DE2721869A1

DE2721869A1 - Stabhalterung fuer kernreaktor- brennelement

Info

Publication number: DE2721869A1
Application number: DE19772721869
Authority: DE
Inventors: Guenter Baschek; Georg Dipl Ing Bestenreiner
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1977-05-14
Filing date: 1977-05-14
Publication date: 1978-11-23
Also published as: GB1593578A; IT7823266A0; IT1095142B; BE866951A; FR2390806B1; IT1095143B; FR2390805A1; FR2390806A1; GB1593579A; FR2390805B1; BE866950A; IT7823267A0

Description

Stabhalterung für Kernreaktor-Brennelement

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kernreaktor-Brennelement mit einer Vielzahl von innerhalb eines Hüllkastens parallel zueinander angeordneten und gegenüber diesem fest gehalterten ßrennstäben. Die Brennstäbe solcher Brennelemente werden üblicherweise am unteren Ende in einer sogenannten Stabhalteplatte befestigt und können sich nach oben, dabei seitlich durch sogenannte Abstandshalter geführt, frei ausdehnen. Die nötige mechanische Festigkeit des Aufbaues und die Führung des an den Brennstäben entlang strömenden Kühlmittels wird durch den Hüllkasten gewährleistet. Eine unkomplizierte Ausbildung der Befestigung der Brennstäbe gegenüber dem Hüllkasten bringt nicht nur Vorteile beim Fertigen und Zusammensetzen dieser Teile sondern vor allem auch bei der späteren Demontage des verbrauchten Elementes, die bekanntlich der starken Strahlung wegen nur mit fernbedienten Werkzeugen durchzuführen ist. Bei der großen Anzahl der für die Beladung eines einzelnen Kernreaktors benötigten Brennelemente und den hohen, kostspieligen Qualitätsanforderungen an dieselben wirken sich bereits geringe Einsparungen bei der Fertigung und Montage der Einzelteile merklich auf die Gesamtkosten aus.

Für die Befestigung der Brennstäbe in der Stabhalteplatte sind bereits eine Vielzahl von Lösungsvorschlägen gemacht

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worden, so ζ. B. das Sichern des durch die Platte hindurchgesteckten Stabendes mittels einer auf dieses aufgeschraubten Mutter, die allerdings gegen ein Lösen während des Betriebes beispielsweise durch eine Punktschweißung gesichert werden muß oder durch eine elastische Ausbildung des Stabendes derart, daß sich die zum Zwecke des Durchführens durch die Stabhalteplattenbohrung zusammengedrückten Teile nach passieren derselben wieder spreizen und so den Brennstab sichern, wobei die Sperrwirkung der federnden Teile wie beim Einsetzen durch Druck, so beim Herausnehmen durch verstärkten Zug am entgegengesetzten Stabende überwunden werden kann (DT-OS 25 20 233, US-PS 3 945 885). Die Anwendung nennenswerter Schub- bzw. Zugkräfte, wie sie für die Montage bzw. Demontage derartiger Brennstäbe nötig ist, stößt jedoch wegen deren hohem Schlankheitsgrad und geringer Wandstärke auf Bedenken. Es sind auch Befestigungen bekannt, bei denen der Brennstab mit seinem in der Art eines einfachen Schlüsselbartes geformten Ende in eine entsprechend schlüssellochartig geformte öffnung in der Stabhalteplatte gesteckt und durch Drehung um seine Längsachse verriegelt wird (DT-OS 25 20 234). Auch diese Ausführungsform kann infolge Verklemmung unter Umständen zu einer Kraftanwendung zwingen, die die Festigkeit der Stäbe gefährdet. Ein weiterer Vorschlag geht dahin, die Enden der Brennstäbe mit quer zur Stabachse verlaufenden schlüssellochartigen Ausnehmungen zu versehen, durch die ebenso wie durch entsprechende öffnungen in den Wänden des Hüllkastens entsprechend geformte Riegel gesteckt werden, auf denen jeweils mehrere in einer Reihe liegende Brennstäbe aufgereiht sind (DT-OS 25 31 641, US-PS 3 890 197). Neben einem erheblichen Fertigungsaufwand für die Herstellung des kompliziert gestalteten Brennstabendes weisen diese Konstruktionen noch folgenden Nachteil auf: auch

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wenn die Stabhalteplatte neben der die Brennstäbe aufnehmenden Bohrung noch weitere öffnungen für den Durchtritt des Kühlmittels aufweist, wird der innerhalb des Hüllkastens zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt eingeengt, und zwar stärker, als dies im weiteren Strömungsverlauf durch die Brennstäbe selbst geschieht, d. h., die Stabhalteplatte verursacht einen vermeidbaren Druckverlust, der zum Einbau stärkerer und teurerer Pumpen in den Kühlmittelkreislauf zwingt.

Ein Kernreaktor-Brennelement, das gemäß der Aufgabe der Erfindung die genannten Nachteile vermeidet und dabei vom Standpunkt der Fertigung und Montage die günstigsten Eigenschaften hat, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstäbe an einem Ende Vorsprünge aufweisen, die in Ausnehmungen von quer zur Elementachse angeordneten Schließblechen fassen, die ihrerseits durch Riegel senkrecht durchdrungen, durch eine Halterung in ihrer Lage fixiert und mit dieser im Hüllkasten angeordnet werden. Reihen von Brennstäben und Schließblechen werden abwechselnd in der richtigen Orientierung zueinander zusammengesetzt, die Schließbleche gegen ein Verrutschen gegeneinander durch die Halterung gesichert und das ganze so hergestellte Brennstabbündel in den Hüllkasten geschoben, der das Herausfallen der Riegel verhindert und so den Zusammenhalt des Bündels sichert. Das Auseinandernehmen des verbrauchten Brennelementes geschieht in umgekehrter Reihenfolge, wobei ebenso wie bei der Montage keine festen oder im Verlaufe des Einsatzes im Kernreaktor möglicherweise festgewordene Verbindungen wie Schweißnähte, Verschraubungen usw. gelöst werden müssen und zur Zerlegung in die Einzelteile auch keine besondere Kraft angewendet werden muß, da das Bündel nach dem Herausziehen aus dem Hüllrohr in seine Einzelteile zerfällt. Auf eine eigentliche Stab-

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halteplatte wird verzichtet und diese durch die in Ströinunysrichtung nur einen geringen Querschnitt aufweisenden Schließbleche und Riegel ersetzt, so daß der zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt weniger stark eingeenyt wird als weiter oben im Element, im wärmeabgebenden Bereich der Stäbe.

Ein für den Einbau in das genannte Brennelement geeignetes Schließblech weist abwechselnd auf beiden Seiten sich über einen Teil seiner Breite erstreckende zylinderabschnittförmige Vertiefungen auf, in die ein Teil des dazu passenden Brennstabendes greift, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er in einem Abstand von seinem Ende, der höchstens gleich der Breite der zylinderabschnittförmigen Vertiefungen ist, zwei zueinander parallele Abflachungen aufweist, deren Tiefe wenigstens gleich derjenigen der Vertiefungen und deren Länge wenigstens gleich der Breite des Schließbleches neben den Vertiefungen ist. Der dadurch am Stabende stehenbleibende Vorsprung mit dem ursprünglichen Stabquerschnitt paßt genau in die Vertiefungen des Schließbleches. Da eine Reihe von Stäben zwischen zwei Schließblechen angeordnet ist und eines derselben wiederum zwischen zwei Reihen von Stäben, kann daraus ein Bündel aufgebaut werden, das bereits einen gewissen Zusammenhalt aufweist.

Eine alternative Lösung, die zwar etwas aufwendiger in der Fertigung ist, jedoch einen größeren Strömungsquerschnitt im Bereich der Stabhalterung freiläßt, benutzt ein Schließblech, das sich über einen Teil seiner Breite erstreckende Ausnehmungen aufweist und Brennstäbe, die an ihrem Ende zwei zueinander parallele zylinderabschnittförmige Abflachungen aufweisen, deren Länge wenigstens

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gleich der Breite der Ausnehmungen zuzüglich der Breite des Schließbleches neben den Ausnehmungen ist, und die in einer letzterer entsprechenden Länge hinterschnitten sind, so daß Stege gebildet werden, deren Dicke gleich der Länge der Ausnehmungen ist und die in diese Ausnehmungen gesteckt werden.

Jede der beiden beschriebenen Arten von Schließblech weist darüberhinaus Öffnungen für das Hindurchstecken der Riegel auf, wobei jene so auf der Länge des Schließbleches verteilt sind, daß sie bei Anordnung innerhalb des Müllkastens mit denjenigen der anderen Schließbleche fluchten. Durch Hindurchstecken der Riegel durch diese Ofinunyen werden die einzelnen Schließbleche und mit linien die BrennsLäbe zu einem Bündel zusammengefaßt.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und zwar zeigt

Figur 1 einen Teil eines Brennelementes nach der ersten Ausführungsform im Längsaxialschnitt entsprechend der Linie A-B der Figur 1,

Figur 2 einen Querschnitt entspreohend der Linie C-D der Figur 1,

Figur J die Ansicht nach X der Figur 1,

Figur 4 einen Querschnitt entsprechend den Linien E-F der Figuien 1 und 5,

Figur b einen Längsaxialschnitt durch eine zweite Austührunysforiu entsprechend der Linie G-H der Figur 6,

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Figur 6 einen Querschnitt entsprechend der Linie H-K der Figur 5 und

Figur 7 die Ansicht nach Z der Figur 5.

Der gezeigte Teil der Brennelemente in beiden Ausführungsformen besteht aus einer Vielzahl von Brennstäben 1 in Form langer zylindrischer Stifte, die in einem Sechseckrastei innerhalb eines Hüllkastens 2 angeordnet sind. Mit ihren Enden fassen sie in Schließbleche 3 bzw. 4, die wiederum durch hindurchgesteckte Riegel 5 zusammengehalten und in entsprechenden Nuten in einem Haltering fixiert werden. Die Montage des Bündels geschieht außerhalb des Hüllkastens 2 durch einfaches Zusammenstecken der Teile 1, 3 und 5. Das fertige Bündel wird in den Hüllkasten 2 geschoben und wird gegen Herausfallen durch eine mittels Schrauben 7 mit dem Haltering 6 verbundene Hülse 8 gesichert, die mittels weiterer, hier nicht gezeigter Schrauben oder durch Schweißung am Hüllkasten befestigt wird. In der ersten Ausführungsorm sind die Brennstäbe 1 (siehe Figur 3) an ihrem massiven Endstück mit beispielsweise durch Ausfräsen hergestellten zylinderabschnittförmigen Abflachungen 111 versehen, wodurch am unteren Ende des Stabes durch die Beibehaltung des vollen Kreisquerschnittes ein Vorsprung 112 entsteht. Nach oben zu schließt an das Endstück 11 ein eigentliches Hüllrohr 12 an, das zum größten Teil mit Brennstofftabletten gefüllt ist. Das dazugehörige Schließblech 3 weist (vergleiche auch Figur 2) abwechselnd auf beiden Seiten zylinderabschnittförmige Vertiefungen 31 auf, in die der Vorsprung 112 je eines Brennstabes genau hineinpaßt. Über und unter dem Band der Vertiefungen 31 weist das Schließblech Bänder 32 bzw. 33 mit unvermindertem Materialquerschnitt auf. Die Überschneidung der Kontur des

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Schließbleches 3 mit derjenigen des Brennstabendstückes 11 wird im Bereich des Bandes 32 durch die Abflachungen 111 ermöglicht.

In der zweiten Ausführungsform ist das Endstück 14 des Brennstabes 1 etwas anders gestaltet, und zwar in einer bis zum Stabende durchgehenden zylinderabschnittförmigen Abflachung, die seitlich beispielsweise durch Ausdrehen hergestellte Hinterschneidungen 141 aufweist, so daß ein Vorsprung 142 stehenbleibt. Dieser greift in Löcher 41 eines ebenfalls etwas anders gestalteten Schließbleches 4. Neben dem Band der Öffnungen 41 besteht das Schließblech 4 noch aus oberen bzw. unteren Bändern 42 bzw. 43 mit vollem Materialquerschnitt. Im Bereiche des Bandes 42 greift das Schließblech 4 in die Hinterschneidungen 141 (vergleiche auch Figur 6). Im Bereiche des Bandes 33 bzw. 43 weisen die SchlAeßbleche 3 bzw. 4 öffnungen 331 bzw. 431 auf, durch die bei der Montage die Riegel 5 gesteckt werden. Die für ein Brennelement bestimmten Schließbleche 3 bzw. 4 weisen, wie aus der Figur 4 ersichtlich, unterschiedliche Längen auf. Die öffnungen 331 bzw. 431 in den einzelnen Schließblechen sind jeweils um die gleiche Strecke aus der Mitte des Blechs versetzt, so daß die öffnungen beim Zusammenbau des Brennstabbijndels miteinander fluchten.

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L e e r s e i \ e

Claims

24.373.9 We/Fe 11.05.1977 INTERATOM Internationale Atomreaktorbau GmbH 5060 Bergisch Gladbach 1 Stabhalterung für Kernreaktor-Brennelement Schutzansprüche

1. ^ Kernreaktor-Brennelement mit einer Vielzahl von

innerhalb eines Hüllkastens parallel zueinander angeordneten und gegenüber diesem fest gehalterten Brennstäben,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Brennstäbe (1) an einem Ende (11, 14) Vorsprünge (112, 142) aufweisen, die in Ausnehmungen (31, 41)von quer zur Elementachse angeordneten Schließblechen (3, 4) fassen, die ihrerseits durch Riegel (5) senkrecht durchdrungen, durch eine Halterung (6) in ihrer Lage fixiert und mit dieser im Hüllkasten (2) angeordnet werden.

2. Schließblech für ein Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß es abwechselnd auf beiden Seiten sich über einen Teil seiner Breite erstreckende zylinderabschnittförmige Vertiefungen (31) aufweist.

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ORIGINAL INSPECTED

3. brennstab für das Zusammenwirken mit einem Schließblech nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er in einem Abstand von seinem Ende, der höchstens gleich der Breite der zylinderabschnittförmigen Vertiefungen (31) ist, zwei zueinander parallele Abflachungen (111) aufweist, deren Tiefe wenigstens gleich derjenigen der Vertiefungen und deren Länge wenigstens gleich der Breite (32) des Schließbleches (3) neben den Vertiefungen ist.

4. Schließblech für ein Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich über einen Teil seiner Breite erstreckende Öffnungen (41) aufweist.

5. Brennstab für das Zusammenwirken mit einem Schließblech nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß er an seinem Ende (14) zwei zueinander parallele zylinderabschnittförmige Abflachungen (142) aufweist, deren Länge wenigstens gleich der Breite der Ausnehmungen (41) zuzüglich der Breite (42) des Schließbleches (4) neben den Ausnehmungen ist, und die in einer letzterer Breite entsprechenden Länge hinterschnitten (141) ist.

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