DE2703885C2

DE2703885C2 - Verriegelbare Halterung für Kernbrennstoffbündel

Info

Publication number: DE2703885C2
Application number: DE2703885A
Authority: DE
Inventors: Barney S. Flora; Kenneth L. Richland Wash. Ford; John W. Long
Original assignee: Exxon Nuclear Co Inc Bellevue Wash; Exxon Nuclear Co Inc
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-02-23
Filing date: 1977-01-31
Publication date: 1986-10-16
Also published as: CA1079420A; SE7701956L; JPS52102987A; SE416686B; US4064004A; FR2341917A1; IT1102302B; GB1550541A; DE2703885A1; ES455941A1; FR2341917B1; BE851670A

Description

— daß an dem oberen Ende der Haltestäbe (20) eine Stützeinrichtung (27) zur Unterstützung der oberen Halteplatte (14) befestigt ist, und

— daß zwischen der Stützeinrichtung (27) und dem Verriegelungsring (42) ein Haltering (36) mit einem Ringkörper und mit sich radial nach außen erstreckenden Haltenasen (40) angeordnet ist, wobei die Haltenasen (40) längs der Achse des Haltestabes über den Ringkörper (37) hinausragen und wobei dieser Haitering mit Haltenasen durch die Öffnungen (30) mit Führungsschlitzen (32) hindurchpaßt, und

— daß der Haltering (36) durch Federdruck an dem Verriegelungsring (42) anliegt, und

— daß der Verriegelungsring (42) in der zweiten Drehstellung zum Festhalten der oberen Halteplatte (14) durch den Haltering (36) dadurch gesichert wird, daß dessen Ringkörper (37) unmittelbar am Verriegelungsring anliegt, und daß die Haltenasen (40) teilweise aus den Führungsschlitzen der öffnungen (30) herausragen und sich teilweise noch in diesen Schlitzen (32) befinden.

2. Kernbrennstoffbündel nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Haltenasen (40) im wesentlichen die Querschnittsform der Führungsschlitze (32) innerhalb der Halteplatte (14) besitzen.

3. Kernbrennstoff bündel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Stützeinrichtung (27) ein umlaufender Randwulst (23) aufliegt, der den Haltestab innerhalb der öffnung (30) der Halteplatte (40) zentriert.

4. Kernbrennstoffbündel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Randwulst (23) einen Anschlag (24) aufweist, dessen Form im wesentlichen der Qiierschnittsform der Fiihrungssschlitze (32) entspricht und mit diesen zum Eingriff bringbar ist.

5. Kernbrennstoffbündel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsnasen (46) auf ihrer Unterseite sich radial nach außen erstreckende Kerben (44) aufweisen, während die Haltenasen (40) Vorsprünge (38) tragen, die sich radial nach außen erstrecken und in die

Kerben (44) passen.

6. Kernbrennstoffbündel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Stützeinrichtung (27) für die Halteplatte (14) aus einem Absatz am oberen Ende des Haltestabes (20) besteht.

Die Erfindung betrifft ein Kernbrennstoffbündel mit einer unteren und einer oberen Halteplatte, die durch mehrere Haltestäbe verbunden sind, wobei die Haltestäbe mit ihren unteren Enden an der unteren Halteplatte befestigt sind und an ihrem oberen Ende eine durch öffnungen in der oberen Halteplatte hindurchgreifende Verriegelungseinrichtung aufweisen, mittels der die Haltestäbe lösbar mit der oberen Halteplatte verbunden sind, wobei die Verriegelungseinrichtung jeweils am oberen Ende der Haltestäbe befestigte, um die Achse der Haltestäbe drehbare Verriegelungsringe mit sich radial nach außen erstreckenden Verriegelungsnasen umfaßt, die in einer ersten Drehstellung der Verriegelungsringe durch die mit entsprechenden, durchgehen-

den Führungsschlitzen versehenen öffnungen in der oberen Halteplatte hindurchpassen und in einer zweiten, gegen Verdrehung gesicherten Drehstellung die obere Halteplatte festhalten.

Ein derartiges Kernbrennstoffbündel ist aus der DE-OS 24 35 584 bekannt. Der Aufbau dieses Kernbrennstoffbündels hat sich als äußerst sicher erwiesen, wobei eine Montage sowie eine Demontage mittels Fernwerkzeugen möglich ist. Ein gravierender Nachteil ist jedoch darin zu sehen, daß bei der Montage bzw. der Demontage zunächst die obere Halteplatte gegen den Druck aller Federn abgedrückt werden muß, um die Verriegelungsnasen aus der Arretierstellung zu befreien bzw. auf diese auszurichten. Einerseits kann der hierfür erforderliche Druck beachtlich sein, während andererseits auch in unerwünschter Weise sämtliche Verriegelungen gleichzeitig freigegeben werden.

Aus der DE-OS 23 08 800 ist ein Kernbrennstoffbündel bekannt, bei welchem am oberen Ende der Haltestäbe in einer umlaufenden Nut Spaltfederringe vorgesehen sind, die durch die in der oberen Halteplatte angeordneten Öffnungen radial zusammengepreßt werden und nach ihrer Freigabe aus den öffnungen die obere Halteplatte hintergreifen. Hierfür ist jedoch bei der Montage der Haltepiatte ein erheblicher axialer Druck aufzubringen, um alle Spaltfederringe gleichzeitig radial zusammenzupressen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Kernbrennstoffbündel der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß mittels ein fernbedienbaren Werkzeuges die Halterung einzelner Haltestäbe lösbar ist, ohne daß es erforderlich ist, durch eine Axialverschiebung der Halteplatte gegen den Druck aller Federn die Verriegelungsnasen aus der Verriegelungsstellung zu lösen.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung

κη durch die im kennzeichnenden Teil des Hauntansnruches angegebenen Merkmale, wobei hinsichtlich bevorzugter Ausführungsformen auf die Merkmale der Unteransprüche verwiesen wird.
Nach der Erfindung ist an dem oberen Ende der HaI-testäbe eine Stützeinrichtung zur Unterstützung der oberen Halteplatte befestigt, und zwischen der Stützeinrichtung und dem Verriegelungsring ist ein Haltering mit einem Ringkörper und mit sich radial nach außen

erstreckenden Haltenasen angeordnet, wobei die Haltenasen längs der Achse des Haltestabes über den Ring-Vörper hinausragen und wobei dieser Haltering mit Haltenasen durch die Öffnungen mit Führungsschlitzen hindurchpaßt, während der Haltering durch Federdruck an dem Verriegelungsring anliegt, und der Verriegelung in der zweiten Drehstellung zum Festhalien der oberen Halteplatte durch den Haltering dadurch gesichert wird, daß dessen Ringkörper unmittelbar am Verriegelungsring anliegt, wobei die Haltenasen teilweise aus den Führungsschlitten der Öffnungen herausragen und sich teilweise noch in diesen Schlitzen befinden.

Durch diese Ausgestaltung ist nach wie vor eine sichere Halterung durch die einzelnen Haltestäbe gegeben, während die Verriegelung individuell einzelner Stäbe gelöst werden kann, indem durch die Drehung des Verriegelungsringes die Verriegelungsnasen auf die Schlitze bzw. die Haltenasen des Halleringes ausgerichtet werden.

Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung sollen nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Zunächst folgt eine Kurzbeschreibung der einzelnen Figuren. F i g. 1 ist eine Ansicht eines Brennstoffbündels, Fig.2 ist ein senkrechter Schnitt durch Fig. 1, der einen erfindungsgemäß eingebauten Haltestab zeigt,

F i g. 3 ist eine auseinandergenommene, perspektivische Ansicht eines Endes eines Haltestabes zusammen mit dem Aufbau, um den Haltestab innerhalb des Bündels an Ort und Stelle zu halten,

F i g. 4 zeigt in Seitenansicht teilweise im Schnitt die Halteanordnung für den Haltestab in der Verriegelungsstellung gemeinsam mit einem Teil des Werkzeuges zum Auseinandernehmen,

F i g. 5 zeigt das gleiche wie F i g. 4 mit dem Unterschied, daß das Werkzeug zum Auseinandernehmen die Festhaltebuchse hinabgedrückt hat, um die Verriegelungsnase in die Freigabestellung zu drehen,

Fig.6 zeigt das gleiche wie Fig.5 mit dem Unterschied, daß die Verriegelungsnase in die Freigabestellung gedreht ist,

F i g. 7 zeigt eine Draufsicht der in F i g. 4 dargestellten Halteanordnung,

Fig.8 zeigt einen Schnitt längs der Linie 8-8 in Fig. 6,

F i g. 9 ist eine weitere Ausführungsform des Haltestabes mit einer Stützvorrichtung der oberen Platte.

Innerhalb der Zeichnungen bedeuten gleiche Bezugszeichen gleiche Teile.

In F i g. 1 ist eine Gesamtansicht eines Teils eines zusammengebauten Kernbrennstoffbündels 10 dargestellt. Die Brennstoffstäbe 16 befinden sich in paralleler Anordnung zwischen einer unteren Halteplatte 12 und einer oberen Halteplatte 14. Sie enthalten Kernbrennstoff, der während des Leistungsbetriebs des Reaktors verbraucht wird, wobei Hitze entsteht, die auf das zwisehen den Stäben 16 hindurchströmende Wasser übertragen wird. Die Brennstoffstäbe 16 sind zwischen den Halteplatten 12 und 14 aufgehängt und können in ihrer seitlichen Bewegung durch Abstandshalter 18 begrenzt sein. Das Brennstoffbündel wird durch eine Mehrzahl von innerhalb des Bündels verteilten Haltestäben 20 zusammengehalten, die in verschiedener Weise gesichertsind.

Es ist jedoch von Vorteil, die Haltestäbe 20 derart an der oberen Halteplatte zu befestigen, daß die Bündel leicht auseinandergenommen werden können, um nach dem Leistungsbetrieb des Kernreaktors, das stark radioaktive Bündel leicht fernbedient zerlegen zu können. Wie aus Fig.2 ersichtlich, ist das untere Ende des Haltestabes 20 in üblicher Weise, beispielsweise mit Hilfe einer Schraube, an der unteren Halteplatte 12 befestigt, die für gewöhnlich nach dem anfänglichen Zusammenbau nicht entfernt zu werden braucht Wenn die Brennstoffstäbe 16 entfernt werden sollen, wird die obere Halteplatte 14 herausgenommen. Demnach muß die Verriegelung der Haltestäbe 20 an der oberen Haltern platte 14 eine sichere Halterung gewährleisten; sie muß aber gleichzeitig ein leichtes Auseinandernehmen durch aus der Ferne wirkende Werkzeuge gestatten. Das Auseinandernehmen geschieht fernbedient, während sich das Bündel unter Wasser befindet

In F i g. 3 ist eine Ausführungsform eines Haltestabes 20 dargestellt, der aus einem festen Rundstab 26 besteht, welcher ein Ende 21 eines Stehbolzens 22 aufnimmt, dessen Durchmesser geringer ist als der Maximaldurchmesser des Stabes 26. Der Stehbolzen ist in eine Bohrung eingeschraubt, die am oberen Ende des Stabes 26 vorgesehen ist. In ein seitliches Loch ist ein Stift 28 radial eingesetzt, der durch den Stab 26 und das Ende 21 des in den Stab 26 eingeschraubten Bolzens hindurchgeht und diesen mindestens verriegelt. Eine Randwulst 23 umgibt den Bolzen 22 an der Stoßstelle des Bolzens 22 und des Stabes 26. Da der Stab 26 einen Maximaldurchmesser aufweist, der größer ist als die rings um den Bolzen 22 angebrachte Randwulst 23, entsteht ein Absatz 27, der aus der Oberfläche des Stabes 26, die den Bolzen radial umgibt, am Bolzenende besteht. Dieser Absatz 27 bildet einen Sitz für die obere Halteplatte 14, wie am besten aus F i g. 4 ersichtlich ist. Der über die Randwulst 23 nach oben ragende Teil des Bolzens 22 dient als Achse, an deren Umfang die übrigen Teile der Haltevorrichtung befestigt sind. Am Umfang der Randwulst 23 können ein oder mehrere Anschläge 24 angebracht sein, die sich nach außen erstrecken. Die Halteplatte 14 ist mit Bohrungen 30 ausgestattet, die der Zahl der Haltestäbe in dem betreffenden Kernbrennstoffbündel entsprechen und durch die die Bolzen 22 hindurchragen. Die Bohrungen 30 sind mit diametral gegenüberliegenden, sich radial nach außen erstreckenden Führungsschlitzen 32 versehen, die durch die ganze Halteplatte hindurchgehen, um ein Hindurchtreten der Verriegelungsnasen 46 und der Haltenasen 40 zu gestatten. Die Führungsschlitze 32 stehen (vergl. F i g. 4) mit den gegebenenfalls vorhandenen Anschlägen 24 im Eingriff, die der Verbindung zwischen der oberen Halteplatte und dem Haltestab entsprechende Drehfestigkeit verleihen. Der Bolzen ist innerhalb der Bohrung 30 durch die Randwulst 23 zentriert. Die Randwulst 23 hat einen etwas geringeren Durchmesser als die Bohrung 30 und paßt somit in diese. Über dem Bolzen 22 des Haltestabes, der durch die Bohrung 30 hindurchragt, liegt eine Schraubenfeder 34, die sich auf die Randwulst 23 abstützt. Am anderen Ende der Feder befindet sich ein beweglich montierter Haltering 36 und über diesem ein Verriegelungsring 42, der ebenfalls frei beweglich am Bolzen 22 sitzt. Beide Ringe werden gegen die Wirkung der Feder durch ein Halslager oder eine Stellmutier 48 an Ort und Stelle gehalten, die ihrerseits am Ende des Bolzens 22 aufgeschraubt oder hiermit verschweißt ist. Der Verriegelungsring 42 besteht aus einem Ringteil 43 und Verriegelungsnasen 46, die sich radial nach außen erstrecken und derart geformt sind, daß der Verriegelungsring 42 leicht durch die Bohrung 30 und die Führungsschlitze 32 hindurchgleiten kann. Der Körper 43 des Verriegelungsrings hat einen geringeren Durchmes-

ser als die Bohrung 30. An der Unterseite jeder Nase 46 befindet sich eine nach unten offene V- oder U-förmige Kerbe 44. Der Haltering 36 hat im wesentlichen die gleiche Form wie der Verriegelungsring einschließlich seines Ringteils 37 und der Nasen 40. Indessen ragen die Haltenasen 40 nach oben über den Ringkörper 37 des Halteringes 36 hinaus, und die inneren Radialflächen 39 dieser Vorsprünge der Nasen befinden sich in einem Abstand, der etwas größer ist als der Außendurchmesser des Körpers 43 vom Verriegelungsring 42. An der Oberseite jeder Haltenase 40 befindet sich ein V- oder U-förmiger Vorsprung 38, der in die entsprechende Kerbe 44 der unteren Fläche jeder Verriegelungsnase 46 paßt.

Fig.9 zeigt eine andere Ausführungsform der An-Ordnung des Hakestabes und der Abstützung der oberen Halteplatte. Anstatt dem Absatz 27 besteht die Plattenabstützung aus Nasen 50, die ein Stück mit einer Hülse 52 bilden, die über dem Führungsrohr 54 sitzt Die Nasen 50 erstrecken sich von der Hülse 52, die am Führungsrohr 54 befestigt ist, radial nach außen. Das Führungsrohr ragt durch die Hülse 52 hindurch und dient als Achse, um die übrigen Teile der Haltevorrichtung zu tragen.

Der ursprüngliche Aufbau oder die Zusammensetzung geschieht wie folgt: Der Absatz 27 gemäß F i g. 3 wird axial in einer geeigneten Drehstellung angeordnet, so daß die Anschläge 24 (F i g. 3) der Haltestäbe mit den Schlitzen 32 der oberen Halteplatte 14 zum Eingriff kommen können. Die Halteplatte wird dann aufgesetzt, wobei die Anschläge in die Führungsschlitze 32 eingreifen. Die Randleiste 23 paßt in die Bohrung 30 und zentriert den Bolzen 22 innerhalb der Bohrung. Die Feder 34 wird in die Bohrung 30 und um den Boizen 22 eingelegt, worauf der Haltering 36 und der Verriegelungsring 42 folgen. Die Stellmutter 48 wird dann am Ende des Bolzens befestigt Die Ringe 36 und 42 werden so gestellt, daß die Haltenasen 40 mit den Schlitzen 32 in einer Reihe stehen, während der Körper 43 des Verriegelungsrings 42 auf dem Körper 37 des Halterings 36 derart ruht daß die Verriegelungsnasen 46 um 90° gegenüber den Haltenasen 40 gedreht sind, so daß die Nasenanordnung, von oben gesehen (vergl. F i g. 7) ein Kreuz bildet Die Stellmutter 48 wird dann nach unten geschraubt bis die Verriegelungsnasen 46 fest auf der Oberseite der Platte 14 gleiten. Die Mutter 48 kann nun in ihrer Stellung festgeschweißt werden. Stattdessen kann das Halslager auch durch ein Führungsrohr gesichert werden, indem man das Ende des Führungsrohrs, nachdem das Halslager in Stellung gebracht ist aufweitet um einen dichten Gleitkontakt zwischen den Verriegelungsnasen 46 und der Oberseite der Platte 14 zu schaffen. Die Halteplatte 14 sitzt nun fest an Ort und Stelle. Die Haltenasen 40 befinden sich teilweise innerhalb der Führungsschlitze 32 und teilweise oberhalb der Halteplatte 14. Auf diese Weise wird eine zufällige Drehung des Verriegelungsrings 42 in die Freigabestellung verhindert F i g. 4 zeigt am besten die Anordnung in der Haltestellung.

Zur Entfernung der oberen Halteplatte 14 wird ein Werkzeug 56 verwendet Die F i g. 4,5 und 6 zeigen die Anwendung des Werkzeuges auf die zusammengebaute Anlage in der Haltestellung. Das Werkzeug besteht aus einem hohlen Zylinder, der eine untere Ringfläche 60 besitzt die von Axialschlitzen 58 unterbrochen ist, welehe den Stellungen der Verriegelungsnasen 46 entsprechen. Das Werkzeug wird mit seiner Ringfläche 60 so aufgesetzt daß es auf den Vorsprüngen 38 der Haltenasen 40 ruht, während die Schlitze 58 von oben über die Verriegelungsnasen 46 hinübergreifen. Durch Anwendung von Druck auf das Werkzeug, dessen Fläche 60 auf den Vorsprüngen 38 ruht, wird der Haltering 36 gegen die Wirkung der Feder 34 nach unten gedrückt (vergl. F i g. 5). Ein nicht dargestellter Handgriff wird nun dazu verwendet, um das Werkzeug um die Achse des Haltestabes zu drehen, wobei die Verriegelungsnasen 46, die von den Schützen 58 umfaßt sind, so weit gedreht werden, bis die Vorsprünge 38 in die Kerben 44 eingreifen (vergl. F i g. 6 und 8). Die Verriegelungsnasen 46 und die Führungsschlitze 32 befinden sich nun in gleicher Stellung und werden in dieser gehalten. Die vorstehende Maßnahme wird bei jedem Haltestab oder Rohr wiederholt, worauf die obere Halteplatte von der Anordnung abgehoben werden kann.

Um die obere Halteplatte auf die Brennstabanordnung wieder aufzusetzen, werden die Nasen 46 und 40, die bei jedem Haltestab durch den Eingriff der Kerben 44 und der Vorsprünge 38 in Stellung gehalten werden, mit den Anschlägen 24 in die gleiche Stellung gebracht. Die Platte kann nun leicht aufgesetzt werden, da alle Nasen sich in einer Stellung befinden, in der sie in die entsprechenden Führungsschlitze 32 eingreifen.

Wenn die gegebenenfalls vorhandenen Anschläge 24 nicht verwendet werden, dreht man die Nasen 46 und 40 mit Hilfe des Werkzeuges 56 derart, daß sie annähernd in der gleichen Richtung mit den Schlitzen 32 liegen. Die gebogenen Flächen 47 auf der Oberseite der Verriegelungsnasen 46, die den Führungsschlitzen 32 gegenüberstehen, zwingen die Nasen 46 und 40 in die Gleichstellung, wenn die Befestigungsplatte 14 aufgesetzt wird. Unter Verwendung des Werkzeuges 56 werden nun die Verriegelungsringe 42 vm etwa 90° gedreht. Die Hebewirkung zwischen den Kerben 44 und den Vorsprüngen 38 drückt die Feder 34 etwas nach unten und gestattet auf diese Weise die Drehung. Wenn das Werkzeug entfernt ist, wird der Haltering 46 durch die Feder 34 nach oben gedruckt, und die Haltenasen 40 greifen in die Schlitze 32 ein, was, ebenso wie oben beschrieben, eine zufällige Drehung des Verschlußrings 42 in die Freigabestellung verhindert (vergl. F i g. 4).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kernbrennstoffbündel mit einer unteren und einer oberen Halteplatte, die durch mehrere Haltestäbe verbunden sind, wobei die Haltestäbe mit ihren unteren Enden an der unteren Halteplatte befestigt sind und an ihrem oberen Ende eine durch Öffnungen in der oberen Halteplatte hindurchgreifende Verriegelungseinrichtung aufweisen, mittels der die Haltestäbe lösbar mit der oberen Halteplatte verbunden sind, wobei die Verriegelungseinrichtung jeweils am oberen Ende der Haltestäbe befestigte, um die Achse der Haltestäbe drehbare Verriegelungsringe mit sich radial nach außen erstreckenden Verriegelungsnasen umfaßt, die in einer ersten Drehstellung der Verriegelungsringe durch die mit entsprechenden, durchgehenden Führungsschlitze versehenen öffnungen in der oberen Haltepiatte hindurchpassen und in einer zweiten, gegen Verdrehung gesicherten Drehstellung die obere Halteplatte festhalten, dadurchgekennzeichnet,