DE2435584C2

DE2435584C2 - Brennstabbündel für Kernreaktoren

Info

Publication number: DE2435584C2
Application number: DE2435584A
Authority: DE
Inventors: Barney S. Richland Wash. Flora; John W. Long
Original assignee: Exxon Nuclear Co Inc Bellevue Wash; Exxon Nuclear Co Inc
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-08-06
Filing date: 1974-07-24
Publication date: 1986-03-27
Also published as: FR2240502B1; ES427367A1; CA1003581A; SE7410071L; BE818489A; GB1455201A; FR2240502A1; DE2435584A1; US3953287A; IT1014706B; SE400848B; JPS5037994A

Description

a) jede auf Aufnahme des Endes dienende Öffnung in der zweiten Endplatte (14) mindestens einen durch die Endplatte (14) hindurchlaufenden radialen Längsschlitz (30) trägt,

b) jedes Ende eine Stabführung (22) aufweist, die mindestens einen nach außen gerichteten Vorsprung (22a) trägt, der in den Längsschlitz (30) innerhalb der öffnung eingreift,

c) jede zur Aufnahme des Endes dienende öffnung mindestens einen Radialschlitz (32) trägt, der die Endplatte (14) bezüglich des Brennstabbündels von außen nur teilweise durchdringt und zum Längsscfcütz (3Qw" im Winkel versetzt angeordnet ist, und

d) eine relativ zum Verbindunf^stab (21) verdrehbar, aber axial festgelegte Verschlußmuffe (26) an jedem Ende außerhalb der Stabführung (22) angeordnet ist, die mindestens einen Radialvorsprung (26a) trägt, der durch den Längsschlitz (30) hindurchpaßt und in den zweiten Schlitz (32) eingreift, um dadurch die zweite Endplatte zu halten.

2. Brennstabbündel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spiralfeder (24) das Ende des Verbindungsstabes (21) zwischen der Stabführung (22) und der Verschlußmuffe umgreift, wobei die drehbare Verschlußmuffe (26) unter einer von der Stabführung (22) weg gerichteten Federkraft an einem Anschlag anliegt

3. Brennstabbündei nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag durch eine auf dem Ende des Verbindungsstabes aufgeschraubte Stellmutter gegeben ist

4. Brennstabbündel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Längs- und Radialschlitze jeweils paarweise einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei jeweils ein Schlitzpaar (30 bzw. 32) zum andern um 90° versetzt ist.

5. Brennstabbünde! nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß so'vohl die Stabführung (22) als auch die Verschlußmufte (26) jeweils mit einem Paar von Vorsprüngen (22a bzw. 26a,) versehen ist, die in die vorgesehenen Schlitze (30 bzw. 32) innerhalb der öffnung eingreifen.

6. Brennstabbündel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußmuffe (26) aus einem eine Axialbohrung aufweisenden Teil besteht, wobei der Durchmesser der Axialbohrung größer als der Durchmesser vom Ende des Verbindungsstabes (21) ist

Die Erfindung betrifft ein Brennstabbündel für Kernreaktoren, das zwei Endplatten und eine Mehrzahl von parallelen Verbindungs- und Brennstäben umfaßt, die

ίο durch die Endplatten transversal gehalten und durch Druck-Federn jeweils axial eingespannt sind, wobei die Verbindungsstäbe, die unter auseinanderstrebenden Federdruck stehenden Endplatten in ihrer montierten Stellung dadurch halten, daß das eine Ende der Verbin- ciungsstäbe in einer der Endplatten fixiert ist während das andere Ende der Verbindungsstäbe die zweite Endplatte in einer öffnung durchdringt und dort von außen demontierbar befestigt ist Eine derartiges Brennstabbündel ist aus der DE-OS 15 89 876 bekannt Hierbei besteht die Arretierung der Verbindungsstäbe an der zweiten Endplatte aus Muttern, die auf die äußeren Gewindeenden der Verbindungsstäbe aufgeschraubt sind. Abnehmbare Verriegelungsstäbe sollen ein selbsttätiges Lösen verhindern. Bei einer Demontage, die in gewissen Zeitabständen zur Inspektion, Reparatur oder zum Austausch der Brennstäbe erforderlich ist, müssen zunächst die Verriegelungsteile aufgebogen werden, sodann müssen die Muttern von den Gewindeenden der Verbindungsstäbe ge- löst werden, um die Muttern und die Verriegelungsteile von dem Brennstabbündel zu entfernen. Diese Handhabung ist besonders aufwendig, da eine Fernmanipulation wegen der Strahlung des radioaktiven Materials erforderlich ist

Aus der DE-OS 21 15 406 ist es bekannt, bestimmte einzelne Brennstäbe aus einem Brennelement zu entfernen bzw. in dieses wieder einzusetzen. Hierfür ist eine Schnellmontageeinrichtung vorgesehen, bei welcher auf einer Verlängerung des Brennstabes eine unter Feder druck stehende Hülse mit einem HaUestift angeordnet ist, wobei der Stift eine Schulter untergreift, und so der Brennstab durch den Federdruck an seinem vorbestimmten Platz gehalten wird. Für die Montage oder Demontage eines gesamten Brennelementes ist diese

Einrichtung jedoch weder bestimmt noch geeignet

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Brennstabbündel der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß eine Dsmontage und Wiedermontage des Bündels bei einer Reparatur oder bei einem Stabaus tausch mit möglichst wenig Arbeitsvorgängen möglich ist, ohne auf eine sichere und dauerhafte Halterung des Bündels zu verzichten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches an gegebenen Merkmale, wobei hinsichtlich bevorzugter Ausführungsformen auf die Merkmale der Unteransprüche verwiesen wird.

Nach der Erfindung ist eine schnell lösbare Verriegelungseinrichtung für das Ende der Verbindungsstäbe in der zweiten Endplatte vorgesehen, wobei jede zur Aufnahme des Endes dienende öffnung in der zweiten Endplatte mindestens einen durch die Endplatte hindurchlaufenden radialen Längsschlitz trägt, jedes Ende eine Stabführung aufweist, die mindestens einen nach außen gerichteten Vorsprung trägt, der in den Längsschlitz innerhalb der öffnung eingreift, jede zur Aufnahme des Endes dienende öffnung mindestens einen Radialschlitz trägt, der die Endplatte bezüglich des Brennstabbündels

von außen nur teilweise durchdringt und zum Längsschlitz im Winkel versetzt angeordnet ist Eine relativ zum Verbindungsstab verdrehbar, aber axial festgelegte Verschlußmuffe ist an jedem Ende außerhalb der Stabführung angeordnet, die mindestens einen Radiaivorsprung trägt, der durch den Längsschlitz hindurchpaßt und in den zweiten Schlitz eingreift, um dadurch die zweite Endplatte zu halten.

Durch diese Ausgestaltung ist es mittels weniger Arbeitsvorgänge, die ohne weiteres von einem Fernwerkzeug ausgeführt werden können, möglich, ein Brennstabbündel zu demontieren und wieder zu montieren, wobei in montiertem Zustand eine sichere und dauerhafte Halterung der Brennstäbe gewährleistet ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und erfindungswesentliche Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Dabei zeigt im einzelnen

F i g. 1 eine Seitenansicht des Brenrütabbündels, das mit einer erfindungsgemäßen schnell lösbaren Verriegelungseinrichtung versehen ist,

F i g. 2 einen Schnitt durch das Bündel gemäß F i g. 1 in größerem Maßstab, unter Darstellung der Verriegelungseinrichtung an einem Verbindungsstab,

Fig.3 die Verriegelungseinrichtung in Explosionsdarstellung,

F i g. 4 die Draufsicht auf einen montierten Verbindungsstab,

Fig.5 einen Schnitt durch den montierten Verbindungsstab, entlang der Schnittlinie 5-5 der F i g. 4,

Fig.6 eine der Fig.5 entsprechende Darstellung, entlang der Schnittlinie 6-6 der F i g. 4,

F i g. 7 einen Schnitt durch die demontierte Verriegelungseinrichtung, entsprechend der Darstellung in F i g. 5, und

F i g. 8 eine perspektivische Darstellung der öffnung in der Endplatte.

F i g. 1 zeigt in einer Gesamtansicht ein Brennstabbündel 10 für Kernreaktoren. In paralleler Anordnung zwischen der unteren Endplatte 12 und der oberen Endplatte 14 befinden sich die Brennstäbe 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 strömeide Wasser übertragen wird. Die Brennstäbe 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 Brennstäbe 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 Brennstabbündel wird gegen die Kraft der Federn durch eine Mehrzahl von Verbindungsstäben 20 zusammengehalten, die in verschiedener Weise befestigt sein können. Das Brennstabbündel weist einen Handgriff 11 auf, der zusätzlich die Handhabe der oberen Endplatte 14 während der vorgesehenen Montage und Demontage des Brennstabbündels 10 erleichtert.

In F i g. 2 sind die untere und obere Endplatte 12 und 14 in vergrößertem Querschnitt dargestellt Der Brennstab 16, der dicht in Öffnungen in der oberen und unteren Endplatte sitzt, isi nicht festgehalten, sondern kann frei innerhalb der Öffnunn«"Ji gleiten, wenn der Stab bei den hohen Temperaturen des Kernkraftreaktors sich ausdehnt. Einer der Verbindungsstäbe 20, der das Brennstabbündel zusammenhält, ist teilweise im Schnitt dargestellt Das untere Ende des Verbindungsstabes 2C ist fest in der unteren Endplatte 12 verschraubt und braucht nach der anfänglichen Montage normalerweise nicht mehr entfernt zu werden. Wenn die Brennstäbe 16 entfernt werden sollen, wird die obere Endplatte 14 entfernt Daher muß die Befestigung des Verbindungsstabes 20 an der oberen Endplatte 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 Brennstabbündel nach seinem Einsatz in den Reaktor radioaktiv wird. Die vier wesentliehen Teile der Verriegelungseinrichtung sind klar in F i g. 2 ersichtlich, nämlich die Stabführung 22, die Lagerfeder 24, die Verschlußmuffe 26 und die Stellmutter 28.
Die vergrößerte Ansicht der auseinandergenommenen Teile nach Fig.3 zeigt die vie;- hauptsächlichen Bestandteile der Verriegelungseinrichtung in ihrer gegenseitigen Beziehung sowie zu dem mit Schraubengewinde versehenden Ende des Verbindungsstabes 2i. Bei dieser Ausführungsform ist die Stabführung 22 auf das Ende dei. 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 dje Heftverschweißung der Stabführung 22 , am Stabende 21 eine unbeabsichtigte 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 radial nach außen erstrecken. Sie greifen, wie dies weiter unten noch dcutlicher ersichtlich sein wird, in passende Längsschlitze 30 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

so Stabführung und der Yerbindungsstab in Längsrichtung frei zu bewegen, aber sie sind an einer Drehung durch ihren Einsatz in der obeien Verbindungsplatte gehindert Sollte sich also ein Verbindungsstab während des Betriebes, zusätzlich zu dem normalen thermischen Wachstum derart verlängern, daß die Verschmßmuffe 26 außer Eingriff gelangt, so kann der Verbindungsstab sich dennoch nicht drehen und so aus der unteren Endplatte sich losschrai'Hen.
Außerhalb an dem Verbindungsstab ist die Positions-

eo spiralfeder 24 angeordnet, die das Verbindungsstabende 21 umgibt und sich sowohl an der Stabführung 22 als auch an der Verschlußmutter 26 abstützt Die Lagerfeder 24 drückt die Verschlußmuffe 26 von der Stabführung 22 weg, gegen c*ie 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 Verbindungsstabes drehen oder längs hierzu gleiten kann. Die Verschlußmuffe 26 ist mit Halterungen 26a versehen, die dam bestimmt sind, in entsprechend vertiefte zweite Schlitze 32 einzugreifen, die an der Außenseite der obe- s ren Endplatte, vorgesehen sind und später noch vollständiger beschrieben werden sollen. Außerhalb der Verriegelungseinrichtung ist nun die Stellmutter 28 angeordnet, die auf dem Ende des Verbindungsstabes aufgeschraubt ist, die Verschlußmuffe in ihrer Stellung hält und hierdurch die wirksame Länge des Verbindungsstabes bestimmt. Wenn die Halterung 26a in den vertieften zweiten Schlitzen 32 der Endplatte sich befinden, wirkt der Verbindungsstab mit den anderen Verbindungsstäben zusammen, indem er das montierte Brennstabbündel in seiner Stellung hält.

Fig.4 zeigt in Draufsicht den montierten Verbin-

£Jtin(y«ctaK SchfllttS durch ^'^A Pie i Atf* in rinn P ϊ er ^ und 6 dargestellt sind, erläutern die Verschlußeinrichtung in ihrer Verschlußstellung. Fig.5 zeigt, daß die Längsschlitze 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 Fig.6, die einen um 90° verschiedenen Schnitt gegenüber der Fig.5 darstellt, zeigt, daß die Halterungen 26a der Verschlußmuffe in verhältnismäßig schwache zweite Schlitze 32 eingreifen, die an der Oberfläche der oberen Endplatte 14 vorgesehen sind. Es ist noch darauf hinzuweisen, daß durch die Spiralfedern 18 eine Kraft gegen die obere Endplatte ausgeübt wird, weiche diese nach außen gegen die Stellmutter 28 drückt. Diesem Druck wird durch die Halterungen 26a der Verschlußmuffe 26 Widerstand geleistet, die in den vertieften zweiten Schlitzen 32 in der oberen Endplatte 14 ruhen und so verhindern, daß die Endplatte sich nach außen bewegt und die Brennstäbe aus der oberen Endplatte freikommen.

F i g. 7 erläutert die Bewegung der Verschlußeinrichtung beim Demontieren des Brennstoffbündels. Die Endplatte 14 wird gegen den Druck der Spiralfedern 18, die den Brennstoffstab und die Verbindungsstäbe umgeben, nach unten gedrückt, wobei die Halterungen 26a und die Verschlußmuffe 26 aus den entsprechenden vertieften zweiten Schlitzen 32 freikommen. Nachdem dies erreicht ist, kann die Verschlußmuffe 26 um 90°, wie in der Figur gezeigt, gedreht werden, so daß die Halterungen 26a in die Längsschlitze 30 eingreifen, die für die Halterungen 22a an der Stabführung 22 vorgesehen sind. Wenn beide Prare von Halterungen in einer Linie liegen, können die obere Endplatte 14 entfernt werden, so daß die Brennstäbe 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.

F i g. 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 während der Montage des Brennstabbündels eingreifen, um eine Bewegung der oberen Endplatte nach außen zu verhüten und hierdurch die fertigmontierten Brennstabbündel in ihrer Lage zu sichern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennstabbündel für Kernreaktoren, das zwei Endplatten und eine Mehrzahl von parallelen Verbindungs- und Brennstäben umfaßt, die durch die Endplatten transversal gehalten und durch Druck-Federn jeweils axial eingespannt sind, wobei die Verbindungsstäbe die unter auseinanderstrebenden Federdruck stehenden Endplatten in ihrer montierten Stellung dadurch halten, daß das eine Ende der Verbindungsstäbe in einer der Endplatten fixiert ist, während das andere Ende der Verbindungsstäbe die zweite Endplatte in einer öffnung durchdringt und dort von außen demontierbar befestigt ist, gekennzeichnet durch eine schnell lösbare Verriegelungseinrichtung für das Ende der Verbindungsstäbe (21) in der zweiten Endplatte (14), wobei