DE2910690A1

DE2910690A1 - Einrichtung zur halterung gasgekuehlter brennelemente von kernreaktoren

Info

Publication number: DE2910690A1
Application number: DE2910690A
Authority: DE
Inventors: Theodor Hensolt
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1979-03-19
Filing date: 1979-03-19
Publication date: 1980-10-02
Also published as: JPS55126892A; US4298432A; FR2452157A1

Description

KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

VPA 79 P 9 3 1 3 BRD

Einrichtung zur Halterung gasgeküulter Brennelemente von Kernreaktoren

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur | Halterung der ummantelten Brennelemente gasgekühlter, |

insbesondere schneller Kernreaktoren in einer unterhalb I

des Reaktorkernes angeordneten Gitterplatte, die mit i r zylindrischen Bohrungen für die Aufnahme je eines auch

dem Kühlmitteleintritt dienenden Brennelementfußes

versehen ist. Die Brennelemente solcher Kernreaktoren

haben im allgemeinen sechseckigen Querschnitt, sie be- -_k

stehen aus einer Vielzahl parallel angeordneter Brenn- ?

stäbe und sind über ihre ganze Länge ummantelt. Dieser Γ

Brennelementmantel schließt sich an den Brennelementfuß ;

an, der auch im allgemeinen einen übergang yo.a sechs- .

eckigen zu einem runden Querschnitt aufweist. Mit diesem :

Fuß steckt das Brennelement in Bohrungen einer unterhalb |

^ MU 2 Ant / 5.3.1979

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des Reaktorkernes angeordneten Gitterplatte und wird von dort, also von unten nach oben, vom gasförmigen Kühlmittel, z.B. Heliumgas, durchströmt. Es muß dabei dafür Sorge getragen werden, daß sich das Brennelement durch den Strömungsdruck des Kühlmittels nicht aus seinem Sitz löst.

Durch mechanische Mittel sind die einzelnen Brennelemente im Verband des Reaktorkernes gegenseitig auf genau definierten Abstand gehalten, die an der Peripherie liegenden Brennelemente werden durch eine spezielle Umfassung gesichert. Die Entnahme eines Brennelementes aus einem derartigen Verband ist in Anbetracht dieser mechanischen abstandshaltenden Elemente mit Schwierig keiten verbunden, insbesondere dann, wenn der Kern reaktor bereits eine längere Zeit im Betrieb war und durch thermische Verformungen der ganze Verband der Brennelemente, also der Reaktorkern, unter mechanischen Spannurgen steht. Nicht nur die Entnahme eines Brenn elementes ist dann mit Schwierigkeiten verbunden, sondern auch die Einsetzung eines neuen. Diese erwähnten Schwierigkeiten erschweren dabei nicht nur die Bedienung der Reaktoranlage, sie beeinträchtigen auch die Sicherheit, zumal unter Umständen Beschädigungen der Brenn- elemente beim Brennelementwechsel nicht zu vermeiden sind.

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Es stellte sich daher die Aufgabe, für die Halterung der Brennelemente gasgekühlter Kernreaktoren eine Lösung zu finden, bei der auf die Verwendung abstandshaltender Mittel im Reaktorkernbereich verzichtet werden kann, die eine stabile Halterung der Brennelemente bei gleichzeitiger Niederhaltung derselben erlaubt und dabei keine zusätzlichen Maßnahmen für die Entnahme der Brennelemente verlangt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Bohrungen der Gitterplatte mit Je einem rohrförmigen, unten verschlossenen Gitterplatteneinsatzstück für eine hydraulische Niederhaltung der Brennelemente gegenüber dem Strömungsdruck des Kühlmittels versehen sind, daß diese Einsatzstücke mit seitlichen Öffnungen für den Kühlmitteldurchtritt zum Brennelementfuß, der über Kolbenringe ober- und unterhalb dieser Öffnungen gegenüber der Innenwand des Einsatzstückes abgedichtet ist, versehen sind und daß um den Umfang des Brennelementfußes oberhalb der unteren Kolbenringe gleichmäßig verteilte keilähnliche Bauteile angeordnet sind, die von einem zentralen Kolben über den Differenzdruck des Kühlmittels zwischen Ein- und Austritt desselben am Brennelement betätigt, zusammen mit einem konusförmigen, Jedoch nicht abdichtenden Sitz des Brennelementes auf der Oberseite der Gitterplatte für eine

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spielfreie Einspannung des Brennelementes vorgesehen sind. Die Wandung des Einsatzstückes ist dabei mit einer Längsbohrung versehen, die den Spalt zwischen dem Brennelement und der Gitterplattenbohrung mit dem Raum im Einsatzstück unterhalb des Brennelementfußes verbindet .

Zur weiteren Erläuterung dieser Erfindung sei ein Ausführungsbeispiel anhand der Fig. 1 bis 3 näher "beschrieben. Die Fig. 1 stellt einen perspektivischen Ausschnitt aus dem Kern eines gasgekühlten schnellen Reaktors dar. Hieraus ist zu ersehen, wie die Vielzahl der Brennelemente 59 mit ihrer zylindrischen Verlängerung 58 in Bohrungen 61 der Gitterplatte 6 eingesetzt ist. Der Brennelementfuß steckt dabei in einem unten verschlossenen Gitterplatteneinsatzstück 2, das in der Fig. 2 näher dargestellt ist. über Pfeile ist die Richtung des Kühlmittels dargestellt, das den Reaktorkern von unten nach oben durchströmt. Die übrigen Bauteile, wie z.3. der umgebende Spannbetondruckbehälter, sind nicht näher bezeichnet, da sie für das Verständnis der vorliegenden Erfindung ohne Bedeutung sind.

In Fig. 2 ist mit Hilfe eines Längsschnittes durch einen Brennelementfuß die Halterung eines Brennelementes in der unteren Gitterplatte dargestellt. Das Brennelement sitzt zunächst mit dem konischen Verbindungsteil des

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zylindrischen Teiles 58 in einer kenischen Erweiterung 62 in der Bohrung 61 der Gitterplatte 6. Diese konische Verbindung 1st dabei so gestaltet, daß sie nicht abdichtend wirkt und eine Druckausgleichsverbindung zwischen dem Raum oberhalb der Gitterplatte und dem Zwischenraum 63 in der Bohrung der Gitterplatte herstellt.

Als eines der wesentlichsten Elemente dieser Brennelementhalterung ist nun in die Unterseite der Gitterplatte 6 ein rohrförmiges Gitterplatteneinsatzstück 2 eingesetzt und kraftschlüssig sowie gasdicht mit diesem verbunden. Dieses Einsatzstück 2 ist an seinem unteren Ende verschlossen und, wie auch aus Fig. 3 ersichtlich - diese stellt einen Schnitt entlang der Linie III-III von Fig. 2 dar - mit seitlichen öffnungen 22 für den Durchtritt des gasförmigen Kühlmittels, siehe die Strömungspfeile, versehen.

In diesem Einsatzstück 2 steckt nun der eigentliche Brennelementfuß 5, der ebenfalls ein im wesentlichen rohrförmiges Gebilde darstellt. Dieser Fuß ist mit Kolbenringen 52 und 51 gegenüber der Innenwand des Einsatzstuckes 2 abgedichtet und außerdem mit seitliehen öffnungen versehen, die mit den öffnungen des Einsatzstuckes fluchten, so daß damit ein ungehinderter Eintritt des Kühlgases in das Brennelement ermöglicht wird.

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Da es praktisch nicht möglich ist, den Brennelementfuß 5 so auszubilden, daß er spielfrei im Einsatzstück 2 sitzt, aber dennoch eine feste Einspannung des Brennelementes in der Gitterplatte 6 erreicht werden muß, sind um den Umfang des Fußstückes 5 verteilt keilähnliche Bauteile 1 vorgesehen, die über bewegliche Zwischenkörper 15 von einem Jochstück 57 gleichmäßig in den Zwischenraum zwischen Brennelementfuß 5 und Einsatzstück 2 gepreßt werden. Brennelementfuß 5 und Einsatzstück 2 sind an diesen Stellen mit entsprechenden Flächen versehen, so daß damit eine feste und spielfreie Einspannung des Brennelementfußes gewährleistet ist. In diesem Beispiel sind um den Umfang verteilt drei derartige keilförmige Körper 1 vorgesehen, siehe insbe- sondere Fig. 3.

Die für das Einpressen der keilförmigen Teile 1 benötigte Kraft ergibt sich aus dem Druckunterschied des Kühlmittels am Eintritt und am Austritt des Brenn elementes. Der Eintrittsdruck ist mit P™ bezeichnet, der Austrittsdruck mit P_A· Dieser herrscht auch außerhalb des Brennelementes 59 an der Oberseite der Gitterplatte 6 sowie im Spalt 63. Das Einsatzstück 2 ist mit einer Längsbohrung 21 versehen, die in den unteren Teil 23 mündet, so daß dort ebenfalls der Austrittsdruck P_A herrscht. Im unteren Teil des Fußstückes 5 ist nun in einer großen zentralen Bohrung 53 derselben ein Kolben U angeordnet und mit Kolbenringen 41 gegen die Bohrungswandung abgedichtet. An der axialen Stange

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dieses Kolbens 4 ist die Traverse 57 befestigt, sie ist weiterhin in der Bohrung 55 eines Lagerschildes 54 gleitend gelagert. Wie eingezeichnet, wirkt nun auf diesen Kolben 4 der Druckunterschied zwischen Eingangsdruck P_£ und Ausgangsdruck P_A und drückt dabei die

Keile 1 in die spannende untere Stellung. Dieser Druckunterschied wirkt sich anschließend auch so aus_f daß \_: das gesamte Brennelement mit seinem Fuß im Einsatzstück 2 nach unten gezogen und damit gegen die Strömungskräfte des Kühlmittels gehalten wird.

Gleichzeitig mit der spielfreien Einspannung des Brennelementfußes ist damit auch eine hydraulische Niederhai tung des Brennelementes bewerkstelligt. Da im Falle eines Brennelementwechsels keine wesentliche KUhlmittelströmung mehr herrscht, entfällt auch die Niederhaltungskraft und das Brennelement kann in üblicher Weise ohne vorherige Betätigung irgendwelcher Entriegelungsmittel aus dem Verband der üblichen Brennelemente nach oben abgezogen werden. Irgendwelche abstandshaltende Mittel, die früher zwischen den Brennelementmänteln vorgesehen waren, sind in Anbetracht der spielfreien Einspannung des Brennelementes - dieses stellt sozusagen einen einseitig eingespannten Balken dar - nicht mehr notwendig und behindern somit nicht mehr den Brennelementwechselvorgang.

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Selbstverständlich sind bei Anwendung des hier beschriebenen Halterungsprinzips auch noch andere konstruktive Möglichkeiten denkbar, die von jedem versierten Konstrukteur unter Berücksichtigung -der von Fall zu Fall möglicherweise unterschiedlichen räumlichen Voraussetzungen ohne weiteres erfinderisches Zutun gefunden werden können.

2 Patentansprüche

3 Figuren

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Claims

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jpj Patentansprüche

1?) Einrichtung zur Halterung der ummantelten Brennelemente gasgekUhlter, insbesondere schneller Kernel 5 reaktoren in einer unterhalb des Reaktorkernes ange-

I ordneten Gitterplatte, die mit zylindrischen Bohrungen

ti für die Aufnahme ^e eines auch dem Kühlmitteleintritt

I dienenden Brennelementfußes versehen ist,

|( ) dadurch gekennzeichnet, daß die

f? 10 Bohrungen (61) mit je einem rohrförmigen, unten ver-

II schlossenen Gitterplatteneinsatzstück (2) für eine ;i hydraulische Niederhaltung der Brennelemente (59)

H gegenüber dem Strömungsdruck des Kühlmittels versehen M sind, daß diese Einsatzstucke (2) mit seitlichen i;] 15 Öffnungen (22) für den KUhlmitteldurchtritt aum Brenn-N elementfuß (5), der über Kolbenringe (52 und 51) oberfl und unterhalb dieser Öffnungen (22) gegenüber der Innen- > wand des Einsatzstückes (2) abgedichtet ist, versehen I sind und daß um den Umfang des Brennelementfußes (5) ! 20 oberhalb der unteren Kolbenringe (51) gleichmäßig I verteilte keilähnliche Bauteile (1) angeordnet sind, die I von einem zentralen Kolben (4) über den Differenz-■ druck (Pg- P_A) des Kühlmittels zwischen Ein- und

Austritt desselben am Brennelement betätigt, zusammen

\ 25 mit einem konusförmigen, jjedoch nicht abdichtenden

j Sitz (62) des Brennelementes auf der Oberseite der

:, Gitterplatte (6) für eine spielfreie Einspannung des

Brennelementes vorgesehen sind.

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2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Wandung des Einsatzstückes (2) mit einer Längsbohrung (21) versehen ist, die den Spalt (63) zwischen Brennelementteil (58) und Gitterplattenbohrung (61) mit dem Raum (23) im Einsatzstück (2) unterhalb des Brennelementfußes (5) verbindet.

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