DE2823899A1

DE2823899A1 - Nuclear fuel rod spacer grating with resilient support leaves - separate from but permanently connected to side wall of grating aperture

Info

Publication number: DE2823899A1
Application number: DE19782823899
Authority: DE
Inventors: Franz Rohr
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1978-05-31
Filing date: 1978-05-31
Publication date: 1979-12-13

Abstract

A spacer for nuclear reactor fuel elements comprises a grating composed of on-edge metal strips, in which the fuel rods are located in the apertures of the mesh by a rigid knob or projection on one side of a mesh aperture and a spring element on the opposite side. The springs are permanently connected to the strip of metal forming the side wall of the mesh aperture and are free to move axially at one end, whereas they are constrained in the radial direction of the rod and in the transverse direction. Used in particular for water-cooled reactors. By comparison with previous arrangements, the separate resilient metal strip provides a greater flexible length and consequently a large elastic movement. It is also possible to vary the spring characteristic within much wider degrees of freedom by varying the length, thickness and material of the resilient strip.

Description

Abstandshalter für KernreaktorbrennelementeSpacers for nuclear reactor fuel elements

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abstandshalter für Kernreaktorbrennelemente, der aus einem Gitter hochkant angeordneter und miteinander verbundener Blechstege besteht, dessen Maschenwände starre und federnde Anlageelemente zur Zentrierung der darin geführten Brennstäbe enthalten, wobei die federnden Anlageelemente aus dem Material der Blechstege herausgearbeitet oder als besonders gefertigte Bauteile, evtl. auch von anderer Materialart, eingesetzt bzw. verbunden sein können. Derartige Abstandshalterkonstruktionen sind allgemein bekannt und befinden sich praktisch seit Jahrzehnten in den heute arbeitenden wassergekühlten Kernreaktoranlagen im Einsatz. Die beiliegende Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem derartigen Abstandshaltergitter, das aus den sich kreuzenden Blechstegen 30 und 40 aufgebaut ist. In diesen Stegen sind starre Noppen 31 und federnde Anlageelemente 32 durch Ausprägung herausgearbeitet. Diese zentrieren die in den Abstandshaltermaschen geführten Brennstäbe. Die federnden Anlage elemente 32 überbrücken Öffnungen 41 in den Maschenwänden, sie könnten auch aus gesondert gefertigten Federn bestehen, die dann vorzugsweise metallurgisch mit den Stegwänden verbunden sind, Solche Federbänder, die den Brennstab an die gegenUberliegenden Noppen drücken, haben nur eine sehr begrenzte Federwirkung.The present invention relates to a spacer for nuclear reactor fuel elements, the sheet metal webs arranged upright from a grid and connected to one another consists, the mesh walls of which are rigid and resilient contact elements for centering of the fuel rods guided therein, the resilient contact elements from worked out from the material of the sheet metal webs or as specially manufactured components, possibly also of a different type of material, can be used or connected. Such Spacer designs are well known and are convenient to use for decades in the water-cooled nuclear reactor systems in operation today Mission. The accompanying Fig. 1 shows a section of such a spacer grid, which is made up of the sheet metal webs 30 and 40 crossing one another. In these webs are rigid Knobs 31 and resilient contact elements 32 by embossing worked out. These center the fuel rods guided in the spacer meshes. The resilient contact elements 32 bridge openings 41 in the mesh walls, they could also consist of separately manufactured springs, which are then preferably are metallurgically connected to the web walls, Such spring strips that the fuel rod Pressing on the opposite knobs only have a very limited spring effect.

Es stellte sich daher die Aufgabe, eine Abstandshalterkonstruktion der vorbeschriebenen Art zu finden, bei der Jedoch ein größerer Federweg und eine größere Federkraft der federnden Anlage elemente erzielt werden kann.The task therefore arose of a spacer construction to find the type described above, but with a larger travel and a greater spring force of the resilient system elements can be achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Federn unverlierbar mit der Maschenwand verbunden sind und mit wenigstens einem Ende in axialer Richtung frei, in radialer Richtung vom Brennstab her gesehen und/oder seitlich mechanisch zwangsgeführt sind. Auf diese Weise besitzen die federnden Anlage elemente einen wesentlich größeren Bewegungsspielraum und können dadurch von der Materialseite und von der Formgebung her so gestaltet werden, daß sie einen wesentlich größeren Federweg in radialer Richtung zur Halterung des Brennstabes aber auch eine größere oder geringere Anlage- kraft im Vergleich zur bisherigen Konstruktion besitzen. Die Einstellung der Federcharakteristik ist außerdem einfacher.This object is achieved according to the invention in that the springs are captively connected to the mesh wall and with at least one end in free in the axial direction, seen in the radial direction from the fuel rod and / or laterally are mechanically positively driven. In this way, the resilient system have elements a much greater freedom of movement and can therefore from the material side and be designed in terms of shape so that they are a much larger Spring travel in the radial direction for holding the fuel rod but also a larger one or lower investment power compared to the previous construction own. The adjustment of the spring characteristics is also easier.

Zur weiteren Erläuterung dieser Erfindung sei auf die Fig. 2 - 7 verwiesen, die aus der Vielzahl der möglichen Konstruktionen einige grundsätzliche zeigen.For a further explanation of this invention, reference is made to FIGS. 2 - 7, which show some basic ones from the multitude of possible constructions.

Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Maschenwand 1, aus der auf der einen Seite ein Bügel 4 herausgeprägt und auf der anderen Seite eine Sicke 3 eingeprägt ist. In der dargestellten Weise wird eine Anlagefeder 2 mit ihrem freien Ende in den Bügel 4 eingeschoben, bis zur vollkommenen Einführung in die Sicke 3. In dieser Stellung wird das federnde Anlageelement 2 durch einen nicht dargestellten Schweißpunkt oder eine Nietung oder auch Lötung mit der Stegwand 1 verbunden. Auf eine derartige Befestigung kann auch verzichtet werden, da das federnde Anlageelement 2 an der Stelle 5 so gebogen ist, daß es auf der Außenseite der Sicke 3 einrastet.Fig. 2 shows a section through the mesh wall 1, from which on A bracket 4 is embossed on one side and a bead 3 on the other side is imprinted. In the manner shown, a contact spring 2 with its free The end is pushed into the bracket 4 until it is completely inserted into the bead 3. In this position, the resilient contact element 2 is not shown by a Welding point or riveting or soldering connected to the web wall 1. on such a fastening can also be dispensed with, since the resilient contact element 2 is bent at point 5 so that it engages on the outside of the bead 3.

Die Fig. 3 zeigt ebenfalls eine Konstruktion ähnlicher Funktion, bei der auf eine metallurgische Befestigung des einen Federendes verzichtet werden kann. Die mit 7 bezeichnete Feder besitzt eine Ausprägung 11, die in eine entsprechende Ausprägung der Stegwand 6 einrastet. Das umgebogene Ende 8 sorgt dafür, daß die Feder 7 unverlierbar ist, ihr anderes Ende liegt in einer Rille 9 der Maschenwand 6 an und ist dort gleitend beweglich. Die andere Seite dieser Rille 9, mit 10 bezeichnet, kann dabei als starre Anlagenoppe entsprechend jener Nummer 31 in Fig. 1 dienen, desgleichen auch die Ausprägung, die das Teil 11 der Feder 7 aufnimmt.Fig. 3 also shows a construction with a similar function which can be dispensed with a metallurgical fastening of one spring end. The spring labeled 7 has an expression 11, which is in a corresponding Expression of the web wall 6 engages. The bent end 8 ensures that the Spring 7 is captive, its other end is in a groove 9 of the mesh wall 6 and is slidably movable there. The other side of this Groove 9, denoted by 10, can be used as a rigid system nub corresponding to that Number 31 in Fig. 1, as well as the expression that the part 11 of the Spring 7 picks up.

Eine verbesserte Konstruktion zeigt die Fig. 4, die darin besteht, daß die Feder 7 mit ihrem freien Ende auch in radialer Richtung gehalten ist und sich damit also nur in axialer Richtung bewegen kann. Sie ist zu diesem Zweck in der Ausprägung 17 der Maschenwand 16 geführt und greift auch im Ruhezustand mit ihrem freien Ende durch das offene Ende dieser Ausprägung 17 in axialer Richtung hindurch und stützt sich damit auch in Richtung des zu zentrierenden Brennstabes an der Maschenwand 16 ab.An improved construction is shown in FIG. 4, which consists in that the spring 7 is held with its free end in the radial direction and so it can only move in the axial direction. She is in for this purpose the expression 17 of the mesh wall 16 out and engages with in the rest state its free end through the open end of this expression 17 in the axial direction through and is thus also supported in the direction of the fuel rod to be centered on the mesh wall 16.

Es gibt auch Abstandshalterkonstruktionen, bei denen von einer Maschenwand ausgehend nach beiden Seiten wirkende Federn vorgesehen sind. Eine Lösung dieses Falles zeigt die Fig. 5. Hier ist eine haarnadelartig gebogene Feder 21 vorgesehen, die über die Maschenwand 18 geschoben ist und mit einer Sicke 11 in eine Sicke 22 dieser Wand zur Halterung einrastet. Die beiden freien Enden der Feder 21 zu beiden Seiten der Maschenwand 18 sind durch die ausgeprägten Bügel 19 und 20 hindurchgeführt und werden dadurch seitlich und radial gehaltert.There are also spacer constructions in which a mesh wall is used springs acting on both sides are provided. One solution to this The case is shown in Fig. 5. Here a hairpin-like curved spring 21 is provided, which is pushed over the mesh wall 18 and with a bead 11 into a bead 22 this wall locks into place. The two free ends of the spring 21 to both Sides of the mesh wall 18 are passed through the pronounced brackets 19 and 20 and are thereby supported laterally and radially.

Die beiden Hälften dieser Feder 21 können sich dabei unabhängig voneinander den betriebsbedingten Belastungen entsprechend elastisch verformen.The two halves of this spring 21 can be independent of one another Deform elastically according to the operational loads.

Eine weitere Möglichkeit der Halterung einer derartigen Feder zeigt die Fig. 6. Die Maschenwand ist hier mit 15 bezeichnet, das Federelement mit 14. Dieses Federelement ist seitlich einzeln herausgezeichnet. Hieraus ist zu ereehen, daß es am einen Ende zwei seitliche Ausnehmungen 14a hat. Diese seitlichen Ausnehmungen werden von der bei der Montage umzubiegenden, aus der Wand 15 herausgestanzten Lasche 12 gefaßt und dienen somit der Befestigung des Federelementes 14. Eine ähnliche Lasche 23 auf der anderen Seite des Federelementes ist bügelförmig ausgebildet und dient wiederum zur-seitlichen und radialen Führung des Federelementes 14. Nach der anderen Seite der Maschenwand 15 sind bügelförmige Noppen 13 als feste Anlageelemente für den zu zentrierenden Brennstab ausgeprägt, diese sind in diesem Falle jedoch nicht wesentlich für die Halterung des federnden Anlageelementes 14.Another way of holding such a spring is shown FIG. 6. The mesh wall is designated here by 15, the spring element by 14. This spring element is shown individually on the side. From this it can be ascertained that it has two lateral recesses 14a at one end. These side recesses are of the to be bent over during assembly, punched out of the wall 15 12 taken and thus serve to attach the spring element 14. A similar one Tab 23 on the other side of the spring element is bow-shaped and in turn serves for the lateral and radial guidance of the spring element 14 other side of the mesh wall 15 are bow-shaped knobs 13 as fixed contact elements pronounced for the fuel rod to be centered, but in this case these are not essential for holding the resilient contact element 14.

Bei den bisherigen Ausführungsbeispielen wurde nur eine einfach gebogene Feder verwendet, selbstverständlich können auch mehrfach gebogene Federelemente, ähnlich wie z.B. in Fig. 1, aus dem Stande der Technik Verwendung finden. Die Fig. 7 zeigt eine derartige Möglichkeit.In the previous exemplary embodiments, only one was simply bent Spring used, of course, multiple curved spring elements, similar to, for example, Figure 1, can be used in the prior art. The fig. 7 shows one such possibility.

Hier ist die Maschenwand wieder mit 15 bezeichnet, das mehrfach gebogene Federelement mit 24. Dieses ist an beiden Seiten unter bügelartigen Ausprägungen 25 der Maschenwand 15 hindurchgeschoben. Für das Einschieben selbst muß die Feder 24 etwas elastisch verbogen werden, nach dem Einführen springt sie aber wieder in ihre ursprüngliche gestreckte Gestalt zurück. Eine spezielle Befestigung ist in diesem Falle nicht notwenig, da die gewellte Form derselben gleichzeitig einen Anschlag an diesen Führungsbügeln 25 bildet. Es ist jedoch noch immer soviel Bewegungsspielraum entlang der Maschenwand 15 vorgesehen, daß, wie auch in den anderen gezeigten Beispielen, eine ausreichende Verformung möglich ist.Here the mesh wall is again denoted by 15, the one bent several times Spring element with 24. This is on both sides under bow-like characteristics 25 of the mesh wall 15 pushed through. For insertion self the spring 24 must be bent somewhat elastically, after insertion it jumps but back to its original stretched shape. A special attachment is not necessary in this case, since the corrugated shape of the same at the same time forms a stop on these guide brackets 25. However, it is still so much Room for movement along the mesh wall 15 is provided that, as well as in the other examples shown, sufficient deformation is possible.

Zur Materialersparnis könnten die Maschenwände, ähnlich wie im Beispiel der Fig. 1 aus dem Stande der Technik, mit Fenstern versehen sein, die von den federnden Anlageelementen überbrückt werden. Grundsätzlich wäre es auch möglich, diese federnden Anlageelemente als Streifen zusammen mit den Maschenwänden aus dem blechförmigen Ausgangsmaterial, z.B. aus Inconel, auszustanzen und dann umzubiegen sowie in die gewünschte Form zu prägen. Die Vorausbestimmung der gewünschten Federeigenschaften ist auf diesem Wege allerdings nicht so gut möglich, als wenn die federnden Anlageelemente für sich gefertigt würden. Dies insbesondere auch deshalb, weil diese Elemente dann auch einer entsprechenden Wärmebehandlung zur Beeinflussung ihrer Federeigenschaften unterzogen werden können. Außerdem ist es dann möglich, die Federelemente und das Abstandshaltergitter selbst aus unterschiedlichen Werkstoffen zu machen und damit die Neutronenabsorption durch dieses Bauteil auf ein Mindestmaß herabzudrücken. Für diesen Zweck wird man das eigentliche Steggitter z.B. aus einer Zirkonlegierung fertigen, wie es aus dem Stande der Technik her allgemein bekannt ist.To save material, the mesh walls, similar to the example of Fig. 1 from the prior art, be provided with windows that are of the resilient Investment elements are bridged. In principle, it would also be possible to use these resilient Plant elements as strips together with the mesh walls from the sheet-metal The starting material, e.g. made of Inconel, is punched out and then bent, as well as in the to emboss the desired shape. The prediction of the desired spring properties is, however, not as possible in this way as if the resilient contact elements would be made for themselves. This in particular because these elements then also a corresponding heat treatment to influence their spring properties can be subjected to. In addition, it is then possible to use the spring elements and the To make spacer grids themselves from different materials and in order to reduce the neutron absorption by this component to a minimum. For this purpose, the actual bar lattice is made from a zirconium alloy, for example manufacture, as is generally known from the prior art.

Wie bereits eingangs erwähnt, stellt die vorliegende Erfindung eine Verbesserung bestehender und bekannter Abstandshalterkonstruktionen dar, und zwar im Hinblick auf die dadurch erreichte Freiheit in der Formgebung der federnden Anlageelemente. Die für die Führung derselben vorgesehenen Ausprägungen an den Maschenwänden können dabei gleichzeitig als starre Anlagenoppen Verwendung finden.As mentioned at the outset, the present invention provides a Improvement of existing and known spacer constructions, namely with regard to the freedom achieved in the design of the resilient contact elements. The features provided for guiding the same on the mesh walls can at the same time find use as rigid system knobs.

Die dargestellte Auswahl aus einer Vielzahl von möglichen Konstruktionen zeigt, daß mit diesem Prinzip praktisch für alle Abstandshalterkonstruktionen, die federnden Anlageelemente enthalten, wesentliche Verbesserungen zu erreichen sind. Diese eingangs beschriebenen Verbesserungen wirken sich jedoch nicht nur auf die Abstandshalterung selbst aus, sondern bewirken auch eine Schonung der Hüllrohroberflächen beim Einschieben der Brennstäbe in die fertigen Abstandshalter.The selection shown from a large number of possible constructions shows that with this principle practically for all spacer constructions that contain resilient contact elements, essential improvements can be achieved. However, these improvements described above not only affect the Spacers themselves, but also protect the envelope tube surface when inserting the fuel rods into the finished spacers.

5 Patentansprüche 7 Figuren5 claims 7 figures

Claims

Claims consisting of spacers for nuclear reactor fuel elements from a grid arranged on edge and interconnected sheet metal webs, whose Mesh walls, rigid and resilient contact elements for centering the elements guided therein Contain fuel rods, the resilient system elements made of the material of the sheet metal webs worked out or as specially manufactured components possibly also from a different type of material used or

can be connected, d u r u c h e k e n n -z e i c h n e t that the springs (2,7,21,14,24) are captively connected to the mesh wall (6,15,16,18) are and at least one end free in the axial direction, in the radial direction seen from the fuel rod and / or are mechanically positively guided laterally.

2. Spacer according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that one end of the spring is metallurgically carried out in a manner known per se mutual engagement (11) with the mesh wall or bent out of the mesh wall short sheet metal tabs (12) that engage in cutouts (14a) of the spring, with the Mesh wall is connected.

3. Spacer according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that grooves (9) in the mesh wall for guiding the free spring end and / or bridges or brackets (19, 20, 25) formed from the sheet metal webs are provided are.

4. Spacer nadi claim 1 - 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the springs the contact elements before their connection with the Spacer mesh are shaped according to the desired spring force and a further deformation only intended for fastening in the spacer mesh is.

5. Spacer according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the spring bends close to the support points on the mesh wall is brought up and there a radial and lateral guide through out of the mesh wall pronounced bracket (12,23,25) is provided.