DE2557910A1

DE2557910A1 - Kernreaktor-brennelementbaugruppe

Info

Publication number: DE2557910A1
Application number: DE19752557910
Authority: DE
Inventors: Colin Betts; Edward Collinson; David Frederick Hart
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1974-12-31
Filing date: 1975-12-22
Publication date: 1976-07-08
Also published as: GB1510127A; US4036690A; JPS5187199U; FR2296918B1; JPS5511517Y2; FR2296918A1

Description

PATENTANWÄLTE Friedrich-Ebert-Str.

DIPL-ING. ERICH SCHUBERT ^{Postfach 100928}

DIPL-ING. ROLF PÜRCKHAUER S^Äii

7 5 048 KÜ/A Telegramm-Anschrift: Patschub, Siegen

1 9. DEZ. 1375

United Kingdom Atomic Energy Authority, London SW1Y 4QP, England

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Nr. 56230/74 vom 31. Dezember 1974 beansprucht.

Kernreaktor-Brennelementbaugruppe

Die Erfindung bezieht sich auf Kernreaktor-Brennelementbaugruppen sowie auf Axialströmungs-HöhIraumunterdrückungswiderstände für diese. Die Erfindung befaßt sich mit dem Problem der Kavitation bzw. Hohlraumbildung, die von Widerständen herrührt, welche in Kühlmittelströmungskanäle eingebaut sind, um den Druckabfall in den Kanälen zu regulieren, sowie mit Ermüdungsproblemen, die sich durch die Strömung ergeben. Eine Hohlraumbildung ist insbesondere nachteilig und unerwünscht in Strömungsmittel-Strömungskanälen eines Kernreaktors, weil diese "Geräusche", Erosion und Vibration von Bauteilen hervorruft. Es ist bekannt, Impedanzen bzw. Widerstände in die Kühlmittelströmungskanäle eines Kernreaktorkerns einzubauen, um die Strömung des Kühlmittels durch Brennstoffelemente hindurch zu regulieren und dadurch die Betriebstemperaturen des Brennstoffs zu kontrollieren bzw. zu steuern. Frühere Ausführungsformen von Widerständen waren vom Lochplattentyp, doch diese führten zu einer ernsthaften Hohlraumbildung mit starken Strömungsmittelströmungen und großen Druckabfällen an der Öffnung. Eine verbesserte Impedanz für Strömungsmittelströmung ist in der DT-DS 20 51 611 beschrieben, wobei die Impedanz einen rohrförmigen Körper auf-

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weist, der eine Reihe von strömungsbestimmenden Platten aufnimmt, die quer zur Längsachse des Körpers angeordnet sind, wobei die Reihe von einem ersten und einem zweiten Satz von Platten gebildet wird, die so angeordnet sind, daß eine Platte des einen Satzes, in Strömungsrichtung gesehen, mit einer Platte des anderen Satzes abwechselt, wobei der erste Satz von Platten aus gewebtem Drahtmaschenwerk besteht und ein in Strömungsrichtung gelegener Raum zwischen Platten des ersten Satzes vorhanden ist, um eine Strömung festzulegen, die aufgrund von durch Wirbelströmung hervorgerufenen Druckabfällen kavitationsunterdrückt ist, die in den in Strömungsrichtung gelegenen Räumen entwickelt werden, und der zweite Satz von Platten ausgespart ist, um den dargebotenen Strömungsquerschnitt der Impedanz festzulegen. Eine Impedanz dieser verbesserten Bauart wird im nachfolgenden als eine "die Axialströmungskavitation unterdrückende Impedanz der beschriebenen Gattung" bezeichnet. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kernreaktor-Brennelement-Baugruppe zu schaffen, die eine die Axialströmungskavitation unterdrückende Impedanz von im allgemeinen der beschriebenen Gattung enthält, aber einen höheren Widerstand gegen Vibration bietet.

Erfindungsgemäß werden bei einer Kernreaktor-Brennelement-Baugruppe mit einer die Axialströmungskavitation unterdrückenden Impedanz der beschriebenen Gattung die Reihen von die Strömung festlegenden Platten mit ihren Flachseiten aneinandergeklemmt, und die in Strömungsrichtung gelegenen Räume zwischen Platten des ersten Satzes werden durch fluchtende zylindrische Ausnehmungen in den Platten des zweiten Satzes festgelegt.

Die Erfindung findet Anwendung in einem mit flüssigem Metall gekühlten Schnellbrüterreaktor, bei dem die Brennelement-Baugruppe zusätzlich zu einer die Axialströmungskavitation unterdrückenden Impedanz der beschriebenen Gattung ein Bündel von im Abstand voneinander angeordneten Brennelementen aufweist, die in einer rohrförmigen Verpackung bzw. Umhüllung angeordnet sind,

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wobei die Umhüllung eine Verlängerung des Körpers am einen Ende bildet und stift- oder bolzenartige Einrichtungen am anderen Ende des Körpers zum Lokalisieren der Brennstoffbaugruppe in einem Kernreaktorkern angeordnet sind. Die Brennelement-Baugruppen sind nebeneinander auf einem Gitterrost angeordnet, und das Kühlmittel fließt aufwärts durch die Umhüllungen hindurch und im Wärmeaustausch mit den Brennelementen. Die Impedanzen sind variabel und erforderlich, um eine optimale Strömung des Kühlmittels durch den Reaktorkern hindurch vorzusehen. Die Impedanzen gemäß der vorliegenden Erfindung setzen die Kavitation bzw. Hohlraumbildung in der Kühlmittelströmung auf ein Mindestmaß herab und sind genügend robust, um Vibrationskräften zu widerstehen, die durch die gedrosselte Strömung des Kühlmittels erzeugt werden.

Ein Ausführungsbeispiel wird nunmehr anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 eine teilweise Schnittdarstellung einer eine

axiale Strömungskavitation unterdrückenden Impedanz für eine Kernreaktor-Brennelement-Baugruppe,

Fig. 2 eine halbe Draufsicht,

Fig. 3 eine Teilansicht einer Brennelement-Baugruppe für

einen mit flüssigem Metall gekühlten Schnellbrüterreaktor, während

Fig. 4 einen Teilschnitt durch einen mit flüssigem Metall gekühlten Schnellbrüter-Kernreaktor wiedergibt.

Die in den Zeichnungen dargestellte, eine Axialströmungskavitation unterdrückende Impedanz weist einen rohrförmigen Korper 1 auf, der eine Reihe von strömungsbestimmenden Platten und 3 quer zur Längsachse des Körpers aufnimmt. Die Reihe von Platten wird gebildet aus einem ersten Satz von Platten 2 und einem zweiten Satz von Platten 3, die so angeordnet sind,

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daß eine Platte 2, in Strömungsrichtung gesehen, mit einer Platte 3 abwechselt, wobei jede Endplatte der Reihe eine Platte 3 ist. Die Reihen von Platten werden mit den Flachseiten mittels Klemmschrauben 4 zusammengeklemmt, die über einen Haltering 5 und einen Aufbau 6 wirksam sind, an welchem der Körper 1 befestigt ist. Der Haltering 5 ist am Körper 1 mittels Dübel 7 befestigt. Die Platten 2 sind ein gewebtes Drahtmaschenwerk, und die Platten 3 haben zylindrische Ausnehmungen 8, die in Strömungsrichtung gelegene Räume zwischen den Platten bilden Die Anzahl von Ausnehmungen in den Platten 3 und die Anzahl von Platten 2 und 3 kann beim Zusammenbau A/ariiert werden, um einen vorgegebenen Druckabfall durch die Impedanz hindurch zu erzielen. Diejenigen Stellen im Körper, die nicht durch Platten 2, besetzt sind, werden durch Distanzringe 9 aufgefüllt. Beim Zusammenbau werden alle Platten 2 und 3 am str'omabwärtsgelegenen Ende des Körpers angeordnet, und die Platten 3 werden durch einen Drahtkeil 1D ausgerichtet, so daß entsprechende Ausnehmungen in benachbarten Platten in Flucht miteinander gehalten werden, um kontinuierliche Strömungskanäle vorzusehen.

Die in der Zeichnung dargestellte, Kavitation unterdrückende Impedanz wird als ein mit 10' bezeichneter Bestandteil einer Brennelement-Baugruppe 14 (in Fig. 3 dargestellt) für einen mit flüssigem Metall gekühlten schnellen Reaktor verwendet. Die Brennelement-Baugruppe 14 weist ein Bündel 13 von im Abstand voneinander angeordneten Brennelementen (wobei nur ein Element 13a dargestellt ist) auf, welches sich in einer rohrförmigen Umhüllung 12 von sechseckigem Querschnitt befindet. Die Umhüllung 12 bildet eine Verlängerung des Körpers 1 am einen Ende, und eine stift- oder bolzenartige Einrichtung ist am anderen Ende des Körpers angeordnet, um die Brennelement-Baugruppe in einem Kernreaktorkern zu lokalisieren. Dis Brennelemente 13a werden durch eine Reihe von im Abstand angeordneten zellenförmigen Gittern 15 auf Abstand gehalten, und über dem Bündel befindet sich ein Bündel 16 aus Brüterelementen 16a. Die Stift- oder Bolzeneinrichtung 11 ist von einem Filterelement umgeben.

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Fig. 4 zeigt einen mit flüssigem Metall gekühlten Kernreaktorkern- Der Kern weist eine Vielzahl von aufrechtstehenden Brennelement-Baugruppen 14 auf, die dicht nebeneinander angeordnet und an ihren unteren Enden an einem Haltebauteil 18 befestigt sind. Der Haltebauteil 18 weist ein Gitterrost 19 und eine Vielzahl von Brennstoff-Baugruppenträgern 20 auf, von denen jeder in der Lage ist, eine Gruppe von Brennelement-Baugruppen zu tragen. Der Gitterrost 19 dient auch als Verteiler für die Kühlmittelströmung nach den Brennelement-Baugruppen, wobei das Kühlmittel dem Gitterrost 19 über Rohre 21 zugeführt wird. In der Mitte jeder Gruppe von Brennelement-Baugruppen 14 befindet sich ein Regelstab-Führungsrohr 22, und der gesamte Komplex aus Brennstoff-Baugruppen und Regelstab-Führungsrohren ist von einer Vielzahl von Neutronenabschirmstäben 23 umgeben. Die Gesamtheit von Brennstoff-Baugruppen 14, Regelstab-Führungsrohren 22 und Neutronenabschirmstäben 23 ist im oberen Bereich des Kerns von einem ortsfesten Ringträger umgürtet, der in Fig. 4 nicht dargestellt ist. Eine Brennstoff-Beschickungsrutsche sowie ein Brennstoff-Speicherrotor sind bei 24 und 25 dargestellt. Beim Zusammenbau des Kerns stehen die Brennelement-Baugruppen frei mit kleinen Spielräumen zwischen benachbarten Baugruppen. Kühlmittel aus flüssigem Natrium wird vom Gitterrost her durch die Filterelemente 17, die Kavitationsunterdrückungsimpedanz 10 und die rohrförmige Umhüllung 12 hindurch in Wärmeaustausch mit den Brennelementen geflutet. Jede Brennelement-Baugruppe des Kernreaktors hat eine die Kavitation unterdrückende Strömungsimpedanz, und die Impedanzen werden variiert, um optimale Strömungsgeschwindigkeiten durch den gesamten Reaktorkern zu erzielen. Da der dargebotene Strömungsquerschnitt der Impedanz in viele einzelne kleine Querschnitte aufgeteilt ist, wird das Drahtmaschenwerk gut gehalten und nur einer geringen Vibration ausgesetzt, wodurch die Strenge des Strömungs-Ermüdungsproblems herabgesetzt wird.

Patentansprüche

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Claims

75 048 Kü/A

Patentansprüche

( 1 .) Kernreaktor-Brennelement-Baugruppe mit einer Axialströmungskavitation unterdrückenden Impedanz, bestehend aus einem rohrförmigen Körper, der eine Reihe von strömungsbestimmenden Platten aufnimmt, die quer zur Längsachse des Körpers angeordnet sind, wobei die Reihe aus einem ersten und einem zweiten Satz von Platten gebildet ist, die so angeordnet sind, daß eine Platte des einen Satzes, in Strömungsrichtung gesehen, mit einer Platte des anderen Satzes abwechselt, wobei der erste Satz von Platten die Form eines gewebten Drahtmaschenwerkes hat und in Strömungsrichtung ein Raum zwischen Platten des ersten Satzes vorhanden ist, um eine Strömung festzulegen, die aufgrund von durch Wirbelströmung hervorgerufenen Druckabfällen kavitationsunterdrückt ist, die in den in Strömungsrichtung gelegenen Räumen entwickelt werden, und wobei der zweite Satz von Platten ausgespart ist, um den dargebotenen Strömungsquerschnitt der Impedanz festzulegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen von strömungsbestimmenden Platten (2,3) mit den Flachseiten aneinanderl gend festgeklemmt sind und daß die in Strömungsrichtung gelegenen Räume zwischen Platten (2) des ersten Satzes durch fluchtende zylindrische Ausnehmungen (8) in den Platten (3) des zweiten Satzes gebildet sind.
2. Kernreaktor-Brennelement-Baugruppe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine rohrförmige Umhüllung (12), die eine Verlängerung des Körpers (1) am einen Ende bildet, durch ein Bündel von im Abstand angeordneten Brennelementen (13a), die sich innerhalb der Umhüllung (12) befinden, sowie durch einen Stift oder Zapfen (11), der am anderen Ende des Körpers (1) angeordnet ist und die Brennelement-Baugruppe (14) in einem Kernhaltebauteil (19) eines Kernreaktorkerns lokalisiert.
3. Mit flüssigem Metall gekühlter Schnellbrüter-Kernreaktor, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Brennelement-Baugruppen (14) nach Anspruch 2, die nebeneinander auf einem Kernhaltebauteil (19) angeordnet und für eine Aufwärtsströmung von Kühlmittel durch die Umhüllungen (12) im WaVVncaU.&ta.Uoci'i mit den Brennelementen (13) eingerichtet sind.

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