DE2639817A1

DE2639817A1 - SPACER FOR FUEL ROD IN CORE REACTOR FUEL ELEMENTS

Info

Publication number: DE2639817A1
Application number: DE19762639817
Authority: DE
Inventors: Hans Kroepfl
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1976-09-03
Filing date: 1976-09-03
Publication date: 1978-03-09
Also published as: ES462079A1; SE7709557L; CH617286A5; GB1575950A; BE858280A; FR2363861A1; FR2363861B1

Description

KIiAFTWFRK (MION AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen:KIiAFTWFRK (MION AKTIENGESELLSCHAFT Our reference:

η VPA 76P 9 3BB UNDη VPA 76P 9 3BB AND

Abs Land shalter für· Drennstäbe in Y im euk torbreiine.) mientenAbs land switch for · drill rods in Y in the euk door width.) Mienten

Die vorliti^ende ErTlnöung betrii. ^!i 'inen AbstandsholLoz* fi die Violzah.l von Brenr.stäben oln ; Io inroak tor brenn -ι Lernen L t;_f vorzugsweise für leichtwassergekUhlte Kernreaktoren, da3 aus einem Gitter hochkant angeordneter und sich kreuzender BLc hatege, die mit starren Anlagenoppen versehen 3ind und in dieses Gitter eingesetzten federnden Anlageelementen besteht. Solche Abstandshalter, bei denen die Bl«.-chstege beispielsweise aus einem neutronenphysikalisch sehr günstigem Material,wie auü einer Zirkonlegierung bestehen, und die federnden Anlageelemente, beispielsweise aus Tnco lel, sind schon mehrfach vorgeschlagen worden. So ist es z.B. aus der deutschen Aualegeschrift 1 489 632 bekannt, die federnden Anlageelemente übf-r die Abstandshalterstege zu schieben und durch Umbiegen des freien Endes zu sichern. Aus der noch nicht veröffentlichten.deutschen Patentanmeldung"? 26 31 925 (VPA 76 P 9350 BRD) ist ein Vorschlag zu entnehmen, nach dem durch seitliche öffnungen der , Maschenwändungen gewellte Federbänder hindurchtreten und in diesen öffnungen selbsthemmend einrasten. Allen diesen Konstruktionsvorschlägen ist jedoch gemeinsam, daß die federnden Anlageelemente entweder durch sehr starke Verformungskräfte in den Brennstäben selbst oder auch durch seitlich einwirkende Kräfte, wie z.B. bei Erdbebenschwingungen so überbeansprucht werden können, dai3 sie ihrer Aufgabe der Zentrierung der Brennstäbe in der jeweiligen Abstandshaltermasche nicht mehr im gewünschtenThe preliminary redemption concerns. ^! i 'inen distance holLoz * fi the viola. 1 of burner sticks oln; Io inroak tor burn -ι learning L t; _f preferably for light-water-cooled nuclear reactors, since a grid of vertically arranged and intersecting BLc hatege, which is provided with rigid system knobs and consists of resilient contact elements inserted into this grid. Such spacers, in which the block webs, for example, consist of a material which is very favorable in terms of neutron physics, such as a zirconium alloy, and the resilient contact elements, for example made of Tnco lel, have already been proposed several times. For example, it is known from German Aualegeschrift 1 489 632 to push the resilient contact elements over the spacer webs and to secure them by bending the free end. From the as yet unpublished German patent application "? 26 31 925 (VPA 76 P 9350 BRD), a suggestion can be found according to which corrugated spring strips pass through the side openings of the mesh walls and engage in these openings in a self-locking manner. All these design proposals, however, have one thing in common that the resilient contact elements can be overstressed either by very strong deformation forces in the fuel rods themselves or by forces acting laterally, such as earthquake vibrations, so that they no longer fulfill their task of centering the fuel rods in the respective spacer mesh

Mü 21 Ant / 20.8.1976Mü 21 Ant / 20.8.1976

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ÖRiGINAORIGINA

BAETÖRiGINALBAETÖRiGINAL

~*~~ * ~ TBP 9388 BuiTBP 9388 Bui

HaPe nachkommen lüSnneu. Damit ei/eben sich aber dann möglicherweise ungleichmäßige Abstände ziihidicn den einzelnen Breniist&hen eines Brennelementes, die mit einer ungleichmäßigen Wä>meafoführung verbunden sind und die 5· ^besondere im Falle einer 1-Jotktihlung. zu stellenweisen Übe: .-itzurigen der Brenn s ta bwanduaag und damit deren Zerstörung führeu 'rönnen.HaPe descendants lüSnneu. Thus ei / flat, however, then perhaps uneven distances ziihidicn each Breniist & hen a fuel that> with an uneven Wä meafoführung are connected and 5 x ^ particular in the case of a 1-Jotktihlung. to practice in places:.-itzurigen the burning st ta bwanduaag and thus lead to its destruction.

Es stelle sich daher die Aufgab«;, «*ίηοη Abstandshalter des genanntrn Grundprinzips zu finden, VoI dein Über las tun gen der federnden Anlageelemente verhindert werden und die auch beJ größtmöglichen Seitenkräften-einen für eine Notkühlung notwendigen Zwischenraum zwischen den i-r<mnstäoen des Brennelementes ährInI πten.Therefore the task arises to find spacers of the above-mentioned basic principle, so that overloading of the resilient contact elements is prevented and the greatest possible lateral forces - a space necessary for emergency cooling between the irregularities of the fuel element πten.

Die ρ« Auipnbs wird erf indungsgein; β durch eine Abstandshalter-"konatruktion gelöst, Iei der die Hjecbstepe im Bereich der dio Gitterraaschenvrände bildenden Absci'iiitte in der Nähe der OborsowJe dor 'Unterkonto derselben ffij i horizontal aus den "iStepfn. iiac-Ji nod den Seiten ausgeformten rtogförmigen Noppen versehen sind und in die von diesen Noppen gebildeten Zwischairäume an wenigsten« zwei arieinendergrenZeiricii HaHchenwänden nach beiden Seiten wirkende federnde stegförir t^fi Anlageelemente eingeschoben sowie eingerastet sind. Dies bedeutet, daß sich ober- und unterhalb jeweils eines federnden Anlageteiles eine starre Anlagenoppe befindet, die jedoch normalerweise nicht am Brennstab selbst anliegt» Erst wenn so große Kräfte innerhalb des Brennelementes auftreten, daß sie ein Zurückdrücken des federnden. Anlageelementes bewirken, kommen diese starren Noppen zur Anlage am Brennst8b und verhindern somit eine weitere Verformung des federnden Anlageelementee, sichern damit aber auch den für eine ausreichende Kühlung notwendigen Abstand zu Nachbarbrennstäben.The ρ «Auipnbs is invented; β by a spacer "construction solved, Iei of the Hjecbstepe in the area of the dio Absci'iiitte in the vicinity of the OborsowJe dor 'sub-account of the same ffij i horizontally from the "iStepfn. iiac-ji nod the sides formed rtog-shaped knobs and in the spaces formed by these knobs at least two arie-zeiricii hatch walls after both Side acting resilient stegförir t ^ fi contact elements inserted and are engaged. This means that there is a rigid one above and below each resilient part of the system System boss is located, which is normally not in contact with the fuel rod itself »Only when such large forces are within the Fuel assembly occur that they push back the resilient. Effect the contact element, these rigid knobs come to rest am Brennst8b and thus prevent further deformation of the resilient investment elements, but also secure the for one sufficient cooling necessary distance to neighboring fuel rods.

Zur weiteren Erläuterung sei auf die Fig. 1 bis 7 verwiesen, von denen die Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen druckwassergekühlten Kernreaktor zeigt und die Fig. 2For further explanation, reference is made to FIGS. 1 to 7, 1 of which is a schematic longitudinal section shows a pressurized water-cooled nuclear reactor and FIG. 2

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-^- 7BP 9368 BRD- ^ - 7BP 9368 FRG

ein dafür geeignetes Brennelement in perspektivischer Ansicht, woraus insbesondere die Lage der Abstandshaltergitter deutlich zu ersehen ist. Die Fig. 3 und i\ uowie 5 und 6 zeigen jeweils eine Ausführungsform der erfinduugsgeinäßen Abstandshalterkonstruktion, die Fig. 7 veranschaulicht in der Draufsicht auf ein Abstandshaltergitter die Anordnung der starren und federnden Abstandshalterelemente und damit die normale Zentrierfunktion derselben.a suitable fuel assembly in a perspective view, from which in particular the position of the spacer grids can be clearly seen. FIGS. 3 and i \ uowie 5 and 6 each show an embodiment of the erfinduugsgeinäßen spacer construction, FIG. 7 illustrates in plan view of a spacer grid, the arrangement of the rigid and resilient spacer elements and thus the normal centering thereof.

Nach Fig. 1 befinden sich die den kern des 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 2 besteht zunächst aus einem Gerüst aus je einer Kopf- und Fußplatte 4 sowie diese verbindenden Regeistabführungsrohrt-ti b. Diese Regelstabführungsrohre 5 durchsetzen dabei eine Anzahl von übereinander angeordneten Abstandshaltergittern 3 an Brennstabpositionen und haltern diese. Aus dieser Darstellung sind die Abstandshaltermaschen zu ersehen, die diese duiabsetzenden Kernreaktorbrennstäbe 8 (siehe Fig. 7) sind jedoui der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet. Diese Brennatäbe werden jedoch in den einzelnen Abstandshaltermaschen zur Zentrierung und zur Schwingungsdämpfung durch federnde und starre Anlageelemente gehaltert, wobei die federnden Anlageelemento üblicherweise den Brennstab in der Mitte des Abstandshaltergitters berühren, die starren Anlageelemente oder Noppen dagegen ober- und unterhalb dieses Punktes. Dieses System der Halterung eines Brennstabes in einer Ebene wird daher als Dreipunkthalterung bezeichnet. Eine derartige Halterung wird auch mit den in den nachfolgenden Figuren dargestellten Abstandshalterkonstruktionen erreicht, zusätzlich jedoch noch die vorbeschriebene Sicherung gegenüber übergroßen seitlich auftretenden Kräften.According to FIG. 1, the fuel assemblies 2 forming the core of the pressurized water reactor are located within a pressure vessel 1 and are there traversed by the cooling water in the manner shown from bottom to top. One possible type of fuel assembly is shown in FIG. The fuel assembly 2 initially consists of a framework consisting of a top and a base plate 4 and Regeistabführungrohrt-ti b connecting these. These control rod guide tubes 5 pass through a number of spacer grids 3 arranged one above the other at fuel rod positions and hold them. The spacer meshes can be seen from this illustration, but these double-settling nuclear reactor fuel rods 8 (see FIG. 7) are not shown for the sake of clarity. However, these fuel rods are held in the individual spacer meshes for centering and vibration damping by resilient and rigid contact elements, the resilient contact elements usually touching the fuel rod in the center of the spacer grid, while the rigid contact elements or knobs are above and below this point. This system of holding a fuel rod in one plane is therefore referred to as a three-point support. Such a holder is also achieved with the spacer constructions shown in the following figures, but additionally the above-described safeguard against oversized forces occurring laterally.

Die Fig. 3 und 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel für den Aufbau und die Anbringung eines federnden Anlageelementes, das aus Teilen 6 und 7 besteht. Die Fig. 4 zeigt zunächst eine Seiten-3 and 4 show an embodiment for the structure and attachment of a resilient contact element that consists of Parts 6 and 7 consist. Fig. 4 initially shows a side

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ansieht, der die Abstandshalter^ ifcermascnem bildenden Blechstege 31 bzw. 32, die Fig. 'ki> eine ©raufsieht. auf den hochkamt.gestellten Blechsteg..1 iIt; 33 sind die Schütze In den KLechstegen.- bezeichnet, mit denen sie zum Aufbau des Abstandsnaltergitters^: ineiniantiergesfeeck"- ff Jnd,, die ausgeprägten, 3tegfönaigen:,-starren Moppen sind mii- kl und 42 an der oberen Kante und" mit: 43-und 44 an tier unter eic Kante der Gitterstege bezeichnet. Wie· aus der Fig. 4a eiv;i;riitiJLc!i„ bilden die floppen 41 und 42 bzw. 43 und 44 einen ZwiBdh^MriuuHiu Dieser wird gemäß Fig· 3 zur .Halterung der. elgentl.leiten federnden Anlageelemente vmu. 7 verwendet. Die Fig. 3 stellt ,einen Querschnitt_;" durch einen Gitter steg 31 bz,w. 32 dar. Ims als Beispiel dienende fe-" ■dernde .'Anlageeleraent besteht aus *wei Teilen "6 und 7» die in der dargestellten Weise aik ihren End..·ti teilweise ua^ebogen sind und sich dadurch Ija.ffien durch die HToppen gebildeten RliaBert gegenseitig festklemmen. Die Ifentage dieser-.Vorrichtung ist sehx*- eiBifach-, ssunlcfns;t" M-iril· das "federftidtf Teil °Ί eingeschoben, ti s- der zentrale Teil Ta in den Zwischen.·■ *\mm zwischen den Moppen 42 und 43 ainrisstet.. ittsciansi wird die "Feder G vra>n unten eingeschoben bis. deren üell 6a wiederum--Ieh ZwIaüliertraum. zwischen den Moppen und 4% einrastet.« Bann liegt der gebogene obere Teil Gh iiiitei·- malb des gebogenem! Teiles"-Tb des -Lodernden Teiles 7 und' der untere gebogene Teil 6e drückt awsJt die im der Abstandshalternoppe 43 liegenden flachen Teil 7c der Teilfeder 7. Die Fig. 3a zeigt diese Jtoordraimg; 'ran oben. Hieraus-"ist.auch zu ersehen, daß die "Bänder 6 und 7 des federnden italageelemenrfces etwas' schmäler sind wie der flache Teil der aus&eprigtem starren Moppen 41 bis 44» so da® überall eine satte. Jaalage der federnden an den starren feilen, gegeben ist."- Aus dieser Figur.- ist auch ersichtlich, daß eilte Verformung der federnden Abschnitte 7a bzw. 6a nur bis zur Anlage des Brennstabes an den starrem Anlagenoppen möglich ist und damit eine fShertteanspsvEchiung bzw. Bauer^erforBung dieser Elemente ausgeschlossem ist«looks at who the spacers ^ ifcermascnem forming sheet metal webs 31 and 32, the Fig. on the raised sheet metal bridge. .1 iIt; 33 are the contactors in the KLechstegen.- with which they are used to build the spacer ^grid: ineiniantiergesfeeck "- ff Jnd ,, the pronounced, 3tegfönaigen:, - rigid mops are mii- kl and 42 on the upper edge and" with: 43 -and 44 referred to on tier under eic edge of the lattice bars. Like · from Figure 4a eiv;. I;! Form riitiJLc i "the flop 41 and 42 or 43 and 44 a ZwiBdh ^ MriuuHiu This is shown in FIG · 3 to the .Halterung. elgentl.leiten resilient contact elements vmu. 7 used. Figure 3 shows a cross section _; "by a grid web 31 or, w. 32. Ims serving as an example spring-" ■ dernde .'Anlageeleraent consists of * white parts "6 and 7» which in the manner shown aik their end .. · ti partly among other things ^ e arches and thereby Ija.ffien rliaBert formed by the HToppen clamp each other tightly. The Ifentage of this-.device is sehx * - eiBifach-, ssunlcfns; t "M-iril · the" federftidtf part ° Ί inserted, ti s- the central one part Ta ainrisstet in the interim. · ■ * \ mm between the Moppen 42 and 43 .. is ittsciansi the "spring G vra> n below pushed up. whose üell 6a in turn - your twin dream. between the mops and 4% locks in place. «Bann lies the curved upper part Gh iiiitei · - malb of the curved one! Part "-Tb of the -Lodernden part 7 and 'the lower curved part 6e presses awsJt the flat part 7c of the partial spring 7 lying in the spacer knob 43. Fig. 3a shows this Jtoordraimg;' ran above see that the "straps 6 and 7 of the resilient Italian element are somewhat narrower than the flat part of the rigid mops 41 to 44, so that there is a full layer of resilient filing on the rigid mops everywhere." Figure.- it can also be seen that rapid deformation of the resilient sections 7a or 6a is only possible up to the contact of the fuel rod with the rigid system bosses, and that there is no longer any need to research these elements.

Die Fig. 5 und & zeigen ein etwas abgewandeltes Ausfuhrungs— beispiel, es entspricht in AusbUciungsfona und Halterungs— prinzip den federndem AmlageelemeMten sowie den. starren Moppen .FIGS. 5 and & show, for a slightly modified Ausfuhrungs-, it corresponds AusbUciungsfona and mounting support in principle the resilient AmlageelemeMten and the. rigid mops.

"" TBP 9 3 68 BROTBP 9 3 68 BRO

aus den FIg. 3 und 4. Lediglich rtsr Blechsteg 31 bzw. 32 Ist zwischen den Noppen fensterförmifr atisgeschnitten (34), was nicht nur eine Erleichterung für iie Einführung der Federelemente 6 und 7 bedeutet, sondern aucii eine Materialersparnis an den Gitterstegen. Weiterhin ist dam it eine Verbindung zwischen den KtihlmittelstroOien Innerhalb rter einzelnen Maseben des Abstandshaltergitters gegeben, was υ Ine Verbesserung der Kühlwirkung Im Bereich denselben mit iUth. bringt. In diesem Zusammenhang sei außerdem darauf hingewicjtm, «laß die beidseitig wirkenden Federelenente selbstverständlich auch einteilig ausgebildet werden können.from FIg. 3 and 4. Only the right sheet metal web 31 or 32 is window-shaped between the knobs (34), which not only makes it easier for the spring elements 6 and 7 to be introduced, but also saves material on the lattice webs. Furthermore, there is a connection between the coolant flows within the individual dimensions of the spacer grid, which improves the cooling effect in the area of the same with iUth. brings. In this connection it should also be pointed out that the spring elements acting on both sides can of course also be made in one piece.

Wie bereits erwShnt, zeigt die Fi ιζ 7 'iine Draufsicht auf einen Ausschnitt dieses Abstindshalterplt-terii. Hieraus Ist zu ersehen, daß In beiden Koordinatenrlchtunfeii jeder zweite Gitterstegen 31a bzw. 32a mit federnden jtalageelememtsn 6 und 7 versehen Ist, die dazwischenliegenden sind nur mit dra !Joppen entsprechend der Fig. h und 6 versehen, Dies bedeitf-r-t, daß zunächst sämtliche Bleciistege 31 und 32 absolut gleich gefertigt werden können» die unterschiede ergeben steh erst din-· h d«n Einbau dieser federnden Elemente. Wie bereits eingangs ei-./fciait, stehen sich jeweils ein federndes Element und eine starre Hoppe gegenüber, so daß damit die übliche Dreipunkthalterung erzielt wird. Selbstverständlich könnten zur Erreichung dieses Prinzips auch eine solche Anordnung von Moppen und federnden Anlageelefienten gewählt werden, bei der sich je Gittersteg federnde Änlageelenente und Moppen einander abwechseln.As already mentioned, FIG. 7 shows a plan view of a section of this spacer plate. From this it can be seen that every second lattice webs 31a and 32a are provided with resilient jtalageelememtsn 6 and 7 in both co-ordinates, the intervening ones are only provided with dra! Joppen according to Fig. H and 6, this means that initially all can be Bleciistege 31 and 32 made absolutely equal "the differences arise only stand din · h d" n installation of resilient elements. As already mentioned at the beginning, a resilient element and a rigid hopper face each other, so that the usual three-point mounting is achieved. Of course, to achieve this principle, such an arrangement of mops and resilient contact elements could also be selected in which resilient elements and mops alternate with each other for each lattice web.

Abschließend sei erwähnt, daß sich die vorliegende Erfindung selbstverständlich nicht auf die beiden genannten Äusführungsbeispiele beschränkt, vielmehr sind noch andere konstruktive Möglichkeiten denkbar, die diesem Prinzip der Sicherung der federnden Anlageeleeente und der Sicherung stets ausreichender Kühlquerschnitte zwischen den Breimstäben - auch Im Falle einer des Reaktorkernes - folgen.Finally it should be mentioned that the present invention of course not on the two examples mentioned limited, rather other design options are conceivable that this principle of securing the resilient investment elements and security is always sufficient Cooling cross-sections between the pulp rods - also in the case of one of the reactor core - follow.

4 Patentansprüche
7 Figuren4 claims
7 figures

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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Claims

2639517 "^""" ■. TBP 93 68 FRG

Patentansprüche ■ ■ ■ ■■---.·" ^v- -„·*'■ ^T ' * ' ^: 'Claims ■ ■ ■ ■■ ---. · " ^V - -" · * '■ ^T ' * ' ^: '

/ Spacers for the plurality of, fuel rods of a nuclear reactor fuel element, vorzugi.weise; for light-water cooled nuclear reactors, consisting of a grating vertically arranged and intersecting · sheet metal webs which are provided with rigid Anlagenopperf ürii <In this resilient engagement elements ⁵ Gltier used, characterized in that the sheet metal webs in the region of the Critterma3chenwände forming portions in the vicinity of the The upper and lower edge of the same are provided with web-shaped knobs formed horizontally from the knobs on both sides and resilient web-shaped contact feet acting on both sides are inserted and locked into the spaces formed by these knobs on at least two adjacent mesh walls.

2. Spacer according to claim 1, characterized in that the mesh walls in the area between these knobs window-shaped are cut out.

3. Spacer according to claim 1 or 2, characterized in that the resilient Anl-iägeelemente are in two parts and clamp each other in the spaces between the studded webs.

4. Spacer according to claim 3, characterized in that the two parts of the resilient contact elements after each protrude on one side of the mesh wall and, due to their kinked shape, in the space between the upper and lower knobs are held.

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