DE2631182B2 - Mutternplatte für ein Kernreaktor-Brennelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mutternplatte für ein eine Anzahl von Brennstäben enthaltendes Kernreaktorbrennelement, die eine Vielzahl von Verbindungsstükken aufweist, die miteinander verbunden sind, um ein Gitter zu bilden. Dabei bilden die Verbindungsstücke dort, wo sie miteinander verbunden sind, Knoten, in die vertikale, durch Muttern in den Knoten befestigte Haltestäbe eingreifen, welche das Brennelement zusammenspannen.

Einzelne Gruppen von Brennstäben werden zu Brennelementen zusammengesetzt, bei denen die Brennelementkonstruktion die Brennstäbe trägt und einem bestimmten Abstand zwischen den Brennstäben aufrechterhält, damit Druckwasser oder ein anderes geeignetes Kühlmittel an den Stäben entlang strömen und von den Stäben die Wärme aufnehmen kann, durch die im Uran stp'tfindende Kernspaltung erzeugt wird.

Da die Brennstäbe im allgemeinen vertikal unterstützt werden, d.h. mit den Mittelachsen der Rohre senkrecht zur Erdoberfläche, liegen die Rohrenden zwischen »oberen« und »unteren« Endstücken. Bei einigen Brennelementarten unterstützen diese Endstükke die zugehörigen Brennstäbe dadurch, daß sie diese Stäbe zwischen den beiden Stücken einspannen. Eine Anzahl Verfahren sind entwickelt worden, um die Endstücke in ein in sich geschlossenes Brennelement einzugliedern. Dazu haben Teile, die sich über die Länge des Brennelementes hinaus erstrecken, Gewindeenden, die durch die Endstücke hindurch vorstehen. Auf diese werden Spezialmuttern mit Drehmoment aufgesetzt und angezogen und verbinden auf diese Weise die Endstücke mit dem Rest der Brennelementkonstruktion.

Wegen der dynamischen Kräfte, die durch das das Brennelement durchströmende Kühlmittel entstehen, sowie wegen der Wärmedehnung, Schrumpfung usw. besteht die Möglichkeit, daß eine oder mehrere dieser Muttern locker werden und aus dem Brennelement herausfallen, wodurch das Brennelement geschwächt wird und dem Reaktorsystem Schaden zugefügt wird. Um dies zu vermeiden, sind Vorschläge gemacht worden, die Muttern an die Endstücke zu schweißen, um zu gewährleisten, daß die Muttern nicht den Eingriff mit dem Gewindeende des Teils, mit dem sie verbunden sind, lösen.

Es besteht dennoch die Notwendigkeit, diese Muttern zu entfernen, um Brennelemente aus einer Anzahl von Gründen auseinanderzubauen, z. B. falsche Brennstablage, Besichtigung und Ersetzung. Häufig müssen die Muttern unter Verwendung von Fernmanipulationseinrichtungen wegen der radioaktiven Atmosphäre losgeschraubt werden. In diesen Fällen werden die Schwierigkeiten und der Aufwand des Brennelementaus- und wiedereinbaus bei denjenigen Ausführungen erhöht, bei denen jede Mutter getrennt manipuliert werden muß.

Dementsprechend besteht eine Notwendigkeit dafür, Mittel dafür vorzusehen, die Enden der Teile zu halten, die durch die Endstücke hindurch gehen, ohne daß man Gefahr läuft, zerbrochene oder lose Teile innerhalb des Reaktorsystems zu haben. Es ist klar, daß auch die Notwendigkeit besteht, eine wirksamere Art und Weise vorzusehen, um die Muttern mit diesen Gewindeenden in Eingriff bzw. außer Eingriff zu bringen, und zwar nach einem Verfahren, das speziell für Fernmanipulationseinrichtungen und -verfahren geeignet ist.

Es ist bereits bekannt, Montageplatten in Form eines Grills zu verwenden, die ebenfalls an Muttern anliegt und dieselben am Losschrauben hindert (FR-PS 20 58 306).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige bekannte Mutternplatte für ein Kernreaktor-Brennelement umzuformen, um einen lichten Ein- und Ausbau der Muttern zu ermöglichen und diese insbesondere zur bewegbaren Aufnahme der Verschlußkappen zu gestalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an den Knoven zylindrische, oben offene Verschlußkappen befestigt sind in denen die Muttern bewegbar aufgenommen sind und daß in den Verschlußkappen Henkel vorgesehen sind, um die Muttern auch nach Lösen derselben innerhalb der Verschlußkappen zu halten.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung stehen die Henkel nach innen in Richtung auf die Mutter vor und verlaufen in Richtung auf eine Aussparung, die durch den Schaft und die Flansche der Mutter gebildet wird.

Während des Brennelementeinbaus wird die obere Fläche des Gitters zur unteren Fläche des unteren Endstücks bewegt, wobei das Gitter so ausgerichtet

so wird, daß es die Knotenöffnungen mit den Gewindeenden der Teile in Ausrichtung bringt, die unterhalb der unteren Fläche des Endstücks vorstehen.

Unter diesen Umständen werden die einzelnen Muttern innerhalb der Verschlußkappen mit den Gewinden auf den betreffenden vorstehenden Teilen in Eingriff gebracht und um ein entsprechendes Drehmoment angezogen, um die Endstücke mit der Brennelementkonstruktion zu verbinden.
Die voll angezogenen Muttern werden dann gesichert, indem die untersten Enden der Verschlußkappen verformt werden, um die Muttern zu hemmen und daran zu hindern, sich zu lösen oder zu lockern.

Um das Brennelement auszubauen, werden die Muttern innerhalb der Verschlußkappen von den jeweiligen vorspringenden Teilen los- oder abgeschraubt. Als Teil dieses Abschraubvorgangs drücken die Muttern im allgemeinen die Verformungen aus den Verschlußkappen heraus. Die nach innen vorspringen-

den Klinken auf den Verschlußkappen hindern die Muttern daran, aus den Kappen herauszufallen, wenn die Kappenverformungen beseitigt worden sind.

Somit verhindert die Erfindung im allgemeinen gebrochene Muttern und vorstehende Teile sowie losgeschraubte Muttern daran, aus dem unteren Endstück zu fallen, weil die umschreibenden Verschlußkappen an dem Gitter befestigt sind und die losen oder gebrochenen Teile auffangen werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Seitenaufriß eines Brennelements für einen Kernreaktor teilweise im Schnitt,

Fig.2 eine Bodenansicht einer Mutternplatteneinrichtung, die zur Verwendung mit dem in F i g. 1 dargestellten Brennelement geeignet ist,

F i g. 3 ein Seitenaufriß, teilweise im Schnitt, der in F i g. 2 dargestellten Mutternplatteneinrichtung,

F i g. 4 ein Seitenaufriß einer Verschlußkappe, die mit der in den F i g. 2 und 3 dargestellten Mutternrtlatteneinrichtung zu verwenden ist,

F i g. 5 ein Seitenaufriß einer typischen Mutter und

F i g. 6 eine Frontansicht einfis Werkzeuges im vollen Schnitt.

Gemäß der Darstellung in F i g. 1 endet eine parallele Reihe von Brennstäben 10 in einer Querebene, die bei einem Endstück 11 liegt.

Um die Beschreibung zu vereinfachen, ist das erläuternd dargestellte Endstück 11 (in Fig. 1 in einer umgekehrten Lage gezeigt) ein »unteres« Endstück (d. h. das unterste Stück für ein Brennelement, in welchem die Längsachsen der Brennstäbe 10 vertikal oder lotrecht zur horizontalen Ebene liegen); dennoch gelten die Grundsätze der Erfindung in gleicher Weise für ein Endstück in irgendeiner gewünschten Lage in bezug auf die horizontale Ebene. Die Erfindung gilt jedoch für ein Endstück in jeder gewünschten Winkelbeziehung zur Horizontalen oder zu einer anderen gewählter Lage.

Das Endstück 11 weist ein Umfangsband 12 auf, das den Umfang einer dicken Platte 13 umschreibt. Die Platte 13 ist in einer Ebene angeordnet, die senkrecht zu den Längsachsen der Brennstäbe 10 liegt. Obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, besitzt die Platte 13 eine verhältnismäßig offene durchbrochene Ausführung, d. h. sie besitzt eine Anzahl von öffnungen oder Durchtritten, um es dem in Richtung des Pfeils 14 strömenden Kühlmittel zu erlauben, verhältnismäßig unbehindert durch das Endstück 11 zu strömen und in das Brennstabbündel einzutreten, um Wärme aus den Stäben 10 aufzunehmen.

Die Längsteile sind innerhalb des Brennstabbündels verteilt. Diese Teile, die zu der Regelstab-Führungsrohranordnung gehören können und von denen ein typisches Stück als Rohr- oder Abstandshalterbüchse 15 dargestellt ist, liegen an einer Seite der Platte 13 in dem Endstück 11 an. Gemäß der Darstellung in F i g. 1 nimmt das Rohr 15 einen im allgemeinen dünnen und massiven zylindrischen Stopfen 16 auf, der im hohlen innenraum des Rohrs 15 liegt und gegenüber dem anliegenden Ende des Rohrs 15 vorsteht. Ein gegenüber dem Rohr 15 vorstehendes Endstück 17 des Stopfens 16 ist ausreichend lang, um durch eine öffnung 20 zu verlaufen, die in der Platte 13 ausgebildet ist, um einen Gewindeschaft 2i auf der von den Brennstäben 10 abgewendeten Seite der Platte 13 freizulegen. Es sollte darauf hingewiesen werden, daß der Innendurchmesser des Rohrs 15 größer ist als der Durchmesser der öffnung 20, damit das offene Ende des Rohrs 15 an der senkrechten Fläche der Platte 13 anliegen kann. Ein Keil 22 ist innerhalb der öffnung 20 angebracht, um sich an eine in Längsrichtung verlaufende flache Fläche 23 zu legen, die in dem Endstück 17 des Endstopfens 16 ausgebildet ist

Das Endstück 17 ragt auch aus einer Mutternplatte 24 heraus, die gegen eine Nase 25 geprellt wird, die auf der nicht mit dem Führungsrohr 15 in Berührung stehenden

ίο Oberfläche der Platte 13 ausgebildet ist. Die Mutternplatte 24 liegt im allgemeinen senkrecht zur gemeinsamen Längsachse des Führungsrohres 15 und des zugehörigen Endstopfens 16. Außerdem liegt die Mutternplatte 24 parallel zu denjenigen Flächen der Platte 13, die senkrecht zur Längsachse des Führungsrohres 15 angeordnet sind. Wie in Fig.2 dargestellt, umfaßt die Mutternplatte 24 ein im allgemeinen rechteckiges Gitter von Verbindungsstücken 16, die sich schneiden (F i g. 3) und Knoten 27 bilden. Jeder dieser

Knoten 27 hat eine mittig angeordnete Öffnung 30, die ausreichend groß ist, um den Durchtritt des Endstücks 17 (Fig. 1) im Stopfen 16 zu erlauben. Die Lagen der Knoten zueinander im Gitter entsprechen den übrigen der relativen Richtung der Endstücke 17, die aus dem Brennelement herausragen. Muttern 31, die in den F i g. 2 und 3 dargestellt sind, sind in Verschlußkappen 32 eingeschlossen, welche diese Muttern 31 an den jeweiligen Knoten 27 auf dem Gitter für die Mutternplatte 24 halten.

Im einzelnen wird auf die F i g. 4 verwiesen, die eine typische Verschlußkappe 32 zeigt, welche in F i g. 3 dargestellt ist. Die Verschlußkappe 32 ist ein hohler Metallzylinder, der einen zylindrischen Ausschnitt 33 an dem Ende hat, welches mit dem Gitter für die in F i g. 3 dargestellte Mutternplatte 24 zu verbinden ist. Die genaue Form des Ausschnitts 33 wird jeweils nach der Winkelbeziehung zwischen den Verbindungsstücken 26 (F i g. 3) geändert, die einen der Knoten 27 bilden, an denen die Verschlußkappe 32 z. B. durch Löten befestigt wird.

Aus Fig.4 ist zu erkennen, daß eine Reihe von Henkeln 34 in der Seite der Abschlußkappe 32 durch Stanzen oder Pressen ausgebildet ist, die auf dem Kappenstück angeordnet sind, das von dem Ausschnitt 33 entfernt liegt.

Fig.5 zeigt eine Mutter 31, die teilweise innerhalb einer der Verschlußkappen 32 eingeschlossen ist. Gemäß der Darstellung hat die Außenfläche der Mutter in F i g. 5 das allgemeine Aussehen einer Spule, bei der

so ein Flansch 35 auf einem Querende ein Gegenstück in Form eines unvollständigen oder unterbrochenen Flansches 36 auf dem entgegengesetzten Querende der Mutter 31 aufweist. Der unterbrochene Flansch 36, der den Kopf der Mutter 31 bildet, hat eine größere Längstiefe als der Flansch 35, schließt bündig mit dem Querende der Mutter ab und besitzt eine Fase 37, die ihn mit dem Schaft 40 im mittleren Teil der Mutter 31 verbindet. Der Flansch 36 wird auch durch zwei Schlitze unterbrochen, von denen nur der Schlitz 41 in der F i g. 5 sichtbar ist. Ein weiterer Schlitz 42 ist in dem Kopf der Mutter 31 ausgebildet, um einen sicheren Halt für ein Einbauwerkzeug zu bilden. Innerhalb der Mutter 31 gibt es natürlich ein mittiges Gewindeloch 43, das zu der Längsachse der Mutter 31 ausgerichtet ist.

Ein·· Muttern- und Verschlußkappenanordnung auf dem Gitter der Mutternplatte 24 ist in F i g. 3 dargestellt. Demgemäß wird die Mutter 31 lose innerhalb der Verschlußkappe 32 aufgenommen, wobei die Außen-

durchmesser der Flansche 35 und 36 wesentlich kleiner sind als der Innendurchmesser der Verschlußkappe 32. Trotz der Ausrichtung der Mutternplatte 24 in bezug auf die Horizontale wird die Mutter 31 innerhalb der Verschlußkappe 32 gehalten, weil die Henkel 34 gebogen worden sind, um nach innen in Richtung auf die Mutter 3t vorzustehen und in die Aussparung hinein zu verlaufen, die durch den Schaft 40 sowie die Flansche 35 und 36 gebildet wird. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß der Längsabstand zwischen den gebogenen Teilen der Henkel 34 und der entgegengesetzten Fläche des Flansches 35 ausreichend ist, um es zu erlauben, daß die Mutter 31 vollständig von dem Schaft 21 (Fig. 1) abgeschraubt wird. Auf diese Weise ermöglicht es die Kombination aus den Henkeln und dem Flansch, daß die Mutter als Teil der einteiligen Mutternplattenkonstruktion in jedem Stadium des Brennelementein- und -ausbaus erhalten bleibt.

Gemäß der Darstellung in F i g. 1 wird im Betrieb die öffnung 30 im Knoten 27 auf der Mutternplatte 24 mit dem jeweiligen Gewindeschaft 21 ausgerichtet, der aus der Platte 13 herausragt. Die Mutternplatte .24 wird gegen die Platte 13 gepreßt, und der Gewindeschaft 21, der aus der Platte 13 herausragt, greift in das mittlere Gewindeloch 43 in der Mutter 31 ein. Ein Werkzeug wird in den Schlitz 42 auf der Mutter 31 eingesetzt, und die Mutter wird auf den Schaft 21 geschraubt. Der Keil 22 drückt außerdem gegen die flache Fläche 23 auf dem Endstück 17, um zu verhindern, daß sich der Schaft und das gesamte Regelstab-Antriebsrohr 15 mit der Mutter 31 drehen, wodurch die Bemühungen vereitelt würden, die Mutter auf den Schaft 21 zu schrauben. Schließlich wird die Mutter 31 auf einen annehmbaren, vorher festgelegten Drehmomentswert angezogen, um die Platte 13 mit der Brennelementkonstruktion zu verbinden. Das bei den Schlitzen 41 liegende Ende der Verschlußkappe 32 wird in einem bestimmten Umfang gequetscht oder verformt, um die Mutternfläche zu erfassen und die Mutter 31 daran zu hindern, sich zu lösen oder von der Mutternplatte 24 zu fallen, wenn das Endstück 17 brechen sollte; dies geschieht mittels des in F i g. 6 dargestellten Werkzeugs, wie es nachstehend im einzelnen beschrieben wird.

Um die Mutter 31 von dem Gewindeschaft 21 zu entfernen, wird das in F i g. 6 dargestellte Werkzeug nochmals in den Schlitz 42 eingesetzt und die Mutter von dem Schaft 21 abgeschraubt; der Flansch 36 drückt den gequetschten oder verformten Teil (nicht dargestellt) der Verschlußkappe 32 zurück in eine Form, die sich der ursprünglichen Form nähen, welche in F i g. 4 dargestellt ist. Nachdem die Mutter 31 und die anderen Muttern (in F i g. 1 nicht dargestellt) an der Mutterneinrichtung 24 abgeschraubt worden sind, kann die Mutterneinrichtung von der Platte 13 abgenommen und als eine einzelne Einheit zur weiteren Verwendung gelagert werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß eine der Mutter verlorengeht, oder daß ein gebrochener Gewindeschaft 21 herausfällt.

Da die Mutternplatteneinrichtung 24 eine in sich geschlossene Einheit ist, selbst wenn sie von der Platte 13 und den vorspringenden Endstücken 17 der Rohre 15 getrennt wird bzw. ist, ist die erfindungsgemäße Konstruktion besonders nützlich, wenn wegen der Radioaktivität eine Fernmanipulationseinrichtung verwendet werden muß, um ein Brennelement auszubauen. In Fig.6 ist eine Vorrichtung für das selektive Blockieren und Lösen der Mutter 31 dargestellt. So hat z. B. ein Werkzeug 50 einen Griff 51, um eine Hülsenwelle 52 auf dem Werkzeug 50 vorzurücken und zu drehen. Die Welle 52 ist mit dem Griff 51 über einen mit Innengewinde versehenen Kragen 53 gekoppelt, der in das Gewinde 54 auf dem Ende der Außenhülse 55 auf der Welle 52 eingreift, um die Außenhülse 55 in axialer Richtung in bezug auf eine mittlere Welle 56 zu bewegen, die innerhalb der Außenhülse 55 aufgenommen wird.

Das dem Griff 51 entgegengesetzt liegende Ende der Welle 52 endet in einem Rohrstück 57, das zu dem Außendurchmesser der Außenhülse 55 paßt, mit der es verbunden ist. Das Rohrstück 57 endet in einer öffnung, die eine innere, gefaßte Einführung 50 hat, um das Werkzeug 50 auszurichten und es über die Außenfläche der Abschlußkappe 32 zu führen.

Innerhalb der Abschlußkappe 32 wird die Mutter 31 auf den Schaft 21 des Stopfens 16 geschraubt. Um die Mutter 31 auf den Stopfen 16 zu schrauben, erhält der Schlitz 42 auf der Mutter 31 das Arbeitsende 60 der zentralen Welle 56. Wie in F i g. 6 dargestellt, hat der Teil der mittleren Welle 56, der dem Arbeitsende 60 am nächsten liegt, einen quer angeordneten Stift 61, der über den Außendurchmesser der mittleren Welle 56 hinausragt, um sich in nicht dargestellten Schlitzführungen in der Außenhülse 55 zu bewegen, wobei diese Schlitzführungen in axialer Richtung in bezug auf die I ängsachse der mittleren Welle 56 angeordnet sind. Auf diese Weise kann sich das arbeitende Ende 60 axial bewegen, kann sich jedoch nicht unabhängig von der Umdrehung des ganzen Griffes 51 und der Hülsenwelle 52 drehen.

Ein Querdurchtritt 62 ist auch in der mittleren Welle nahe bei dem Stift 61 ausgebildet, um ein Paar nach unten verlaufender und angelenkter Arretierzähne 63 und 64 aufzunehmen. Die Arretierzähne 63 und 64 sind um Stifte 65 und 66 zur mittleren Welle 56 schwenkbar. Die Arretierzähne 63 und 64 werden außerdem gegen die Innenfläche des Rohrstücks 57 durch eine Vorspannfeder 67 gedrückt. Die Feder 67 ist quer innerhalb eines Durchtritts 70 angeordnet, der in dem Teil der mittleren Welle 56 ausgebildet ist, welcher zwischen dem Stift 61 und dem Arbeitsende 60 liegt.

Im Betrieb erfaßt das Werkzeug 50 die Außenfläche der Kappe 32 und wird das gesamte Werkzeug unter einem kleinen axialen Druck gedreht, bis das Arbeitsende 60 in dem Schlitz 42 aufgenommen ist. Wenn die Verbindung in der zuvor genannten Weise hergestellt ist, wird das Werkzeug 50 gedreht, um die Mutter 31 auf den Stopfen 16 zu schrauben, bis ein bestimmtes Drehmoment erreicht ist.

Anschließend wird der Schraubkragen 53 gedreht, um das Rohrstück 57 in axialer Richtung zu ziehen, die von der Mutter 31 wegführt. Diese Tätigkeit drückt die Arretierzähne 63,64 nach innen und gegen die Schlitze 41 in der Mutter 31, wobei die Zähne auf der Höhe der durch die gefaßte Einführung 59 gebildeten engen Innenflächen der Rohrstücke 57 kommen.

Die nach innen gerichtete Bewegung der Arretierzähne 63,64 drückt das Arretierrohr in die Schlitze 41 in der oberen Schulter der Mutter 31.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Mutternplatte für ein eine Anzahl von Brennstäben enthaltendes Kernreaktor-Brennelement, die eine Vielzahl von Verbindungsstücken aufweist, die miteinander verbunden sind, um ein Gitter zu bilden, wobei die Verbindungsstücke dort, wo sie miteinander verbunden sind, Knoten bilden, in die vertikale, durch Muttern in den Knoten befestigte Haltestäbe eingreifen, welche das Brennelement zusammenspannen,dadurch gekennzeichnet, daß an den Knoten (27) zylindrische, oben offene Verschlußkappen (32) befestigt sind, in denen die Muttern (31) bewegbar aufgenommen sind, und daß in den Verschlußkappen (32) Henkel (34) vorgesehen sind, um die Muttern (31) auch nach Lösen derselben innerhalb der Verschlußkappen (32) zu halten.

2. Mutternplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Henkel (34) nach innen in Richtung auf die Mutter (31) vorstehen und in Richtung auf eine Aussparung verlaufen, die durch den Schaft (40) und die Flansche (35,36) der Mutter (31) gebildet ist.