DE2435584A1

DE2435584A1 - Anordnung der brennstoffstaebe in kernreaktoren

Info

Publication number: DE2435584A1
Application number: DE2435584A
Authority: DE
Inventors: Barney S Flora; John W Long
Original assignee: Exxon Nuclear Co Inc
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-08-06
Filing date: 1974-07-24
Publication date: 1975-02-27
Also published as: FR2240502B1; ES427367A1; CA1003581A; SE7410071L; BE818489A; GB1455201A; FR2240502A1; DE2435584C2; US3953287A; IT1014706B; SE400848B; JPS5037994A

Description

DR. KARL TH. HEGEL · DIPL.-ING. KLAUS DICKEL

Γ Π 2000 Hamburg 50

Grolle Bergstraße 223 Postfach BO 06 62 Telefon: (040) 3Θ6295 Telegramm-Adresse t Doellxierpatent

Ihr Zeichen: Unser Zeichen: Datum

H 2323 Dr. H/Ge

EXXON NUGLEAE COMPANY, ING. 777 106th. Avenue, N.E. Bellevue, Washington, V.St.A.

Anordnung der Brennstoffstäbe in Kernreaktoren

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Brennstoffstäbe in Kernkraftreaktoren und insbesondere auf eine verbesserte Methode und eine Vorrichtung zur Montage solcher Stabbündel.

In typischen Kernkraftreaktoren erfolgt die Kernspaltung innerhalb sogenannter Brennstoffstäbe, die in paralleler Anordnung zu Bündeln vereinigt sind, wobei eine Mehrzahl solcher Bündel den Brennstoffkern des Reaktors darstellt. Die durch die Kernspaltung erzeugte Hitze wird von einer Flüssigkeit aufgenommen, die an den Außenflächen der Stäbe entlang fließt. Wenn der Reaktor in Tätigkeit ist, verbraucht sich der Brennstoff allmählich und es ist in periodischen Abständen notwendig, den Brennstoff zu ersetzen. In einem bestimmten Zeitpunkt wird jedoch lediglich ein geringer Anteil der Brennstoffbündel ersetzt, um große Schwankungen in der Leistung des Reaktors zu vermeiden. Im Fall eines frühzeitigen Versagens der" Bündel oder bei einer Brennstoffinspektion ist es notwendig, die Bündel zu entfernen und sie für Reparaturζwecke, Ersatz oder Inspektion der ent-

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sprechend ausgewählten Rohre zu demontieren. Die Bündel müssen also dazu geeignet sein, leicht, mit Hilfe entfernter Einrichtungen demontiert werden zu können, da sie während des Arbeitens des Reaktors hochradioaktiv werden.

Manche::· der zum Stand der Technik gehörigen Anordnungen erfordern die Demontage von verhältnismäßig kleinen Teilen, die mit Hilfe entfernter Demontageeinrichtungen schwierig zu bewerkstelligen ist. Jedes solches Verschlußsystem soll so einfach wie möglich sein, und zwar nicht nur, um die Kosten der Schaffung eines solchen Verschlußsystems zu vermindern, sondern auch, um das Erfordernis spezieller Werkzeuge und komplizierter Verfahren für die folgende Demontage und Viedermontage unter entfernten Regelbedingungen zu vermeiden. Die Möglichkeit, daß solche Teile während einer Demontage aus der Entfernung verloren gehen, macht es wünschenswert, ein Verschlußsystem vorzusehen, das nach dem ursprünglichen Zusammenbau zu keiner Zeit mehr demontiert werden muß. Die vorliegende Erfindung entspricht den vorgenannten Zielen, indem sie eine neue und einfache, billige Methode der Montage von Brennstoffbündeln in Kernreaktoren schafft.

Bei Brennstoffbündeln in Kernreaktoren, wobei eine Mehrzahl von Brennstoffstäben in paralleler Anordnung zwischen zwei Endplatten montiert sind, die die Stäbe sichern und mit Hilfe einer Mehrzahl von Verbindungsstäben, die an beiden Endplatten befestigt sind, zusammengehalten werden, verwendet ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Befestigung dieser Verbindungsstäbe an einer der Endplatten drehbare Verschlußmuffen, die in Schlitze eingreifen, die in der Platte vorgesehen sind.

Jeder der Verbindungsstäbe ragt durch Öffnungen in einer der End™

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platten hindurch und erstreckt sich über diese hinaus. Am Ende dieser Verbindungsstäbe sind vier Hauptteile montiert, die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung ausmachen:

1. Eine Stabführung, die ein erstes Paar von Halterungen aufweist, die in ein erstes Paar von Schlitzen passen, welche vollständig durch die Endplatte?.· hindurchgehen.

2. Eine Lagerungsfeder, die über dem Verbindungsstab und an der Stabführung angeordnet ist und

3. eine Verschlußmuffe, die über dem Ende des Verbindungsstabes, gegenüber der Feder, montiert ist und ein zweites Paar von Halterungen aufweist, die sich in einer Linie mit einem zweiten Paar von Schlitzen befindet, die in der Endplatte um etwa 90° entfernt von dem ersten Schlitzpaar, das für die Stabführung vorgesehen ist, vorhanden ist. Das zweite Schlitzpaar erstreckt sich lediglich teilweise durch die Endplatte hindurch und verhindert, wenn das zweite Paar von Halterungen in diese eingreift, eine Demontage der Brennstoff bündel, und

4-. eine Stellmutter, die über das Ende des Verbindungsstabes hinübergreift und die gesamte Verschlußeinrichtung sichert.

Um die obere Verbindungsplatte bei der Demontage zu entfernen, ist es lediglich notwendig, die Verbindungsplatte gegen den Druck der Federn, welche die Brennstoffstäbe umgeben, niederzudrücken und dann jede Verschlußmuffe aus ihrer Verschlußstellung in die lose Stellung herauszudrehen, worauf es möglich ist, die Verbindungsplatte zu entfernen oder die Verschlußeinrichtung zu demontieren. Die Konstruktion und die Arbeitsweise der Verschlußeinrichtung soll vollständiger in der folgenden, ins Einzelne gehende Beschreibung erläutert werden.

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Figur 1 zeigt in einer Ansicht ein Brennstoffbündel, das gemäß folgender Erfindung montiert ist.

Figur 2 zeigt einen vergrößerten Querschnitt durch Figur 1, der sowohl einen Brennstoffstab wie einen montierten Verbindungsstab zeigt.

Figur 3 zeigt, auseinandergenommen, in Ansicht das Ende des Verbindungsstabes und der Verschlußteile.

Figur 4 ist eine Draufsicht, die den montierten Verbindungsstab und die Endplatte erkennen läßt.

Figur 5 zeigt einen Querschnitt des montierten Verbindungsstabes, im wesentlichen längs der Linie 5-5 in Figur 4.

Figur 6 zeigt den montierten Verbindungsstab, im wesentlichen im Schnitt längs der Linie 6-6 in Figur 4·.

Figur 7 zeigt die demontierte Verschlußeinrichtung, die der Ansicht in Figur 5 entspricht.

Figur 8 ist eine perspektivische Ansicht der öffnung in der Endplatte .

Figur 1 zeigt in einer Gesamtansicht ein Bündel von Kernbrennr· ,.·> stoffstäben 1o. In paralleler Anordnung zwischen der unteren Endplatte 12 und der oberen Endplatte 14 befinden sich die Brennstoff stäbe 16, die den spaltbaren Brennstoff enthalten, der während des Betriebes des Reaktors verbraucht wird und die Hitze erzeugt, die an das zwischen den Stäben 16 strömende Vasser über-

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tragen wird. Die Brennstoffstäbe 16 sind zwischen den Endplatten 12 und 14 aufgehängt und besitzen eine gewisse Beweglichkeit zwischen diesen. Diese Beweglichkeit wird lediglich durch Löcher begrenzt, die in jeder der Endplatten enthalten sind. Jeder der Brennstoffstäbe 16 trägt an seinem oberen Ende eine Spiralfeder 18, die einen Druck gegen die obere Endplatte 14 ausübt, der bestrebt ist, die obere Platte 14 von der unteren Platte 12 zu entfernen. Das Brennstoffbündel wird gegen die Kraft der Federn durch eine Mehrzahl von Verbindungsstäben 2o zusammengehalten, die in verschiedener Weise befestigt sein können.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Sicherung der Verbindungsstäbe 20 in der oberen Endplatte derart, daß das Bündel leicht demontiert werden kann, da es, nachdem das Bündel durch den Betrieb des Kernreaktors radioaktiv geworden ist, nicht langer von Hand berührt werden kann. Ein Handgriff 11, der eine Handhabe für das Brennstoffbündel darstellt, erleichtert zusätzlich die Handhabe der oberen Endplatte 14 während der Montage und Demontage des Brennstoffbündels 1ö.

In Figur 2 sind die untere und obere Endplatte 12 und 14 in vergrößertem Querschnitt dargestellt. Der Brennstoffstab 16, der dicht in öffnungen in der oberen und unteren Endplatte sitzt, ist nicht festgehalten, sondern kann frei innerhalb der öffnungen gleiten, wenn der Stab bei den hohen Temperaturen des Kernkraftreaktors sich ausdehnt. Einer der Verbindungsstäbe 20, der das Brennstoffbündel zusammenhält, ist teilweise im Schnitt dargestellt. Das untere Ende des Verbindungsstabes 20 ist fest in der Unterplatte 12 verschraubt und braucht nach der anfänglichen Montage normalerweise nicht mehr entfernt zu werden. Wenn- die Brennstoffstäbe 16 entfernt werden sollen, wird die obere Verbindungsplatte

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14 entfernt. Daher muß die Befestigung des Verbindungsstabes 20 an der Oberplatte 14 zwar einen sicheren Verschluß ermöglichen, aber sie muß eine leichte Demontage mit Hilfe von Werkzeugen, die aus der Entfernung bedient werden, ermöglichen. Diese Demontage erfolgt aus der Entfernung, wobei sich das Bündel unter Wasser befindet, da das Brennstoffbändel nach seinem Einsatz in den Reaktor radioaktiv wird. Die vier kennzeichnenden Teile der Verschlußanordnung gemäß der Erfindung sind klar in Figur 2 ersichtlich, nämlich die Stabführung 22, die Lagerfeder 24, die Verschlußmuffe 26 und die Stellmutter 28.

Die vergrößerte Ansicht der auseinandergenommenen Teile nach Figur 3 zeigt die vier hauptsächlichen Bestandteile der Verschlußeinrichtung in ihrer gegenseitigen Beziehung sowie zu dem mit Schraubengewinde versehenden Endedes VerMndungsstabes 21. Bei dieser Ausführungsform ist die Stabführung 22. auf das Ende des Verbindungsstabes 21 aufgeschraubt. Sie kann aber auch aus einem Stück mit dem Ende des Verbindungsstabes hergestellt sein. Um eine genaue Orientierung und eine axiale Lagerung der Führung 22 des Verbindungsstabes zu ermöglichen, wird *eine anfängliche Einstellbewegung der Führung 22 gegenüber dem Verbindungsstabende 21 bevorzugt. Bei dieser Ausführungsform ist die Führung 22 des Verbindungsstabes mit dem Verbindungsstabende 21 heftverschweißt, nachdem die Stabführung sich in der richtigen Stellung befindet. Wie weiter unten noch .näher dargelegt wird, verhindert die Heftverschweißung der Stabführung 22 am Stabende 21 eine unbeabsichtige Drehung des Verbindungsstabes, die dazu führen könnte, daß der Verbindungsstab sich aus der unteren Endplatte herausschraubt; Ein erstes Paar von Halterungen 22a ist vorgesehen, die bei der bevorzugten Ausführungsform um 180 voneinander getrennt sind, die sich an der Seite der Stabführung 22 befinden und sich ra-

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dial nach, außen erstrecken. Sie greifen, wie dies weiter unten noch deutlicher ersichtlich sein wird, in passende Schlitze ein, die in der oberen Endplatte 14 vorhanden sind. Wenn sich die Stabführung in der richtigen Stellung am Ende des Verbindungsstabes befindet und in die öffnung der oberen Endplatte eingreift, vermögen sich die Stabführung und der Verbindungsstab in Längsrichtung frei zu bewegen, aber sie sind an einer Drehung durch ihren Einsatz in der oberen Verbindungsplatte gehindert. Sollte sich also ein Verbindungsstab während des Betriebes, zusätzlich zu dem normalen thermischen Wachstum derart verlängern, daß die Verschlußmuffe 26 außer Eingriff gelangt, so kann der Verbindungsstab sich dennoch nicht drehen und so aus der unteren Verbindungsplatte sich losschrauben.

Außerhalb an dem Verbindungsstab ist die Po sit ions spiralfeder 24 angeordnet, die das Verbindungsstabende 21 umgibt und sich sowohl auf die Stabführung 24,und die Verschlußmutter 26 abstützt. Die Lagerfeder 24 drückt die Verschlußmuffe 26 von der Stabführung 22 weg, gegen die Stellmutter 28. Die Verschlußmuffe 26 ist außen an dem Ende des Verbindungsstabes befestigt, aber anstatt auf diesem aufgeschraubt zu sein, besitzt sie eine größere öffnung als dem Verbindungsstabende entspricht, so daß sie sich frei bewegen kann, wobei sie sich entweder um die Achse des Verbindungsstäbes drehen oder längs hierzu gleiten kann. Die Verschlußmuffe 26 ist mit einer zweiten Heihe von Halterungen 26a versehen, die dazu bestimmt sind, in entsprechend vertiefte Schlitze einzugreifen, die an der Außenseite der oberen Endplatte, vorgesehen sind und später noch vollständiger beschrieben werden sollen. Außerhalb der Verschlußeinrichtung ist nun die Stellmutter 28 angeordnet, die auf dem Ende des Verbindungsstabes aufgeschraubt ist, die Verschlußmuffe in ihrer Stellung hält und hierdurch die

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wirksame Länge des Verbindungsstabes bestimmt. Wenn die Halterungen 26a in den vertieften Schlitzen der Endplatte sich befinden, wirkt der Verbindungsstab mit den anderen Verbindungsstäben zusammen, indem er das montierte Brennstabbündel in seiner Stellung hält.

Figur 4 zeigt in Draufsicht den montierten Verbindungsstab. Schnitte durch die Figur 4, die in den Figuren 5 und 6 dargestellt sind, erläutern die Verschlußeinrichtung in ihrer Verschlußstellung. Figur 5 zeigt, daß die Schlitze 30, in die die Halterungen 22a an der Stabführung 22 eingreifen vollständig durch die obere Endplatte 14 hindurchgehen und so eine freie Bewegung ermöglichen, so daß die Endplatte 14 entfernt werden kann. Die Figur 6, die einen um 90° verschiedenen Schnitt gegenüber der Figur 5 darstellt, zeigt, daß die Halterungen 26a der Verschlußmuffe in verhältnismäßig schwache Schlitze 32 eingreifen, die an der Oberfläche der oberen Endplatte 14 vorgesehen sind. Es ist noch darauf hinzuweisen, daß durch die Spiralfedern eine Kraft gegen die obere Endplatte ausgeübt wird, welche diese nach außen gegen die Stellmutter 28 drückt. Diesem Druck wird durch die Halterungen 26a der Verschlußmuffe 26 Widerstand geleistet, die in den vertieften Schlitzen 32 in der oberen Endplatte 14 ruhen und so verhindern, daß die Endplatte sich nach außen bewegt und die Brennstoffstäbe aus der oberen Endplatte freikommen.

Figur 7 erläutert die Bewegung der Verschlußeinrichtung beim Demontieren des Brennstoffbündeis. Die Endplatte 14 wird gegen den Druck der Spiralfedern, die den Brennstoffstab und die Verbindungsstäbe umgeben, nach .unten gedrückt, wobei die Halterungen 26a und die Verschlußmuffe 26 aus den entsprechenden vertieften Schlitzen 32 freikoimen. Nachdem dies erreicht ist, kann die Ver-

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schlußmuffe 26 um 90 , wie in der Figur gezeigt, gedreht werden, so daß die Halterungen 26a in die Schlitze 30 eingreifen, die für die Halterungen 22a an der Stabführung 22 vorgesehen sind, Wenn beide Paare von Halterungen in einer Linie liegen, können die obere Endplatte 14- entfernt werden, so daß die Brennstoffstäbe zugänglich sind. Es ist noch darauf hinzuweisen, daß bei dieser Demontagemethode die Stellmutter 28 nicht entfernt zu werden braucht und tatsächlich ist sie bei einer bevorzugten Ausführungsform heftverschweißt, um so die Verschlußmuffe 26 ein für allemal in der richtigen Stellung zu halten.

Figur 8 zeigt die relative. Lage der Schlitze 30, die vollständig durch die obere Endplatte hindurchgehen und auch die flachen Vertiefungen der Schlitze 32, in die die Halterungen 26a der Verschlußmuffe 26 währund der Montage des Brennstoffbündels eingreifen, um eine Bewegung der oberen Verbindungsplatte nach außen zu verhüten und hierdurch-die fertigmontierten Brennstoffbündel in ihrer Lage zu sichern.

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Claims

Patentansprüche

\1./Kernkraftreaktor mit Brennstoffbündeln, wobei eine Mehrzahl von Verbindungsstäben vorgesehen sind, die ein Paar von den zur Montage der Brennstoffstäbe dienenden, unter Federdruck stehenden Endplatten in ihrer montierten Stellung sichern, wobei das eine Ende der Verbindungsstäbe in einer der Endplatten fixiert ist, während das andere Ende des Verbindungsstabes so angeordnet ist, daß es eine leichte Demontage von der zweiten Endplatte ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußeinrichtung für den Verbindungsstab besteht aus:

a) öffnungen 3o, die durch die zweite Endplatte 14 hindurchgehen

b) Stabführungen, die am anderen Ende jedes der Verbindungsstäbe befestigt sind und durch die öffnungen 30 hindurchzutreten vermögen,

c) einer zweiten öffnung 32, die in der Außenfläche der zweiten Endplatte 14 gegenüber den Brennstoffstäben 16 vorgesehen ist,

d) einer Verschlußmuffe 26, die am anderen Ende jedes der Verbindungsstäbe 20 außerhalb der Stabführung 22 angeordnet ist und gegenüber der Achse 21 des Verbindungsstabes beweglich ist, wobei die Verschlußmuffe 26 mit Vorsprüngen 26a versehen ist, die in die zweite öffnung 32 passen, wodurch eine Bewegung der zweiten Endplatte 14 nach außen, die durch die Federn 24 verursacht werden könnte, verhindert wird.
2. Verschlußeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spiralfeder 24 das andere Ende 21 jedes Verbindungs-

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states 2o zwischen der Stabführung 22 und der Verschlußmuffe 26 umgibt, wobei die bewegliche Verschlußmuffe 26 von der befestigten Stabführung 22 weggedrückt wird.
3. Verschlußeinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Stellmutter 28, die am oberen Ende jedes Verbindungsstabes

20 außerhalb der Verschlußmuffe 26 sitzt und hierdurch einen Anschlag bildet, der eine axiale Verschiebung der Verschlußmuffe 26 längs des Verbindungsstabes 26 verhindert.
4. Verschlußeinrichtung nach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet, daß die Stellmutter 28 an dem Verbindungsstabe 20 befestigt ist und hierdurch eine unbeabsichtliche Demontage verhütet, während das Brennstoffbündel 16 in Betrieb ist, jedoch eine absichtliche Demontage des Bündels ermöglicht.
5. Verschlußeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabführung 22 aus einem zylindrischem Teil besteht, der radiale Vorsprünge 22a aufweist, die in der Lage sind, in Öffnungen 30 der ersten Endplatte einzugreifen und hierdurch eine Drehung des Verbindungsstabes 20 verhüten.
6. Verschlußeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußmuffe 26 aus einem zylindrischem Teil besteht; der Flächen besitzt, die ein Angreifen erleichtern und gleichzeitig eine innere Axialbohrung, die größer ist als das Ende

21 des Verbindungsstabes, so daß die Verschlußmuffe 26 sich gegenüber der Achse des Endes 21 des Verbindungsstabes bewegen kann, wobei die Verschlußmuffe 26 gleichzeitig radiale Vorsprünge 26a besitzt, die in entsprechende zweite Öffnungen 32 einzugreifen vermögen.

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