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Brennstoffbaugruppe für Kernreaktoren Die Erfindung bezieht sich
auf Brennstoffbaugruppen für Kernreaktoren. Es ist üblich, durch eine Verschweißung
eine Brennstoffbaugruppe für Kernreaktoren vorher zusammenzubauen, wobei diese Baugruppe
eine Vielzahl von langgestreckten, Brennstoff enthaltenden Stäben aufweist, die
parallel zueinander angeordnet sind und die im Abstand voneinander durch eine Anzahl
von Distanzgittern gehalten werden. Diese Distanzgitter sind üblicherweise an in
Längsrichtung sich erstreckenden Rahmenbauteilen oder Trägern befestigt. Diese Träger
sind an Endfassungen befestigt, die sich quer über die Enden der Brennstoffstäbe
erstrecken, um diese in ihrer Stellung zu halten. Falls ein einzelner Brennstoffstab
ausfällt, ist es üblich, die gesamte Brennstoffbaugruppe auszutauschen. Es ist nicht
möglich, eine der Endfassungen zu entfernen, wie beispielsweise die obere, um einzelne
Brennstäbe auszutauschen und zwar wegen des geschweißten Aufbaus der Brennstoffbaugruppe.
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Die Erfindung betrifft nun eine Brennstoffbaugruppe, bei der eine
obere Endfassung durch ein fernbedientes Werkzeug in einem Wasserbehälter leicht
in eine Brennstoffbaugruppe eingebaut oder aus dieser ausgebaut werden kann. Die
Bauteile, die als Träger für die obere Endfassung dienen, weisen im allgemeinen
einen Halsabschnitt auf, der sich durch eine dffnung in der Endfassung hindurcherstreckt
und es ist ein Schnappring vorgesehen, mit dem die Endfassung in ihrer eingebauten
Stellung gehalten wird. Der Schnappring ist ein Spalt ring in einer Nute im Halsabschnitt
und dieser Ring liegt normalerweise über einem Teil der Halterungsplatte, um diese
in ihrer Lage zu haltern. Der Spaltring ist ferner so ausgebildet, daß eine Hülse
oder ein anderes Werkzeug nach unten auf den Ring aufgedrückt werden kann, um diesen
auf einen Durchmesser zusammenzudrücken, der kleiner ist als derjenige der Öffnung,
durch die sich der Ilalsabschnitt hindurcherstreckt, so daß die Endfassung und die
Hülse frei von der Brennstoffbaugruppe abgehoben werden können. Bei einer anderen
Ausführungsform dehnt das Werkzeug den Ring in eine Nut in der Endfassung hinein
aus. Es ist vorgesehen, daß ein einzelner, ferngesteuerter Mechanismus verwendet
werden kann, der auf die Endfassung abgesenkt werden kann, um diese zum Anheben
zu erfassen, wobei beim Absenken des Mechanismus Werkzeuge, die an diesem befestigt
sind, die Biegung des Schnappringes bewirken.
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Die Erfindung betrifft somit eine Brennstoffbaugruppe für einen Xernreaktor,
die nach oben sich erstreckende Trägerstangen aufweist, welche eine Endfassung über
den Brennstäben tragen. Die Tragstangen weisen Halsabschnitte mit vermindertem Querschnitt
auf, die sich durch Öffnungen in der Endfassung hindurcherstrekken, wobei elastische
Spaltringe in Nuten vorgesehen sind, die sich gegen die Endfassung anlegen. Die
Ringe können durch ein Spezialwerkzeug verformt werden, um die Endfassung entfernen
zu können. Diese Ringe können aber auch durch die Endfassung verformt werden, wenn
die Endfassung auf die Träger abgesenkt wird.
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Die Erfindung soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme
auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen Fig. leine schematische
Ansicht einer Endfassung, die auf eine Brennstabbaugruppe abgesenkt ist, Fig. 2
eine Ansicht eines Teiles der Fig. 1, wobei die Endfassunl in ihrer Sitzlage gezeigt
ist, Fig. 3 eine ähnliche Ansicht, wie Fig. 2, bei der jedoch eine Ausbauhülse dargestellt
ist, die den Spaltring zusammengepreßt hält, Fig. 4 eine perspektivische Ansicht
des in den Fig. 1 bis 3 verwendeten Spaltringes, Fig. 5 eine perspektivische Ansicht
einer abgeänderten Ausführungsform eines Spaltringes, Fig. 6 eine Schnittansicht,
die eine abgeänderte Ausführung darstellt, Fig. 7 eine schematische Ansicht einer
anderen Ausführungsform der Erfindung, Fig. 8 eine ähnliche Schnittansicht wie Fig.
7, bei der Teile in einer anderen relativen Stellung dargestellt sind und Fig. 9
eine Schnittansicht, genommen längs der Linie 9-9 der Fig. 8.
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In den Figuren der Zeichnung sind Brennstoffstäbe 2 eines Kernreaktors
dargestellt, die übliche obere Endausbildungen aufweisen, die durch eine Endfassungsplatte
8 gehalten werden, welche durch Kompressionsfedern 4 nach oben gedrückt wird.
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Die obere Endfassungsplatte 8 ist in den Figuren der Zeichnung in
vereinfachter Form dargestellt und kann andere Ausbildungsformen als die dargestellte
haben. Die Elemente, die hier als Brennstoffstäbe 2 bezeichnet sind, können Moderator-Materialien
oder Bremsstoffe, Wasserrohre od. dgl. und zwar zusätzlich zu den Brennstäben sein.
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Wie schematisch in Fig. 1 gezeigt, werden die Brennstoffstäbe 2 im
Abstand voneinander durch die üblichen Gitterstrukturen 10 gehalten, die in Fig.
1 dargestellt sind.
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Eine Anzahl von Tragstangen 12 erstreckt sich ebenfalls parallel zu
den Brennstoffstäben 2 und diese Tragstangen dienen als Rahmenbauteile, welche die
Baugruppe in der gewünschten Lage hält und welche die Federn 4 halten. Obwohl in
der Beschreibung auf Tragstangen 12 Bezug genommen wird, sei bemerkt, daß sie ebenfalls
andere Funktionen ausführen können. Sie können Wasserrohre sein, Steuerstabführungen
oder lediglich als Rahmenbauteile dienen. Üblicherweise ist eine Anzahl von Tragstangen
12 vorgesehen, beispielsweise in jeder Ecke einer rechteckigen oder quadratischen
Baugruppe.
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Jede Tragstange 12 weist einen Halsabschnitt mit vermindertem Durchmesser
am oberen Ende auf und dieser Halsabschnitt endet am unteren Ende in einer nach
oben weisenden Schulter 16. Wie dargestellt, weist die Endfassung 8 durchgehende
öffnungen 18 auf, durch die hindurch sich der Halsabschnitt 14 erstreckt.
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Jede öffnung 18 weist eine untere abgeschrägte Kante 20 auf, einen
ersten öffnungsabschnitt 22 mit einem Durchmesser größer als der des Halsabschnittes
14, einen oberen abgeschrägten Abschnitt 24 und einen oberen zylindrischen Abschnitt
18, der den Halsabschnitt 14 nahezu mit Paßsitz aufnimmt. Der lialsabschnitt 14
weist eine Umfangsnut 26 in der Nähe des oberen Endes auf. Diese Nut hat im Abstand
voneinander angeordnete, parallele obere und untere Flanken 25 und 27. Der Teil
des Halsabschnittes
oberhalb der Nut 26 ist vorzugsweise, wie bei
28 gezeigt, abgeschrägt, um die Führung des Halsabschnittes in die oeffnungen 18
hinein zu unterstützen. Innerhalb der Nut 26 befindet sich ein Spaltring 30 aus
einem Federmetall. Die Fig. 1 und 2 zeigen den Spaltring in seinem ausgedehnten
Zustand, in dem dessen innererDurchmesser wesentlich größer ist als der Durchmesser
des Bodens der Nut 26, jedoch geringer als der Durchmesser des Halsabschnittes 14
und in welchem dessen äußerer Durchmesser größer ist als der Durchmesser der Öffnung
18 in der Halterungsplatte 8. Die Teile sind derart bemessen und angeordnet, daß
wenn sich die Endfassung 8 in ihrer Sitzlage befindet, wie es in Fig. 2 gezeigt
ist; sich der Spaltring 30 nach außen ausdehnen kann, so daß eine Schulter 32 an
diesem Ring über der Oberfläche der Endfassung 8 liegt und sich auf dieser abstützt,
während der radial innere Abschnitt des Spaltringes sich in die Nut 26 hinein erstreckt,
wobei dessen Enden gegen die oberen und unteren Flanken 25 und 27 der Nut 26 anliegen.
Wie dargestellt, weist der Spaltring 30 einen Hülsenabschnitt 33 auf, der sich nach
innen in die Öffnung 18 hineinerstreckt, wenn die Endfassung 8 sich in der in Fig.
2 dargestellten Lage befindet.
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Dadurch wird eine übermäßige Ausdehnung oder Verformung des Spaltringes
30 verhindert, und es wird sichergestellt, daß dieser Ring in seiner Stellung bleibt,
um die Endfassung in der in Fig. 2 dargestellten Lage zu verriegeln. Wie ferner
dargestellt, weist der Spaltring 30 einen oberen, abgeschrägten oder konischen Oberflächenabschnitt
34 auf. Es sei angenommen, daß die Endfassung 8 von der Brennstoffbaugruppe getrennt
ist und daß es gewünscht ist, diese Endfassung auf dieser Brennstoffbaugruppe anzuordnen.
Die Endfassung wird lediglich auf die Baugruppe in eine derartige Stellung abgesenkt,
daß die abgeschrägten Oberflächen 28 die Halsabschnitte 14 in die Öffnungen 18 hineinführen.
Wenn die Teile die in Fig. 1 dargestellte Stellung erreicht haben, so legt sich
die abgeschrägte Oberfläche 20 der Endfassung gegen die konische Oberfläche 34 des
Spaltringes an und das Gewicht der Endfassung und der fernbetätigten Werkzeuge
reichen
normalerweise aus, um die Spaltringe 4 zusammenzudrücken und um die Abschnitte des
Spaltringes radial nach innen zu führen, damit diese innerhalb der Nute 26 zusammengepreßt
werden, bis der äußere Durchmesser des Spaltringes ausreichend vermindert ist, daß
der Spaltring in den unteren Abschnitt 22 der Öffnung 18 eintreten kann. Eine fortgesetzte
Absenkung der Endfassung führt dazu, daß die abgeschrägte Oberfläche 24 in Eingriff
mit der Oberfläche 34 des Spaltringes gelangt und diesen weiter zusammenpreßt, bis
dessen äußerer Durchmesser klein genug ist, um in den oberen Abschnitt der Öffnung
18 einzutreten und durch diese Öffnung hindurchzugehen, bis die Endfassung die Stellung
erreicht, die in Fig. 2 gezeigt ist. Danach dehnt sich der Spaltring 30 in elastischer
Weise nach außen aus und zwar in die in Fig. 2 dargestellte Lage und die Endfassung
ist dann in ihrer Stellung verriegelt.
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Wenn es gewünscht ist, die Endfassung 8 zu entfernen, kann eine Auslösehülse
36 (Fig. 3) nach unten über jeden Spaltring 30 gedrückt werden, um diesen auf einen
Außendurchmesser zusammenzupressen, der nicht größer ist als der der öffnung 18.
Wenn die.
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Endfassung 8 und die Auslösehülse dann zusammen nach oben bewegt werden,
wobei die Tragfedern 4 die Hubkraft liefern, kann der zusammengepreßte Spaltring
30 frei in die öffnung 18 nach unten gleiten und die Endfassung kann auf diese Weise
von der Brennstoffbaugruppe abgehoben werden. Es ist vorgesehen, daß ferngesteuerte
Einrichtungen die Endfassung 8 ergreifen und anheben oder absenken und diese Einrichtungen
können als festen Teil eine Auslösehülse 36 fürjeden der Tragstäbe 12 für die entsprechende
Endfassung aufweisen und eine einzige Bewegung dieser Einrichtung oder dieses Mechanismus
kann alle Spaltringe 30 zusammendrücken und den Anhebeeingriff mit der Endfassung
8 bewirken, um diese Endfassung zu entfernen. Bei der Anordnung der Endfassungen
8 in ihre Betriebsstellung kann, nachdem die Teile in die in Fig. 3 dargestellte
Lage abgesenkt sind, der Hubmechanismus von der Endfassung 8 gelöst werden und wenn
dieser
Hubmechanismus angehoben ist, so werden ebenfalls die Auslösehülsen
36 nach oben zurückgezogen und dadurch können die Spaltringe 30 sich ausdehnen und
die in Fig. 2 dargestellte Lage annehmen, wodurch die Endfassung 8 in ihrer Lage
verriegelt ist.
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Die Kraft, die erforderlich ist, um den Spaltring 30 zusammenzudrücken,
kann dadurch vermindert werden, daß der Ring in der Weise ausgebildet wird, wie
es in Fig. 5 gezeigt ist. Es ist ein Spaltring 38 mit einer Hülse 33 vorgesehen.
Er weist jedoch in Umfangsrichtung eine llinterschneidung oder Unterschneidung bei
40 auf, um die Federkonstante zu verringern, wodurch eine geringere Kraft erforderlich
ist, um diesen Ring zusammenzupressen als bei dem Ring, der in Fig. 4 gezeigt ist,
so daß an der konischen Oberfläche 34 eine geringere Kraft erforderlich ist. Eine
derartige Form eines Spaltringes kann vorteilhaft sein, wenn das Metall, welches
für die Endfassung 8 verwendet wird, unter einem übermäßig-großen Druck verformt
werden kann.
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Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform kann die Endfassungsplatte
42 im wesentlichen die gleiche sein wie die in Fig. 1 dargestellte. Diese Endfassungsplatte
42, die hier dargestellt ist, weist jedoch eine etwas abgeänderte Form auf. Der
Halsabschnitt 44 der Tragstange ist als ein rohrförmiger Bauteil dargestellt. und
der Spaltring 46 weist keine nach unten sich erstreckende Hülse auf, wie beispielsweise
den Hülsenabschnitt 33 in Fig. l. Bei dieser abgeänderten Ausführungsform ist die
Endfassung mit einer Vertiefung 48 versehen, in der das untere Ende des Spaltringes
46 sitzt und gegen den Umfang der Vertiefung anliegt. Dadurch wird der Spaltring
gegen eine weitere Ausdehnung festgehalten und zwar aus den gleichen Gründen, wie
sie unter Bezugnahme auf Fig. 1 dargelegt wurden.
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Bei der in den Fig. 7, 8 und 9 dargestellten AusfGhrungsform ist die
Endfassungsplatte 50 ähnlich wie die in Fig. 6 ausgebildet. Anstelle der Einsenkung
oder Vertiefung 48 weist die Platte 50 eine innere Umfangsnut 52 zwischen den Enden
der Bohrung
22 auf und wenn sich die Endplatte in ihrer Lage auf
der Baugruppe befindet, fluchtet diese Umfangsnut 52 radial mit einer Außennut 54
im Halsabschnitt 56 eines Trägers. In der Nut 52 sitzt ein Spaltring 58, der gegen
die Seitenwandungen der Nut 54 in der dargestellten Stellung ebenfalls anliegt.
Der elastische Federring 58 hat normalerweise die Neigung, sich zusammenzuziehen,
um fest gegen den Boden der Nut 54 im Elalsabschnitt 56 sich anzulegen. Wenn dieser
Ring in dieser Weise sitzt, ist dessen radiale Abmessung ausreichend, um sich in
die Nut 52 hineinzuerstrecken und wenigstens gegen die nach oben weisende Oberfläche
der Bodenseitenwandung dieser Nut anzuliegen, um die Endfassung in ihrer Lage zu
verriegeln, wie es bereits beschrieben wurde. Die Wandung des rohrförmigen Halsabschnittes
56 weist gegenüberliegende Schlitze 60 auf, die offensichtlich mit der zut 54 in
Verbindung stehen. Wenn es gewünscht ist, die Endfassung 50 für einen Ausbau aus
der Baugruppe zu lösen, so wird ein Werkzeug, wie beispielsweise die X-förmige Anordnung
von Platten 62, in das offene obere Ende des rohrförmigen Endabschnittes 56 eingesetzt
und in diesem Ende nach unten gedrückt. Die Kanten der Platte bewegen sich in den
Schlitzen 60 nach unten. Wie dargestellt, sind die unteren Kanten des Werkzeuges
62 bei 64 abgeschrägt, um den inneren Rand des Spaltringes 58 zu erfassen. Wenn
das Werkzeug 62 aus der in Fig. 7 dargestellten Lage nach unten gedrückt wird, wird
der Spaltring 58 radial in die Nute 52 ausgedehnt, derart, daß der innere Umfang
dieses Ringes dann wenigstens so groß ist wie der äußere Umfang des Halsabschnittes
56. Dieser Zustand ist in Fig. 8 gezeigt. Wenn das Werkzeug in die in Fig. 8 gezeigte
Lage gebracht ist, können das Werkzeug und die Endfassung 50 dann nach oben angehoben
und vom Träger entfernt werden, der den Halsabschnitt 56 aufweist. Wie in dem unter
Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 beschriebenen Fall kann das Werkzeug 62 fest an
einem Hebemechanismus angeordnet sein und wenn die Teile die in Fig.
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8 dargestellte relative Lage erreichen, kann der ebemechanismus entsprechende
Einrichtungen an der Endfassung 50 ergreifen,
so daß durch eine
Aufwärtsbewegung der Hebeeinrichtung die Endfassung von den Trägern entfernt wird.
Wenn die Endfassung 50 von der Brennstoffbaugruppe, die den Halsabschnitt 56 aufweist,
frei ist und wenn das Werkzeug 62 nicht in der in Fig. 8 dargestellten Lage sich
befindet, zieht sich der Ring 58 radial auf dem Durchmesser zusammen, der in Fig.
7 dargestellt ist, wobei der innere Abschnitt des Ringes sich in die öffnung oder
Bohrung 22 hineinerstreckt. Lediglich das Absenken der Endfassung 50 über den rohrförmigen
Halsabschnitt 56 bewirkt, daß die obere Endoberfläche 28 des Halsabschnittes den
inneren Rand des Ringes 58 erfaßt. Eine weitere Abwärtsbewegung der Endfassung bewirkt,
daß die Oberfläche 28 den Ring 58 nach außen in die in Fig. 8 dargestellte Lage
drückt. Wenn die Endfassung die gewünschte Sitzstellung erreicht, zieht sich der
Ring 58 in die Nute 54 hinein zusammen und dadurch werden die Teile miteinander
verriegelt.
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Es wurde eine begrenzte Anzahl von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen
Grundkonzeptes dargestellt, und es können Abänderungen vorgenommen werden, die im
Rahmen der Erfindung liegen.