DE2659634C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Abstandsgitter für Brennelement­ bündel eines Kernreaktors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Abstandsgitter zeigt die DE-OS 23 45 878. Die oberhalb und unterhalb der gewellten Federbänder ange­ ordneten starren Vorsprünge sind dabei durch Schlitze begrenzt, die senkrecht zu den gewellten Federbändern stehen, wodurch die Bleche mit den gewellten Bändern über einen Bereich von geringem mechanischem Widerstand ver­ bunden sind. Die gewählte Formgebung der Federbänder ver­ ursacht jedoch bei schwankendem Durchbiegungshub eine starke Änderung des Anlagedruckes an den Brennstäben.

Die DE-OS 18 14 297 betrifft ein Abstandsgitter mit Federelementen für ein Bündel von Kernbrennstoffstäben. Die dabei verwen­ deten Plattenfedern haben eine nicht lineare Federkenn­ linie. Die Druckkraft der Feder steigt zunächst beim Zusammendrücken an und bleibt dann über einen bestimmten Bereich konstant oder sie nimmt ab. Dadurch soll es ermöglicht werden, innerhalb bestimmter Grenzen alle zylindrischen Rohre mit gleicher Druckkraft zu beaufschlagen.

Die DE-PS 19 33 319 zeigt eine Ausführung, bei der die Bleche des Abstandsgitters mit weiten Ausnehmungen durch­ brochen sind. Die Ausnehmungen sind durch gerade gewellte Federbänder voneinander getrennt, die zur Innen- und/oder Außenseite der Zellen überstehen und in Verbin­ dung mit weiteren gewellten Bändern oder mit in den vollen Teilen der Bleche ausgebildeten Vorsprüngen eine Reihe von Anlagepunkten für jeden Brennstab bei dessen Durch­ querung jeder Zelle bilden. Durch das Vorsehen von gewellten geraden Bändern gewährleistet das in Berührung mit dem Brennelementbündel zirkulierende Kühlmittel eine wirksame Kühlung der Brennstäbe. Überdies ermöglichen die Form und die Anordnung der gewellten Bänder sowie der Anlage­ vorsprünge eine wirksame Aufnahme der Schwingungen und der Dehnungen im Verlauf des Betriebs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abstands­ gitter für Brennelementbündel der eingangs geschilderten Art dahingehend zu verbessern, daß die gewellten Federbänder eine ausreichende Anlagekraft an den Brennstäben aufweisen, die sich selbst bei einem stark schwankenden Durchbiegungshub nur wenig ändert.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Anspruch 1 angeführten Merkmale.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Feder­ bänder selbst ist im Anspruch 2 angegeben.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Abstandsgitter wird eine weitgehend flache Federkennlinie erzielt, die es gestattet, die Brennstäbe mit einer ausreichenden Anlage­ kraft so zu halten, daß keine durch Schwingungen oder zu starkes Klemmen verursachter Verschleiß auftreten kann, wobei gleichzeitig ein Ausgleich der Herstellungstoleranzen an den Durchmessern der Brennstäbe und den Zellen der Abstandsgitter erfolgen kann. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen läßt sich die Elastizität der Federn erhöhen, ohne den Abstand der Bleche der Abstandsgitter beeinflussen zu müssen.

In den Zeichnungen sind zunächst bekannte Ausführungen von Abstandsgittern dargestellt. Weiter sind verschiedene Ausführungsbeispiele von Abstandsgittern mit den erfindungsgemäßen Merkmalen dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise Schrägansicht eines bekannten Abstandsgitters;

Fig. 2 einen Querschnitt eines gewellten Bands des Abstandsgitters von Fig. 1;

Fig. 3 bis 5 Schrägansichten verschiedener Ausführungs­ varianten von Blechen und gewellten Federbändern nach der Erfindung;

Fig. 6 Kurven der Veränderung des Berührungsdrucks in Abhängigkeit von der Durchbiegung von bei den Lösungen nach Fig. 3 bis 5 ver­ wendeten Federn.

In Fig. 1 weist ein an sich bekanntes Abstandsgitter zwei Reihen von parallelen Blechen 2 bzw. 3 auf, die so zueinander senkrecht verlaufen, daß zwischen ihnen Zellen A mit etwa quadratischem Querschnitt gebildet werden, die für den Durchtritt von nicht gezeigten umhüllten Brennstäben eines Brennelementbündels für einen Kernreaktor, insbesondere für einen Leichtwasserreaktor, vorgesehen sind. Die beiden Reihen von zueinander senkrechten Blechen 2 und 3 sind beispiels­ weise mit Hilfe von über die Längserstreckung dieser Bleche verteilten geraden Schlitzen ineinandergefügt und außerdem an einem äußeren Rahmen befestigt, dessen in der Zeichnung sichtbaren beiden Seiten mit 2 a bzw. 3 a bezeichnet sind.

Zur Gewährleistung des Halts der Brennstäbe in den Zellen A des Abstandsgitters weisen die Bleche 2 und 3 in ihrem Mittelteil große Ausnehmungen 4 auf, die durch gewellte Federbänder 5 voneinander getrennt sind, die wenigstens einen überstehenden Teil 6 aufweisen, der im Innenraum der gegenüberliegenden Zelle gerichtet ist. Diese überstehenden Teile 6 der gewellten Bänder 5 sind zur Anlage der Brennstäbe an Vorsprünge 7 bzw. 8 vorgesehen, von denen zur Verein­ fachung nur einige in der Zeichnung erscheinen. Diese Vorsprünge sind in den oberen und unteren Teilen der Bleche 2 und 3 ausgebildet. Der Schnitt von Fig. 2 zeigt das Profil und die relative Anordnung der Vorsprünge 7 und 8 und des gewellten Bands 5 in einem beliebigen Blech 2 des Abstandsgitters.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind die gewellten Federbänder 5 so quer über die Bleche 2 und 3 des Abstandsgitters ausgebildet, daß sie die Vorsprünge 7 und 8 unmittelbar umfassen. Durch diese Lösung sind die Vorsprünge, auf denen sich die Brennstäbe jeder Zelle abstützen, nicht mehr fest. Daraus ergibt sich eine Abhängig­ keit der Zellen untereinander, da eine höhere Kraft an einem beliebigen eine Feder bildenden gewellten Band auf die Vorsprünge der im Abstandsgitter benachbarten Zelle usw. zurückwirkt unter Herstellung eines Gleichgewichts der Kräfte an den durch die Anordnung des Abstandsgitters verlaufenden Brennstäben.

Bei einer weiteren Variante weisen die gewellten Federbänder des Abstandsgitters ihrerseits so ausgebildete Ausnehmungen auf, daß diese in diesen Federbändern Anlagezungen begrenzen, die gegenüber diesen Bändern eine Elastizität aufweisen. Diese Federbänder verwirklichen daher eine Vereinigung zweier Anordnungen von Federn, deren Wirkungen auf die das Abstands­ gitter durchquerenden Brennstäbe sich überlagern, wobei sich für ein und denselben Anlagedruck eine beträchtlich erhöhte Durchbiegung ergibt.

Die durch die gewellten Federbänder 5 untereinander verbundenen Bleche 2 oder 3 des Abstandsgitters in der der obigen Variante entsprechenden Fig. 4 weisen seitliche Schlitze 12 mit geeignetem Profil auf, die die Durchbiegung des Bands im Verbindungsbereich mit den Blechen des Abstands­ gitters verbessern. Bei dieser Ausführungsform weist jedes gewellte Federband seinerseits Ausnehmungen 13 auf, die beider­ seits des Mittelteils 6 jedes Bandes zwei Zungen 14 frei­ setzen, die an einem Ende elastisch mit dem Federband verbunden sind und deren Profil und Länge so bestimmt sind, daß die Zungen 14 sogar im Fall einer hohen, darauf wirkenden Kraft, nicht durch die Schlitze 13 hindurchtreten und dann völlig verschwinden können. Während des Einsetzens eines Brennstabs in jede Zelle A des Abstandsgitters übt der Brennstab auf die eine und dann auf die andere Zone 14 eine Kraft aus, die bei einer Zunahme zuerst die En­ den 14 a in Anlage am vollen Teil des Federbandes 5 bringt. Wenn die Kraft weiter zunimmt, erfolgt die Anlage des Brennstabes über den Mittelteil 6 und bewirkt dann die Durchbiegung des Federbandes 5 selbst. Die betrachtete Ausführungs­ form arbeitet somit mit zwei sich überlagernden elastischen Wirkungen und ermöglicht eine bessere Aufnahme der Kräfte an den Brennstäben insbesondere im Hinblick auf Schwingungen oder Verformungen im Verlauf des Gebrauchs.

Fig. 5 zeigt eine weitere Variante, die die Anordnungen der Beispiele nach Fig. 3 und 4 mit einer Verlängerung der gewellten Federbänder kombiniert, die an ihren Enden die Vorsprünge für eine Anlage in einer benachbarten Zelle des Abstandsgitters und die elastischen Zungen im Mittel­ teil dieser Federbänder tragen.

Die Anordnung der in Fig. 6 gezeigten Kurven stellt sche­ matisch Vergleichswerte für die Durchbiegungen dar für ein gegebenes Intervall von Berührungsdrücken von Federn an den Brennstäben des Brennelementbündels entsprechend dem praktischen Verwendungsbereich dieser Federn. Dieser Bereich ist in der Zeichnung durch die schraffierte Zone schematisch dargestellt. Die Kurve A ₁ entspricht einer bekannten Anlagefeder, wie sie zu Beginn der Beschreibung erwähnt wurde. Die Kurven B, C und D entsprechen den Va­ rianten der Fig. 3 bzw. 4. Es ist somit ersichtlich, daß sich beim Übergang von der einen zur anderen Variante die Durchbiegung bei ein und demselben Anlagedruck merklich erhöht. Die Prüfung dieser Kurven ermöglicht die Wahl der geeignetsten Ausführungsform unter Beachtung weiterer Parameter. Insbesondere weist die Kurve D der Ausführungs­ form von Fig. 4 zwei aufeinanderfolgende Äste D ₁ und D ₂ auf, die der Anlage der elastischen Zungen 14 einerseits und dann der Durchbiegung des gewellten Federbandes 5 anderer­ seits entsprechen. Es ist somit ersichtlich, daß sich um den Preis einer geringfügig komplizierteren praktischen Ausführungsform die Durchbiegung der Federn in hohem Maß verändern kann, ohne daß der Anlagedruck den vorgesehenen Anwendungsbereich verläßt. Daraus ergibt sich der Vorteil einer leichteren Einstellung des Drucks der Federn während des Betriebs des Abstandsgitters.

Bei der Ausführungsvariante nach Fig. 4 und 5, die trotz einer verringerten lichten Weite zwischen den Anlagen eine große Durchbiegung ermöglichen, ergibt sich überdies ein weiterer Vorteil aus der Möglichkeit einer Herstellung ohne zu enge Toleranzen im Gegensatz zu den einteiligen bisherigen Federn, bei denen die zulässige Durchbiegung in der Größenordnung von 0,4 mm für den Durchtritt eines Brennelements eine sehr genaue Herstellung und eine strenge Kontrolle ihrer Lage erfordert, was bei der industriellen Ausführung schwer zu beachten ist. Bei einem gemäß der Erfindung gewellten Federband weist die hergestellte Feder zwei gesonderte Teile auf, die durch einen Schnittvorgang und durch Biegen der Zungen im Federband selbst leicht herzu­ stellen sind. Diese Teile sind an der Mitte der Spannweite der Zungen angebaut, was bei Ausübung einer Belastung an einem gewellten Band eine Summierung der jeweiligen Durchbiegungen ermöglicht. Es ergibt sich eine Gesamtdurch­ biegung der Bänder und Zungen. Die Zungen fangen zuerst an sich durchzubiegen (Kurve D ₁ von Fig. 5), bis die Be­ rührung der Brennstäbe mit dem mittleren Vorsprung 6 erfolgt, wobei dann die Bänder allein ihre Durchbiegung fortsetzen (Kurve D ₂ von Fig. 6).

Claims (2)

1. Abstandsgitter für Brennelementbündel einen Kernreaktors, bestehend aus einem Gitter aus ineinandergefügten ebenen Blechen, die Zellen begrenzen, und aus einem die ineinan­ dergefügten Bleche umgebenden äußeren Rahmen, wobei in den Blechen große Ausnehmungen gewellte Feder­ bänder begrenzen, die zur Stützung von Brennstäben in die Zellen hineinragen und die mit den Blechen über einen Bereich von geringerem mechanischen Widerstand verbunden sind, der die Durchbiegung jedes Bandes erhöht, dadurch gekennzeichnet,

• - daß sich die gewellten Federbänder (5) in überstehenden Teilen fortsetzen, die für die Brennstäbe Anlagevor­ sprünge (7) bilden, und
• - daß in den Blechen (2, 3) in Richtung der Federbänder Schlitze (12) ausgebildet sind, welche die Anlagevor­ sprünge (7) seitlich begrenzen.

2. Abstandsgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die gewellten Bänder (5) Ausnehmungen (13) auf­ weisen, die Anlagezungen (14) begrenzen, die gegen­ über den Bändern (5) eine größere Elastizität auf­ weisen, und
• - daß die Anlagezungen (14) Enden (14 a) aufweisen, die unter der Wirkung einer darauf ausgeübten Kraft an den Bändern (5) anliegen.