DE2520345A1

DE2520345A1 - Befestigungsanordnung fuer kernreaktorbrennstaebe o.dgl.

Info

Publication number: DE2520345A1
Application number: DE19752520345
Authority: DE
Inventors: Bertfried Nissel
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1975-05-07
Filing date: 1975-05-07
Publication date: 1976-11-18

Description

Befestigungsanordnung für Kernreaktorbrennstäbe 0. dgl.
Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung für Kernreaktor-Brennstäbe o.dgl. mit einer Bohrungen für die Endabschnitte der Brennstäbe enthaltenden Stabhalteplatte.
Für viele Reaktortypen gebräuchliche Brennelemente bestehen aus einer Anzahl einzelner Brennstäbe in Form langer, dünner Rohre, die mit Kernbrennstoff gefüllt sind und durch Abstandhalter und an ihren Enden durch Stabhalteplatten auf dem gewünschten Abstand gehalten werden. Letzte bestimmen auch die Lage der Brennstäbe in axialer Richtung.
Für die Befestigung der Brennstäbe in der Stabhalteplatte sind eine Reihe von Anordnungen, wie Schraubbefestigungen oder Befestigungen durch ein Verformen des Brennstabendes, bekannt. Für bestimmte Zwecke sind die bekannten Befestigungsanordnungen wenig geeignet, so beispielsweise, wenn zu Untersuchungszwecken, wie bei Bestrahlungsexperimenten, einzelne Brennstäbe aus einem Brennelement herausgelöst werden sollen. Da derartige Arbeiten wegen der Radioaktivität mit fernbedienten Werkzeugen ausgeführt werden müssen, ist eine während des Betriebes sichere jedoch bei Bedarf einfach zu lösende Befestigung der Brennstäbe in den Stabhalteplatten erwünscht.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Befestigungsanordnung für Kernreaktor-Brennstäbe o.dgl.
mit einer Bohrungen für die Endabschnitte der Brennstäbe enthaltenden Stabhalteplatte zu schaffen, die auf einfache Weise und ohne Verformungsarbeit herzustellen ist, die während des Betriebes mit Sicherheit aufrechterhalten bleibt und die bei Bedarf auch unter schwierigen Bedingungen auf einfache Weise gelöst werden kann.
Bei einer eingangs erläuterten Befestigungsanordnung besteht die erfindungsgemäße Lösung darin, daß der Endabschnitt zu seinem freien Ende hin einander folgend eine Anschlagfläche eine Ringnut, eine in einer zu der Längsachse des Brennstabes bzw. des Endabschnitts senkrechten Ebene gelegene kreisringförmige Schulterfläche, einen Bund o.dgl. und einen sich keglig oder anderweitig verjüngenden Kopf besitzt, daß der Durchmesser des Bundes größer als der Durchmesser der Bohrung bemessen ist, daß der Endabschnitt mindestens einen, wesentlich in axialer Richtung gelegenen, sich zumindest bis in den Bereich der Ringnut erstreckenden Schlitz aufweist, daß die Breite der Ringnut gleich der oder größer als die Dicke der Stabhalteplatte bemessen ist, daß der Endabschnitt bzw. die zufolge des oder der Schlitze gebildeten Finger aus einem elastischen Werkstoff bestehen, daß an der Stabhalteplatte gegenüber der Schulter eine zu der Achse der Bohrung senkrecht gelegene Haltefläche angeordnet ist, und daß Mittel zum Zueinanderführen der Finger vorgesehen sind. Durch diese Ausbildung ist erreicht, daß die Brennstäbe, auch über eine größere Distanz hinweg, durch einfaches Einstecken ihrer Endabschnitte in die Bohrungen der Stabhalteplatte zu befestigen sind. Dabei werden die Finger durch die Führung an der konischen Außenwand des Kopfes aneinander gedrückt, um nach Hindurchgelangen des Bundes durch die Bohrung infolge ihrer Rückstellkraft in ihre Ruhe- bzw. Ausgangsstellung zurückspringen, wobei dann die Ringnut in der Bohrung sitzt. In dieser Stellung ist der Brennstab gegen Herausziehen aus der Bohrung dadurch gesichert, daß sich der Endabschnitt in axialer Richtung mit seiner Schulterfläche gegen die untere Fläche der Stabhalteplatte, die dort befindliche Haltefläche abstützt. Hierdurch bedarf es zum Festhalten des Brennstabes keinerlei zusätzlicher Mittel. Solche sind nur erforderlich, wenn der Brennstab herausgezogen - fachsprachlich: gezogen - werden soll, und zwar derart, daß damit die Finger zum Hinausziehen des Bundes aus der Bohrung zusammenführt werden, wobei die Schulterfläche außer Eingriff mit der Haltefläche gelangt.
Diese Ausbildung hat bei der üblichen Anordnung mehrerer Brennstäbe oder, allgemeiner, Reaktorstäbe in einem Brennelement o.dgl. und mehrerer Brennelemente in einem Core bzw. dem Kern eines Kernreaktors den Vorteil, daß zusätzliche Mittel nur für den bzw. die Brennstäbe erforderlich sind, die gezogen werden sollen. Diese Mittel können für eine Vielzahl von Brennelementen bzw. Rewerden aktorstäben vetwendet/und müssen nicht stets an den Reaktorstäben, in den Brennelementen und ggf. in dem Reaktortank verbleiben. Dies ergibt eine erhebliche Ersparnis an Raumbedarf, an Gewicht und an Konstruktionselementen gegenüber Befestigungsanrdnungen, bei denen zusätzliche Mittel zum Befestigen an jedem einzelnen Reaktor-stab verbleiben müssen.
Bei gleicher Breite der Ringnut und Dicke der Bohrung ist der Brennstab in axialer Richtung spielfrei gehalten.
Ein spielfreier seitlich fester Sitz der Endabschnitte wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Durchmesser oder der größte Durchmesser der Ringnut - zwecks Vorspannung im Befestigungszustand - größer bemessen ist als der Durchmesser der Bohrung. Dabei bleibt ein Teil der bei Einstellen des Endabschnitts erzeugten Rückstellkraft als Spannkraft erhalten, mit der die Außenfläche oder - bei balliger oder anderweitig nicht zylindrischer Ausbildung der Ringnut - ein Teil deren Außenfläche an die Innenwand der Bohrung angelegt oder angepreßt wird.
Eine vorteilhafte erfindungsgemäße Ausgestaltung besteht darin, daß - in Abänderung - die Schulterfläche und/oder die Haltefläche, vorzugsweise beide, hinterschnitten ausgebildet sind. Hierdurch ist noch stärker vermieden, daß diese Flächen außer Eingriff geraten, und vielmehr erreicht, daß sich die Finger bei Einwirken einer Zugkraft auf den Brennstab durch Gleiten der Schulterfläche bzw. deren an äe einem der Finger befindlichen Abschnitte auf der Haltefläche auseinandergespreizt werden. Diese Ausgestaltung bietet damit ein besonders hohes Naß an Sicherheit.
Zweckmäßig ist der Endabschnitt kreuzweise geschlitzt bzw. mit zwei zueinander kreuzweise angeordneten Schlitzen - zur Bildung von vier Fingern - versehen.
Nach einer anderen erfindungsgemäßen Ausgestaltung bestehen die Mittel zum Zueinanderführen der Finger aus einem zu der Bohrung der Stabhalteplatte bzw. zu dem Endabschnitt d-s Brennst abs koaxial angeordneten oder wahlweise anzuordnenden in Richtung auf den Endabschnitt bewegbaren Ring, Rohr o.dgl., dessen Innendurchmesser oder Öffnung derart bemessen ist, daß bei entsprechender axialer Einstellung des Ringes auf den Endabschnitt der gemeinsame Umriß der Finger im Bereich des Bundes kleiner als der Durchtrittsquerschnitt der Bohrung eingestellt ist. Zweckmäßig nimmt dabei die Weite der Öffnung des Ringes bzw. Rohres zu dessen zu dem Endabschnitt weisenden Ende zu bzw. ist die Innenwand des Ringes oder Rohres, ggf. dieses selbst, zu dem Endabschnitt hin etwa trichterförmig erweitert.
Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist der Ring bzw. das Rohr Abschnitt einer Lösebuchse, die an ihrem der Öffnung abgewandten Abschnitt Mittel, wie einen Gewindedorn, zum vorzugsweise lösbaren Befestigen an einem, in Richtung auf die Stabhalteplatte einstellbaren Haltelement besitzt. Dabei ist das Halteelement zweckmäßig eine Löseplatte, bei der Mittel zum Befestigen der Lösebuchse, wie Gewindebohrungen für die Gewindedorne, mit dem gleichen Raster angeordnet sind wie die Bohrungen in der Stabhalteplatte. Auf diese Weise ist es möglich, jeweils an der, der Position des zu ziehenden Brennstabes entsprechenden Stelle der Löseplatte eine Lösebuchse einzusetzen, so daß allein der zu ziehende Brennstab durch Zusammenführen seiner Finger entriegelt wird und alle anderen Reaktorstäbe befestigt bleiben.
Bei einer solchen Ausbildung können die Brennelementhülle oder Abschnitte davon als Führung für die Löseplatte dienen. Die gleiche Löseplatte kann darauf mit einer oder mehreren Lösebuchsen zum Ziehen eines bzw. mehrerer Brennstäbe an einem der anderen Brennelemente benutzt werden.
Zweckmäßig sind die Finger zu ihren freien Enden hin, vorzugsweise beginnend im Bereich des Bundes, ggf.
neben der durch die Verjüngung des Kopfes gegebenen Verjüngung, sich verjüngend ausgebildet, so daß sie bei ihrem Zueinanderführen nicht vorzeitig aufeinandertreffen und damit diesen Vorgang behindern, und zum anderen wird durch diese Maßnahme die Flexiblität der Finger erhöht.
Schließlich wird noch vorgeschlagen, daß sich der oder die Schlitze in den Endabschnitten der Brennstäbe merklich über den Bereich der Ringnut hinaus erstrecken, ebenfalls um deren Flexiblität zu erhöhen, weiter daß die Weite und Länge des oder der Schlitze Abmessungen aufweisen, bei denen die durch die Wände der Schlitze und die Innenwand der Bohrung gebildeten Kanäle und deren radiale Öffnungen außerhalb der Stabhalteplatte einen für den Durchfluß eines Kühlmittels für die Brennstäbe ausreichenden Querschnitt besitzen. Dazu sind üb licherweise in der Stabhalteplatte weitere Durchtrittsöffnungen für das Kühlmittel angebracht.
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 eine Befestigungsanordnung, teilweise geschnitten in einer in der Längsachse gelegenen Ebene, Fig. 2 die Befestigungsanordnung in abgeänderter Ausbildung, und Fig. 3 die Befestigungsanordnung in einem Verband.
Nach der Zeichnung sitzt bei einer Befestigungsanordnung der Endabschnitt 1 der dargestellten Brennstäbe in einer Stabhalteplatte 2, einer Brennelement-Gitterplatte o.dgl.. Unterhalb der Stabhalteplatte 2 befindet sich eine Löseplatte 3 mit Lösebuchse(n) 4.
Der Endabschnitt 1 besitzt zu seinem freien Ende hin einander folgend eine Anschlagfläche 11, eine Ringnut 12, eine Schulterfläche 13 bzw. 13', einen Bund 14 und einen sich verjüngenden Kopf 15. Der Durchmesser des Bundes 14 ist größer als der Durchmesser der Bohrung 21 in der Stabhalteplatte 2 bemessen. Der Endabschnitt 1 weist zwei kreuzweise angeordnete, sich bis in den Bereich der Ringnut 12 oder darüber hinaus erstreckende Schlitze 16 bzw. 16' auf. Die Breite bzw. die axiale Länge der Ringnut ist etwa gleich der Dicke der Stabhalteplatte 2 bemessen. Die zufolge der Schlitze 16 gebildeten Finger bzw. der gesamte Endabschnitt 1 bestehen aus einem federelastischen Werkstoff.
Nach Fig. 1 liegt die Schulterfläche 13 in einer zu der Längsachse des Brennstabes bzw. des Endabschnitts 1 senkrechten Ebene.
Nach Fig. 2 sind die Schulterfläche 13 und die ihr als Anschlagfläche an der Stabhalteplatte 2 um die Bohrung 21 gegenüberliegende Haltefläche 22' hinterschnitten ausgebildet.
Der Durchmesser oder der größte Durchmesser der Ringnut 12 kann - zwecks Vorspannung im Befestigungszustand - größer als der Durchmesser der Bohrung bemessen sein.
Die Löseplatte 3 besitzt - insbesondere nach Fig. 3 -Gewindebohrungen 31, die mit dem gleichen Raster angeordnet sind wie die Bohrungen 21 in der Stabhalteplatte 2, d.h. die Gewindebohrungen 31 liegen mit der'jeweils korrespondierenden Bohrung 21 auf einer gemeinsamen Achse, der Längsachse auch des Endabschnitts 1.
In den bzw. in einer der Gewindebohrungen 31 ist mittels ihres Gewindedorns 41 eine Lösebuchse 4 befestigt, die an ihrem zu dem Endabschnitt 1 zeigenden Abschnitt aus einem Ring bzw. einem Rohr 42 besteht, das zu seinem freien Ende hin etwa trichterförmig erweitert ist.
Der Innendurchmesser des Rohres 42 ist so bemessen, daß bei axialem Anstellen der Löseplatte 3 bzw. der Lösebuchse 4 in Richtung des Pfeils A - Fig. 3 - die Finger in dem Bereich des Bundes 14 in Richtung der Pfeile B konzentrisch auf einen gemeinsamen Umriß eingestellt werden, der kleiner als der Durchtrittsquerschnitt der Bohrung 21 ist. Dadurch ist es nun möglich, den Brennstab bzw. dessen Endabschnitt 1 in Richtung des Pfeils C - und entgegen der Einsteck-oder Befestigungsiichtung - aus der Bohrung 21 (heraus) zu ziehen. Wie in Fig. 3 veranschaulicht ist, kann lediglich der Brennstab gezogen werden, dessen Endabschnitt 1 gegenüber zuvor in der Löseplatte 3 eine Lösebuchse 4 angebracht worden ist. An den Stellen ohne Lösebuchse 4 bleiben die Befestigungen der Brennstäbe bzw. deren Endabschnitte erhalten. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel sollte lediglich ein Brennstab, nämlich der zweite von rechts, gezogen werden.
Die Finger sind zu ihren freien Enden hin und beginnend etwa im Bereich des Bundes 14, neben der durch die Verjüngung des Kopfes 15 gegebenen Verjüngung, durch einen erweiterten Abschnitt 161 des Schlitzes 16 bzw. 16' sich verjüngend ausgebildet, um ihre Flexiblität zu erhöhen und zum Zweck des Lösens der Befestigung auf einen entsprechend kleinen gemeinsamen Umriß zusammengeführt werden zu können.
Bei der Ausbildung nach Fig. 2 bieten die Hinterschneidungen der Schulterfläche 13' und der Haltefläche 22' den Vorteil einer besonders sicheren Befestigung, weil jeglicher Zug in Richtung des Pfeils C ein Auseinanderspreizen der Finger zur Folge hat.
Zweckmäßig sind die Schlitze 16' bis über den Bereich der Ringnut 12 hinausgeführt - Fig. 2 und Fig. 3 -, um die Elastizität des Werkstoffs für die Spannungsverhältnisse in den Fingern günstig ausnutzen zu können aber auch um Kanäle für den Durchfluß eines Kühlmittels für die Brennstäbe zu erhalten. Deshalb weisen die Weite und die Länge der Schlitze 16' Abmessungen auf, bei denen die durch die Seitenwände der Schlitze 16' und die Innenwand der Bohrung 21 gebildeten Kanäle und deren radiale Öffnungen 162 außerhalb der Stabhalteplatte 2 einen für den Durchfluß eines Kühlmittels für die Brennstäbe ausreichenden Querschnitt besitzen.
Um einen guten Sitz zu gewährleisten sind die Anschlagfläche 11 zu der Ringnut 12 und diese zu der Schulterfläche 13 bzw. 13', desgleichen die Anzugfläche 43 der Lösebuchse 4 zu ihrem Gewinde dorn 41 freigestochen.
Die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung ist nicht allein dem Befestigen von Brennstäben und nicht allein dem Kernreaktorbau vorbehalten. Sie ist vielmehr für alle Fälle geeignet, in denen ein Stab o.dgl. durch einfaches Einstecken in eine Platte o.dgl. ohne zusätzliche Befestigungsmittel lösbar so befestigt werden soll, daß an der Befestigungsstelle keine Komponenten auftreten können, die die Befestigungsmittel in Lösestellung bringen.
Patentansprüche:

Claims

Patentansprüche Befestigungsanordnung für Kernreaktor-Brennstäbe o.dgl. mit einer Bohrungen für die Endabschnitte der Brennstäbe enthaltenden Stabhalteplatte, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt (1) zu seinem freien Ende hin einander folgend eine Anschlagfläche (11) eine Ringnut (12), eine in einer zu der Längsachse des Brennstabes bzw. des Endabschnitts senkrechten Ebene gelegene kreisringförmige Schulterfläche (13), einen Bund (14) o.dgl. und einen sich keglig oder anderweitig verjüngenden Kopf (15) besitzt, daß der Durchmesser des Bundes (14) größer als dem Durchmesser der Bohrung (21) bemessen ist, daß der Endabschnitt mindestens einen, wesentlich in axialer Richtung gelegeneun, sich zumindest bis in den Bereich der Ringnut (12) erstreckenden Schlitz (16) aufweist, daß die Breite der Ringnut (12) gleich der oder größer als die Dicke der Stabhalteplatte (2) bemessen ist, daß der Endabschnitt bzw. die zufolge des oder der Schlitze (16) gebildeten Finger aus einem elastischen Werkstoff bestehen, daß an der Stabhalteplatte (2) gegenüber der Schulterfläche (13) eine zu der Achse der Bohrung senkrecht gelegene Haltefläche (22) angeordnet ist, und daß Mittel zum Zueinanderführen der Finger vorgesehen sind.
2. Befestigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser oder der größte Durchmesser der Ringnut (12) - zwecks Vorspannung im Befestigungszustand - größer bemessen ist als der Durchmesser der Bohrung (21).
3. Befestigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß - in Abänderung - die Schulterfläche (13') und/ oder die Haltefläche (22),vorzugsweise beide, hinterschnitten ausgebildet sind.
4. Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt (1) kreuzweise geschlitzt bzw.

mit zwei zueinander kreuzweise angeordneten Schlitzen (16) - zur Bildung von vier Fingern - versehen ist.
5. Befetigungsanordnung nach einem der Ansprüche Zi LC, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Zueinanderführen der Finger aus einem zu der Bohrung (21) der Stabhalteplatte (2) bzw. zu dem Endabschnitt des Brennstabs koaxial angeordneten oder wahlweise anzuordnenden, in Richtung auf den Endabschnitt (1) bewegbaren Ring, Rohr (42) o.dgl. bestehen, dessen Innendurchmesser oder Öffnung derart bemessen ist, daß bei entsprechender axialer Einstellung des Rohres (42) auf den Endabschnitt der gemeinsame Umriß der Finger in dem Bereich des Bundes (14) kleiner als der Durchtrittsquerschnitt der Bohrung (21) eingestellt ist.
6. Befestigungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite der Öffnung des Ringes bzw. Rohres (42) zu dessen zu dem Endabschnitt weisenden Ende zunimmt bzw. daß die Innenwand des Ringes oder Rohres (42), ggf. dieses selbst, zu dem Endabschnitt hin etwa trichte förmig erweitert ist.
7. Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring bzw. das Rohr (42) Abschnitt einer Lösebuchse (4) ist, die an ihrem der Öffnung abgewandten Abschnitt Mittel, wie einen Gewindedorn (41), zum vorzugsweise lösbaren Befestigen an einem, in Richtung auf die Stabhalteplatte (2) einstellbaren Haltelement besitzt.
8. Befestigungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Haltelement in einer Löseplatte (3) besteht, bei der Mittel zum Befestigen der Lösebuchse (4) wie Gewindebohrungen (31) für die Gewindedorne (41) mit dem gleichen Raster angeordnet sind wie die Bohrungen (21) in der Stabhalteplatte (2).
9. Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Finger zu ihren freien Enden hin, vorsugsweise beginnend im Bereich des Bundes (14) ggf.

neben der durch die Verjüngung des Kopfes (15) gegebenen Verjüngung sich verjüngend ausgebildet sind.
10. Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich der oder die Schlitze (16') in den Endabschnitten der Brennstäbe merklich über den Bereich der Ringnut (12) hinaus erstrecken.
11. Befestigungsanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite und Länge des oder der Schlitze (16') Abmessungen aufweisen, bei denen die durch die der Schlitze (16') und die Innenwand der Bohrung (21) gebildeten Kanäle und deren radiale Offnungen (162) außerhalb der Stabhalteplatte (2) einen für den Durchfluß eines Kühlmittels für die Brennstäbe ausreichenden Querschnitt besitzen.