DE2238477A1 - Brennstoffanordnung - Google Patents

Description

81-19.192P(19.193H) "4. 8. 1972

HITACHI , LTD., Tokio (Japan)

Bre nnst offanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffanordnung für Atomkernreaktoren mit einer Mehrzahl von Brennstoffstäben.

Die Erfindung ist insbesondere auf Brennstoffanordnungen anwendbar, wie sie auf der Basis von zusammensteckbaren Abstandselementen in Siedewasserreaktoren Verwendung finden.

Im allgemeinen enthält eine solche Brennstoffanordnung für einen Siedewasserreaktor 49 Brennstoffstäbe, die mit gleichem gegenseitigen Abstand in Form eines Quadrates angeordnet sind und oben und unten durch Halteplatten und dazwischen an verschiedenen Stellen durch Abstandselemente zusammengehalten werden, wobei das Gesamtgefüge so aufgebaut ist, das sich Unterschiede in der thermischen Ausdehnung dadurch auffangen lassen. Wenn nun bei einer solchen Brennstoffanordnung Änderungen in den gegenseitigen Ab- · ständen der Brennstoffstäbe auftreten, so kommt es zu

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lokaler Überhitzung, und daraus resultiert dann wieder die Gefahr einer Beschädigung der angeschlossenen Brennstoff stäbe. Für eine derartige Brennstoffanordnung ist daher die zuverlässige Wirkung der Tragelemente für die Brennstoffstäbe und dabei insbesondere der zwischen hinein eingefügten Abstandselemente von entscheidender Bedeutung.

Wenn die Abstandselemente in die Brennstoffanordnung eingeschoben werden, stellt die Präge ihrer Halterung in Längsrichtung ein schwieriges Problem dar. Übliche*· Abstandselemente werden in Längsrichtung durch Eingreifen oder Einhaken an einem Vorsprung eines VerbindungsStabes befestigt, der in Mittellage in die Brennstoffanordnung eingeschoben ist. Dieser Verbindungsstab wird dabei so hergestellt, daß an ein Schutzrohr in jedem Segment ein endseitiger Verbindungsstopfen angeschweißt wird, der mit einer der Anzahl der in Längsrichtung einzuschiebenden AbStandselemente entsprechenden Anzahl von Vorsprüngen für das Einhaken der Abstandselemente versehen ist. Die Abstandselemente selbst werden dann von den in Mittellage in die Brennstoffanordnung eingeschobenen Verbindungsstäben gehalten.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Tragstruktur für Brennstoffstäbe zu schaffen, die auf einem System zum Halten von Brennstoffstäben durch segmentförmige Abstandselemente beruht, die sich leicht zusammenfügen und auseinandernehmen lassen und die bisher üblichen Verbindungsstäbe ersetzen, so daß die Gefahr einer Beschädigung von Brennstoffstäben durch lokale Überhitzung ausgeschaltet wird und auf eine komplizierte Behandlung von Verbindungsstäben verzichtet werden kann.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Brennstoffstäbe an ihren oberen und unteren Enden in oberen bzw. unteren Halteplatten gehalten sind, daß anschließend an die Halteplatten die Brennstoffstäbe von außen umgebende Montagerahmen angeordnet sind und daß mit jedem der Montagerahmen eine Mehrzahl von Abstandssegmenten verbindbar ist, die zwischen den Montagerahmen angeordnet sind und die Brennstoffstäbe von außen umgeben.

Bei der erfindungsgemaß ausgebildeten Brennstoffanordnung sind die beiden Montagerahmen jeweils mit ihrer zugehörigen Halteplatte verbunden, und die Abstandssegmente werden zwischen den Montagerahmen festgelegt. Durch die Anlage der Abstandselemente an den Montagerahmen kann auf komplizierte Bearbeitungsvorgänge für übliche Verbindungsstangen verzichtet werden, und die Gefahijeiner Beschädigung der Brennstoffstäbe infolge thermischer Spannungen vermindert sich wegen der geringeren Anzahl von Verschwelßungsstellen, die bisher als der Hauptgrund für eine Beschädigung der Brennstoffstäbe anzusehen sind. Außerdem wird durch den Verzicht auf eine komplizierte Herstellung von Verbindungsstäben eine erhebliche Senkung der gesamten Herstellungskosten erreicht. Gleichzeitig wird für eine ständig ordnungsgemäße Halterung und Anordnung, der Brennstoff stäbe gesorgt, so daß lokale Überhitzung und die daraus resultierenden c thermischen Spannungen von vornherein unterbunden werden können.

In Weiterbildung der Erfindung können die Montagerahmen und die Abstandssegmente durch Steckverbindungen miteinander

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verbunden werden, wobei Einzelheiten für die Ausführung dieser Steckverbindungen in Unteransprüchen gekennzeichnet sind.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels veranschaulicht; dabei zeigen in der Zeichnung:

Fig. 1 eine Außenansicht für eine übliche Brennstoff anordnung für einen Atomkernreaktor;

Fig. 2 eine gleiche Außenansicht für eine erfindungsgemäß ausgebildete Brennstoffanordnungj

Fig. J> einen Schnitt durch die Darstellung in Fig. 2 entlangjäer Schnittlinie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 einen Schnitt durch die Darstellung von Fig. 2 entlang der Schnittlinie IV-IV in Fig. 2;

Fig. 5 eine Vertikalansicht des oberen Montagerahmens der Brennstoffanordnung von Fig. 2;

Fig. 6 eine Vertikalansicht eines Abstandssegments der Brennstoffanordnung nach Fig. 2;

Fig. 7 eine Vertikalansicht des unteren Montagerahmens der Brennstoffanordnung von Fig. 2;

Fig. 8 eine schematisch gehaltene Teilansicht'der vorspringenden Verbindungselemente für die verbindung von Montagerahmen und Abstandssegmenten mit durch Pfeile VIII in Fig. 5 und 6 angedeuteter Blickrichtung und

Fig. 9 eine schematisch gehaltene Teilansicht der einspringenden Verbindungselemente für die Verbindung zwischen Montagerahmen und Abstandssegmenten mit durch Pfeile IX in Fig. 6 und 7 angedeuteter Blickrichtung.

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In Pig. 1 bezeichnen die Bezugszahl 1 einen Verbindungsstab, die Bezugszahl 2 ein Abstandselement, die Bezugszahl 3 einen Vorsprung am Verbindungsstab 1, die Bezugszahl 11 einen Brennstoffstab, und die Bezugszahlen 12 und 13 eine obere bzw. eine untere Halteplatte.

In Fig. 2 werden die Brennst off stäbe 11 "zur Erzeugung einer Brennst off anordnung an ihren oberen und unteren Enden durch die obere bzw. die untere Halteplatte 12 bzw. 13 gehalten. An den oberen bzw. unteren Halteplatten 12 bzw. 13 ist je ein Montagerahmen 14 bzw. 15 durch Schraübenl6 befestigt.

Zwischen den oberen und den unteren Montagerahmen 14 und 15 sind Abstandssegmente 17 in der notwendigen Anzahl eingeschoben.

In Fig. 3 und 4 bezeidinet die Bezugszahl 18 ein Abstandselement, und die entsprechende Anzahl von Abstandssegmenten 17 mit Abstandselementen l8 ist zwischen die oberen und unteren Montagerahmen 14 und 15 von Fig. 2 eingeschoben, um die Brennstoffstäbe 11 in passendem Abstand zueinander zu halten.

Fig. 5 bis 7 zeigen den oberen Montagerahmen 14, ein Abstandssegment 17 bzw. den unteren Montagerahmen 15 jeweils in Seitenansicht. Dabei bezeichnet die Bezugszahl 19 eine Seitenrahmenplatte, und von dieser ist ein notwendiger Teil weggeschnitten, um die Absorption^ bedeutungslos zu machen.

Der Abstand eines Abstandselemente zum nächsteh wird durch die Länge der Seitenrahmenplatte 19 der Abstandssegmente bestimmt. Weiterhin sind die unteren Enden des oberen Montage-

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rahmens lh und des AbStandssegments 17 mit vorspringenden Verbindungselementen 21 versehen, während die oberen Enden des Abstandssegmentes 17 und des unteren Montagerahmens mit einspringenden Verbindungselementen 22 versehen sind.

In Fig. 8 ist ein solches vorspringendes Verbindungselement 21 veranschaulicht. In der Seitenrahmenplatte 19 sind kegelförmige Führungsplatten 23 vorgesehen, während Eckteile 24 weggeschnitten sind. Plattenförmig Verbindungsfedern 25 sind an den Innenseiten der Seitenrahmenplatte angebracht, und diese Verbindungsfedern 25 tragen Zapfeife6.

In Fig. 9 ist ein zum Zusammenwirken mit dem in Fig. 8 dargestellten vorspringenden Verbindungselement 21 bestimmtes einspringendes Verbindungselement 22 dargestellt. Die abgeschrägte Seitenrahmenplatte 19 ist nach innen gedrückt, so daß eine Nut 27 entsteht, in die sich die Führungsplatte 23 des vorspringenden Verbindungselements 21 einschieben läßt. Außerdem sind in der Seitenrahmenplatte 19 des Verbindungselements 22 öffnungen 28, in welche die Zapfen 26 des Verbindungselements 21 eintreten können, in der notwendigen Anzahl vorgesehen.

Die Erfindung beruht auf der oben beschriebenen Struktur. Wenn die Montagerahmen 14 und 15 mit dem Abstandssegment verbunden werden, so werden die FUhrungsplatten 23 in die entsprechenden führenden Nuten 27 eingeschoben, und die an den Verbindungsfedern 25 angebrachten Zapfen 26 treten in die öffnungen S8 ein, während die FUhrungsplatten 23 in die führenden Nuten 27 eingeführt werden.

Die FUhrungsplatten 23 dienen zum festen Sichern der

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Verbindungselemente nach ihrer Zusammenfügung.

Beim Zusammenbau der Brennstoffanordnung wird zunächst der untere Montagerahmen 15 mittels Schrauben 16 an der unteren Halteplatte 13 befestigt. Sodann werden die Abstandssegmente in der notwendigen Anzahl mit Hilfe ihrer Verbindungselemente aufgesteckt, wodurch die notwendigen Stufen von Abstandselementen 18 geschaffen werden.

Als nächstes werden die Brennstoffstäbe 1!durch die Abstandselemente 18 hindurch in die untere Halteplatte 15 eingeführt, und darauf wird der obere Montagerahmen 14 mit dem obersten Abstandssegment 17verbunden. Abschließend wird dann die obere Halteplatte 17 auf dem oberen Montagerahmen 14 mittels Schrauben 16 befestigt, und gleichzeitig werden die Brennstoff stäbe Il zum Eingreifen in die .obere Halteplatte 12 gebracht.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Brennstoffanordnung lassen sich die Brennstoffstäbe in Längsrichtung der Abstandselemente ohne die Verwendung von Verbindungsstäben halten, und daher kann die Anzahl der Verschweißungsstellen verringert werden, die als Hauptquelle für Schäden an den Brennstoffstäben anzusehen sind.

Außerdem basiert die Erfindung auf einer zusammengesteckten Struktur von Abstandselementen, und damit läßt sich der Austausch von Brennstoffstäben leicht bewerkstelligen. Da die Brennstoff anordnung von oben bis unten mit Seitenrahmenplatten verbunden ist, werden die Brennstoffstäbe in großem Umfange verstärkt. Auch darin liegt ein weiterer Vorteil

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der erfindungsgemäßen Ausbildung der Brennstoffanordnung.

Selbstverständlich ist die Ausbildung der vorspringenden und einspringenden Verbindungselemente für die verbindung der oberen und unteren Montagerahmen mit den Abstandssegmenten nicht auf die in Fig. 5 bis 7 veranschaulichte Kombination beschränkt, sondern sie läßt sich in vielfacher Weise im Rahmen der Erfindung abwandeln.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   ( 1JBrennstoffanordnung für Atomkernreaktoren mit einer Mehrzahl von Brennstoffstäben, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffstäbe (ll) an ihren oberen und unteren Enden in oberen bzw. unteren Halteplatten (12 bzw. 13) gehalten sind, daß anschließend an die Halteplatten die Brennstoffstäbe von außen umgebende Montagerahmen (14 bzw. 15) angeordnet sind und daß mit jedem der Montagerahmen eine Mehrzahl von Abstandssegmenten (17) verbindbar ist, die zwischen den Montagerahmen angeordnet sind und die Brenristoffstäbe von außen umgeben.
2. 2. Brennstoffanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichret, daß die Montagerahmen (14, 15) an den Abstandssegmenten (17) zugewandten Stellen vorspringende Verbindungselemente und die Abstandssegmente an den Montagerahmen zugewandten Stellen einspringende verbindungselemente aufweisen.
3. 3. Brennstoffanordnung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Abstandssegmente (17) an den Unterseiten der Montagerahmen (14) gegenüberliegenden Stellen vorspringende Verbindungselemente und die Montagerahmen an ihren Unterseiten einspringende Verbindungselemente aufweisen.
4. 4. Brennstoffanordnung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Montagerahmen (14,15) an den Abstandssegmenten (17) zugewandten Stellen einspringende Verbindungselemente und die Abstandssegmente an den Montagerahmen zugewandten Stellen vorspringende Verbindungselemente aufweisen.

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   - ίο -
5. 5. Brennstoffanordnung naoh Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Montagerahnien (14) an ihrer Unterseite an den den Abstandssegmenten (17) gegenüberliegenden Stellen vorspringende Verbindungselemente und die Abstandssegmente ihrerseits an der Unterseite der Montagerahmen gegenüberliegenden Stellen einspringende verbindungselemente aufweisen.

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