DE2423501C3

DE2423501C3 -

Info

Publication number: DE2423501C3
Application number: DE19742423501
Authority: DE
Filing date: 1974-05-15
Publication date: 1977-03-17

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennelement für gasgekühlte Kernreaktoren, das aus einer Vielzahl von mit metallischen Hüllrohren versehenen Brennstäben besteht, die durch in verschiedenen axialen Höhenlagen angeordnete Abstandshalter in ihrer gegenseitigen räumlichen Zuordnung fixiert sind, wobei die Abstandshalter aus einem Maschengitter hochkant angeordneter Blecnstege bestehen, und zur Zentrierung der Brennstäbe in diesen Maschen massive, sich in axialer Richtung e-streckende Stollen vorgesehen sind, die entweder mit der Hüllrohroberfläche direkt bzw. mit auf dieser angeordneten etwa gleichartigen Stollen seitlich in Berührjng stehen und wobei die in dem Maschengitter befestigten Stollen mit Anlageflächen versehen sind. Im Vergleich zu Brennelementen für 4η wassergekühlte Kernreaktoren liegen die Temperaturen der Abstandshaltergitter sowie der Brennstabhüllrohre wesentlich höher, nämlich zwischen 300 und 600° C. Diese hohen Temperaturen erlauben in den Abstandshaltern ;rn nicht mehr wie bei wassergekühlten Kernreaktoren die Verwendung federnder Anlageelemente, vielmehr muß mit festen und starren Anlageelementen ausgekommen werden. Solche Abstandshalterkonstrjktionen sind beispielsweise in den DT-OS 22 14 457 und 17 64 030 sowie in der GB-PS so 9 72101 ausführlich beschrieben. Dies bringt unter Umständen sehr große Reibkräfte zwischen den Anlagestellen mit sich, die in Anbetracht der hohen Betriebstemperaturen zu einem Verschweißen führen können. Damit ergeben sich aber erhöhte Belastungen ss für die Hüllrohre der Brennstäbe, ganz abgesehen davon, daß ein normales Zerlegen von Brennelementen nach dem Einsatz n'cht mehr möglich ist.The present invention relates to a fuel assembly for gas-cooled nuclear reactors, which consists of a plurality consists of fuel rods provided with metallic cladding tubes, which through in different axial Spacers arranged at high altitudes are fixed in their mutual spatial assignment, with the spacers consist of a mesh grid arranged on edge sheet metal webs, and for centering the fuel rods are provided in these meshes with massive tunnels that extend in the axial direction, either directly with the envelope tube surface or with approximately similar studs arranged on it are laterally in contact and the studs fastened in the mesh lattice with contact surfaces are provided. Compared to fuel elements for 4η water-cooled nuclear reactors are the temperatures of the spacer grids and the fuel rod cladding tubes much higher, namely between 300 and 600 ° C. These high temperatures allow in the Spacers; rn no longer as with water-cooled Nuclear reactors use resilient plant elements, rather must be fixed and rigid Investment elements are managed. Such spacer constructions are for example in DT-OS 22 14 457 and 17 64 030 and in GB-PS so 9 72101 described in detail. This brings under certain circumstances very large frictional forces between the Contact points with it, which in view of the high operating temperatures lead to welding be able. However, this results in increased loads ss for the cladding tubes of the fuel rods, quite apart from the fact that normal dismantling of fuel assemblies is no longer possible after use.

Es stellt sich daher die Aufgabe, derartige Verschweißungen zu verhindern, ohne die grundsätzliche Kon- (> <> struktion der Abstandshalter zu verändern.The task is therefore to prevent such welds without the fundamental con (> <> to change the structure of the spacers.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei dem eingangs genannten Brenneement erfindungsgemäß darin, daß die Anlageflächen aufgerauht sind bzw. zur Brennstabachse im wesentlichen senkrecht verlaufende Rillen ' aufweisen. Diese Ausgestaltung der einander berührenden Flächen bewirkt, daß sich bei der beispielsweise durch Lastwechsel sowie durch die Brennstabschwingungen infolge der Kühlmittelströmung verursachten Relativbewegung von Brennstäben und Abstandshaltern in einem Kühlgas, wie z. B. Helium, der dabei unvermeidliche Abrieb nicht mehr zwischen den reibenden Flächen derart lokal festsetzen kann, daß ein gegenseitiges Verkeilen bzw. ein Verschweißen auftritt. Diese spezielle Geometrie der Reibflächen erlaubt es vielmehr, daß der Materialabrieb zwischen den Erhebungen der Aufrauhungen bzw. in den Vertiefungen der unterbrochenen Oberflächen abgeführt wird. Es genügt dabei, wenn nur eine der aufeinander gleitenden Flächen mit einer derartigen Oberfläche versehen wird.The solution to this problem consists in the aforementioned fuel element according to the invention that the contact surfaces are roughened or grooves running essentially perpendicular to the fuel rod axis' exhibit. This configuration of the surfaces in contact with one another, for example caused by load changes and fuel rod vibrations due to the coolant flow Relative movement of fuel rods and spacers in a cooling gas, such as. B. Helium, which is there inevitable abrasion can no longer settle so locally between the rubbing surfaces that a mutual wedging or welding occurs. This special geometry of the friction surfaces makes it possible rather, that the material abrasion between the elevations of the roughening or in the depressions of the interrupted surfaces is discharged. It is sufficient if only one of the sliding on each other Surfaces is provided with such a surface.

Zur weiteren Erläuterung dieser Prinzipien sei auf die in den Fig. 1 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiele verwiesen.For a further explanation of these principles, reference is made to the exemplary embodiments shown in FIGS referenced.

Die F i g. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht den prinzipiellen Aufbau eines Brennelementes, das aus einer Vielzahl von Brennstäben 2 aufgebaut ist, die in einer Reihe von Abstandshaltergittern 3 aufgenommen sind. Zur Handhabung des Brennelementes dienen Kopf- und Fußstücke 4, die durch besondere hier nicht näher dargestellte Elemente miteinander sowie den Abstandshaltergittern 3 verbunden sind. Bei dieser Ajsführungsform haben die Abstandshalter-Maschen quadratischen Querschnitt.The F i g. 1 shows a perspective view of the basic structure of a fuel assembly from a plurality of fuel rods 2 is constructed, which are received in a number of spacer grids 3 are. To handle the fuel assembly, head and foot pieces 4 are used, which are not due to special features here Elements shown in more detail are connected to one another and to the spacer grids 3. At this The spacer meshes have a square cross-section.

Es gibt jedoch auch solche mit sechseckigem Querschnitt, wie z. B. in F i g. 5 dargestellt, oder auch mit dreieckigem Querschnitt. In den Abstandshaltermaschen dieser Gitter 3 werden nun die Brennstäbe 2 mit Hilfe starrer Anlageelemente zentriert und gehaltert. Querschnitte durch quadratische Abstandshaltermaschen zeigen die Fig. 2 und 3. Dort werden Führungsstollen 22 auf den Brennstabhüllrohren seitlich von Vorsprüngen 32 bzw. 33 der Maschenstege geführt, so daß eine radiale Ausdehnung des Brennstabes, wie sie u. U. durch Temperaturschwankungen oder durch Abbranderscheinungen auftreten können, ermöglicht wird.However, there are also those with a hexagonal cross-section, such as. B. in Fig. 5 shown, or with triangular cross-section. In the spacer mesh this grid 3, the fuel rods 2 are now centered and held with the aid of rigid contact elements. 2 and 3 show cross-sections through square spacer meshes Projections 32 and 33 of the mesh webs out, so that a radial expansion of the fuel rod, as they may occur due to temperature fluctuations or charring phenomena will.

In Fig.4 ist eine Draufsicht auf einen derartigen Vorsprung 33 dargestellt, wie er sich aus Blickrichtung IV in Fig.3 ergibt. Die Oberfläche dieses Vorsprunges 33 ist aufgerauht bzw. geriffelt, so daß es mit dem auf dieser Fläche anliegenden Stollen 22 des Brennstabhüllrohres nicht zu einer Verklemmung oder Verschweißung kommen kann. Einen Querschnitt durch die Masche des Abstandshaltergitters gemäß Fig. 5 zeigt die F i g. 6. Dort liegen die sich von dem Abstandshaltergitter 3 nach innen erstreckenden Vorsprünge 31 direkt auf dem Hüllrohr 21 des Brennstabes 2 an. Der im Inneren des Hüllrohres befindliche Brennstoff 25 ist durch Schraffur angedeutet. In diesem Falle ist die Stirnseite der Vorsprünge 31 mit einer unterbrochenen Oberfläche versehen, wie es in F i g. 7 näher dargestellt ist. Diese Fig. 7 zeigt in Seitenansicht einen derartigen Vorsprung 31. Er trägt an seiner Stirnseite Querrillen 35, die am einfachsten durch Schneiden eines Gewindes in jeder Masche hergestellt werden. Dies kann bei bereits herausgearbeiteten Stollen 31 erfolgen, jedoch auch bereits in einem Vorstadium der Abstandshalterfertigung. Dort werden beispielsweise in einer massiven Platte zunächst dem Maschengitter entsprechend Bohrungen etwa vom Außendurchmesser der zu halternden Brennstabhüllrohre angebracht und alsdann mit einem Gewinde versehen, das beispielsweise bei einem Durchmesser von etwa 9 mm eine Tiefe von 0,6 mm aufweisen kam. Anschließend wird durch Funkenerosion das Material der Platte so abgearbeitet, daß die sechseckigen Hochkantsiege mit den darausIn Figure 4 is a plan view of such a Projection 33 shown as it results from viewing direction IV in Figure 3. The surface of this ledge 33 is roughened or corrugated so that it is connected to the cleat 22 of the fuel rod cladding tube resting on this surface jamming or welding cannot occur. A cross-section through the The mesh of the spacer grid according to FIG. 5 is shown in FIG. 6. There are those located away from the spacer grid 3 inwardly extending projections 31 directly on the cladding tube 21 of the fuel rod 2. The im Fuel 25 located inside the cladding tube is indicated by hatching. In this case the The end face of the projections 31 is provided with an interrupted surface, as shown in FIG. 7 shown in more detail is. This Fig. 7 shows a side view of such a projection 31. It has transverse grooves 35 on its end face, which are most easily made by cutting a thread in each mesh. This can be done at already machined studs 31 take place, but also in a preliminary stage of the spacer production. There, for example, the mesh grid is first made in a solid plate Drilled holes approximately from the outer diameter of the fuel rod cladding tubes to be held and then made provided with a thread, for example with a diameter of about 9 mm, a depth of 0.6 mm came. Then the material of the plate is processed by spark erosion in such a way that that the hexagonal upright victories with the resulting

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nach innen hervorragenden Vorsprüngen 31 übrig bleiben. Selbstverständlich sind auch noch andere Hersiellungstechniken möglich. Auch die Aufrauhung an den Stirnseiten bzw. an den Flankenseiten des vorhergehenden Beispieles können auf funkenerosivem j Wege hergestellt werden. Welches Verfahren hierbei das Günstigere ist, hängt von der Konstruktion des Abstandshalters sowie auch von dessen Material ab, das normalerweise rostfreier Stahl sein wird. Es sind jedoch auch andere Materialien, wie z.B. Nickellegierungen ι ο \ιΐιΔ Zirkonlegierungen, denkbar. Bezüglich des Ausführungsbeispieles nach den F i g. 1 bis 4 sei darauf hingewiesen, daß eine derartige Oberflächengestaltung selbstverständlich auch auf den Stollen 22, die normalerweise mit dem Hüllrohr 21 verlötet oder verschweißt sind, aufgebracht werden kann. In diesen Fällen wird man die Oberflächengestaltung beispielsweise an den noch nicht auf dem Hüllrohr befestigten Stollen anbringen, eine geeignete Methode hierfür wäre beispielsweise das Prägen.inwardly protruding projections 31 remain. Of course, other production techniques are also possible. Also, the roughening on the front sides or on the edge sides of the preceding example can be prepared in ways funkenerosivem j. Which method is more economical depends on the construction of the spacer and also on its material, which will normally be stainless steel. However, other materials, such as nickel alloys ι ο \ ιΐιΔ zirconium alloys, are also conceivable. With regard to the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 4 it should be pointed out that such a surface design can of course also be applied to the studs 22, which are normally soldered or welded to the cladding tube 21. In these cases, the surface design will be applied, for example, to the studs that have not yet been attached to the cladding tube; a suitable method for this would be, for example, embossing.

Die hier dargestellten Prinzipien zur Verhinderung des Verschweißens bzw. des Verkeilens aufeinander gleitender Teile sind mit besonderem Vorteil in heliumgekühlten Kernreaktoren anwendbar, da die dort ermöglichten hohen Temperaturen solche Erscheinungen bei glatten aufeinanderliegenden Oberflächen stark begünstigen. Selbstverständlich sind auch andere gasförmige Kühlmitte! möglich, wie z. B. CO2, bei denen solche Erscheinungen sonst vorkommen können.The principles shown here to prevent welding or wedging on one another sliding parts can be used with particular advantage in helium-cooled nuclear reactors, since the there high temperatures made such phenomena possible with smooth surfaces lying on top of one another favor. Of course, other gaseous cooling media are also available! possible, such as B. CO2, where such phenomena can otherwise occur.

Aus den genannten Beispielen dürfte das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung klar hervorgehen, so daß es dem Fachmann bei Kenntnis dieser Zusammenhänge möglich sein wird, diese auch bei anderen Abstandshalterkonstruktionen ohne weitere nähere Erläuterungen vorzunehmen.The basic principle of the present invention should clearly emerge from the examples mentioned, see above that the skilled person with knowledge of these relationships will be able to do so with others Make spacer constructions without further explanations.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

Fuel assembly for gas-cooled nuclear reactors, consisting of a large number of with metallic Cladding tubes of uniform wall thickness provided ßrennstäben, which through in different axial Spacers arranged at high altitudes are fixed in their mutual spatial assignment, wherein the spacers consist of a mesh grid arranged on edge sheet metal webs, and for centering; the fuel rod in these meshes massive, axially extending studs are provided either with the Cladding tube surface directly or with approximately similar studs arranged on it laterally in Are in contact and the studs fastened in the mesh are provided with contact surfaces are, characterized in that the contact surfaces are roughened or to the fuel rod axis have substantially perpendicular grooves.