DE2550932C3

DE2550932C3 - Zellenförmige Brennelement-Rostkonstruktion

Info

Publication number: DE2550932C3
Application number: DE2550932A
Authority: DE
Inventors: Felix S. Lynchburg Va. Jabsen
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1975-02-24
Filing date: 1975-11-13
Publication date: 1982-04-15
Also published as: FR2301898B1; ES442313A1; NL7510857A; IT1048703B; JPS5199794A; US3982994A; IL48167A0; SE416763B; BR7507579A; ATA845275A; DE2550932B2; SE7511258L; DE2550932A1; ES442314A1; JPS5444360B2; GB1475244A; CA1029481A; BE835418A; AT361585B; IL48167A

Description

Die Erfindung betrifft eine zellenförmige Brennelement-Rostkonstruktion bestehend aus einer ersten Anzahl im allgemeinen paralleler, mit Öffnungen versehener Brennelement-Rostplatten mit Vorsprüngen, einer weiteren Anzahl mit öffnungen versehener Brennelement-Rostplatten, die ebenfalls Vorsprünge aufweisen, wobei diese Platten mit den erstgenannten Platten verschränkt und im allgemeinen rechtwinklig zueinander angeordnet sind und die Platten gemeinsame Ecken an den öffnungen bilden, in denen Schlitze ausgespart sind, durch die Stangen mit kraft- und formschlüssigen Teilen, die quer zur Länge der Stange verlaufen, ein- und ausschiebbar sind.

Brennelementkonstruktionen haben im allgemeinen zwei im wesentlichen zueinander in Widerspruch stehende Anforderungen zu erfüllen: erstens die Notwendigkeit, eine große Anzahl langer, dichter, mit Kernbrennstoff gefüllter, dünnwandiger Rohre zu stabilisieren, die Schwingungs- und sonstigen Kräften ausgesetzt sind, welche durch sehr große Kühlwassermengen verursacht werden, und zweitens die Notwendigkeit, die konstruktiven Behinderungen dieser Brennstäbe auf ein Geringstmaß herabzusetzen, um den Wärmeübergang von den Stäben auf das Kühlmittel zu fördern. Um diesen im wesentlichen zueinander in Widerspruch stehenden Erfordernissen Genüge zu tun, werden Brennelementroste verwendet, die die Aufgabe haben, das Brennstabbundel innerhalb der Rostkonstruktion zu stabilisieren. Gewöhnlich umfassen diese Roste eine zellenförmige Konstruktion, die durch die wechselseitig senkrechten Kreuzungen einer Gruppe verschränkter Metallplatten gebildet wird. Ein Brennstab ist in jeder der in der Gitterkonstruktion gebildeten Zellen angeordnet Dabei ragen Vorsprünge aus den Flächen der Teile dieser verschränkten Platten heraus, die die einzelnen Zellenwände bilden. Diese Vorsprünge

:.. erfassen die Außenfläche des Brennstabs innerhalb der betreffenden Zelle und dienen dazu, die Stabbewegung zu hemmen.

Von diesen Vorsprüngen gibt es zwei Grundausführungen. Eine Ausführung ist sehr elastisch und im

. ■ wesentlichen abgefedert. Diese elastischen Vorsprünge ermöglichen es, daß die Brennstäbe relativ leicht in die Rostkonstruktion eingesetzt werden können. Während des Reaktorbetriebes ermöglicht es jedoch die elastische Ausführung der Vorsprünge, daß dieselben sich in

.?. bezug auf die benachbarten Brennstabflächen bewegen. Diese Bewegung erzeugt einen unerwünschten Verschleiß oder »Abrieb« der Stabfläche, wodurch die Stabkonstruktion geschwächt wird und ein Bruch verursacht werden kann.

2-· Die andere Ausführung der Vorsprünge ist sehr steif und unelastisch; sie beseitigt im wesentlichen die Relativbewegung zwischen den Brennstäben und den betreffenden Vorsprüngen. Diese steifen Vorsprünge schalten zwar die »Abrieb«-Probleme aus, führen aber

in zu anderen Schwierigkeiten. Bei einer solchen Konstruktion ist es schwierig, einen Brennstab in eine Rostzelle einzusetzen, ohne daß die Stabfläche gegen die verhältnismäßig unnachgiebigen Vorsprünge schaben und kratzen. Kratzer dieser Art schwächen

J5 ebenfalls die Brennstabkonstruktion und sind die Ursache für Korrosionsherde.

Es ist bereits eine zellenförmige Brennelement-Rostkonstruktion bekannt, die gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspnichs ausgebildet ist (DE-OS 19 56 053). Bei ihr ist eine Anzahl Stangen ein- und ausschiebbar auf denen in gewissen Abständen Ausbiegungen ausgebildet sind, mit der Maßgabe, durch Drehen der Stangen um ihre Längsachsen die Klappen durch diese Absätze vorübergehend auszubiegen. Nun ist es aber infolge der wachsenden Bauhöhe von Kernreaktoren nicht mehr möglich, die Belastung, die von den Stäben aufgenommen werden muß, allein durch Stäbe aufzunehmen. Infolgedessen ist die Wahrscheinlichkeit, daß die Stangen der bekannten Einrichtung sich verdrehen, verformen oder gar brechen unter der Einwirkung der sich summierenden größeren Torsionskräfte größer, als es beim Betrieb von Kernreaktoren zu verantworten ist. Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine statisch stabile Vorrichtung zu schaffen, um auch bei den heutigen großen Kernreaktoren Brennstäbe in die Zellen eines Brennelementrosts einzusetzen ohne daß die Stabflächen beschädigt werden; die Vorrichtung hat dabei unelastische Vorsprünge, die nicht mehr ausbiegbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die kraft- und formschlüssigen Teile als Ansätze ausgebildet und jeder der Ansätze so bemessen ist, daß die Ansätze die Schlitze überbrücken und angrenzende Abschnitte der Rostplatten mit der Maßgabe erfassen, bei einer Längsverschiebung der Stange die von den Ansätzen erfaßten Platten auszubiegen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsetzen von Kernbrennstäben in eine Brennelement-Rostkonstruk-

tion und zum Herausziehen von Kernbrennstäben aus derselben mit Hilfe einer mit kraft- und formschlüssigen Teilen versehenen Stange, die in die Brennelement-Rostkonstruktion eingesetzt und in eine Richtung gedreht wird, die es ermöglicht, daß die kraft- und formschlüssigen Teile entsprechende Abschnitte der Rostkonstruktion erfassen, wobei eine Kraft auf den Stab aufgebracht wird, die die Konstruktion so ausbiegt, daß die Brennstäbe in die Rostkonstruktion einzusetzen bzw. aus ihr herauszuziehen sind, besteht darin, daß die n Kraft in Längsrichtung der Stäbe aufgebracht wird.

Erfindungsgemäß sind also Ansätze auf einer Seite der Stange ausgebildet Diese Ansätze sind voneinander entlang der Länge der Stange um Abstände entfernt, die jeweils gleich der Breite einer Zelle sind. Diese Ansätze :. stehen überdies in einer Querrichtung in bezug auf die Länge der Stange um eine Entfernung vor, die im wesentlichen größer ist als der Querspalt des Schlitzes. Die Stange wird in die Rostkonstruktion eingesetzt, in dem die Ansätze in eine Richtung gebrachi werden, die . > im wesentlichen parallel zu den Längsachsen der Brennstäbe verläuft. Auf diese Weise tritt die Stange durch die Schlitze. Die Stange wird dann in einem Winkel von 90° in einer Richtung gedreht, die die Ansätze von der Rostplatte, mit der die Stange parallel 2^r> verläuft, wegdreht. Die Stange wird dann in Längsrichtung bewegt, damit die Ansatzenden je einen Teil der benachbarten Platten erfassen können, die senkrecht zu der Rostplatte liegen und die mit der Rostplatte verschränkt sind, zu der die Stange parallel verläuft.

Eine weitere Krafiaufbringung auf die Stange in Längsrichtung erlaubt es, daß die Ansätze die Vorsprünge auf den senkrechten Platten aus ihrer gewöhnlichen Lage herausbiegen. Diese vorübergehende Verformung der einzelnen Zellen ergibt, wenn sie 3i ebenfalls in bezug auf eine der senkrechten Platten in jeder der Zellenkonstruktion durchgeführt wird, ein ausreichendes Spiel, so daß die Brennstäbe in die Rostkonstruktion eingesetzt werden können, ohne daß sie durch Vorspi ünge abgeschabt und zerkratzt werden, -to

Wenn die Brennstäbe in die Rostkonstruktion eingesetzt worden sind, dann werden die Längskräfte, die auf die Stangen aufgebracht werden aufgehoben, damit die ausgebogenen Vorsprünge in ihre normale Stellung innerhalb der Zellen zurückkehren und die entsprechenden Stäbe erfassen können. Die Stangen werden wiederum um 90° gedreht, um die Ansätze von den senkrechten Platten zu lösen und in allgemeine Ausrichtung mii den Längsachsen der Brennstäbe zu bringen. Die Stangen werden dann durch die Schlitze aus der Rostkonstruktion herausgezogen.

Somit wird erfindungsgemäß ein Verfahren vorgeschlagen, um die Brennstäbe in eine Brennelement-Rostkonstruktion so einzuführen, daß die Stäbe während des Einbaus weder beschädigt noch sonstwie beeinflußt werden. Ein im wesentlichen umgekehrtes Verfahren wird verwendet, um die Brennstäbe wieder aus der Rostkonstruktion herauszuziehen.

Ein Ausführungsbeispiei der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Übersichtzeichnung eines Teils eines Brennelementrosts in Verbindung mit der Erfindung,

F i g. 2 eine Draufsicht auf einen Teil einer Stange, die in den in Fig. 1 dargestellten Brennelementrost eingesetzt wird,

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Rost im Schnitt, ähnlich wie der in Fig. 1 dargestellte Abschnitt, mit zwei Stangen nach F i g. 2, die in die Rosikonstruktion eingeführt sind,

Fig.4 eine weitere Draufsicht im Schnitt auf einen Teil des in Fig. 3 dargestellten Rosts, wobei sich die eingesetzten Stangen in einer anderen Lage befinden. und

Fig. 5 eine weitere Draufsicht auf den in den Fig. 3 und 4 dargestellten Rostabschnitt im Schnitt, wobei die Rostkonstruktion erfindungsgemäß ausgebogen ist.

Wie die F i g. 1 zeigt, sind zwei wechselseitig lotrechte Brennelement-Rostplatten 10,11 an einer gemeinsamen Ecke 12 verschränkt, um Teil einer zellenförmigen Rostkonstruki.ion zu bilden. Die Platten 10, 11 sind im allgemeinen flach und bestehen aus Blech. Vorsprünge 13, 14 auf den Platten 10 bzw. 11 sind in den Platten durch Pressen ausgebildet und ragen aus den Flächen der Platten in Richtung zur Mitte der Zelle vor, die teilweise durch die beiden Platten gebildet wird.

Öffnungen 15, 16 sind in den Platten 10, U in Abständen ausgebildet, die gleich der Länge einer Zellenseite sind.

Die Verschränkung der Platten 10, 11 an der gemeinsamen Ecke 12 führt dazu, daß die Öffnungen an der Ecke 12 einen Schlitz 17 bilden. Ein Spalt 20 mit einer vorher festgelegten Tiefe ist außerdem im Schlitz 17 zwischen den senkrechten Platten 10,11 vorgesehen. In gleicher Weise wirken die Öffnungen in jedem Paar sich wechselseitig schneidender Platten innerhalb der Rostkonstruktion zusammen, um eine ausgerichtete Reihe von Schlitzen zu bilden, von denen jeder seinen eigenen Spalt bildet.

Keiner dieser Spalte darf jedoch kleiner sein als das Mindestmaß, das durch die Abmessungen der Stange 21 bestimmt wird, von der ein Teil in F i g. 2 dargestellt is;. Wie man der Zeichnung entnehmen kann, besteht die Stange 21 aus Metall in Form eines langen, schlanken Schafts 22, der einen im allgemeinen rechteckigen Querschnitt hai. In diesem Zusammenhang sollte darauf hingewiesen werden, daß der Stärke des Schahs 22 in den Dimensionen, die senkrecht zur Ebene der Zeichnung liegen, bedeutend geringer ist als die Breite des Spalts 20, damit die Stange 21 durch eine ausgerichtete Reihe von Schlitzen geführt und sich in einem Winkel von etwa 90° gedreht werden kann, wie es nachstehend im einzelnen beschrieben wird.

Die Stange 21 ist mit einer Reihe von Ansätzen 21Λ, 21B. 21C versehen. Die Ansätze ragen alle aus einer Seite des Schafts 22 in einer Richtung heraus, die quer zur Längsachse der Stange 21 liegt. Die einzelnen Vorsprünge der Ansätze 21A, 21 ß, 21C sind wenn sie den Stärken der benachbarten Abschnitte des Schafts 22 hinzugefügt werden, größer als der Spalt 20 (F i g. I), der durch die Schlitze an der gemeinsamen Ecke 12 gebildet wird.

Wie man der Fig. 2 entnehmen kann, sind die Ansätze 21Λ, 21ß, 21C von der gegenüberliegenden Fläche des benachbarten Ansatzes jeweils um einen Abstand entfernt, der im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen den entsprechenden Punkten in den angrenzenden Rostzellen ist.

Weiterhin wird gemäß den Grundsätzen der Erfindung eine Rostzelle 23, wie sie in F i g. 3 dargestellt ist. durch Teile von vier Platten 24, 25, 26, 27 gebildet. Die Platten 24, 26 und die Platten 25, 27 liegen im allgemeinen parallel zueinander. Die Platten 25, 27 stehen jedoch senkrecht zu den Platten 24, 26 und schneiden dieselben. Ein Brennstab 30 ist innerhalb der

Zelle 23 angeordnet. Wie bereits oben erwähnt, ist der Brennstab 30 ein langes, schlankes Metallrohr, welches einen Stapel Kernbrennstoffkugeln umschließt. Wie man der F i g. 3 entnehmen kann, stehen die Vorsprünge 31, 32, 33, 34 in Richtung zur Mitte der Rostzelle 23 vor und erfassen die Außenfläche des Brennstabs 30, um den Stab zu stabilisieren. Die Stange 35 ist innerhalb der Zelle 23 so angeordnet, daß das Längsmaß der Stange im allgemeinen parallel zur Rostplatte 26 liegt. Um die Stange 35 in die Zellenkonstruktion einzusetzen, werden die Ansätze 36, 37 auf der Stange in eine Richtung gebracht, die im allgemeinen parallel zur Längsachse des Brennstabs 30 liegt. Die Stange 35 wird mittels einer Längsbewegung in Richtung des Pfeils 40 in die und durch die Zelle 23 geführt. Da die Spalte 4!, 42 in den Platten 25, 27 größer als die Querbreite der Stange 35 sind, tritt die Stange durch den Spalt 41 in die Zelle 23 ein und durch den Spalt 42 mit verhältnismäßiger Leichtigkeit aus der Zelle heraus.

In gleicher Weise wird die Stange 43 mit den Ansätzen 44,45 durch die Zelle 23 über die Spalte 46,47 in den Platten 24,26 geführt.

Die in Fig. 4 dargestellten Stangen 35, 43 sind in Richtungen gedreht worden, die durch Pfeile 50, 51 gezeigt sind, und zwar in einem Winkel von etwa 90°, um den Ansatz 36 auf der Stange 35 und den Ansatz 44 auf der Stange 43 die Spalte 41, 46 überbrücken zu lassen. Da die kombinierte Querlänge eines jeden der Ansätze 36, 44 und der angrenzenden Abschnitte der einzelnen Stangen 35, 43 größer ist als die Querbreiten der zugehörigen Spalte 41, 46, erfassen die Querenden der Ansätze 36, 44 benachbarte Abschnitte der Rostplatten 25,24.

Die in Längsrichtung erfolgende Kraftaufbringung auf die Stangen 35, 43 in den Richtungen der Pfeile 52, 53. die in F ι g. 5 dargestellt sind, preßt die Ansätze 36,44 gegen die Platten 25, 24. so daß diese Platten aus ihrer gewöhnlichen Lage in bezug auf die Mitte der Zelle 23 und die Längsachse des Brennstabs 30 herausgebogen werden. Diese vorübergehend hervorgerufene Ausbiegung ergibt Spiele 54, 55 zwischen den Vorsprüngen 31, 32 und den benachbarten Abschnitten der Oberfläche des Brennstabs 30. Die kleinen Spiele 54, 55 haben jedoch eine ausreichende Größe, um den Brennstab 30 aus der Zelle 23 in einer Richtung herausziehen zu können, die parallel zur Längsachse des Stabs liegt und im allgemeinen senkrecht zur Ebene der Zeichnung.

Nachdem der Brennstab 30 aus der Zelle 23 entfernt worden ist. werden die durch die Pfeile 52, 53 angezeigten Längskräfte auf die Stangen 35, 43 aufgehoben, um die vorübergehend ausgehogenen Rostplatten 24, 25 in die Lage zu versetzen, wiederum ihre übliche Lage in bezug auf die Mitte der Zelle 23 einzunehmen. Abgesehen von dem Vorhandensein des Brennslabs 30 ist diese Rostzellenwandbeziehung in F i g. 4 der Zeichnung erläutert.

Die Stangen 35, 43 werden überdies aus der Rostkonstruktion durch eine einfache Handhabung herausgezogen. Dabei werden die Stangen 35, 43 entweder in Richtung der Pfeile 50, 51 in weiteren Winkeln von etwa 90° gedreht oder in anderen Winkeln von im wesentlichen 90° in Richtungen, die entgegengesetzt zu denjenigen verlaufen, welche durch die Pfeile 50, 51 angezeigt werden. Diese Drehungen führen in jedem Fall dazu, daß die Ansätze 36, 44 mit der vertikalen Achse der Zelle 23 in Ausrichtung gebracht werden, um die Stangen 35, 43 in die Lage zurückzubringen, die in Fig. 3 erläutert ist (wiederum abgesehen von dem Vorhandensein des Brennstabs 30). Jetzt ist Spiel zwischen den Querbreiten der Stangen 35, 43 und den entsprechenden Breiten der Spalte 41, 42 sowie 46, 47 vorhanden, so daß die Stangen aus der Rostkonstruktion durch die zugehörigen Spalte herausgezogen werden können.

Der Bre.instab 30 (Fig. 5) wird in die Konstruktion der Zelle 23 durch einen im wesentlichen umgekehrten Vorgang eingesetzt. So werden z. B. die Stangen 35, 43 in die bisher leere Zelle 23 so eingesetzt, daß die Ansätze 36, 37, 44, 45 im allgemeinen parallel zu der Mittelachse der Zelle liegen. Die Stangen 35,43 werden im wesentlichen in Winkeln von 90° gedreht, damit die Ansätze 36, 44 die Spalte 41, 46 überbrücken können und benachbarte Abschnitte der Rostplatten 25, 24 erfassen. Längskräfte in bezug auf die Längsachsen der Stangen 35, 43 werden in Richtung der Pfeile 52, 53 aufgebracht, um die Ansätze 36, 44 gegen die

:, entsprechenden Platten 25, 24 zu drücken, damit die Platten gebogen und die Spiele 55, 54 geöffnet werden. Bei Herstellung der Spiele 54,55 kann der Brennstab 30 in die Zelle 23 durch eine Längsbewegung eingebracht werden, ohne einer Kratz- und Schabwirkung seitens

AO der Vorsprünge 31,32,33,34 ausgesetzt zu sein.

Wenn sich der Brennstab 30 in der Zelle 23 befindet, werden die Längskräfte, die auf die Stangen 35, 43 in Richtung der Pfeile 52, 53 aufgebracht worden sind, entspannt. Diese Entspannung der Längskräfte erlaubt es, daß die Vorsprünge 31,32 in den nicht ausgebogenen Zustand zurückkehren und somit die Fläche des Brennstabs 30 erfassen. Die Stangen 35, 43 werden in Winkeln von 90° gedreht, um die Ansätze 36, 37, 44,45 in eine Richtung zu bringen, die es ermöglicht, daß die

so Stangen 35,43 aus der Rostkontruktion durch die Spalte 41,42.46.47 herausgezogen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zellenförmige Brennelement-Rostkonstruktion bestehend aus einer ersten Anzahl im allgemeinen paralleler, mit Öffnungen versehener Brennelement-Rostplatten mit Vorsprüngen, einer weiteren Anzahl mit Öffnungen versehener Brennelement-Rostplatten, die ebenfalls Vorsprünge aufweisen, wobei diese Platten mit den erstgenannten Platten verschränkt und im allgemeinen rechtwinklig zueinander angeordnet sind und die Platten gemeinsame Ecken an den Öffnungen bilden, in denen Schlitze ausgespart sind, durch die Stangen mit kraft- und formschlüssigen Teilen die quer zur Länge der Stange verlaufen ein-und ausschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die kraft- und formschlüssigen Teile als Ansätze ausgebildet und jeder der Ansätze (21Λ 21B, 21C₁ 36, 37, 44) so bemessen ist, daß die Ansätze die Schlitze überbrücken und angrenzende Abschnitte der Rostplatten (10,11 bzw. 24,25,26,27) mit der Maßgabe erfassen, bei einer Längsverschiebung der Stange (21, 35, 43) die von den Ansätzen (36,37,44) erfaßten Platten auszubiegen.

2. Verfahren zum Einsetzen von Kernbrennstäben in eine Brennelement-Rostkonstruktion nach Anspruch 1 und zum Herausziehen von Kernbrennstäben aus derselben mit Hilfe einer mit kraft- und formschlüssigen Teilen versehenen Stange, die in die Brennelement-Rostkonstruktion eingesetzt und in eine Richtung gedreht wird, die es ermöglicht, daß die kraft- und formschlüssigen Teile entsprechende Abschnitte der Rostkonstruktion erfassen, wobei eine Kraft auf den Stab aufgebracht wird, die die Konstruktion so ausbiegt, daß die Brennstäbe in die Rostkonstruktion einzusetzen bzw. aus ihr herauszuziehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft in Längsrichtung der Stäbe aufgebracht wird.