DE2753468A1

DE2753468A1 - Lagergestell fuer laengliche brennelemente

Info

Publication number: DE2753468A1
Application number: DE19772753468
Authority: DE
Inventors: Robert Weber
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1977-11-30
Filing date: 1977-11-30
Publication date: 1979-05-31
Also published as: US4243889A; BR7807629A; JPS5486098A; SE7811885L

Description

KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

^VPA 77 P 9 h 0 0 BRD

Lagergestell für längliche Brennelemente

Die Erfindung betrifft ein Lagergestell für längliche Brennelemente mit polygonalem Querschnitt von Kernreaktoren, insbesondere Leichtwasserreaktoren, wobei für jede Brennelementposition eine diese umschließende Hülle aus Blech vorgesehen und neutronenabsorbierendes Material im Zwischenraum zwischen benachbarten Hüllen angeordnet ist, deren obere Kanten durch eine Schweißung verbunden sind.

Die Verschweißung hat bei der aus der deutschen Offenlegungsschrift 23 61 363 bekannten Aufbewahrungsanordnung den Zweck, ein zwischen benachbarten Hüllen vorgesehenes Absorbermaterial wasserdicht einzuschließen, damit es nicht vom Wasser aufgelöst oder korrodiert werden kann. Die Schweißnaht ist bei diesen über ihre ganze Länge geradflächigen Hüllen mit quadratischem Querschnitt über den gesamten Umfang der Hüllen vorgesehen. An der Außenseite des Gestells, wo keine benachbarten Hüllen zur Begrenzung des das Absorbermaterial enthaltenden Spaltes vorhanden sind, soll ein dichter Abschluß mit Abdeckblechen erreicht werden. Dieser dichte Abschluß ist aber nur sehr aufwendig herzustellen.

Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, Lagergestelle der eingangs genannten Art in bezug auf die Wirkungsweise, die Herstellung und die Betriebssicherheit zu verbessern. Dies gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß der Abstand zwischen

Sm 2 Hgr / 24.11.1977

909822/0463

% 37 P 9 ^£; O O BRIl

benachbarten Hüllen größer als die Dicke des neutronenabsorbierenden Materials und im Bereich der Verbindung zum größeren Teil durch Blech überbrückt :.st, das quer zur Längsrichtung der Brennelemente verläuft, und daß der Zwischenraum über Durchlässe für ein die Brennelemente kühlendes Medium zugänglich ist.

Bei der Erfindung wird darauf verzichtet, einen dichten Einschluß des Absorbermaterials herzustellen. Dies bedeutet, daß Absorbermaterialien, wie zum Beispiel Borstahl, Borglas od.dgl. eingesetzt werden, die von dem Kühlmedium für die Brennelemente nicht angegriffen werden. Damit gewinnt man die verbesserte Herstellbarkeit. Darüber hinaus kann die Absorberwirkung noch dadurch verbessert sein, daß das Kühlmedium als Moderator wirkt. So setzt bekanntlich das als Kühlmittel von Leichtwasserreaktoren übliche leichte Wasser die Geschwindigkeit schneller Neutronen herab, so daß diese als sogenannte thermische Neutronen von üblichen Absorbermaterialien gut absorbiert werden können.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das zwischen benachbarten Hüllen vorhandene, quer zur Längsrichtung der Brennelemente verlaufende Blech die Beweglichkeit der Hüllen gegeneinander vergrößert. Damit kann man unterschiedliche Wärmedehnungen ausgleichen, die auftreten, wenn zum Beispiel einer unbesetzten Hülle eine mit einem Brennelement besetzte Hülle benachbart ist, die wesentlich wärmer als die nicht besetzte Hülle wird.

Die Erfindung kann vorteilhaft so ausgeführt werden, daß die Hüllen in den Ecken des Polygons Ausnehmungen aufweisen, so daß Randstücke entstehen, die in Richtung des Brennelementquerschnitts kürzer als dessen Kantenlänge sind, daß die Randstücke quer zur Längsachse von der Brennelementposition wegweisend umgebogen sind und daß die einander zugekehrten Kanten der umgebogenen Randstücke benachbarter Hüllen miteinander verschweißt sind. Hier bestehen zwischen den Ecken benachbarter Hüllen Durchbrüche, die die Kühlwirkung verbessern können, vor allem aber die Flexibilität und damit die Möglichkeit des Längenausgleich'.; iürdern. Daher sind die mechanischen Beanspruchungen wesentlich herab-

909822/0463

77 P 9 4 O O BRD

gesetzt. Die Schweißnähte können einfacher ausgebildet und die Hüllen aus dünnerem Blech hergestellt werden. Insbesondere ist nicht zu befürchten, daß sich die Hüllen bei unterschiedlichen Dehnungen verziehen und dadurch die Bewegung eingelagerter Brennelemente behindern oder gar die Brennelemente beschädigen.

Die Länge des umgebogenen Teils der Randstücke sollte mindestens das Dreifache der Blechstärke betragen, damit die gewünschte Beweglichkeit zum Ausgleich unterschiedlicher Wärmedehnungen vorliegt. Im Normalfall wird man das 5- bis 10-fache der BDechstärke wählen.

Die umgebogenen Randstücke einer Hülle können vorteilhaft einen Einlauftrichter bilden. Zu diesem Zweck kann ein Teil der umgebogenen Randstücke als geradlinige Keilfläche ausgebildet sein. Man kann aber auch einen so großen Biegeradius verwenden, daß die gesamte seitliche Ausladung von einem Kreisbogen gebildet wird. Zwischen diesen beiden Formen sind auch Mischformen denkbar, d.h. Kurvenformen zwischen einem Kreisbogen und einer Geraden.

Die miteinander verschweißten Randstücke weisen bei einer besonders günstigen Ausführungsform der Erfindung Führungsmittel zur Zentrierung einer Brennelementtransporteinrichtung auf. Hierbei wird ausgenutzt, daß die miteinander verschweißten benachbarten Hüllen insgesamt auch in dem umgebogenen Bereich eine ausreichende Festigkeit aufweisen. Als Führungsmittel können im einfachsten Fall Bohrungen dienen, in die Zentrierdorne der Ladeeinrichtung eingreifen. Als kinematische Umkehrung ist aber auch die Verwendung von Dornen oder Keilen zum Zentrieren vorstellbar, die an den Randstücken angebracht sind.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der Ioά — 2 i elenden Figuren ein Ausführung bei spi el beschrieben. Dabei

9 O 9 R ? 7 / η /, ft 3

77 P 9 h ü ü BRD

ist von einem Lagergestell für die Brennelemente eines Druckwasserlei stungsreaktors in Fig. 1 ein Querschnitt und in Fig.2 eine perspektivische Teildarstellung gezeichnet. Die Längenabmessungen sind verzerrt dargestellt, da die Brennelemente bekanntlich bei einer Kantenlänge des quadratischen Querschnitts von etwa 250 mm eine Länge von 4 m oder mehr aufweisen.

Das als Ganzes mit 1 bezeichnete Gestell besitzt eine Bodenplatte 2, die als wesentliches Halteelement für die einzelnen, den Brennelementpositionen zugeordneten Hüllen 3 dient. Die Hüllen 3 haben einen den Brennelementen angepaßten quadratischen Querschnitt. Sie können zu diesem Zweck aus U-förmigen oder gleichschenklig rechtwinkligen Blechteilen zusammengeschweißt sein.

Jede Hülle 3 ist an ihrem unteren Ende mit nach innen, d.h. zur Brennelementposition umgebogenen Lappen 5 versehen. Die Lappen sind mit einer bei 6 angedeuteten Schraubverbindung an der Bodenplatte 2 befestigt.

Am oberen Ende 8 sind die Hüllen 3 im Bereich der Ecken 9 mit Ausnehmungen 10 versehen. Dadurch entstehen Randstücke IL, deren Länge in Richtung des Brennelementquerschnittes kürzer sind als die Kantenlänge der Hüllen. Man kann die Größe der Ausschnitte 10 nach der Genauigkeit der Fertigung beim Herstellen der Ecken der Hüllen bestimmen. Im Hinblick auf eine leichte Fertigung und eine dennoch ausreichende Festigkeit wird man die Länge der Randstücke um 10 bis 30 mm kürzer als die Kantenlänge des Polygons wählen_jjl)ie Randstücke 11 sind, wie insbesondere die Fig. 1 zeigt, von den Brennelementpositionen wegweisend umgebogen. Beim Ausführungsbeispie. entsteht dadurch ein keilförmiger Bereich 12 und ein rechtwinklig zur Längsachse der Hüllen umgebogener Bereich Λ3. Oi · Länge des Bereichs 13 beträgt mit 10 mm annähernd dar i>:*e:i· fache der 3 mm Blechstärke. Der keilförmige Bereich \:

9 0 9 3 ?. ? / Π A 6 'J

BAD

77 P 9 4 O O BRD

ragt um etwa das Doppelte über den Brennelementquerschnitt nach außen. Der Winkel zwischen zwei gegenüber liegenden Bereichen 12 einer Hülle 3» die damit zusammen einen Einlauftrichter bilden, beträgt vorzugsweise mehr als 30°.

Die freien Ränder 15 der einander zugekehrten Randstücke benachbarter Hüllen 3 sind mit einer Schweißnaht 17 verbunden. Die Schweißnaht wird bei dem für die Hüllen 3 hauptsächlich in Betracht kommenden Material, einem austenitischen Stahl (VA), unter Schutzgas hergestellt. Es ist aber auch möglich, eine Widerstandsschweißung etwa in Form einer Stumpfschweißung zu wählen.

Mit den Schweißnähten 17 entsteht ein mechanisch festes Gebilde, das dennoch in sich in der Lage ist, unterschiedliche Wärmedehnungen in einzelnen Hüllen auszugleichen, ohne daß unzulässige Spannungen oder Verbiegungen entstehen. Die zulässigen Dehnungen hängen von der Größe der Ausladung der umgebogenen Randstücke 11 ab.

In Fig. 2 ist zu sehen, daß die miteinander verschweißten Randstücke 11 mit ihren Bereichen 13 ebene Flächen bilden, in denen Löcher 18 vorgesehen sind. Diese Löcher dienen zum Zentrieren von Brennelement-Transporteinrichtungen. Beim Be- oder Entladen des Gestells kann sich somit die Transporteinrichtung, zum Beispiel ein teleskopierender Greifer mit Zentrierdornen, die zugespitzt sind, in den Löchern 18 so verankern, daß das Brennelement ohne unzulässige Seitenkräfte in den Innenraum der jeweiligen Hülle 3 eingebracht oder aus diesem herausgezogen werden kann.

Beim Ausführungsbeispiel ist gezeigt, daß im Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Hüllen 3 an den einzelnen Hüllen 3 Bleche 21 aus einem wasserfesten, neutronenabsorbierenden Material, insbesondere aus Borstahl, befestigt sind, so daß die Brennelementanordnung im Gestell 1 auch bei ro-

9 0 Π R ? ? ' ru R '!

77 P 9 k O O BRD

lativ hoher Reaktivität nicht kritisch werden kann. Die Bleche 21 haben eine Dicke von 5 mm. Da der Zwischenraum 20 eine Breite von 20 mm aufweist, besteht zwischen den Blechen 21 noch ein Spalt 22, der 10 mm breit ist.

Der Spalt 22 ist ebenso wie der gesamte freie Raum im Zwischenraum 20 mit dem für die Lagerung von Brennelementen vorgesehenen leichten Wasser als Kühlmittel gefüllt. Das Kühlmittel kann durch nicht dargestellte öffnungen in der Bodenplatte 2 in den Zwischenraum 20 eintreten, den Zwischenraum von unten nach oben durchströmen und oben durch geeignete Durchlässe, insbesondere durch die in Fig. 1 ersichtlichen Ausnehmungen 10 im Bereich der Ecken 9 der Hüllen 3 ausströmen. Dadurch entsteht eine vorteilhafte Kühlmittelströmung. Gleichzeitig dient das Wasser als Moderator. Es bremst schnell Elektronen auf eine für die Absorption günstige thermische Geschwindigkeit ab.

5 Patentansprüche
2 Figuren

909822/0463

ι *

Leerseite

Claims

77 P 9^00 BRD

Patentansprüche

^l^/Lagergestell für längliche Brennelemente mit polygonalem Querschnitt von Kernreaktoren, insbesondere Leichtwasserreaktoren, wobei für jede Brenne!ementposition eine diese umschließende Hülle aus Blech vorgesehen und neutronenabsorbierendes Material im Zwischenraum zwischen benachbarten Hüllen angeordnet ist, deren obere Kanten durch eine Schweißung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen benachbarten Hüllen (3) größer als die Dicke des neutronenabsorbierenden Materials (21) und im Bereich der Verbindung zum größeren Teil durch Blech (11,13) überbrückt ist, das quer zur Längsrichtung der Brennelemente verläuft, und daß der Zwischenraum (20) über Durchlässe (10) für ein die Brennelemente kühlendes Medium zugänglich ist.
2. Lagergestell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllen in den Ecken (9) des Polygons Ausnehmungen (10) aufweisen, so daß Randstücke (11) entstehen, die in Richtung des Brennelementquerschnitts kürzer als dessen Kantenlänge sind, daß die Randstücke (11) quer zur Längsachse von der Brennelementposition wegweisend umgebogen sind und daß die einander zukehrten Kanten (15) der umgebogenen Randstücke (11) benachbarter Hüllen (3) miteinander verschweißt sind.
3. Lagergestell nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dai3 die Länge des umgebogenen Teils (12, 13) der Randstücke (11) mindestens das Dreifache der Blechstärke beträgt.
4. Lagergestell nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die umgebogenen Randstücke (11) einer Hülle (3) einen Einlauftrichter bilden.
5. Lagergestell nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander verschweißten Randstücke (11) Führungsmittel (18) zur Zentrierung einer Brennelement-Transporteinrichtung aufweisen.

909822/ΓΗ63