DE2644297A1

DE2644297A1 - Abstandshaltergitter fuer kernreaktorbrennelemente

Info

Publication number: DE2644297A1
Application number: DE19762644297
Authority: DE
Inventors: Diethelm Dipl Ing Knoedler; Hans Kroepfl
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1976-09-30
Filing date: 1976-09-30
Publication date: 1978-04-06
Also published as: FR2366669A1; DE2644297C2; CH617031A5; FR2366669B3; SE7710339L; GB1539367A; ES462814A1; BE859115A

Description

KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

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Abstandshaltergitter für Kernreaktorbrennelemente

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abstandshaltergitter für die Brennelemente wassergekühlter Kernreaktoren, das aus sich rechtwinklig kreuzenden Blechstegen mit starren ausgeformten Anlagenoppen und eingesetzten federnden Anlageelementen besteht. Bei Kernreaktorbrennelementen sind neben den eigentlichen Brennstäben die Abstandshaltergitter die wesentlichsten Konstruktionselemente, da diese die Aufrechterhaltung der gegenseitigen Abstände zwischen den Brennstäben und damit stets gleichbleibende Wärmeabführungsverhältnisse gewährleisten. Ihr Aufbau muß dabei so getroffen werden, daß ein Einziehen der Brennstäbe ohne Beschädigung der Hüllrohre derselben möglich ist und das andererseits aber auch eine genügend stabile Halterung der Brennstäbe gegeben ist, damit es nicht zu Schwingungserscheinungen durch das an den Brennstäben vorbeiströmende Kühlmittel kommt.

Es sind schon eine Vielzahl von Konstruktionen für solche Abstandshalter bekanntgeworden, jedoch wird immer noch eine weitergehende Vereinfachung derselben für Herstellung und Zusammenbau angestrebt. Gleichzeitig damit sollen Konstruktionswerkstoffe Verwendung finden, die möglichst wenig Neutronen absorbieren. Für die federnden Anlageelemente kommen neutronenphysikalisch günstige Legierungen, wie z.B. Zirkonlegierungen, nicht infrage, sondern nur z.B. Inconel, hochlegier te ^c 3-Ihle usw. Da diese federnden Materialien jedoch einen wesentlich höheren Neutroneneinfang-

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querschnitt gegenüber den Zirkonlegierungen besitzen, sollten diese in möglichst nur geringer Menge Verwendung finden.

Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Abstandshaltergitter zu entwerfen, das neben einfachem Aufbau und möglichst einheitlicher Herstellbarkeit auch einen möglichst geringen Anteil von Materialien höherer Neutronenabsorptionsfähigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das federnde Anlageelement aus einem schmalen gewellten Band federelastischen Materials besteht, das an seinem oberen und unteren Ende jeweils seitlich gegenläufig abstehende rechteckige Flächen besitzt, die von der Ebene dieser Enden gegenläufig, der Stegdicke entsprechend stufenförmig, abgebogen ist und jeweils zwei dieser Anlageelemente beiderseits einer Maschenwand angeordnet und in dieser durch seitliches Einhängen dieser Flächen in rechtwinklige Ausnehmungen der Wand im Sinne einer gegenseitigen Halterung befestigt sind. Bei dieser Konstruktion ist es also möglich, die eigentlichen Abstandshaltergitterstege aus einer neutronenphysikalisch günstigen Zirkonlegierung zu fertigen und nur die eigentlichen federnden Anlageelemente aus z.B. Inconel. Bei dieser Konstruktion stehen sich je Abstandshaltermasche federnde und starre Anlageelemente gegenüber, wobei die starren Anlageelemente in an sich bekannter Weise aus den die Wandung dieser Maschen bildenden Stegteilen ausgeformt sind. Die federnden Anlageelemente sind dabei sehr materialsparend gehalten, sie bestehen aus dem eigentlichen federnden Teil, der an den Brennstäben anliegt sowie zwei an den Enden desselben angebrachten seitlichen kleinen Flächen, die sich gegenüber der Maschenwand abstützen und in Verbindung mit dem in die benachbarte Maschenwand hineinragenden Federelement eine gegenseitige Halterung bewirken. Metallurgische Verbindungen sind nicht notwendig, desgleichen auch keine weiteren Verbindungshilfsmittel.

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In den Fig. 1-7 ist nun ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung näher dargestellt und erläutert. Die Fig. 1 zeigt die Draufsicht auf einen Ausschnitt eines Abstandshaltergitters, das in bekannter Weise aus hochkant angeordneten und sich durchdringenden Blechstegen 1 und 2 besteht. Aus diesen Blechstegen sind starre Noppen 4 ausgeformt und federnde Anlageelemente 3 eingesetzt bzw. eingehängt. Die Gitterstege 1 und 2 sind villig gleich aufgebaut, es wird also nur ein einziges Werkzeug benötigt.

In Fig. 2 ist ein solcher Steg in Seitenansicht dargestellt, er ist mit Schlitzen 12 versehen, mit deren Hilfe die Stege 1 und 2 ineinander gesteckt werden können und damit die eigentlichen Abstandshaltermaschen bilden. Eine Maschenwandung erstreckt sich also stets zwischen zwei derartigen Schlitzen 12. Für den Einsatz der federnden Anlageelemente ist die eine Maschenwand mit rechteckigen Ausnehmungen 5 und 6 versehen. Zwischen diesen kann eine weitere fensterartige Ausnehmung 7 vorgesehen sein, sie dient der besseren Durchmischung des Kühlmittels sowie zur Materialeinsparung. In der benachbarten Masche sind dagegen starre Abstandshalternoppen 8 und 9 ausgeformt, siehe auch Fig. 5.

Das federnde Anlageelement 10 besteht gemäß Flg. 3a aus dem gewellten Teil a, das die eigentliche Feder bildet und den Einhängefahnen b und c. Diese sind entlang der angedeuteten Linien stufenweise abgeknickt und werden entsprechend Fig. 3 in die Durchbrechungen 5 und 6 eingehängt.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt entlang der Linie IV - IV von Fig. 3, aus der zunächst die Wellung der beiden federnden Anlageelemente 10 zu ersehen ist sowie deren Halterung durch die Flächen b und c.

Der gegenseitige Halterungsmechanismus der Anlagefedern 10 geht aus den Flg. 6 und 7 hervor, die jeweils einen Schnitt entlang der Linien VI - VI und VII - VII von Fig. 3 darstellen. Hieraus

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ist zu entnehmen, daß die Stegwand bzw, Maschenwand von jeweils einer Fläche b bzw. c der beiden federnden Anlageelemente 10 gefaßt ist und durch die gegenläufige Ausbildung dieser Flächen eine gegenseitige Halterung der Anlageelemente 10 über die zwischen ihnen eingeklemmte Maschenwand bewerkstelligt ist. Ohne gewaltsame Deformation einer der beiden Federn ist eine Lösung dieses Verbundes beim zusammengebauten Brennelement, wenn also jeder Maschenraum durch einen Brennstab besetzt ist, nicht möglich* Durch axiale und senkrecht dazu gerichtete Kräfte ist auch bei leerem Abstandshaltergitter ein Lösen der Federn nicht möglich, für eine Demontage müßten diese herausgedreht werden. Ein Zusammenfügen läßt sich jedoch in Anbetracht der federnden Eigenschaften des Bandes 10 ohne Schwierigkeiten bewerkstelligen. Die Stufung der Teile b und c des federnden Anlageelementes 10 wird dabei nur in der Größenordnung der Wanddicke des Steges 1 bzw. 2 gehalten, so daß die Federn nicht lose sitzen, sondern einen Klemmsitz gegenüber den Maschenstegen 1/2 aufweisen.

Die festen Anlagenoppen sind entsprechend Fig. 5 in diesem Beispiel durch Schlitzung und entsprechende Ausprägung der Maschenwand hergestellt. Selbstverständlich können auch andere Methoden und andere Noppenformen vorgesehen sein. Auch wäre es möglich, zusätzlich oberhalb und unterhalb der federnden Anlageelemente starre Noppen vorzusehen und damit den Federweg der federnden Anlageelemente 10 bei stärker auftretenden seitlichen Kräften durch die Brennstäbe zu begrenzen. Diese würden nämlich dann an den ober- und unterhalb angeordneten starren Anlagenoppen anliegen und keine Kräfte mehr an die Federteile 10 übertragen. Dieser Gesichtspunkt kann Bedeutung gewinnen für Kernreaktoranlagen, die beispielsweise in stark erdbebengefährdeten Gegenden aufgestellt werden müssen und in denen unter Umständen mit dem plötzlichen Auftreten horizontaler Kräfte gerechnet werden muß.

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Die Federeigenschaften des Bereiches a des Anlageelementes 10 können selbstverständlich in bekannter Weise durch die besondere Formgebung der Wellung, der Materialdicke und der Breite des Elementes eingestellt werden, dies sind jedoch Dinge, die sich für den jeweiligen Anwendungsfall durch Versuche ohne Schwierigkeiten ermitteln lassen.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß sich evtl. durch eine Verwindung der Flächen b und c der federnden Teile 10 zusätzliche Verwirbelungen des strömenden Kühlmittels und damit eine Verbesserung der Kühlwirkung erzielen lassen.

3 Patentansprüche
7 Figuren

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

\1J Abstandshaltergitter für die Brennelemente wassergekühlter Kernreaktoren, bestehend aus sich rechtwinklig kreuzenden Blechstegen :nit starren ausgeformten Anlagenoppen und eingesetzten federnden Aralageeleaenten, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Anlageelement (10) aus einem schmalen gewellten Band federelastischen Materials besteht, das an seinem oberen und unteren Ende jeweils eine seitlich gegenläufig abstehende rechteckige Fläche (b) und <c) besitzt, die von der Ebene dieser Enden gegenläufig, der Stegdicke entsprechend stufenförmig, abgebogen ist und jeweils zwei dieser Anlageelemente (10) beiderseits einer Maschenwand (1 bzw. 2) angeordnet und in dieser durch seitliches Einhängen dieser Flächen in rechtwinklige Ausnehmungen (5 und 6) der Wand im Sinne einer gegenseitigen Halterung befestigt sind.
2. Abstandehaltergitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschenwand (1 bzw. 2) zwischen den Ausnehmungen (5 und 6) für die Befestigung der federnden Anlageelemente (10) mit einer fensterförmigen Ausnehmung (7) versehen ist.
3. Abstandshaltergitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (1 und 2) des Abstandshaltergitters alle gleich ausgebildet sind und darauf angebrachte federnde (10) und starre Anlageelemente (8 und 9) je Maschenwandbereich einander abwechseln und der Zusammenbau zum Abstandshaltergitter so vorgesehen ist, daß gegenüberliegende Maschenwände abwechselnd mit starren und federnden Anlageelementen ausgerüstet sind.

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