DE2350700B2

DE2350700B2 - Brennelementskelett

Info

Publication number: DE2350700B2
Application number: DE19732350700
Authority: DE
Inventors: Helmut 8520 Erlangen Bezold
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1973-10-09
Filing date: 1973-10-09
Publication date: 1977-10-13
Also published as: SE406384B; BE820567A; DE2350700C3; ES430785A1; DE2350700A1; CH569344A5; FR2246939B1; SE7412530L; US4124443A; FR2246939A1; GB1480932A

Description

Die vorliegende Frfindung betrifft ein Brennelementskeiett zur Halterung einer Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Kernreaktorbrennstäben, die sich zwischen einem Kopf· und Fußstuck erstrecken, mti diese Kopf- und Fußstücke verbindenden Haltestäben sowie mit aus Stegen gebildeten gitterartigen Abstandshaltern für die Brennstäbe, wobei zur gegenseitigen Verbindung von Abstandshaltergittern und Haltestäben ster- und uniernaiö dieser Uitter Hülsen auf die Haltestäbe bis zum Anschlag auf den Gitterstegen aufgeschoben und mit den Haltestäben metallurgisch verbunden sind. Derartig aufgebaute Brennelemente finden insbesondere für Leichtwasserreakioren Ver wendung. Die Regelung solcher Kernreaktoren erfolgt über Steuerstäbe, sogenannte Fingerregeis;rbe, die tn die Steuerslabführungsrohre eintauchen. ^#>s

Üblicherweise wird die Verbindung zwis< hen den einzelnen Abstandshaltergittern und den Stt>i ·■ .labfuh rungsrohren durch Schweißen hergestellt f ■-<· Ter h nik ist praktisch jedoch nur dort anwendbar, wo es sich bei den iteuerstahführungsrohren und den Abstandshaltergiitern um artverwandte Materialien handelt.

Oftmals müssen jedoch aus neutronenphysikalischen Gründen unterschiedliche Materialien verwendet wer den, wie z.B. auf der einen Seite rostfreier Stahl für die Führungsrolle und auf der anderen Seite eine Zirkonlegierung fur die Abstandshaltergitter. Zwischen beiden Materialien lassen sich aber keine zuverlässigen Lot und Schweißverbindungen anbringen. Dann muß zu rein mechanischen Verbindungen übergegangen werden, wie sie im Prinzip bereits in den DT-OS

20 2J 587 sowie 22 ^9 495 angegeben worden sind. Zum Stand der Technik sind weiterhin zu nennen die DT-OS

21 22 008, nach welcher zur halterung der Abstandshaltergitter auf die Regelstabfuhrungsrohre dem Abstand der Absundshaltergitter entsprechende Hülsen aufgeschoben sind. Aus Jer CJB-PS 12 67615 ist eine Brennelementkonstruktion zu entnehmen, nach welcher teilweise mit Kernbrennstoff gefüllte Haltestäbe vorgesehen sind und die Abstandshaltergitter mit diesem durch unterhalb und oberhalb aufgeschobene Ringe ve.bunden sind Die Ringe sind abei durch Querstifte m2chanisch auf den Haltestäben befestigt. Eine ähnliche Konstruktion ist aus der FR-PS 21 58 437 zu entnehmen, nach der die Abstandshaltergitter ebenfalls mit Hilfe von auf die massiven Haltestäbe aufgeschobenen ringförmigen Hülsen befestigt sind. Die Hülsen sind ihrerseits durch Lötung mit den Haltestäben verbunden.

Allen diesen Vorschlägen ist gemeinsam, daß die Höhen'age der Abstandshaltergiuer durch auf die Haltestäbe oder Regelstabführungsrohre aufgebrachte Anschläge fixiert wird. Es hat sich aber herausgestellt, daß neben der Halterung der Abstandshaltergitter in den gewünschten Ebenen durch die mechanische Verbindung zwischen diesen Bauelementen eine möglichst große Steifigkeit der Steuerstabführungsrohre erreicht werden sollte und auf diese Weise dem ganze;* Brennelementskelett trotz der verhältnismäßig dünnwandigen Regelstabführungsrohre eine erhöhte Festigkeit verliehen wird. Es ist daher Aufgabe vorliegender Erfindung, die Knickfestigkeit der unter Umständen isehr langen Regelstabiührungsrohre zu erhöhen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei dem eingangs genannten Brennelementskelett erfindungsgemäß darin, daß die Haltestäbe in an sich bekannter Weise als Führungsrohre für die Steuerstäbe ausgebildet sind und :die Hülsen auf ihren dem Abstandshaltergitter zugewandten Stirnseiten auf mechanische Weise verdrehungssicher mit dem Abstandshaltergitter verbunden sind. Diese Konstruktion stellt daher auch eine Drehsicherung zwischen den Regelstabführungsrohren und dem Absiandshalterskeiett dar. Außerdem ergibt sich dadurch eine verlängerte Stützhalterung der Führungsrohre gegenüber den Maschenwänden des Abstandshaltergitters.

Zur besseren Veransehanliphumr Hjpcpc Erfindung: prinzipes sei auf die F i g. 1 -13 verwiesen, in denen neben dem Stand der Technik verschiedene konstruktive Möglichkeiten für die Verbindung zwischen den Steuerstabführungsrohren und den Abstandshaltergitfern dargestellt «Incf Die Fig I zeigt 1.1 einer Seticrunskht schemat)s:l· den ·', jfbau eine¹ solchen "■- nrif-lcrn ·· '-,kelettes Dieses besteht aus den Kopi SiUt!; ' und dem I utSstii·'· 2, das sirv' üblicher "ei,» (»ebildc. ;m denen die Stci > . stabf' Ηπιπρη

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Bohrungen versehen, unter Umständen können sie auch die nicht d-rgesieilten Brennstäbe des Brennelementes in axialer Richtung halten. Die Abstandshaiiergitter 4 sind über die ganze Länge des Brennelementes verteilt übereinander angeordnet. Sie bestehen normalerweise aus sich kreuzenden Stegen 41 und 42, siehe auch F ι g. 2 und die übrigen Figuren, durch deren Maschen die einzelnen Brennstäbe hindurchgeführt sind. An einzelnen Brennstabpositionen werden sie von den Stcuerstabfuhrungsrohren 3 - siehe Fig. 2 - durchsetzt und halten somit auch diese auf den vorgeschriebenen Sollabstand. Diese Abstützung ist notwendig, da solche Brennelemente dur-.haus mehrere Meter lang sein könnet, und der Durchmesser der Führungsrohre etwa in d'". Größenordnung von nur 12 mm liegt. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß in den einzelnen Abstandshaltermaschen noc^!> federnde und starre Anlageeinrichtungen zur genau». Zentrierung der einzelnen Brennstube v; "-gp-.ehc sind. Auf deren Darstellung wurde jedoch aio ·')'■ -rsichtlichkeitsgründen verzichtet, zumal svc ^r - ^en Gegenstand der vorliegenden Erfindung , ..ie Bedeutung sind. Fs soll jedoch darauf hinge /.ese-i: werden, daß selbstverständlich auch andere n. .tandshaltergitter vorkommen können, z.B. in Dreiecksgeometrie oder in radialer Geometrie. Die Abstandshaltergiiter können außerdem im Gegensatz zu jenen aus sich kreuzenden Blechbändern hergestellten, aus dem vollen Material herausgearbeitet sein. Auch der äußere Querschnitt des Brennelementes ist für den Gegenstand vorliegender Erfindung ohne Bedeutung, außerdem soll betont werden, daß diese nicht auf leichtwasser- oder flüssigkeilsgefüllte Kernreaktoren allein beschränkt ist.

Wie bereits erwähnt, ist zur Erzielung einer ausreichenden Steifigkeit des gesamten Brennelementskelettes eine starre Verbindung zwischen den Steuerstabführungsrohren 3 und den Abstandshaltergittern 4 erforderlich. Gemäß F i g. 3 wurde dies nach dem Stande der Technik mit Hilfe von Schweißpunkten 31 durchgeführt. Derartige Befestigungen sind jedoch nur zwischen artgleichen Materialien möglich, außerdem ist die Anbringung der Schweißpunkte oftmals mit Schwierigkeiten verbunden, ihre Beschaffenheit >st zudem nur schwer einwandfrei kontrollierbar.

Die folgenden Fig.4—13 zeigen nun verschiedene Ausführungsmöglichkeiten des vorliegenden Anmeldungsgegenstandes. Nach F i g. 4 sind iwei Hülsen 5, die aus dem Material des Führungsrohres 3 gefertigt sind, auf dieses bis zum Anschlag auf die Abstandshaltergitter aufgeschoben und metallurgisch mit dem Führungsrohr 3, z. B. durch Schweißpunkte, verbunden. Auf diese Weise wird nicht nur die axiale Lage des Abstandshaltergitters 4 fixier;, sondern auch das Führungsrohr 3 seitlich auf dem Abstandshaltergitter abgestützt, so daß dessen Steifigkeit und Knickfestigkeit erhöht wird.

Damit auch eine Drehsicherung zwischen dem Absiandshsksrgiiier i:nd dem Führungsrohr erreicht wird, ist es zweckmäßig, gemäß F i g. 5 die Hülsen 51 mit Einschnitten gemäß F i g. 6 zu versehen und diese somit in Eingriff mit dem Abstandshaltergitter zu bringen Du F i β 6 entspricht dabei einer .Schnittansicht entlang der Linie Vl-V von Fi g. %

Im Ausfuhrungsbeispiel gemäß F ι g. 7 und I ι g H

s letztere stellte einen Schnitt entlang der Linie VIII VIII von fig. 7 dar, ragen die Hülsen 52 in den Mn'MKdum der Masche hinein. Sie sind da/u in ihr-m hineinragen den Teil seitlich abgefrast und nilden somit ebenfalls eine drehsichere Verbindung. Durch die langer··

:o Halterung innerhalb der Abstandshaltermasche isi außerdem eine weitere Erhöhung der Steifigkeit dir gesamten Verbindung /ti erwarten

Eine Drehsicherung /wischen Fuhrungsrohren und Abstandshaltergittern ist außerdem durch eine gegen seitige Verklinkung, wie es in den Fig. 9 und IO dargestellt ist, /u erreichen. Die Hülsen 53 sind hier mn Aussparungen 5Jj versehen, in die Jie Vorsprünge 41<i der Abstandshaliersk'g." 41 eingreifen. Die Hg. 10 entspricht einem Schmu .-ntlang der Lime X X von Fig.9.

Fine weitere Ausfuhrungsform mit zusätzlichen Bauteilen ist in F ι g. 11 und 12 da,·>■ sie"', I i g. 12 stclli dabei einen Schnitt in Längsrichtung entlang der Linie XIJ-XII von Fig. 11 dar. In diesem Beispiel sind wieder

2S geschlossene Ringe 54 ve.gesehen, die mit Sackbohrungen 56 versehen sind. In dice Sackbohrungen greifen Stifte 55 ein, die in den Ecken der A^standshaltermasche angeordnet sind und sich praktisch gegenüber dem Abstandshaltergitter und der Hüürohraußenwand ab-

3& stützen. Die Festlegung der Hülse 54 gegei, .ber dem Führungsrohr 3 erfolgt wiederum beispielsweise über Schweißpunkle, jedoch wäre selbstverständlich auch eine Lötung denkbar.

Zum Zwecke einer Erleichterung des Einschiebens der Hülsen in die Abstandshaltermaschen ist es vorteilhaft, die entsprechenden Einlaufkanten abzuschrägen, außerdem können die Hülsen mit Längsschlitzen über einen Teil ihrer Länge versehen sein, damit sie in der Lage sind, ein radiales Spiel möglichst auszugleichen. Auch kann es vorteilhaft die Hülsen über ihre Länge zu schlitzen. Wie in F i g. 13 dargestellt, kann es /um Ausgleicn radialer Durchmesserunterschiede als auc:> /ur Erleichterung des Aufschiebens der Hülsen zweckmäßig sein, diese in ihrem außerhalb der Abstandshaltermaschen liegenden Teile mit einem schraubenförmigen Schlitz 57 zu versehen.

Selbstverständlich sind noch weitere Ausführungsmöglichkeiten einer derartigen Verbindung denkbar. Die Zuhilfenahme der Hülsen bringt dabei nicht nur den Vorteil der Erzielung einer höheren Verbindungssteifigkeit und Knickfestigkeit der Führungsrohre mit sich, vielmehr erlauben sie auch, eine wesentlich größere Freizügig!· eit sowohl im Hinblick auf die Anbringung der Befestigungspunkte zwischen ihnen und dem

-55 Führungsrohr als auch in der Wahl der an sich bekannten Befestigungstechnik. Auf diese Weise wird in jccici iSif'3K.ni eine raiionciic Feriigupgsmögirchkeil eines derartigen Brennelementskeleues sichergestellt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnunecn

Claims

Patentansprüche:

!. Brennelementskelett zur Halterung e'ner Vielzahl von parallel zueinander angeoi ..en Kernreaktorbrennstäben, die sich zwischen einem *> Kopf- und Fußstück erstrecken, mit diese Kopf- und Fußstücke verbindenden Haltestäben sowie mit aus Stegen gebildeten gitterartigen Abstandshaltern für die Brennstäbe, wobei zur gegenseitigen Verbindung von Abstandshaltergittern und Haltestäben unter- ι ο und oberhalb dieser Gitter Hülsen auf die Haltestäbe bis zürn Anschlag auf den Gitterstegen aufgeschoben und mit den Haltestäben metallurgisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltestäbe in an :;ich bekannter Weise als Führungsrohre (3) für die Steuerstäbe ausgebildet sind und daß die Hülsen (51-54) auf ihrem dem Abstandshaltergitter (41, 42) zugewandten Stirnseiten auf mechanische Weise verdrehungssiche: mit dem Abstandshaltergitter verbunden sind.
2. Brennelementskelett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (51) auf ihren dem Abstandshaliergiiter (4i, 42) zugeordneten Stirnseiten mit Schlitzen für den mechanischen Eingriff der A^KstandshaIterstege versehen sind.
j. Brennelementskelett nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (52) auf ihrem dem Abstandshaltergitter (41, 42) zugewandten Teil mit einer in die vom Führungsrohr (3) durchsetzte Abstandshaltermaschen passenden Außenfläche versehen sind und über diese mit dem Abstandshaltergitter in mechanischem Eingriff stehen.
4. Brennelementskelett nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsenwan-

d. ng in ihren außerhalb des Brennelementgitters befindlichen Teilen (57) schraubenförmig geschlitzt ist
5. Brennele.nen ikelett nach Anspruch f— 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsenwandung in axialer Richtung über eine Teillänge mit Schlitzen versehen ist. __-
6. Brennelementskelett nach Anspruch 1-3, ~-~ dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsenwandung in -.:. axialer Richtung über ihre Gesamtlänge mit einem Schlitz versehen ist. 45: