DE2820247A1 - Brennelementbuendel - Google Patents

Description

Brennelementbündel

Die Erfindung betrifft Brennelementbündel für Leichtoder Schwerwasserreaktoren oder für Reaktoren mit schnellen Neutronen der Bauart mit einem Bündel aus eingehülsten Nadeln, die längs einem regelmäßigen Raster durch eine Anordnung von gesonderten Traggittern zueinander parallel gehalten werden, wobei die Traggitter mit elastischen Anlageorganen an den Nadeln versehen sind.

Die Erfindung betrifft insbesondere ein Brennelementbündel gemäß der FR-PS 2 088 009. Dieses Brennelementbündel enthält einen starren unabhängigen Aufbau von Nadeln, gebildet durch zwei parallele Endplatten, zwischen denen sich zwischen dem Raster der Nadeln längs Knoten dieses Rasters regelmäßg verteilte Zuganker erstrecken, die vorzugsweise denselben Durchmesser wie die Nadeln haben. In diesem Fall sind die Versteifungsgitter nicht starr mit den Zugankern verbunden, sondern so angeordnet, daß sie auf diesen gleiten können. Aufgrund der gegenüber den Zugankern größeren Anzahl von Nadeln, werden die Gitter dazu gebracht, bei ihren sich im Betrieb ergebenden unterschiedlichen Dehnungen den Nadeln zu folgen, indem sie auf den Zugankern gleiten. Zwischen den verschiedenen Gittern sind als Hülsen oder dergleichen ausgebildete Anschläge so vorgesehen, daß die Verschiebungen der Gitter über gewisse gegebene Grenzen hinaus begrenzt werden.

Bei einer Lösung dieser Art ruhen die.für gewöhnlich senkrechten Nadeln des Bündels auf der unteren Platte der starren Konstruktion, wobei die Gitter zusammen mit den Nadeln in Richtung der oberen Platte auf den Zugankern gleiten.

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Die Ausdehnungen der Nadeln können unter gewissen Bedingungen nicht vernachlässigbare Werte erreichen, vor allem bei Brennelementbündeln, die bei gegenwärtig ausgeführten Lösungen Längsabmessungen in der Größenordnung von 4 m oder mehr haben. Die Gleitbewegung der oberen Gitter an den Zugankern wird folglich zu groß und läuft Gefahr, Führungs- und Halterungsprobleme des Bündels der Nadeln und auch Verschleißprobleme der Zuganker zu stellen.

Zur Beseitigung dieses Nachteils wurde insbesondere in der FR-Patentanmeldung Nr. EN 76 00 606 vom 12. Januar 1976 für ein "Brennelementbündel" eine andere Ausführungsform eines Brennelementbündels der vorher angegebenen Art vorgeschlagen, bei dem das Bündel der Nadeln einem zentralen Traggitter zugeordnet ist, das etwa in der Mitte der Höhe des Brennelementbündels angeordnet und mit den Zugankern verbunden ist, während die anderen Gitter beiderseits längs der Höhe des Brennelementbündels in der Weise verteilt sind, daß die Ausdehnungen der Nadeln ausgehend vom zentralen Gitter bzw. in Richtung zu den unteren und oberen Platten der Konstruktion entstehen. Eine derartige Ausführungsform hat den Vorteil, nicht nur den Verschleiß der Brennstäbe durch die Bewegung der Gitter zu beseitigen, da, wie bei der Lösung der eingangs genannten Patentschrift, diese Brennstäbe durch elastische Anlageorgane mit den Gittern verbunden sind, sondern auch noch die Gefahren einer Verformung oder Wellenbildung der Brennstäbe zu vermeiden, die nicht mehr mit ihrem unteren Ende auf der Tragplatte ruhen, wobei außerdem die Verschiebung der Gitter gegenüber den Zugankern und folglich deren Verschleiß und Verformung begrenzt werden. Ein Nachteil kann aber dadurch bestehen bleiben, daß das Gewicht des Brennelementbündels, insbesondere des Bündels der Nadeln, mittels des zentralen Gitters allein auf dem unteren Teil der Zuganker ruht, wobei die Gefahr einer Verformung der Zuganker entsteht.

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Aufgabe der Erfindung ist eine Verbesserung der Konzeption und Ausführung eines Brennelementbündels der oben angegebenen Art, die eine verbesserte Abstützung und Halterung der Brennstäbe gewährleistet, wobei die Gefahr der Verformung der Brennstäbe und auch der Zuganker beseitigt wird, die die Endplatten der zugehörigen starren Konstruktion versteifen.

Dies wird bei einem Brennelementbündel der eingangs angegebenen Art dadurch erreicht, daß das von den Gittern getragene Bündel aus Nadeln über das erste Gitter auf einer Reihe von rohrförmigen Abstandsstücken ruht, die das untere Ende wenigstens gewisser Zuganker mit Spiel umgeben, wobei sich die Abstandsstücke zwischen der unteren Platte und dem ersten Gitter erstrecken und wobei für den freien Durchtritt der Zuganker in jedem Gitter Führungshülsen vorgesehen sind.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Gittern in Längsrichtung der Nadeln durch Abstandsrohre auf einen minimalen Wert begrenzt wird, wobei die Abstandsrohre ein axiales Spiel freilassen, das eine freie Verschiebung der Gitter mit Alsnahme des ersten Gitters ermöglicht.

Aufgrund dieser Anordnungen erfolgen die Verbindungen zwischen den aufeinanderfolgenden Gittern und den Zugankern durch Hülsen, die frei auf den Zugankern gleiten können. Daraus ergibt sich, daß der Verschleiß an den Zugankern beseitigt ist, und daß die Begrenzung der Verschiebungsamplitude der Gitter, die den Brennstäben im Verlauf deren Ausdehnung folgen, von geringerer Bedeutung als bei den eingangs genannten bisherigen Konstruktionen ist. überdies kann die durch das Gewicht des ganzen Bündels gegebene Last bei der Lösung nach der Erfindung zweckmäßig auf eine große

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Anzahl von kurzen rohrförmigen Verstrebungen verteilt werden, die zwischen der unteren Platte und dem ersten Gitter angeordnet sind, wodurch eine regelmäßige und wirksame Abstützung dieser Belastung gewährleistet ist. Schließlich kann der Abstand zwischen den Zwischengittern, erzeugt durch weitere Verstrebungen oder rohrförmige Hülsen von minimaler Anzahl, in keiner Weise der Verschiebung an den Zugankern der durch die Nadeln und Gitter gebildeten Anordnung entgegenwirken, was jegliche Reibungsbelastung oder dergleichen vermeidet, die zu irgendeiner Verformung der Nadeln oder selbst der Zuganker führen würde. Zwischen dem letzten Gitter und der oberen Endplatte ist keine Verstrebung dieser Art vorgesehen, damit der Ladung der Brennstäbe in der Konstruktion die Möglichkeit gegeben wird, ohne Belastung der Zuganker frei einen Gleichgewichtspunkt zu finden.

Insgesamt weist die Brennelementbündelkonstruktion nach der Erfindung den Vorteil auf, alle Verformungen der Nadeln, der Gitter und der Zuganker unter Bestrahlung aufzunehmen, ohne im Betrieb irgendeine Belastung auf die Zuganker oder die Abstützungsverstrebungen auszuüben. Die Zuganker sind hierbei lediglich einer Zugspannung während des Ladens oder Entladens des Brennelementbündels unterworfen.

Weitere Merkmale eines Brennelementbündels nach der Erfindung ergeben sich noch in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der einzigen Figur.

In dieser Figur ist ein Brennelementbündel 1 schematisch dargestellt. Es besteht aus einem Bündel aus parallelen eingehülsten Nadeln mit senkrechter Achse. Dieses Bündel enthält beim gewählten Beispiel 264 Nadeln aus üranoxyd UO₂, die mit einer Zirkonlegierung eingehülst sind. Das Bündel aus Nadeln ist zwischen zwei waagerechten Platten eingebaut, nämlich einer unteren Platte 3 und einer oberen Platte 4, die

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gegenseitig durch eine Reihe von Zugankern 5 verstrebt sind. Die Zuganker sind geeignet im Bündel der Nadel 2 verteilt und nehmen insbesondere gewisse Knoten des Rasters auf. Es sind vorteilhaft 25 Zuganker 5 vorgesehen, deren Durchmesser demjenigen ■■ der Nadeln nahekommt. Die Zuganker

sind mit den Endplatten durch mechanische Verbindungseinrichtungen oder durch äquivalente Mittel zur Bildung einer starren Konstruktion verbunden, überdies können die Zuganker gegebenenfalls als Führung für Kontroll- oder Instrumentierungselemente

6 dienen, die innerhalb der Zuganker gleiten, um auf die Reaktivität im Reaktorkern einzuwirken oder im Brennelementbündel selbst geeignete Maßnahmen oder Kontrollen vorzunehmen.

Die Einhaltung der Geometrie des Rasters der Nadeln 2 des Bündels gegenüber den Zugankern 5 erfolgt durch parallele Gitter

7 (beim vorliegenden Beispiel acht Gitter), die in Längsrichtung der Nadeln in geeigneten Abständen angeordnet sind. Jedes Gitter besteht in an sich bekannter Weise aus zwei Gruppen von Blechen 8 bzw. 9, die sich in zwei zueinander senkrechten Richtungen erstrecken und dazwischen eine Reihe von Zellen mit quadratischem Querschnitt bilden, von denen jede von einer Nadel 2 des Bündels durchquert wird. Die Gitter 7 sind mit den Nadeln durch eine elastische Anlageverbindung verbunden. Hierzu enthalten die Gitter in ihren Platten 8 und 9 zentrale Ausnehmungen 10, deren obere und untere Endränder durch gewellte Bänder 11 miteinander verbunden sind, die in ihrem mittleren Teil eine überstehende Kante 12 aufweisen, die in Berührung mit der die entsprechende Zelle durchquerenden Nadel 2 kommen kann. Die oberen und unteren Teil der Platten 8 und 9 enthalten überdies Vorsprünge 13, an denen die von den Bändern 11 dagegen gedrückten Nadeln 2 anliegen. Diese bereits in der FR-PS 2 088 009 beschriebenen Anordnungen gewährleisten eine zweckmäßige Halterung der Gitter 7 gegenüber dem Bündel der Nadeln 2 unter Gewährleistung einer eventuellen Gleitverbindung zwischen

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diesen Organen. Aufgrund dieser Verbindungen sind die Gitter 7 auch mit dem Bündel der Nadeln 2 verbunden und folgen den Nadeln in ihrer gelegentlichen Verschiebung aufgrund von unterschiedlichen Ausdehnungen, indem sie ihrerseits auf den Zugankern 5 gleiten.

Aufgrund der Erfindung ruht die durch das Bündel der Nadeln 2 gebildete Anordnung auf der starren Konstruktion, die gebildet wird durch die Endplatten 3 und 4 und die Zuganker 5, wobei diese Auflage über eine Reihe von rohrförmigen Verstrebungen 14 erfolgt, die den unteren Teil der Zuganker 5 umgeben und sich zwischen der Grundplatte 3 und dem ersten Gitter 7 des Bündels erstrecken. Die Anzahl dieser rohrförmigen Verstrebungen 14 gleicht vorzugsweise derjenigen der Zuganker, wobei die somit verwendeten 24 Verstrebungen eine vollkommen auf der Oberfläche der Grundplatte verteilte Auflage gewährleisten.

Jedes Gitter 7, das das Bündeln der Nadeln 2 durch Anlageorgane 11 und 13 hält, enthält vorteilhaft an der Stelle des Durchtritts der Zuganker 5 eine Führungshülse 15, die an das Gitter geschweißt ist und mit geeignetem Spiel frei vom entsprechenden Zuganker durchquert wird, überdies erfolgt die Verstrebung zwischen den beiden aufeinanderfolgenden Gittern im Bündel durch weitere Hülsen oder Rohre 16, die zwischen den Gittern angeordnet sind und wenigstens gewisse Zuganker 5 umgeben, z.B. die an den Ecken des Bündels der Nadeln angeordneten vier Zuganker. Der zwischen dem oberen Gitter 7 des Bündels und der Platte 4 gelegene Bereich der Zuganker ist frei von jeglicher Hülse, um eine freie Ausdehnung des Bündels der Nadeln nach oben zuzulassen.

Auf diese Weise ist eine Tragkonstruktion verwirklicht, die die Aufnahme jeglicher unter Bestrahlung erfolgender Verformung sowohl der Gitter als auch der Zuganker und Nadeln er-

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möglicht, wobei die Abstützung des Bündels der Nadeln gut verteilt auf der unteren Platte der Konstruktion aufgrund der das Unterteil jedes Zugankers umgebenden rohrförmigen Verstrebungen erfolgt. Die Ausdehnung der Nadeln nach oben und unten kann unter diesen Bedingungen frei erfolgen, ohne irgendeinen Verschleiß der Zuganker selbst zu bedingen, die ohne Verformung und in Verbindung mit den Gittern die Geometrie des Bündels der Nadeln unabhängig von den auferlegten Funktionsbereichen einhalten. Beim Zusammenbau sind die Spiele aufgenommen/ während nach dem ersten Anstieg unter Leistung die Ausdehnungen der Brennstäbe die Gitter mitnehmen, die sich ihrerseits in ihre Gleichgewichtslagen verschieben.

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Claims (2)

1. DIPL-IW. R. BEETZ SEN.* DIPL-ING. K. IAMPRECHT - DR.-ING. R. BEETZ JR RECHTSANWALT DIPL-PHYS. DR. JUR. U. HEIDRICH

   DR.-ING. W. TIMPE - DIPL-ING. J. SIEGFRIED

   PWV.-DOZ. DIPL-CHEM. DR. RER. NAT. W. SCHMITT-FUMIAN

   SWnsdorfstraße 10 - D-8000 München 22

   41O-28.266P 9. Mai 1978

   COMMISSARIAT A L¹ENERGIE ATOMIQUE, Paris Prankreich

   Ansprüche

   Brennelementbündel

   mit einem Bündel aus eingehülsten Nadeln, die durch eine Anordnung von voneinander getrennten Traggitfeern längs eines regelmäßigen Rasters zueinander parallel gehalten werden, wobei die Traggitter mit elastischen Anlageorganen an den Nadeln versehen sind, und

   mit einer von den Nadeln unabhängigen starren Konstruktion, gebildet durch zwei zueinander parallele Endplatten, zwischen denen sich unter dem Raster der Nadeln längs Knoten des Rasters regelmäßig verteilte Zuganker erstrecken,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß das von den Gittern (7) getragene Bündel aus Nadeln (2) über das erste Gitter (7) auf einer Reihe von rohrförmigen Abstandsstücken (14) ruht, die das untere Ende wenigstens gewisser Zuganker (5) mit Spiel umgeben,

   41O-(B 6189.3)

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   wobei sich die Abstandsstücke (14) zwischen der unteren Platte (3) und den ersten Gitter (7) erstrecken und

   wobei für den freien Durchtritt der Zuganker (5) in jedem Gitter (7) Führungshülsen (15) vorgesehen sind.
2. 2. Brennelementbündel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß der Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Gittern (7) gemäß der Länge der Nadeln (2) durch Abstandsrohre (16) hergestellt ist, die um eine begrenzte Anzahl von Zugankern (5) um diese herum angeordnet sind,

   wobei die Abstandsrohre (16) ein axiales Spiel freilassen, das eine freie Verschiebung der Gitter (7) mit Ausnahme des ersten Gitters (7) ermöglicht.

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