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Abstandshaltergitter für die Brennelemente von
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Siedewasser-Kernreaktoren Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abstandshaltergitter
für die Brennelemente von vorzugsweise Siedewasser-Kernreaktoren, die mit einen
die KUhlmittelströmung führenden sogenannten Brennelementkasten umgeben sind, bestehend
aus jeweils zwei übereinander angeordneten, jeweils zwei oder vier starre Noppen
je Masche enthaltenden Steggittern, die auch zusätzlich durch Einzel stege in Strömungsrichtung
des Kühlmittels miteinander verbunden sein können, sowie an den Stegkreuzungen zwischen
diesen vorgesehenm laternenförmigen Elementen mit in die vier benachbarten Gittermaschen
hineinragenden, federnden Anlagenoppen und beide Steggitter verbindenden Außenstegen,
die an den Abstandshalterecken mit einem Radius abgebogen und miteinander verschweißt
oder verlötet sind. Derartige Abstandshalter sind beispielsweise aus den Offenlegungsschriften
1 764 396 und 2 609 120 bekannt geworden. Abstandshalter dieser Art haben sich bis
heute relativ gut bewährt. Zur Zeit ihrer konstruktiven Auslegung wurden jedoch
spezielle Sicherheitsgesichtspunkte, wie Erdbebensicherheit, aus heutiger Sicht
gesehen noch nicht ausreichend berücksichtigt. Diese Bedingung, daß Kernkraftwerke
auch während eines Erdbebens betriebssicher sein müssen,
verlangt
bei Kernreaktorbrennelementen, daß die gegenseitigen Abstände der Brennstäbe auch
beim Auftreten horizontaler Seitenkräfte noch genügend Abstand für einen ausreichenden
Durchtritt des Kühlmittels und damit eine ausreichende Kühlung behalten. Dies gilt
insbesondere auch für die Eckbrennstäbe eines im allgemeinen quadratischen Brennelementes,
da dort von vornherein bei den bisherigen Konstruktionen ungünstigere Kllhlungsverhältnisse,
vorzugsweise im Bereich der Abstandshalter, vorliegen.
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Es stellte sich daher die Aufgabe, die bisher üblichen Abstandshaltergitter
für Siedewasser-Kernreaktoren so zu verbessern, daß sie auch den bei Erdbeben auftretenden
horizontalen Kräften ohne Betriebsstörung gewachsen sind und vor allem auch die
Eckbrennstäbe, insbesondere im Bereich der Abstandshaltergitter, besser als bisher
gekühlt sind.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die an
die laternenförmigen Elemente anschließenden Stegteile des oberen und unteren Gitters
mit starren Noppen versehen sind,die jedoch während normaler Betriebsbedingungen
nicht an den Brennstäben anliegen und die Eckmaschen durch eine Verbindung der Außenstege
über je eine schmale obere und untere Verbindungslasche verstärkt sowie die Halterung
und Kühlung des Eckbrennstabes durch je zwei starre Anlagenoppen auf jeder Lasche
verbessert ist. Des weiteren sind die Außenstege zur Verringerung des Strömungsquerschnittes
für das Kühlmittel gegenüber dem Brennelementkasten mit einem über ihre ganze gerade
Breite mit einer zum Kasten hin ausgeprägten Sicke versehen.
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Diese dient dabei gleichzeitig als gleitende Führung beim Einsetzen
des Brennelementes in den zur Strömungsführung in an sich bekannter Weise vorgesehenen
Brennelementkasten.
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Diese erfindungsgemäße Verbesserung eines Abstandshaltergitters für
Siedewasser-Kernreaktoren sei nun anhand der Figuren 1 bis 9, in denen die wesentlichsten
Einzelheiten an einem Ausführungibeispiel dargestellt sind, näher erläutert.
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Die Fig. 1 zeigt die Draufsicht auf ein Abstandshaltergitter.
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Dieses ist aus sich kreuzenden Stegen 1 und 2, die mit übereinander
liegenden starren Anlagenoppen 11 und 21 versehen sind, sowie den Stegen 4 und 3
zusammengesetzt. An den Kreuzungspunkten der letzteren sind laternförmige Bauteile
5 angeordnet, die die federnden Anlageelemente 51 tragen. Eine dadurch gebildete
Abstandshaltermasche, siehe der mit V bezeichnete Kreis, ist in Fig. 5 vergrößert
herausgezeichnet. Der von einer Abstandshaltermasche umfaßte Brennstab (8) ist strichpunktiert
dargestellt.
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Im Schnittbild von Fig. 1 ist außerdem noch der das gesamte Brennelement
umfassende Brennelementkasten 7 eingezeichnet.
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Zwischen diesem und den Außenstegen 6 des Abstandshaltergitters befindet
sich ein geringer Zwischenraum, der in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
verringert wird, so daß infolge der Umlenkung des Kühlmittels zum Brennstabbündel
hin damit eine verbesserte Kühlung der Außenbrennstäbe und insbesondere auch der
Eckbrennstäbe 8a eintritt.
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Die bisherige Ausführungsform der Außenstege 6 ist in Fig. 2a und
2b dargestellt. Die starren Anlagenoppen für die Brennstäbe sind mit 61 bezeichnet,
mit 64 längliche Noppen, die sich in Richtung auf den Brennelementkasten 7 erstrecken
und beim Einführen des Brennelementes in diesen als Gleitschuhe wirken.
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In ähnlichem Sinne wirken auch die von den Rändern des Steges 6 nach
einwärts gebogenen Laschen 65. Wie insbesondere in der Fig. 2b dargestellt, sind
die Außenstege 6 huber eine mit Radius gebogene Lasche 62 miteinander verbunden.
Zur Verringerung des Strömungswiderstandes für das Kühlmittel in bezug auf den Je-
weiligen
Eckbrennstab 8a ist diese Lasche 62 etwa nur halb so breit wie der Steg 6. Zur weiteren
Vergrößerung der KUhlmittelmenge in bezug auf diesen Eckbrennstab ist eine winkelig
geformte Noppe 63 in Richtung Brennelementkasten vorgesehen.
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Dadurch soll eine Umlenkung der Khlmittelströmung in diese Ecke erzielt
werden.
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Die Fig. 3 und 3a zeigen in einer Seitenansicht und einer Draufsicht
das laternförmige Element 5, das an den Kreuzungspunkten der Stege 3 und 4 angeordnet
ist. Dieses besteht aus einem Vierkantröhrchen, dessen Seiten so geschlitzt und
verformt sind, daß federnde Teile 51 in die vier benachbarten Brennelementmaschen
hineinragen. Ober- und unterhalb dieser federnden Teile 51 sind bei der bisher gen
Ausführungsform Noppen 52 vorgesehen, die als Sicherung gegen eine zu starke Verbiegung
der federnden Teile 51, z.B. beim Einführen der Brennstäbe, dienen.
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Zur Verbesserung der Erdbebensicherheit eines derartigen Abstandshaltergitters
werden nun zusätzliche starre Noppen 41 und 31 in den die laternenförmigen Elemente
5 haltenden Stegen 3 und 4 vorgesehen. Wie in Fig. 5 dargestellt, berühren diese
Noppen im Normalbetrieb den Brennstab 8 nicht. Dieser wird vielmehr nur von den
starren Noppen 21, 11 sowie der federnden Noppe 51 gehalten. Würde nun eine horizontale
Kraft etwa in Pfeilrichtung auf den Brennstab wirken, wie sie z.B.
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von einem Erdbeben herrühren könnte, so bestünde bei der bisherigen
Halterung die Möglichkeit, daß der Brennstab 8 aus dieser Dreipunkthalterung ausbricht
und zur direkten Anlage an den Steg 4 kommt. Dies würde bedeuten, daß der Strömungsquerschnitt
zum benachbarten Brennstab verringert und damit eine evtl. unzulässige Verschlechterung
der Kühlung verursacht werden würde. Die starre Noppe 41 bzw. 31 - je nach Richtung
der einwirkenden Kraft - sorgt nun dafür, daß ein Mindestabstand zwischen den Brennstäben
erzwungen wird, siehe Fig. 5, und
verhindert außerdem ein völliges
Herausgleiten des Brennstabes aus dem Halterungsbereich der Feder 51. Diese starren
Noppen 41 und 31 können durch Ausprägen, siehe z.B. Fig. 6, aus dem oberen und unteren
Band der Steggitter hergestellt sein. In Verbindung damit könnten die starren Anlagenoppen
an den laternenförmigen Elementen 5 ganz entfallen bzw., wie in Fig. 4 und 4a dargestellt,
die Gestalt einer bis zum Rand geführten Ausprägung erhalten, wodurch auch strömungstechnische
Verbesserungen gegeben wären.
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Die bereits erwähnten Verbesserungen für die Eckbrennstäbe 8a ergeben
sich aus der verbesserten Verbindung der Außenstege 6, wie sie in den Fig. 7 und
7a bzw. 8 und 8a dargestellt sind.
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Anstelle der einfachen Verbindungslasche 62 treten nunmehr schmale
Verbindungslaschen 62a und 62b, die entsprechend Fig. 7a abgebogen sind. Die Verbindungslaschen
erhalten außerdem Je eine starre Anlagenoppe, so daß der Brennstab im Bereich dieser
Maschen an zwei übereinander liegenden starren Noppen 61 sowie den Noppen 61a und
61b in den Laschen 62a und 62b anliegt.
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Damit wird eine wesentliche Verbesserung der Zentrierung und eine
Dreipunkthalterung des Eckbrennstabes in der Eckmasche erreicht. Es ist dabei außerdem
zweckmäßig, die starren Noppen, ähnlich wie im laternenförmigen Element 5, als offene
Ausprägungen 66, siehe Fig. 8 und 8a, auszuführen. Gerade für die Außenstege 6 und
den diese umgebenden Brennelementkasten 7 ergibt dies eine Verbesserung der Strömungsführung
und der Brennstabanlage des Abstandshalters im Hinblick auf das evtl.
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Filmsieden. Dies gilt insbesondere auch für die Eckmaschen, in denen
diese Noppen mit 66a und 66b bezeichnet sind.
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Eine weitere Verbesserung der bisherigen Konstruktionen ergibt sich
durch den Ersatz der bisherigen nach außen gerichteten Noppen 64 durch eine einzige
langgestreckte Quernoppe 67 Je Außensteg 6. Eine derartige Noppe ist in den Fig.
9 und 9a dargestellt. Hieraus ist ersichtlich, daß dadurch die Strömung
zwischen
dem Außensteg 6 und dem Brennelementkasten weitestgehend unterbunden wird, so daß
sich eine vermehrte Strömung um die Eckbrennstäbe ausbilden muß. Die Funktion als
Gleitelement gegenüber dem Brennelementkasten bleibt dabei ungehindert erhalten.
Gegenüber der bisherigen Form ist aber außerdem zu vermerken, daß damit eine wesentlich
erhöhte Steifigkeit des Außensteges 6 erreicht wird, was der Festigkeit des ganzen
Abstandshalters und damit auch des Brennelementes, insbesondere auch im Hinblick
auf die geforderte Erdbebensicherheit zugute kommt.
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Durch die erfindungsgemäßen Verbesserungen des Abstandshaltergitters
für Siedewasser-Kernreaktoren lassen sich weiterhin insbesondere auch für die Außenstege
Materialeinsparungen erreichen, die sich ohne Beeinträchtigung der Festigkeit im
neutronenphysikalischen Sinne günstig auswirken.
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2 Patentansprüche 9 Figuren