft auf diese •aus.

Die Zugglieder 18 zur Aufhängung der unteren Endplatte 14 an der oberen Endplatte 16 werden bei der gezeigten Ausführungsart durch Rohre gebildet, die dazu geeignet bzw. bestimmt sind, neutronenabsorbierendes Material enthaltende bewegliche Stangen frei passieren zu lassen, die einen Teil der Reaktorsteuerstäbe bilden. Wie Fig.2 zeigt, werden 16 der 169 Knotenpunkte des regulären Netzwerkes von Zuggliedern 18

ίο eingenommen. Die unteren Enden der einzelnen Zugglieder 18 sind mit daran befestigten Fixierungsblöcken versehen, die einen axialen Durchgang für die Kühlmittelzirkulation haben. Jeder dieser Blöcke stützt sich vermittels einer Schulter auf die untere Endplatte 14 und besitzt eine mit Gewinde versehene Verlängerung zur Aufnahme einer Befestigungsmutter 34. Am oberen Ende sind die Zugglieder 18 beispielsweise durch Einpressen in der oberen Endplatte 16 festgelegt
Die Endplatten 14 und 16 werden von öffnungen durchsetzt durch welche das Kü.hlmit*-';1 ein- und austritt Die öffnungen in der Endplatte «4 (s. F i g. 2 und 3) werden zum einen durch kreisförmige bohrungen 44 gebildet, die in den Maschenmitten des Netzwerks angeordnet sind, an dessen Knotenpunkten sich die umhüllten Brennstoffstäbe befinden, und zum anderen am Umfang jedes Zuggliedes 18 durch vier öffnungen 46 von länglicher Form.

Die Verschiebungen der Gitter 20 längs der Zugglieder 18 werden durch Anschläge begrenzt, die von den vier Eckzugrohren getragen werden, von denen zwei in F i g. 2 sichtbar sind. Diese Anschläge werden durch Abstandshülsen 36,38,40 (F i g. Ib) und 42 (F i g. la) gebildet von denen jede in einem kragenförmigen Radialvorsprung endet der sich gegen ein Gitter 20 oder eine der Endplatten 14 oder 16 abstützt Die Gesamtlänge der Abstandshülsen 36,38,40 und 42 und der drei Gitter 20 ist geringer als der Abstand zwischen den einander zugewandten Oberflächen der oberen und der unteren Endplatte 16 bzw. 14, so daß ein notwendiges Spiel für

4C die gesamten im Betrieb auftretenden Längungsdifferenzon bestehen bleibt.

Die Hüllen der Brennstoffstäbe 12, die Zugglieder 18 und die Abstandshülsen 36,38,40 und 42 bestehen beispielsweise aus einer Zirkoniumlegierung odei aus rostfreiem Stahl. In Anbetracht der erforderlichen Elastizität für die Komponenten der an den Hüllen und den Zuggliedern 18 anliegenden Gitter 20 bestehen letztere im allgemeinen aus rostfreiem Stahl oder einer Nickel-Eisen-Chromlegierung.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Kernbrennstoff anordnung, bestehend aus einem Bündel umhüllter Brennstoffstäbe, die durch eine sie tragende untere Endplatte, durch eine mit dieser über Zugglieder verbundene obere Endplatte und durch zwischen den beiden Endplatten angeordnete, von den Brennstoffstäben und den Zuggliedern durchsetzte und an den Brennstoffstäben unter Reibschluß anliegenden Gitter parallel zueinander und zu den Zuggliedern gehalten sind, wobei auch zwischen den Zuggliedern (18) einerseits und den Gittern (20) andererseits nur eine Reibschlußverbindungbesteht; dadurch gekennzeichnet,