DE2742946C2 - Federelement für die Niederhaltung von Kernreaktorbrennelementen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Federelement im Kopfstück von Brennelementen zur Niederhaltung und Abstützung der Brennelemente, insbesondere in wassergekühlten Kernreaktoren, gegenüber einer den Reaktorkern nach oben begrenzenden Niederhalteplatte.

Diese Abstützung der einzelnen Brennelemente eines Kernreaktors gegenüber einer Niederhalteplatte ist allgemein bekannt. Sie kann dabei in Richtung der Strömungskräfte des Kühlmittels wirken, siehe DE-OS 31 352 und stellt ein vom Brennelement unabhängiges Bauteil dar, sie kann jedoch als Teil des Brennelementes selbst Kräfte in der Gegenrichtung ausüben und ist dann mit dem Brennelementkopf verbunden. Sie ist notwendig, da sonst die Strömungskräfte des Kühlmittels die Brennelemente aus ihrer Sollage nach oben abheben könnten. Eine starre Halterung der einzelnen Brennelemente durch diese Niederhalteplatte kann nicht vorgesehen werden, da durch Wärmedehnung und auch strahlungsinduziertes Längenwachstum des Brennelementskeletts Längenänderungen möglich sein müssen. Da andererseits ein loser Sitz der Brennelemente unterhalb der Niederhalteplatte unbedingt vermieden werden muß, werden normalerweise Federn so angeordnet, daß gegen den Druck dieser Federn noch ein Längswachstum und die Wärmeausdehnung der Brennelemente während ihres Betriebes stattfinden kann, ohne daß ihre Halterung unzulässigen Belastungen ausgesetzt wird. Solche aus dem Stand der Technik her bekannten Federelemente erfüllen zwar in der Praxis die ihnen zugedachte Aufgabe, bei Verwendung anderer Strukturmaterialien bei Brennelementen, z.B. Führungsrohren aus einer Zirkonlegierung, ist jedoch ein schwer zu erreichender größerer Arbeitsbereich, d.h. Federweg erforderlich, ίο damit die Halterung der Brennelemente bei allen Betriebszuständen gewährleistet ist Aufgrund der in den meisten Fällen vorgegebenen Einbaugeometrie können Änderungen der Arbeitscharakteristik bisher nur in ungenügendem Maße durch abgeänderte Federelemente erzielt werden.

Es stellte sich daher die Aufgabe, eine Federelementkonstruktion zu Finden, deren Einbau und Ausbau aus dem Brennelement einfacher als bisher vonstatten gehen kann und deren Federweg, d. h. Arbeitsbereich einstellbar sowie wesentlich größer als bisher gehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Federelement erfindungsgemäß dadurch gelöst daß es aus einem unabhängig vom Brennelement getrennt gefertigten, federbelasteten stabförmigen Element besteht und dieses Element in das Kopfstück des Brennelementes axial und formschlüssig einschiebbar ist.

Sollte sine Auswechselung oder Entfernung des Federelcmentes bei einem schon bestrahlten Brennelement gewünscht werden, kann dieses, nachdem der Reaktorkern zugängig gemacht wurde, mittels eines einfachen Greifers erfolgen, ohne daß das Brennelement gedreht werden muß. Auch an jedem anderen Abstellort für Brennelemente kann dies ohne besondere Vorbereitungen erfolgen.

Das Federelement besteht in einer beispielsweisen Ausführungsform aus einem teleskopartig zusammenschiebbaren Stab, der mit Hilfe einer sich über seine Länge erstreckenden Druckfeder im Ruhezustand eine größtmögliche Länge einnimmt und im eingesetzten Zustand mit seinem einen Ende in wenigstens einer Bohrung des Brennelementkopfes gelagert ist und mit seinem anderen Ende an der Niederhalteplatte mit Druck anliegt.

Anhand der F i g. 1 bis 4, in denen die F i g. 1 und 2 ein Federelement herkömmlicher Bauart zeigt, sei nun das Federelement gemäß der Erfindung an einem mögli-• chen Konstruktionsbeispiel näher erläutert,
so Die F i g. 1 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf den Kopf 1 eines Brennelementes, das aus einer Vielzahl von Brennstäben 2 zusammengesetzt ist. Das Kopfstück 1 dieses Brennelementes ist mit dem nichtgezeigten Fußstück durch Führungsrohre 3 verbunden und bildet in Verbindung mit den Abstandshaltern das starre Skelett eines solchen Brennelementes. Die Brennstäbe 2 selbst sind innerhalb dieses Skeletts durch die Abstandshalter 21 in gegenseitigem Abstand gehalten, können sich jedoch in axialer Richtung frei dehnen. Für die Regelung dieses Kernreaktors tauchen in die Führungsrohre 3 Regelstäbe ein, die wenigstens teilweise aus neutronenabsorbierendem Material bestehen. Diese wurden jedoch übersichtlichkeitshalber hier nicht näher dargestellt, zumal sie für das Verständnis der f>5 vorliegenden Erfindung nicht notwendig sind.

Das Kopfstück des Brennelementes 1 bildet in diesem Beispiel einen seitlich durchbrochenen Rahmen und besitzt stirnseitig vier Bohrungen 5 für die Aufnahme

von Paßstiften, die an der Niederhalteplatte befestigt sind. Beiderseits jeder Bohrung ragt ein Federelement 4 Heraus, zur federnden Abstützung an der nichtdargestellten Niederhalteplatte. Um dieses im Brermelementkopf montierte Federelement geht es in vorliegender Erfindung. In der Fig.2 ist die herkömmliche Konstruktion näher dargestellt

Das Federelement 4 besteht aus einem Stift, der in den Bohrungen 11 und 12 des Brennelementkopfes 1 gleitend gelagert ist Eine Druckfeder 41 stützt sich am Boden des Kopfstückes ab und drückt den Stift 4 in der dargestellten Weise nach oben. Das obere Ende dieser Feder 41 liegt zu diesem Zweck an einem seitlich in eine Nut des Stiftes 4 geschobenen Anschlag 42 an.

In F i g. 3 ist nun eine beispielsweise Ausführung des neuen Federelementes 6 teilweise im Längsschnitt dargestellt, in Fig.4 ebenfalls im Schnitt in seiner Einsatzstellung im Brennkopfelement Die F i g. 2 und 4 stellen dabei einen Schnitt durch den Brennelementkopf entsprechend der Linie H-II von F i g. 1 dar. Insbesondere aus F i g. 3 ist zu ersehen, daß das erfindungsgemäße Federelement ein vom Brennelement getrenntes Bauteil darstellt das — siehe Fig.4 — als Ganzes in den Brennelementkopf 1 von oben eingesetzt wird. Es kann daher auch als Ganzes wieder nach oben herausgezogen werden, ein Vorgang, der auch bei Fernbedienung keinerlei Schwierigkeiten mit sich bringt. Ebenso ersichtlich ist der Gewinn an »federnder Länge« bei gleicher Einbaulänge.

Das Federelement ist aus drei Teilen teleskopartig zusammengebaut nämlich einer oberen Hülse 6a, einem Schraubenbolzen 6b und einer unteren Hülse 6c Die obere Hülse ist mit einem Bund 62, die untere mit einem Bund 63 versehen, diese Teile dienen als Anschlag für die Feder 61. Der Schraubenbolzen 66 ist in die untere Hülse 6c eingeschraubt und damit längenverstellbar, sein unteres vorstehendes Ende 64 ist für den Eingriff in die Bohrung 14 des Brennelementkopfes 1 vorgesehen. Eine Bewegung dieses Teiles im Brennelementkopf ist nicht möglich, daher ist auch eine Behinderung evtl. darunterliegender Brennstäbe ausgeschlossen. Die obere Hülse 6a stützt sich mit einem inneren Bund am Kopf des Schraubenbolzens 6b ab und kann auf diesem teleskopartig nach unten gegen den Druck der Feder 61 geschoben werden. Zur Verhinderung einer Drehbewegung der unteren Hülse 6c auf den Schraubenbolzen 6b, was zu einer Längenänderung des ganzen Federelementes und auch zu einer Änderung der Vorspannkraft führen würde, ist eine übliche Schraubensicherung, wie z. B. ein Stift 65 oder ein Schweißpunkt oder eine andere aus dem Stand der Technik ber bekannte Drehsicherung vorgesehen.

Dieses neue Federelement hat dabei nicht nur den Vorzug der konstruktiven Einfachheit einer problemlosen Fertigung, einer individuellen Einstellbarkeit hinsichtlich seiner Länge und Federvorspannung sowie einer leichten Einsetzbarkeit im Brennelementkopf, sondern auch den großen Vorzug, daß es anstelle bisheriger Federelemente nach dem Stand der Technik, siehe die F i g. 1 und 2, verwendet werden kann. Es ist nämlich dazu nur notwendig, die Bohrung 11 — siehe F i g. 2 — zu erweitern, so daß eine Bohrung etwas größeren Durchmessers, siehe Fig.4, Bohrung 13, ensteht Dieses ist aber ein Vorgang, der problemlos bei allen bisher eingesetzten Brennelementköpfen vorgenommen werden kann, so daß die neuen erfindungsgemäßen Federelemente, insbesondere bei Änderung der Betriebsbedingungen, auch gegen die früher benutzten ausgewechselt werden können.

Selbstverständlich ist der Einsatz dieser Federelemente auch bei anders konstruierten Brennelementköpfen möglich, da diese nur die für die Aufnahme dieses Federelementes benötigten Bohrungen 14 und 13 enthalten müssen. In dem vorliegenden Beispiel wurden je Brennelementkopf acht derartige Federelemente vorgesehen, diese Zahl ist jedoch nicht in irgend einer Weise charakteristisch oder beschränkend, da sich die benötigte Federkraft je Brennelement über die Stärke der Einzelfedern 61 sowie die Zahl der Federelemente selbst einstellen läßt.

Abschließend sei noch als weiterer Vorteil dieser neuen Konstruktion erwähnt, daß auch im Falle eines Bruches der Feder 61 keine losen Teile entstehen können, deren unbedingt notwendige Wiederauffindung mit einem hohen apparativen und Zeitaufwand verbunden wäre.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Federelement im Kopfstück von Brennelementen zur Niederhalterung und Abstützung der Brennelemente, insbesondere in wassergekühlten Kernreaktoren, gegenüber einer den Reaktorkern nach oben begrenzenden Niederhalteplatte, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem unabhängig vom Brennelement getrennt gefertigten, federbelasteten stabförmigen Element (6) besteht und daß dieses Element (6) in das Kopfstück (1) des Brennelementes axial und formschlüssig einschiebbar ist

2. Federelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem teleskopartig zusammenschiebbaren Stab (6) besteht, der mit Hilfe einer sich über seine Länge erstreckenden Druckfeder (61) im Ruhezustand eine größtmögliche Länge einnimmt und im eingesetzten Zustand mit seinem einen Ende in wenigstens einer Bohrung des Brennelementkopfes (1) gelagert ist und mit seinem anderen Ende an der Niederhalteplatte mit Druck anliegt

3. Federelement nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß der Stab aus drei Teilen (6a, 6b, 6c) besteht: Einer oberen Hülse (6a), die auf dem Schaft eines Schraubenbolzens (6b) geführt ist und mit dem Kopf desselben in Eingriff steht sowie einer unteren Hülse (6ςλ in die der Bolzen (6b) längenjustierbar eingeschraubt und drehgesichert ist und dessen vorstehendes Ende (64) für den Eingriff am Brennelementkopf (1) vorgesehen ist.

4. Federelement nach Anspruch 1,2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hülsen (6a und 6c) an den Stirnseiten des durch sie mit gebildeten Stabes mit je einem Bund (62, 63) als Anschlag für die den Stab umgebende Druckfeder (61) versehen sind.