DE2233048A1 - Abstandsgitter fuer brennelementbauteilgruppen von atomkernreaktoren - Google Patents

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United Kingdom Atomic Energy Authority, 11, Charles II Street,

Iondon S.W.1, England

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Nr. 32003/71 vom 7. Juli 1971 beansprucht.

Abstandsgitter für Brennelement-Bauteilgruppen von Atomkernreaktoren

Die Erfindung bezieht sich auf Atomkernreaktor-Brennelement-Bauteilgruppen und insbesondere auf diejenige Gattung von Brennelement-Bauteilgruppen, bei welcher eine "Vielzahl von langgestreckten Brennstoffstiften vorhanden ist, die in einem Bündel mit parallel zueinander verlaufenden Längsachsen gehalten werden. Bei einer derartigen.Brennelement-Bauteilgruppe werden ein oder mehrere Abstandsgitter verwendet, die an Stellen zwischen den Enden der Bauteilgruppe angeordnet sind und dazu dienen, die richtige Relativ-Seitenlage der Brennstoffstifte in der Bauteilgruppe aufrechtzuerhalten. Solche Gitter weisen im typischen Fall eine Gruppe von Zellen auf, die je von einem •Brennstoffstift durchdrungen und gewöhnlich aus dünnem Streifenmaterial oder dünnwandigen Rohren hergestellt werden, wie beispielsweise aus Edelstahl, in dem Versuch, die Behinderung der Reaktor-Kühlmittelströmung, die axial durch das Bündel zwischen den Brennstoffstiften verläuft, auf ein Mindestmaß herabzusetzen.

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Die Lokalisierung der Brennstoffstifte kann durch starre Vorsprünge erfolgen, die im Inneren der Zellen aus dem Abstandsgitter herausgeformt sind. Die Vorsprünge können fest oder mit engem Spiel gegenüber den Brennstoffstiften eingesetzt werden, und das Gitter muß mit hochgradiger Genauigkeit hergestellt werden, um den richtigen geometrischen Abstand der Brennstoffstifte sicherzustellen, ein Merkmal, welches derartige Gitter in der Herstellung verteuert. Obwohl die bei der Herstellung solcher Abstandsgitter und hinsichtlich des Durchmessers der Brennstoffstifte erlaubten Toleranzen auf einem Minimum gehalten werden, können außerdem leichte Ungenauigkeiten in der Fertigung zu großen Spielen führen, die zwischen einigen der Vorsprünge und den Brennstoffstiften auftreten und eine Seitenvibration dieser Brennstoffstifte zulassen, was wiederum zu einer Reibungsabnutzung bzw. einem Abrieb der Brennstoffelemente führt. Der Abrieb ist eine Oberflächenbeschädigung der Brennstoffstifte infolge des Anschlages derselben an den Lokalisierungsvorsprüngen in den Zellen der Abstandsgitter. Dieser Nachteil wurde bereits weitgehend bei dem Typ von Abstandsgitter überwunden, bei welchem die Brennstoffstifte mit Spiel in den Zellen des Gitters sitzen, und dadurch, daß Abnutzungspolster an den Brennstoffstiften an den Anschlagstellen der Brennstoffstifte in den Zellen der Gitter befestigt wurden. Die Befestigung solcher Abnutzungspolster an den Brennstoffstiften bringt jedoch weitere Probleme mit sich und erhöht die Herstellungskosten der Brennstoffelement-Bauteilgruppe .

Bei einer weiteren Ausführungsform von Abstandsgitter ist eine federnd nachgiebige Umfassung der Brennstoffstifte vorgesehen, beispielsweise durch Feder-Lokalisierungsbauteile,, die in den Zellen des Gitters vorragen. Die Feder - Lokalisierrungsbauteile können die Brennstoffstifte gegen gegenüberliegende starre Vorsprünge im Inneren der Zellen des Gitters halten. Ein solches Gitter verlangt aber wiederum eine hohe Herstellungagenauigkeit, und ein "Abrieb" kann immer noch bei dieser Anordnung zwischen den Brennstoffstii'ten und den starren Lokalisierungsvorsprüiigen auftreten.

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Der Erfindung liegt die· Aufga"be zugrunde, eine einfache Ausführungsform von Abstandsgitter zu schaffen, weleheskeine hochgradige Genauigkeit in der Herstellung erfordert und einige der Nachteile der vorerwähnten Ausführungsformen von Abstandsgittern mildert.

Erfindungsgemäß weist ein Abstandsgitter'für eine Atomkernreaktor-Brennelement-Bauteilgruppe der vorgenannten Gattung einen starren Gitteraufbau aus sich schneidenden Querbauteilen, die Zellen bilden, von denen jede von einem Brennstoffstift der Brennelement—Bauteilgruppe durchdrungen ist, ferner federnd nachgiebige Streifenbauteile, die in Schlitzen des .Gitteraufbaus sitzen, wobei die federnd nachgiebigen Streifenbauteile Querhalterungen für die Brennstoffstifte in den ZeIIeS des Gitteraufbaus bilden, sowie Anschläge auf, die von den Querbauteilen des Gitteraufbaus in die Zellen vorragen und hinter den Streifenbauteilen in den Zellen liegen. Die Anordnung ist so getroffen, daß ein geringes Spiel zwischen den Anschlägen und den Rückseiten der entsprechenden federnd nachgiebigen Streifen in den Zellen des Gitteraufbaus vorhanden ist. Die Flexibilität der federnd nachgiebigen Streifenbauteile ermöglicht eine Seitab vibration der Brennstoffstifte im Abstandsgitter innerhalb der Grenzen, die durch das Spiel zwischen den Anschlägen und den federnd nachgiebigen Streifenbauteilen festgelegt sind. Die Anschläge absorbieren die Brennstoffstiftvibration durch Anstoßen der Rückseiten der federnd nachgiebigen Streifenbauteile an den Anschlägen. Ein Abrieb im Abstandsgitter ist beschränkt auf die Berührungspunkte der federnd nachgiebigen Streifenbauteile und der Anschläge, und der Abrieb zwischen den Berührungspunkten der federnd nachgiebigen Streifenbauteile mit den Brennstoffstiften wird auf ein Mindestmaß herabgesetzt.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung beschrieben, und zwar zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Teil einer Atonkernreaktor-Brennelement-Bauteilgruppe mit einem

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erfindungsgemäßen Abstandsgitter, während

Fig. 2 eine perspektivische Einzelheit des Abstandsgitters nach Pig. 1 wiedergibt.

Die Zeichnung zeigt einen Teil einer Atomkernreaktor Brennelement-Bauteilgruppe mit einer Vielzahl von zylindrischen Brennstoffstiften 1, deren Längsachsen parallel zueinander verlaufen. Die Brennstoffstifte 1 sind an Stellen zwischen ihren Enden durch querverlaufende Abstandsgitter auf Abstand gehalten und lokalisiert, von denen eines in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Jedes Abstandsgitter weist einen Gitteraufbau 2 in Form einer einzelnen, tiefreichenden Reihe von Querbauteilen 3 innerhalb einer äußeren Bandage ( nicht dargestellt ) auf. Die Querbauteile 3 sind quergeschlitzI^ um nach Art einer Eierkiste zusammenzupassen, wodurch ein Gitteraufbau gebildet wird, der Zellen 4 festlegt, welche von den Brennstoffstiften 1 durchdrungen sind. Der Gitteraufbau 1 wird aus einem Material hergestellt, das mit den Betriebsbedingungen im Reaktor verträglich ist und vorzugsweise einen geringen Neutronenabsorptionsquerschnitt aufweist, z.B. Zircaloy, welches eine Neutronenwirtschaftlichkeit ermöglicht. Alle Schnittpunkte der Querbauteile 3 im Gitteraufbau 2 sind hartgelötet oder verschweißt. In vier Höhenlagen sind in den Gitteraufbau 2 in Schlitze federnd nachgiebige Streifenbauteile 5 eingeführt, die aus Federmaterial, wie beispielsweise Edelstahl, Inconel- oder Nimonic-Legierung, hergestellt sind. Die Streifenbauteile 5 erstrecken sich parallel zu den Querbauteilen 3 im Gitteraufbau 2 und auf jeder Seite derselben. Die Querbauteile 3 weisen Querschlitze 5 für den Durchgang der Streifenbauteile 5 auf, wobei die Schlitze 6 so angeordnet sind, daß die Streifenbauteile einen geringen Abstand von den Seitenflächen der Querbauteile in den Zellen 4 des Gitteraufbaues 2 haben. Die Brennstoffstifte 1 sitzen mit Festsitz an den Innenseiten der Streifenbauteile 5 in den Zellen 4.

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Warzenförmige Anschläge 7 ragen von den Flächen der Querbauteile 3 in die Zellen 4 des Gitteraufbaus 2 hinein. Jeder der Anschläge 7 liegt hinter einem der Streifenbauteile in den Zellen 4. Ein geringes Spiel 8 besteht zwischen jedem Anschlag 7 und der Rückseite des entsprechenden Streifenbauteils 5.

Die Brennstoffstifte 1 werden federnd nachgiebig durch die Streifenbauteile 5 abgestützt. Der Grad der Nachgiebigkeit der Halterung, der den Brennstoffstiften 1 gegeben wird, kann entweder durch Änderung des Festsitzes der Brennstoffstifte 1 an den Streifenbauteilen 5 oder durch Abänderung des 'Querschnitts der Streifenbauteile 5 verändert werden.

Die Freiheit für Seitenvibration der Brennstoffstifte 1, wie sie durch die FlexiÜlität der Streifenbauteile 5 ermöglicht wird, ist durch die Anschläge 7 begrenzt, wobei das Ausmaß der Vibration durch Berührung der Rückseiten der Streifenbauteile mit den Anschlägen 7 begrenzt wird. Auf diese Weise begrenzen die Anschläge 7 auch das Mindestspiel von Brennstoffstift zu Brennstoffstift in der Brennelement-Bauteilgruppe. Jeder Abrieb in der Brennelement-Bauteilgruppe wird an den Anschlagstellen der Eückseiten der Streifenbauteile 5 an den Anschlägen 7 aufgenommen, und somit wird der Abrieb zwischen den Brennstoffstiften 1 und den Streifenbauteilen 5 an ihren Berührungsstellen auf ein Mindesmaß herabgesetzt.

In einer Brennelement-Bauteilgruppe ist eine Anzahl von Abständegittern 2 in beabstandeten Intervallen auf der Länge der Bauteilgruppe vorgesehen. Die Abstandsgitter 2 können an einem der Brennstoffstifte 1 befestigt werden, oder alternativ kann einer der Brennstoffstifte 1 durch ein brennstofffreies Halterohr ersetzt werden, an welchem die Abstandsgitter

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2 befestigt werden.

Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliege'nden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale, die im einzelnen — oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.

Patentansprüche

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Claims (1)

1. 72 O37KÜ/G -UUlI 1972

   Patentanspruch

   •Abstandsgitter für Brennelement-Bauteilgruppen mit einer Vielzahl von langgestreckten Brennstoffstiften, die in einem Bündel mit parallel zueinander verlaufenden Längsachsen gehalten sind, gekennzeidhnet durch einen starren Gitteraufbau ( 2 ) aus sich schneidenden Querbauteilen ( 3 ) welche Zellen ( 4 ) "bilden, von denen jede von einem Brennstoff stift ( 1 ) der Bauteilgrujjjie durchdrungen ist, ferner durch federnd nachgiebige Streifenbauteile ( 5 ), die in Schlitzen ( 6 ) in den Gitteraufbau ( 2 ) parallel zu den Querbauteilen ( 3 ) eingesetzt sind, wobei die federnd nachgiebigen Streifenbauteile ( 5 ) eine Querhalterung für die Brennstoffstifte ( 1 ) in den Zellen ( 4 ) des Gitteraufbaus ( 2 ) bilden, Bowie durch Anschläge ( 7 ), die aus den Querbauteilen ( 3 ) in das Innere der Zellen ( 4 ) vorragen und hinter den Streifenbauteilen ( 5 ) in den Zellen ( 4 ) liegen.

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