DE2631925B2 - Abstandshalter für wassergekühlte Kernreaktorbrennstäbe - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abstandshalter für wassergekühlte Kernreaktorbrennstäbe, bestehend aus einem Gitter aus hochkam angeordneten Blechstegen aus einem möglichst wenig neutronenabsorbierenden Material, wie einer Zinnlegierung, in dessen Gittermaschen die Brennstoffstäbe eingesetzt und darin durch sich in Richtung der Brennstoffstäbe erstreckende, federnde, gewellte Federbänder, aus einem anderen Material als die Maschenwände, in ihrer Lage festgelegt sind, wobei diese Federbänder an sich in Richtung der Brennstoff stäbe erstreckenden, rechteckigen Öffnungen in den Maschenwänden vorgesehen sind und mit ihren flachen Endteilen an den Stegen der Maschenwände anliegen. Derartige Abstandshalter sind beispielsweise aus der deutschen Auslegeschrift 14 89 632 bekannt geworden. Hier wurde, wie auch bereits aus wesentlich früheren Veröffentlichungen bekannt, von dem Prinzip Gebrauch gemacht, das Abstandshaltergitter selbst aus einem Material zu so machen, das möglichst wenig Neutronen absorbiert und nur die federnden Anlageelemente aus einem entsprechend härteren Material, das einen wesentlich höheren Neutronenabsorptionsquerschnitt besitzen kann, zu fertigen. Da es schwierig ist, derart unterschiedliche Materialien metallurgisch miteinander zu verbinden, wurde hier eine einfache Steckverbindung vorgeschlagen, wobei ein Lösen derselben durch ein umgebogenes Ende des federnden Anlagebandes verhindert werden sollte.

Diese Konstruktion bringt jedoch für die Montage sowie die genaue Festlegung des radialen Einsatzortes, vom Brennstab her gesehen, große Schwierigkeiten mit sich, ganz abgesehen davon, daß auch die axiale Halterung der Anlagefedern während des Reaktorbetriebes sehr unsicher sein dürfte.

Dies würde auch gelten, wenn diese Anlagefedern für ein Abstandshaltersystem entsprechend der französischen Patentschrift 21 32 705 eingesetzt würden. Dort ist eine Abstandshalterkonstruktion zu entnehmen, die aus sich kreuzenden Stegen mit fensterartigen Aussparungen in den Maschenwänden aus wenig Neutronen absorbierendem Material, wie z. B. Zircaloy, besteht und in das ein weiteres Gitter aus federndem Material, wie z. B. Inconel, eingesetzt ist. Dieses Gitter enthält Anlagefedern, die über diesen Aussparungen vorgewölbt sind. Da das federnde Material wesentlich mehr Neutronen absorbiert als das Stegmaterial, wirkt sich diese Konstruktion - unabhängig von ihrem hohen Fertigungsaufwand ·— wegen ihres verhältnismäßig hohen Anteils an diesem Material ungünstig auf die Neutronenbilanz des Reaktors aus.

Es stellte sich daher die Aufgabe, eine Abstandshalterkonstruktion mit Bauteilen aus verschiedenen Materialien zu finden, bei der diese Schwierigkeiten und Nachteile umgangen werden und die es weiterhin gestattet, die an sich bekannte Dreipunkthalterung — siehe die deutsche Oflenlegungsschrift 15 89 051 — auch hier anzuwenden.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei dem eingangs genannten Ablenkschalter erfindungsgemäß darin, daß die Federbänder in den Öffnungen der Maschenwände selbsthemmend eingerastet sind.

Zur weiteren Erläuterung dieser Erfindung sei auf die F i g. 1 bis 7 verwiesen, von denen die F i g. 1 einen schematise!ien Längsschnitt durch einen druckwassergekühlten Reaktor ;zeigt und die Fig.2 ein dafür geeignetes Brennelement in perspektivischer Ansicht, woraus insbesondere die Lage der Abstandshaltergitter deutlich zu ersehen ist. Die Fig.3 und 4 zeigen rein schematisch Draufsichten auf mögliche Abstandshaltergeometrien mit federnden Anlageelementen sowie starren Anlagenoppen. Die Fig.5 bis 7 stellen Möglichkeiten zur Ausbildung der im Abstandshaltergitter anzubringenden federnden Anlageelemente dar.

Nach F i g. 1 befinden sich die den Kern eines Druckwasserreaktors bildenden Brennelemente 2 innerhalb eines Druckgefäßes 1 und werden dort in der dargestellten Weise von unten nach oben vom Kühlwasser durchströmt. Eine mögliche Brennelementbauart ist in Fig.2 dargestellt. Das Brennelement besteht zunächst aus einem Gerüst aus je einer Kopf- und Fußplatte 4 sowie diese verbindenden Regelstabführungsrohren 5. Diese Regelstabführungsrohre durchsetzen dabei eine Anzahl von übereinander angeordneten Abstandshaltergittern 3 an Brennstabpositionen. Aus dieser Darstellung sind die Abstandshaltermaschen zu ersehen. Die diese durchsetzenden Kernreaktorbrennstäbe sind der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet. Diese Brennstäbe werden jedoch in den einzelnen Abstandshaltermaschen zur Zentrierung und zur Schwingungsdämpfung durch federnde und starre Anlageelemente gehaltert, wobei die federnden Anlageelemente üblicherweise den Brennstab in der Mitte des Abstandshaltergitters berühren, die starren Anlageelemente oder Noppen dagegen ober- und unterhalb dieses Punktes. Daher der Name Dreipunkthalterung. Es ist dabei bekannt — siehe die genannte Offenlegungsschrift — Abstandshaltergitter sowie starre und federnde Anlageelemente sämtlich aus dem gleichen Material zu fertigen, nämlich einem federelastischen Material. Da ein solches jedoch einen verhältnismäßig hohen Neutronenabsorptionsquerschnitt besitzt, wurden, wie bereits erwähnt, früher Vorschläge gemacht, lediglich die federnden Teile aus diesem Material zu fertigen.

Die Fig.3 und 4 zeigen an zwei verschiedenen Gitteraufbauformen — in Viereck- und in Achteckgeometrie — die Anordnung der Anlageelemente 7 innerhalb der einzelnen Abstandshaltermaschen. Die Brennstäbe sind dabei mit 6 bezeichnet. Die federnden Anlageelemente sind in diesen Figuren als kleine Rechtecke, die starren Anlagenoppen dagegen als Halbkreise dargestellt. Hieraus ist zu ersehen, daß einem federnden Anlageelement stets starre Anlageelemente gegenüberliegen. Dieses Prinzip läßt sich selbstverständlich auch für andere Arten von Gittergeometrien, siehe auch die eingangs genannte Auslegeschrift 14 89 623, verwenden.

Die weiteren F i g. 5,6 und 7 zeigen nun verschiedene Ausführungsmöglichkeiten der federnden Anlageelemente sowie ihrer Befestigung in der Wandung der Gittermaschen des Abstandshalters.

Gleiche bzw. entsprechende Bauteile sind dabei mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. So ist die Wand der Abstandshaltergittermasche mit 31 und die für den Einsatz des Federelementes bestimmte rechteckige öffnung mit 32 bezeichnet.

Das in der F i g. 5 und 5a in zwei Ansichten dargestellte Federelement ist mit 71 bezeichnet und ist mit seinem gewellten Teil 71a in der rechteckigen öffnung 32 eingerastet. Mit seinen flachen Teilen 716 liegt es an der Maschenwand an, wobei das eine Ende 71c umgebogen ist. Durch diese Einhängung des Federelementes oder Federbandes 71 ergibt sich eine zusätzliche Befestigungssicherung. Die Wellung des Federteiles 71a ist dabei so getroffen, daß bei einem Druck durch den anliegenden nichtdargestellten Brennstab in Richtung Maschenwand 31 eine Längung dieses Abschnittes eintritt, so daß damit der Eingriff zwischen diesem Elementabschnitt 71a und der oberen und unteren Kante der rechteckigen Öffnung 32 vergrößert wird im Sinne einer Verstärkung der Einrastung, die etwa dem Druckknopfprinzip ähnelt.

Das in Fig. 6 in Seitenansicht dargestellte Federelement 72 hat hinsichtlich des gewellten Anlageteiles 72a den gleichen Aufbau, auch die Einrastung in der öffnung 32 ist die gleiche. Dagegen sind jedoch die beiderseits anschließenden ungewellten Federpartien zu Anlagenoppen 72b ausgebildet, die in den benachbarten Maschenraum hineinragen und dort ebenfalls an einem Brennstab anliegen.

Die Fig. bzw. 7a zeigen in ebenfalls zwei Ansichten das Federelement 73, das wieder einen gewellten Teil 73a sowie zwei Noppen 736 enthält. Es ist zusätzlich über die obere Stegkante umgebogen (73c^ bzw. auf diese Weise in diese eingehängt. Im Bereich der Noppen 73b ist das Federelement verbreitert, siehe F i g. 7a, die Breite richtet sich dabei nach der notwendigen Höhe der ausgeprägten Noppen 73b. Diese sind hier napfförmig gestaltet, selbstverständlich könnte auch eine einfache Auffaltung des Federbandmaterials für die Ausbildung dieser Noppen vorgesehen sein.

Um eine Vorstellung von der Größenordnung dieser Abstandshalterelemente zu geben, sei erwähnt, daß die Breite der die Maschen bildenden Blechstege 31 ca. 30 mm beträgt, die rechteckige öffnung 32 hat etwa die Abmessung 3x15 mm. Die Montage der Federeinsätze 71 bis 73 ist sehr einfach, die Federelemente werden nacheinander in die öffnungen 32 der Maschenwände entsprechend der in den Fig.3 und 4 dargestellten Anordnung eingedrückt Sie halten sich in dieser Stellung selbst, wobei die Halterungskraft durch die elastische Verformung der Federteile 71a, 72a und 73a durch das Einsetzen der Brennstäbe bei der Fertigmontage des Brennelementes noch verstärkt wird. Dies wird •m Prinzip dadurch erreicht, daß die Länge des federnden Teiles etwas größer ist als die Länge der öffnung 32 und somit eine selbsthemmende Anlage des Federteiles in der Maschenwandung gegeben ist.

Gegenüber dem eingangs erwähnten Stand der Technik wird somit eine einwandfreie Halterung der Federelemente mit geringst möglichem Materialaufwand erreicht, wobei zusätzlich noch die Möglichkeit für die Ausbildung starrer Noppen an den Federelementen für die sogeannte Dreipunkthalterung der Brennstäbe gegeben ist. Selbstverständlich können auch hinsichtlich der Wellung des Federteiles Änderungen vorgenommen werden, wie es auch möglich ist, Veränderungen in der Breite desselben vorzusehen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 Patentansprüche:

1. Abstandshalter für wassergekühlte Kernreaktorbrennstäbe, bestehend aus einem Gitter aus hochkant angeordneten Blechstegen aus einem s möglichst wenig neutronenabsorbierenden Material, wie einer Zinnlegierung, in dessen Gittermaschen die Brennstoffstäbe eingesetzt und darin durch sich in Richtung der Brennstoffstäbe erstreckende, federnde, gewellte Federbänder, aus einem anderen Material als die Maschenwände, in ihrer Lage festgelegt sind, wobei diese Federbänder an sich in Richtung der Brennstoffstäbe erstreckenden, rechteckigen Öffnungen in den Maschenwänden vorgesehen sind und mit ihren flachen Endteilen an den Stegen der Maschenwände anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Federbänder (71,72, 73) in den Öffnungen (32) der Maschenwände (31) selbsthemmend eingerastet sind.

2. Abstandshalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der nichtgewellten, an den Stegen anliegenden Teile um die Stegkante gebogen bzw. in den Steg eingehängt ist.

3. Abstandshalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Stegen anliegenden Teile mit starren Anlagenoppen versehen bzw. zu solchen ausgebildet sind.