DE2631925C3 - Abstandshalter für wassergekühlte Kernreaktorbrennstäbe - Google Patents
Abstandshalter für wassergekühlte KernreaktorbrennstäbeInfo
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- G21C3/34—Spacer grids
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abstandshalter
für wassergekühlte Kernreaktnrbrennstäbe, bestehend aus einem Gitter aus hochkam angeordneten
Blechstegen aus einem möglichst wenig neutronenab- r>
sorbierenden 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 w Lage festgelegt sind, wobei diese Federbänder an sich in
Richtung der Brennstoffsläbe 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 vi 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 v>
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. 6«
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 Reaktorbe- i>~>
triebes sehr unsicher sein dürfte.
Dies würde auch gelten, wenn diese Anlagefedern für ein Abstandshaltersystem entsprechend der französischen
Patentschrift 2) 32 705 eingesetzt würden. Port 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 Offenlegungsschrift 15 89 051 — auch hier anzuwenden.
Die Lösung dieser Aufgabe besieht 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 Fig.! einen
schematischen Längsschnitt durch einen druckwassergekühiten Reaktor zeigt und die F i g. 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 Fig. 1 befinden sich die den Kern eines Druckwasserreaktors bildenden Brennelemente 2 innerhalb
eines Druckgefäßes 1 und wurden dort in der
dargestellten Weise von unten nach oben vom Kühlwasser durchströmt. Eine mögliche Brennelementbauart
ist in Fig. 2 dargestellt. Das Brennelement besieht 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 Abslandshaltergittern 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 /eigen an zwei verschiedenen
Gjtieraufbauformen — in Viereck- und in Achteckgeomeirie
— die Anordnung der Anlageelemenie 7 innerhalb der einzelnen Absiandshaltermaschen. Die
Brennstäbe sind dabei mit 6 bezeichnet. Die federnden ι Anlageelemente sind in diesen Figuren als kleine
Rechtecke, die starren Anlagenoppen dagegen als Halbkreise dargestellt. Hieraus ist zu ersehen, daß
einem federnden Anlageelemeni stets starre Anlageelemente gegenüberliegen. Dieses Prinzip läUt sich in
selbstverständlich auch für andere Arten von Gittergeomeirien.
siehe auch die eingangs genannte Auslegeschrih 14 89 623, verwenden.
Die weiteren F i g. 5,6 und 7 zeigen nun verschiedene
Ausführungsmöglichkeiten der federnden Anlageele- π mente 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 2n Einsatz des Federelementes bestimmte rechteckige
Öffnung mit 32 bezeichnet.
Das in der Fig.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 i»
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 den. Druckknopfprinzip ähnelt.
Das in Fig. 6 in Seitenansicht dargestellte Federelement 72 hat hinsichtlich des gewellten Anlageteiles 72a n·
den gleichen Aufbau, auch die Einrastung in der Öffnung 32 ist die gleiche. Dagegen sind jedoch die beiderseits
anschließenden ungewellten Federpartien zu Anlagenoppen 726 ausgebildet, die in den benachbarten
Maschenraum hineinragen und dort ebenfalls an einem Brennstab anliegen.
Die F i g. 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 (73eJ bzw. auf
diese Weise in diese eingehängi. Im Bereich der Noppen
73Λ ist das Federelement verbreiten, siehe F i g. 7a, die Breite richtet sich dabei nach der notwendigen Höhe
der ausgeprägten Noppen 736. 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 Federeinsät
ze 71 bis 73 ist sehr einfach, die Federelemente werden nacheinander in die öffnungen 32 r'v-r Maschenwände
entsprechend der in den Fig. 3 und <*- dargestellten
Anordnung eingedrückt. Sie halten sich in dieser Stellung selbst, wobei die Halterungskraft durch die
elastische Verformung der Federteile 71a, 72a und 73a durch diJ Einsetzen der Brennstäbe bei der Fertigmon
tage des Brennelementes noch verstärkt wird. Dies w.rd
im 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. Abstandshalter für wassergekühlte Kernreaktorbrennstäbe, bestehend aus einem Gitter aus
hochkam angeordneten Blechstegen aus einem ί möglichst wenig neutronenabsorbierenden Material,
wie einer Zirkorilegierung, in dessen Gittermaschen
die Brennstoffstäbe eingesetzt und darin durch sich in Richtung der Brennstoffstäbe erstreckende,
federnde, gewellte Federbänder, aus einem anderen in Material als die Maschenwände, in ihrer Lage
festgelegt sind, wobei diese Federbänder an sich in Richtung der Brennstoffstäbe erstreckenden, recht-"
eckigen 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 I, dadurch gekennzeichitet, daß wenigstens einer der nichtgeweüten,
an den Stegen anliegenden Teile um die
Stegkante gebogen bzw. in den Steg eingehängt ist.
3. Abstandshalter nach Anspruch ! oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Stegen 2>
anliegenden Teile mit starren Anlagenoppen versehen bzw. zu solchen ausgebildet sind.
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