DE2905661A1

DE2905661A1 - Abstandshalter fuer kernreaktorbrennelemente

Info

Publication number: DE2905661A1
Application number: DE19792905661
Authority: DE
Inventors: Alexander Steinke
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1979-02-14
Filing date: 1979-02-14
Publication date: 1980-08-21
Also published as: US4312705A; FR2449324A1; FR2449324B1; SE7910334L; SE435221B; JPS55107993A; BR8000864A; DE2905661C2; JPS6142834B2

Description

KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

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Abstandshalter für Kernreaktorbrennelemente

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abstandshalter für die zu einem Brennelement von Kernreaktoren zusammengefaßten Brennstäbe, das aus einem Gitterwerk einander rechtwinkelig durchdringender, hochkant angeordneter Blechstege besteht, an denen federnde und starre Anlageelemente befestigt sind. FUr solche Abstandshalter sind bereite eine Vielzahl von Konstruktionen bekannt geworden, insbesondere sei auf das deutsche Bundespatent 1 589 051 hingewiesen. Dieses schlägt die sogenannte Dreipunkthalterung vor, bei der der Brennstab auf der einen Seite an zwei übereinander angeordneten starren Anlageelementen anliegt und an diese durch ein federndes Anlageelement, das auf der entgegengesetzten Seite des

Brennstabes in halber Höhe zwischen diesen beiden

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starren Anlageelementen angreift» angedrückt wird. Starre und federnde Anlageelemente befinden sich dabei stets In der Mitte der Maschenwände des Abstandshaltergitters, also an der engsten Stelle zwischen Brennstab und Maschenwand, so daß an dieser Stelle besondere ungünstige KUhlungsverhältnlsse herrschen. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, diese Anlageelemente teilweise in die Kreuzungspunkte der Abstandehalterstege zu verlegen, siehe die deutschen Offenlegungsschriften 1 764 396 und 1 930 981. In diesen Fällen bilden die federnden Anlageelemente für sich gefertigte Bauteile, die in das Steggitter eingehängt werden. Die starren Anlageelemente verbleiben aber immer noch an der engsten Stelle zwischen Brennstab und Maschenwand. Diese Konstruktion ermöglicht es, die Neutronenabsorption derartiger Abstandehaltergitter gegenüber früheren Konstruktionen dadurch herabzusetzen, daß das eigentliche Steggitter aus einem Material mit geringem Neutronenabsorptionsquerschnitt, also z.B. Zircaloy, und nur die eigentlichen federnden Anlageelemente aus entsprechend federhartem Material, wie z.B. Inconel, gefertigt werden. Dieses Grundprinzip liegt auch der vorliegenden Erfindung zugrunde.

Die beiden letztgenannten Vorschläge für Abstandshalterkonstruktionen sehen je Abstandshaltermasche ein federndes Anlageelement und vier starre Anlageelemente vor. Letztere befinden sich in der Zone des engsten KUhI-mittelspaltes und verringern an diesen Stellen die Yärme-

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abführung durch iaa Kühlmittel. Weiterhin iet es bei diesen Konstruktionen möglich, daß der Brennstab beim Auftreten starker seitlicher KrSfte, wie si· z.B. bei Erdbeben auftreten können, aus seiner Zentrierung herausgedrückt werden kann und dann direkt an der Maschen wand anliegt, was dann infolge der damit verbundenen Verschlechterung der Wärmeabführung zu HUllrohrdefekten führen kann.

Es stellte sich daher die Aufgabe, ein« Abstandshalterkonstruktion zu finden, bei derdie KUhlungsVerhältnisse über den gesamten Umfang der Brennstäbe in Höhe der Abstandshaltergitter vergleichmäßigt und gleichzeitig der Druckabfall durch letztere verringert wird. Weiterhin soll ein Ausbrechen der Brennstäbe aus ihrer Zentrierung durch starke seitliche Kräfte tunlichst verhindert werden, dies möglichst noch bei einer Konstruktion ausreichender Festigkeit bei verringertem Materialaufwand.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Abstandshalter gelöst, bei dem Jeder Brennstab durch zwei diagonal gegenüberliegende Dreipunktanlagesysteme, die Je aus einem in axialer Richtung gesehen, mittig angeordneten federnden Anlageelement und zwei starren gegenüberliegenden ringförmigen Anlageelementen besteht, gehaltert ist. Dieses neue Abstandshalter.iystem sei nun an einem möglichen Ausführungsbeispiel anhand der Fig. 1 bis 9 näher erläutert.

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ORiGiNAL INSPbCTED

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Die Fig. 1 zeigt zunächst eine Draufnicht auf einen Ausschnitt des Abetandshaltergitters, das aua den Blechstegen 1 und 2, siehe die Fig. 2 und 3, in an sich bekannter Weise durch Ineinanderfügen aufgebaut 1st. Eine perspektivische Ansicht dieses Abstandahaltergitters zeigt Flg. k, die Fig. 5 und 6 sowie 7 zeigen die federnden Anlageelemente und die Fig. 8 und 9 starre Anlageelemente.

In dem Ausschnitt nach Fig. 1 ist zu sehen, daß in des Abstandshaltergitter nicht nur die Brennstabe 5 aufgenommen «erden, sondern auch in an sich bekannter Weise Regelstabführungsrohre. Diese werden in Hülsen 6 eingeschoben, wie sie ebenfalls in Fig. 1 dargestellt sind. Die festen Anlageelemente werden durch ringförmige Rohrabschnitte 3 gebildet, die in Schlitze bzw. 31 (siehe Fig. 2 und 3) an den Kreuzungsstellen der Stege 1 »and 2 eingeschoben sind. Dort werden sie durch Schweißung befestigt, wie auch zusätzlich noch Schwerpunkte an den Krezungss teile η dieser Stege 1 und 2 vorgesehen werden können. Wie in Flg. θ dargestellt, sind diese Anlageelemente 3 an ihren Rändern abgeschrägt 33. Sie lassen sich dadurch leichter in die Schlitze 31 und 32 einführen und erleichtern das spätere Einsetzen von Brennstäben und FUhrungerohren, außerdem wird dadurch der Strömungswiderstand gegenüber dem Kühlmittel, das normalerweise Wasser ist, verringert. Dem gleichen Zweck dient die "pfeilformige"

Ausführung der Stege 1 und 2 an den Kreuzungsstellen.

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Da die RegelstebfUhrungsrohre einen größeren Durchmesser aufweisen, als die Brennstäbe 5 und damit auch deren AufnahmehUlsen 6, sind die benachbarten ringförmigen Elemente 3 entsprechend Fig. 9 mit Einbuchtungen 36 versehen und an diesen Stellen außerdem mit der Hülse 6 zu deren Halterung verschweißt.

Die federnden Anlageelemente 4 sind in die Stegbleche 1, siehe Fig. 3» in deren Ausnehmungen 12 einge- schoben und werden in dieser Stellung durch die anschließend eingefügten Stege 2 gehalten. Eine metallurgische Verbindung ist nicht notwendig. Ihr Aufbau ist aus den Fig. 5, 6 und 7 näher ersichtlich, wobei Fig. 6 eine Seitenansicht und Fig. 5 eine entsprechende Draufsicht darstellt. Fig. 7 stellt eine Ansicht dieses Anlageelementes 4 in Richtung des Stegbleches 1 dar. Insbesondere aus Flg. 3 ist zu ersehen, daß dieses Anlageelement 4 durch Stanzen und Biegen aus einem ebenen Blech in üblicher Weiso hergestellt werden kann. Seine beiden federnden Teile 41, deren Biegung selbstverständlich auch anders gewählt werden kann, verbinden dabei ein Kopf- und Fußstück 42, das einen dreieckigen Querschnitt aufweist. Ein Verschweißen dieser Endstücke 42 ist nicht notwendig, da dort kurze Schlitze 45 eingearbeitet sind, die ebenfalls wie die kurzen Schlitze 43 und 44 an der Vorderseite dieses Teiles 4 beim Einschieben in die Ausnehmung 12 des

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Bleche a ', aieu- t--.g. 5, di« ütegwand uwiassen - siehe F^. 7 - laid :'ar^! ' ate!' «!?"!>.it in ihrer So? lage gehalten sind. W; ■_ bereits eir.^uriga orwiännt, sine diese federnden Anläget lament*» b aus elaetiachem Matearial, z.B. Inconel, gefertigt. VAk übrigen Teile des Abstandghaltergittere dagegen best«hei aus einer Zirkonleglerung. Zur weiteren Herabsetzung de.« Meter!alaufwandeß und damit der Neutronenabsorber r-wje des Dn-^ir/yriustes im durchströmenden Kühlmittel Bind die rtaschcnwände noch mit großflächigen öffnungen ?2 und 1⁴ verseheii.

wie 8US der Hr. 1 ersiehtHoh, Ί..< «gen die stäbe 5 ievtiiS n»;r nr, aec Λο* ftdftr*n~>en Anlageoiamenteii '♦ gK^enübti liegtn«lfcu Ringen 5 an. Gegenüber

1S den oberhalb ¹JrMi «v.terhelt: ciei· Federel»mente ^» angeordnetei; R.trgcr¹ ■' verbleibt '.ipgegen el". Abstand. Auf diese Art uau (iei;n? ist die .jeweilige Dveipunkthülterut'g in j»1<;r Diagonals ρϊγ.λγ Abstandshaltermaoche gegebaa und j,i;3eiieü. bei mnec evcl. Auftreten zu starker f-i^tlich-°r KrBfte *iine tlberbeannpruchung der federnden Tpi^e 41 vermieten, da Gann eijie weitere Bewegung des Brermstabea durch die oberhalb und unterhalb der federnder Anlageeljmente U befestigten Ringt 3 verhindert -flrd. Dies entspricht der Forderung nach Erdbebensicherheit. Wie auch aus der Fig, 1 ersichtlich, iet ein Ausbrechen des Brennetabes aus dieser Halterung im Vergleich zu den Vorschlägen aus dem Stande der lechnik nicht mehr möglich, so dafl auch dies als

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Sicherung gegenüber seitlichen Kräften, wie sie z.B. auch durch ungleichmäßige thermische Belastung der Brennstäbe entstehen könnten, gegeben ist.

Es ist hieraus auch zu ersehen, daß die Kühlung der Brennstäbe innerhalb der Maschen gegenüber den Vorschlägen au3 dem Stande der Technik verbessert wird, da in den engsten Stellen zwischen den Brennstäben und den Stegwandungen 1 und 2 keine die Strömung behindernden Noppen oder Federn vorhanden sind. Da aufgrund der hier gegebenen geometrischen Verhältnisse der Durohtrittsquerschnitt für das Kühlmittel vergleichmäßigt ist, wird auch das Verhalten der Brennstäbe bei thermischen Überlastungen wesentlich verbessert.

Dies wird insbesondere auch dadurch erreicht,daß das Kühlmittel ungestörter und in größerer Menge an die stets gefährdeten Stellen eines Brennstabes knapp hinter den entsprechenden Anliegestellen der Abstandshalterung gelangen können. Daraue ergibt sich dann auch, und ausführliche Messungen haben dieses bestätigt, daß die Druckverluste geringer als bei bisher üblichen Abstandshalterausführungen sind.

Neben diesen funktioneilen Verbessemngen der Ab-Standshalterkonstruktion ist auch deren Zusammenbau relativ einfach zu bewerkstelligen. Zunächst werden die für sich gefertigten federnden Anlageelemente 4 in die Öffnungen 11 der Riechstege 1 eingesetzt und in die Ausnehmungen 12 bis zum Anschlag vorgeschoben. Nachdem

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alle Plätze für die federnden Anlageelemente 4 besetzt sind, werden die Stege 2 in die Schlitze 21 der Stege eingeschoben und umgreifen diese mit den Schlitzen Anschließend werden die Ringe 3 auf der Ober- und Unterseite des zusammengesteckten Abstandshaltergitters eingesetzt und automatisch durch Schweißen befestigt. Dies selbstverständlich unter Berücksichtigung Jener Maschen, an denen die Hülsen 6 für die RegelstabfUhrungsrohre eingesetzt werden. Die in diesen Naschen hineinragenden Anlagefedern 41 werden vorher aus den Anlageelementen 4 entfernt.

Ein derartig aufgebauter Abstandshalter für Kernreaktorbrennelemente wird selbstverständlich in bekannter Weise noch durch einen äußeren Umfassungssteg zusammengehalten. An den einzelnen Abstandshaltermaschen können außerdem an sich bekannte Kühlmittelablenkfahnen zur besseren Verwirbelung des Kühlmittels und damit nicht nur Verbesserung der KUhlwlrkung, sondern auch Ver gleichraäßigung der KUhlmittelaustrittstemperatur, ange bracht sein.

5 Patentansprüche 9 Figuren

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Claims

- 1 - VPA 79 P 9 3 O 5 BRD Patentansprüche

1. Abstandshalter für die zu einem Brennelement von Cernreaktoren zusammengefaßten Brennstäbe, bestehend aus einem Gitterwerk einander rechtwinkelig durchdringender, hochkant angeordneter ßlechstege, an denen federnde und starre Anlageelemente befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß Jeder Brennstab (5) durch zwei diagonal gegenüberliegende Dreipunktanlagesysteme, bestehend Je aus einem, in axialer Richtung gesehen, mittig angeordneten federnden Anlageelement (41) und zwei starren gegenüberliegenden ringförmigen Elementen (3), gehaltert ist.

2. Abstandshalter nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeicnnet , daß über den Kreuzungspunkten der Blechstege (1,2) ober- und unterhalb des Gitterwerkes Ringe (3) in Form von kurzen Rohrabschnitten mit einem Durchmesser kleiner als dem Durchmesser der zu halternden Brennstäbe (5) mit entsprechenden Schlitzen (31,32) der Blechstege (1,2) in Singriff jtehen und mit diesen verschweißt, sind und daß in Aussparungen (12) der Blechstege (1) der einen Richtung im Querschnitt etwa dreieckige Elemente (4) eingehängt sind, in dieser Lage durch die Blechstege (2) der anderen Richtung gehalten werden und mit diagonal in zwei benachbarte Gittermaschen hineinragenden in axialer Richtung verlaufenden AnIagefedern (41) versehen sind«

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3. Abstandshalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefedern (41) in axialer Richtung gesehen über die oberhalb und unterhalb angeordneten Ringe (3) in den Maschenraum so vorstehen, daß diese Ringe (3) den durch die Federn (41) gefaßten Brennstäbe (5) nicht berühren.

4. Abstandshalter nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Msschenwände mit großflächigen Durchbrechungen (11,22) versehen sind.

5. Abstandshalter nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Anlageelemente (4) einstückig aus federndem Material,wie z.B. Inconel-Blech, gestanzt sind und durch Biegen Je ein im Querschnitt dreieckiges Kopf- und Fußteil (42) erhalten haben, das mit Ausnehmungen (43,44,45) zur Führung in Durchbrechungen (12) der die eine Maschenwand bildenden Blechstege 1 versehen sind.

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