DE29521378U1 - Verbiegungsarmes Brennelement eines Druckwasserreaktors - Google Patents

Description

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Beschreibung

Verbiegungsarmes Brennelement eines Druckwasserreaktors

Die Erfindung geht aus'von einem Brennelement, dessen in Figur 1 prinzipiell gezeigter Aufbau bei Druckwasserreaktoren üblicher Stand der Technik ist.

Es trägt an seinem oberen Ende ein Kopfteil 1 mit einem Rahmen 2, der sich zum Beispiel über Federbeine 3 an inneren Aufbauten des Reaktors abstützt und eine Platte 4 trägt. Auch das Fußteil 5 weist einen entsprechenden Rahmen auf, der mit einem Zuführungsstutzen auf einer Stützkonstruktion im Reaktorkern aufsteht und eine Bodenplatte 6 trägt. Die Bodenplatte 6 ist mit der Platte 4 über mehrere, im linken Teil der Figur 1 erkennbare Führungsrohre 7 verbunden, so daß eine Tragstruktur entsteht, die seitlich offen, also nicht durch Seitenwände begrenzt ist (Brennelementkästen mit derartigen Seitenflächen wären typisch für Brennelemente von Siedewasserreaktoren).

Zwischen der Bodenplatte 6 und der Deckplatte 4 ist ein Bündel von Brennstäben 8 angeordnet, die unterhalb der Deckplatte 4 enden. Im rechten Teil der Figur 1 sind diese um die Führungsrohre 7 herum angeordneten Brennstäbe 8 erkennbar, während im linken Teil die Brennstäbe zur besseren Darstellung nicht gezeigt sind.

Ferner gehören zur Tragstruktur mehrere axial über die Länge des Brennelements verteilte gitterförmige Abstandhalter 9, 10, die zum Beispiel über Hülsen 11, die an einigen Führungsrohrpositionen in den entsprechenden Maschen der Abstandhalter befestigt sind und an den durch diese Maschen verlaufenden Führungsrohre angreifen, an den Führungsrohren gehalten sind.

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Außerdem können an axialen Zwischenpositionen weitere Gitter 12 vorgesehen sein, die als Träger für Strömungsleitflächen {"Mischflügel" 13) dienen, um das zwischen den Brennstäben fließende Kühlwasser zur Erhöhung der Kühlwirkung zu mischen und zu verwirbeln.

Jeder Brennstab ist dabei in einer Masche eines obersten Abstandhalters (Abstandhalter 9) und in jeweils einer Masche mehrerer darunterliegender Abstandhalter {zum Beispiel Abstandhalter 10) seitlich durch Stützelemente abgestützt.

Figur 2 zeigt einen Querschnitt, Figur 3 einen Längsschnitt durch eine typische Stützmasche, das heißt eine Gittermasche mit Stützelementen, die in diesem Fall äquidistant über den Umfang der Masche verteilt angeordnet sind. In diesem Fall, der praktisch in der US-A-4,735,769 beschrieben ist, sind als Stützelemente zwei Federn 20, 21 aus Inconell vorgesehen, die an aneinanderstoßenden Seiten der quadratischen Maschen angeordnet sind und ungefähr in einer auf mittlerer Höhe des Abstandhalters liegenden Mittelebene A-A mit einer Federkraft F auf den in dieser Stützmasche 22 sitzenden Brennstab 23 drükken. An jeder dieser Feder gegenüberliegenden Maschenseite ist jeweils starres Stützelement, nämlich ein Paar von Noppen 24, 25 und 26, 27 angeordnet. Die beiden Noppen eines Paares liegen jeweils übereinander, so daß die unteren Noppen 24, 2 6 in der Ebene B-B (also unterhalb der Mittelebene A-A), die Noppen 24, 27 jedoch in der Ebene C-C {also oberhalb der Mittelebene A-A) mit einer Auflagekraft, die jeweils der halben Federkraft F entspricht, auf den Brennstab drücken.

In Figur 4 und Figur 5 ist eine ähnliche Konstruktion gezeigt, bei der jedoch die beiden Federn 20, 21 der Figur 2 durch eine von einer Maschenecke diagonal auf den Brennstab gerichtete Diagonalfeder 30 ersetzt sind, wie in der US-A-5,311,564 beschrieben ist. Die Stützelemente (Feder 30 und die entsprechenden Noppen-Paare 31, 32; 33, 34) sind also in diesem Fall spiegelsymmetrisch zu der Diagonalen D über

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den Umfang der Masche 35 mit ihrem Brennstab 36 verteilt und ausgebildet.

Da somit der Brennstab in der entsprechenden Masche in mehreren übereinanderliegenden Ebenen gehalten ist, wird der Brennstab in den jeweiligen Abstandhaltermaschen praktisch in senkrechter Lage zur Mittelebene A-A und somit praktisch parallel zu den Führungsrohren gehalten.

Der das ganze Gewicht des Brennelements tragende Fuß 5 {Figur 1) ruht unbeweglich auf einer Kerngitterplatte. Sind die Führungsrohre hinreichend gerade und steif, kann davon ausgegangen werden, daß die Führungsrohre 7 in der Ebene Aa-Aa fixiert sind und der unterste Abstandhalter 10 parallel zur Ebene Aa-Aa ausgerichtet ist. In unbestrahltem Zustand sind dann auch alle Brennstäbe in ausreichendem Maß vertikal und alle Abstandhalter horizontal ausgerichtet, auch wenn die Brennelementköpfe 1 von den Federbeinen 3 nur mit einer geringeren Steifheit gehalten sind, also in der Ebene Bb-Bb leichter verschieblich sind.

Im Kernreaktor sind die Brennelemente während des Reaktorbetriebs einer intensiven Neutronenstrahlung ausgesetzt. Der Neutronenfluß ist aber räumlich nicht homogen über die Brennelemente verteilt und auch zeitlich nicht konstant. Andererseits ist die Wärmeentwicklung (Leistung) der Brennstäbe direkt vom Neutronenfluß abhängig, so daß sich die Brennstäbe ungleichmäßig erwärmen. Dies bedingt eine ungleiche thermische Ausdehnung des einzelnen Stabes und der Stäbe untereinander, zu der noch hinzukommt, daß die Legierung (im allgemeinen Zirkaloy), aus der die Hüllrohre der Brennstäbe bestehen, sich unter Bestrahlung verändert, was zu einem inhomogenen Wachstum der Stäbe führt. Daher verformen sich die Brennstäbe und dehnen sich auf einer Seite des BrennstabbündeIs häufig stärker aus als auf der gegenüberliegenden Seite.

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über die kraftschlüssige Halterung der Brennstäbe werden dadurch Kräfte auf die Abstandhalter übertragen, die auch die Führungsrohre und somit die ganzen Brennelemente verbiegen.

Verbogene Brennelemente sind jedoch schwer zu handhaben. So können zum Beispiel bei einem Brennelementwechsel dann einzelne Brennelemente nur noch schwierig aus dem Reaktorkern, in dem diese Brennelemente mit wenigen Millimetern Abstand nebeneinandersitzen, entfernt werden. Außerdem entstehen durch diese Verbiegungen ungleichmäßige Spalten zwischen den einzelnen Brennelementen. Diese Spalten sind mit Kühlflüssigkeit gefüllt, die sowohl als Moderator den Neutronenfluß sowie durch die Kühlung der Brennstäbe die Temperatur-Leistungsverteilung beeinflußt. Derartige Effekte sind daher nicht nur störend, weil sie die Handhabung der Brennelemente erschweren, sondern müssen auch bei der hydraulischen und radiologischen Auslegung des Kerns beachtet werden.

Dies wirkt insbesondere bei modernen Brennelementen störend, 0 die im Hinblick auf einen hohen Abbrand, höhere Betriebstemperaturen und eine bessere Ausnutzung des Brennstoffs ausgelegt sind.

Es entsteht daher ein wachsendes Bedürfnis, Verbiegungen von Brennelementen zu vermeiden. So wurde schon vorgeschlagen, die Tragstruktur der Brennelemente zu verstärken, indem stabilere Steuerstabführungsrohre verwendet oder einige Brennstäbe durch zusätzliche Strukturrohre ersetzt werden. Es wird auch versucht, die Stäbe durch eine stärkere Einspannung in 0 die Abstandhalter auszurichten, zum Beispiel indem die Verbindungselemente zwischen den Abstandhaltern und Führungsrohren verstärkt und/oder die Abstandhalter zumindest an den Stellen, an denen besondere Biegungen erwartet werden, aus Stahl oder Legierungen auf einer Nickel-Basis ausgeführt werden. Auch Sonderkonstruktionen von Abstandhaltern sind bereits vorgeschlagen, bei denen durch eine besondere Materialkombination (zum Beispiel Zirkaloy und Stahl) ein Bimetall-

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Effekt auf die Brennstäb.e ausgeübt werden soll, um den Verbiegungen entgegenzuwirken.

Mit wachsender Verbiegung des Brennelements scheint auch die Gefahr von sogenannten'"Fretting-Schäden" - vor allem am untersten Abstandhalter - zuzunehmen. Dabei handelt es sich um Beschädigungen des Brennstab-Hüllrohrs, die durch Reib-Korrosion zwischen den Brennstäben und den Stützelementen entstehen, wenn die Brennstäbe, die durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels in erhebliche transversale Vibrationen versetzt werden, nicht fest zwischen den Stützelementen sitzen, sondern daran scheuern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, durch konstruktive Maßnahmen zu vermeiden, daß sich die Brennelemente während des Reaktorbetriebs unzulässig verbiegen und/oder die Gefahr von Fretting-Schäden am untersten Abstandhalter verbogener Brennelemente zu vermeiden.

Die Erfindung sieht ein Brennelement vor, bei dem eine Bodenplatte und eine Deckplatte miteinander durch Führungsrohre verbunden sind und eine seitlich offene Tragstruktur bilden, wobei an den Führungsrohren mehrere ungefähr senkrecht dazu verlaufende Gitter in axialem Abstand voneinander gehalten sind. Zwischen der Bodenplatte und der Deckplatte ist ein Bündel aus Brennstäben angeordnet, die jeweils übereinanderliegende Maschen der Gitter durchsetzen und deren obere Enden an der Deckplatte und/oder untere Enden an der Bodenplatte jeweils nicht {oder jedenfalls nicht starr) gehalten sind.

Mehrere der übereinanderliegenden, von jeweils dem gleichen Brennstab durchsetzten Maschen sind als Stützmaschen ausgebildet, die mindestens drei ungefähr äquidistant (oder wenigstens annähernd spiegelbildlich zu einer Diagonalen der Stützmasche) längs des Umfangs des Brennstabs verteilte Stützelemente aufweisen. Diese Stützelemente stützen den Brennstab seitlich an den Gitterstegen der Stützmaschen ab.

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Zur Lösung der Aufgabe enthalten die oberste und/oder unterste Stützmasche dieses Brennstabs nur Stützelemente, die praktisch ir. einer Ebene, am Brennstab angreifen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und werden anhand von zehn Figuren und zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 die bereits erläuterte Seitenansicht eines Brennelements für einen Druckwasserreaktor,

Figur 2 und Figur 3 einen bereits beschriebenen Aufbau einer Stützmasche im Längs- und Querschnitt nach dem Stand der Technik, die auch als eine der mittleren Stützmaschen des erfindungsgemäßen Brennelements vorteilhaft ist,

Figur 4 und Figur 5 einen bereits beschriebenen, anderen Aufbau einer derartigen Masche nach dem Stand der Technik und zur Verwendung bei den mittleren Abstandhaltern des erfindungsgemäßen Brennelements,

Figur &bgr; die bereits in Figur 3 gezeigte Stützmasche bei einer Verbiegung des Brennstabs,

Figur 7 eine gemäß der Erfindung ausgeführte obere oder untere Stützmasche eines Brennstabs,

Figur 8 eine entsprechende, nur federnde Stützelemente enthaltende Stützmasche,
30

Figur 9 und Figur 10 einen Quer- und Längsschnitt durch eine nur starre Stützelemente enthaltende Stützmasche, und

Figur 11 und Figur 12 einen Quer- und Längsschnitt durch kreisförmige Stützmaschen.

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Die Erfindung geht davon aus, daß sich in der Ebene des obersten Abstandhalters die Verbiegung eines Brennstabs als eine Überlagerung von drei Geometrieänderungen gegenüber seiner unverbogenen Normallage darstellen läßt. Das Längenwachstum führt zu einer Verschiebung des Brennstabendes in Richtung der Brennelementachse, also senkrecht zur Normallage des Abstandhalters; die seitliche Auslenkung des Endes eines verbogenen Brennstabs entspricht einer Verschiebung in der Abstandhalter-Ebene; durch die Krümmung des Brennstabs entsteht eine Schrägstellung, also ein Winkel zwischen der Achse des Brennstabs einerseits und der Achse des unverbogenen Brennelements bzw. der unverbogenen Führungsrohre. Da die Führungsrohre über die Hülsen 11 {Figur 1) praktisch stets orthogonal mit den die Stützmaschen bildenden Gittern, also zum Beispiel den Abstandhaltern der Figur 1, verbunden sind und die Tragstruktur des Brennelements bilden, haben diese unterschiedlichen Geometrieänderungen auch unterschiedliche Auswirkungen auf diese Tragstruktur und die Geometrie des ganzen Brennelements.

Bei einem Längenwachstum verschiebt sich jeweils der von den Stützelementen einer Stützmasche gehaltene Abschnitt des Brennstabs in vertikaler Richtung, also entlang den Stützelementen, wobei eine Reibungskraft auftritt, die - sobald die Haftreibung überwunden ist - proportional der Wachstumsgeschwindigkeit ist. Im ganzen Gitter (Abstandhalter) addieren sich zwar die in den einzelnen Stützmaschen auftretenden Reibungskräfte, sie können aber (zumindest wenn die Stützmaschen jeweils nur eine Diagonalfeder 30 entsprechend Figur 4 ent-0 halten und nicht zwei oder mehrere Federn mit entsprechend erhöhten Haftreibungen) vernachlässigt werden. Die Brennstäbe sind in ihrem Längenwachstum auch nicht durch eine starre Einspannung an ihren beiden Enden behindert, so daß auch keine Verbiegung des Brennelements zu befürchten ist.

über die Kräfte F (Figur 3) der Stützelemente führt die seitliche (horizontale) Verschiebung der Brennstäbe zu einer

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Kraft auf das Gitter, das dadurch zum Beispiel im Fall des obersten Abstandhalters 9 parallel zur Ebene Bb-Bb (Figur 1) verschoben werden kann. Diese Verschiebung ist unerwünscht, erweist sich jedoch als weitgehend tolerierbar, nimmt jedoch nur ein weitgehend tolerierbares Ausmaß an, solange keine durch die Schrägstellung der Brennstäbe bedingten Kräfte auftreten, die die Verbiegung des Brennelements noch verstärken. Der unterste Abstandhalter 10 wird ohnehin praktisch nicht verschoben, da dieser als starr fixiert angesehen werden kann, wie bereits erläutert wurde.

Die Schrägstellung des Brennstabs in der Stützmasche führt jedoch dazu, daß der Brennstab auf das Gitter ein im folgenden erläutertes "Kippmoment" ausübt. Bei der in Figur 3 gezeigten senkrechten Ausrichtung des Brennstabs wird die Kraft F der Feder 30 zu gleichen Teilen von den oberen Noppen 25, 27 und den unteren Noppen 24, 26 aufgefangen; bei einer starken Schrägstellung jedoch berühren zum Beispiel die oberen Noppen 25, 27 den Brennstab überhaupt nicht mehr, und die unteren Noppen 24, 26 müssen die gesamte Kraft F aufnehmen. Die Stützelemente 20, 24 und 26 üben also auf den schrägen Brennstab ein Drehmoment aus,' das ihn zurück in die vertikale Normal-Stellung biegt und den Betrag F &khgr; R besitzt. Dies ist an sich erwünscht und eine vorteilhafte Variante der Erfindung sieht daher für mehrere, zwischen dem obersten und dem untersten Abstandhalter liegende Gitter derartige Stützmaschen vor, bei denen die Stützelemente in unterschiedlichen Ebenen (das heißt R^O) am Brennstab angreifen. Auch die unterste Stützmasche kann so ausgebildet sein, sofern nicht andere 0 Gründe, die unten erläutert sind, zu einer abweichenden Ausgestaltung führen. Das "Zurück-Biegen" des Brennstabs und das entsprechende Drehmoment ist aber mit Reaktionskräften auf die Stützmasche verbunden, die dadurch aus ihrer horizontalen Normallage ausgelenkt, also "gekippt" werden kann. Im Gitter addieren sich diese in den verschiedenen Stützmaschen auftretenden Momente zu einem gesamten Kippmoment und führen dazu, daß die Führungsrohre, an denen die Gitter (Abstandhalter)

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♦ t · ■

orthogonal fixiert sind, ebenfalls gekippt, also aus ihrer vertikalen Normallage gebogen werden.

Diese Verbiegung der Führungsrohre wirkt vor allem bei dem die obersten Stützmaschen tragenden Abstandhalter 9, dessen Position bezüglich der Ebene Bb-Bb durch den verhältnismäßig elastisch gelagerten Brennelement-Kopf nicht fixiert ist. Die Führungsrohre werden also, ausgehend von ihrem oberen Ende, verbogen und lenken somit auch die darunterliegenden Gitter aus deren horizontaler Normallage aus. Dies führt daher zu einer Schrägstellung der Stützmaschen in den darunterliegenden Gittern, so daß diese Stützmaschen nun auf die in ihnen abgestützten Brennstab-Teile solange ein Biegemoment ausüben, bis auch diese Brennstab-Teile entsprechend der in Figur 3 angegebenen Kraftverteilung senkrecht zu den Stützmaschen der gekippten Gitter stehen und parallel zu den verbogenen Führungsrohren verbogen sind.

Die Biegemomente und Kippmomente in den obersten Stützmaschen 0 können aber vermieden werden, wenn alle Stützelemente dieser Maschen in der gleichen Ebene A-A angreifen, das heißt der axiale Abstand R der Anlageflächen, an denen der Brennstab (Figur 3) bzw. 3 6 (Figur 5) abgestützt ist, zu Null gemacht

wird.
25

Daraus ergibt sich die erfindungsgemäße Konstruktion der obersten Stützmasche.

Für diese Konstruktion der obersten Stützmasche lassen erste Rechnungen erwarten, daß sich die auf den ganzen Brennstab ausgeübten Verbiegungskräfte gegenüber der herkömmlichen Einspannung des Brennstabs bis etwa auf die Hälfte reduzieren lassen. Dadurch wird es möglich, die Brennelemente auf einen höheren Abbrand, höhere Betriebstemperaturen und andere Eigenschaften zur Leistungsverbesserung auszulegen, ohne durch Verbiegungen des Brennelements hervorgerufene Änderungen besonders berücksichtigen zu müssen. Eventuelle einfache Zu-

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satzmaßnahmen, zum Beispiel eine geringfügige Verstärkung der Führungsrohre, sind daher häufig sogar entbehrlich.

Das eingangs erwähnte "Fretting" (Reibkorrosion) ist am ehesten in der untersten Stützmasche zu befürchten. Dort sind die Transversalschwingungen des Brennstabs am stärksten, da das aus dem Brennelementfuß austretende Kühlmittel noch viele Wirbel und andere Inhomogenitäten in seiner Strömung enthält, die solche Schwingungen anregen. Außerdem sind hier die Schwingungen nicht, wie in den darüberllegenden Stützmaschen, von oben und unten durch zwei benachbarte Stützmaschen gedämpft .

Dabei sind vor allem verbogene Brennstäbe besonders durch Fretting gefährdet, wie am Beispiel der Gittermasche nach Figur 6 für einen verbogenen Brennstab gezeigt wird. In Figur sind dabei die unterhalb der Diagonalen D-D der Figur 4 liegenden Teile der Stützmasche entfernt, um den Blick auf den verbogenen Brennstab 36' freizugeben. Dieser kann zum Bei-0 spiel zwischen einer mit durchgezogenen Linien angegebenen Stellung und einer mit unterbrochenen Linien angegebenen Stellung, die der unverbogenen Normalstellung entspricht, schwingen. Dabei liegt er jeweils an der unteren Noppe 31 bzw. der unteren Noppe 33 {in Figur 6 nur durch ihre Anlagefläche 33' angedeutet) an den Seiten der Stützmasche 36 an. Er bewegt sich also in einem Winkelbereich &agr; um eine in der Ebene B-B liegenden Drehachse.

Folglich liegt dieser Brennstab 36'· nicht mehr fest an den 0 oberen Noppen 32 und 34, sondern scheuert dort. Die dabei

entstehende Scheuerspur 34' der Noppe 34 kann den Brennstab schließlich perforieren. Ähnliche Scheuerspuren erzeugen natürlich auch Noppe 32 und {allerdings im geringeren Maß) Feder 30.
35

Diese Perforation durch die Stützglieder der untersten Stützmasche kann weitgehend vermieden werden, wenn alle Stützele-

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mente dieser Stützmasche in einer Ebene am Brennelement angreifen (R = O) .

Daher sieht die Erfindung bevorzugt vor, für jeden Brennstab zumindest die oberste und unterste Stützmasche, in Figur 1 also die Maschen der Abstandhalter 9 und 10, nach dem Prinzip "R = 0" auszubilden, während die Maschen der dazwischenliegenden Abstandhalter {in Figur 1 nicht dargestellt) als Stützmaschen entsprechend den Figuren 2, 3 bzw. 4, 5 ausgebildet sind. Die Zwischengitter 12, die nur als Träger der Strömungsleitflächen 13 dienen, haben dagegen häufig Maschen ohne Stützelemente. Sofern zum Beispiel durch die Konstruktion eines strömungsgünstigen Fußes die Brennstäbe im Bereich der untersten Stützmaschen nicht besonders angeregt werden, kann aber auch für diese untersten Stützmaschen die Konstruktion nach den Figuren 2 bis 5 angewendet werden. Läßt dagegen die Auslegung des Brennelements genügend Toleranzen für verbogene Brennelemente zu,, so kann umgekehrt auch die oberste Stützmasche jeweils entsprechend den Figuren 2 bis 5 ausge-0 bildet werden, während zur Vermeidung von Fretting-Schäden nur die unterste Stützmasche nach der Erfindung ausgebildet ist.

Ein bevorzugtes Beispiel., die Stützmaschen nach den Figuren bis 5 entsprechend dem Prinzip "R = 0" zu modifizieren, zeigt Figur 7. Dabei wird der in Figur 2 oder 4 gezeigte Querschnitt nicht modifiziert, die Stützmasche enthält also im Fall der Figur 4 ein federndes Stützelement, im Fall der Figur 2 zwei federnde Stützelemente (Figur 26, 27; Feder 40).

0 Ferner sind auch zwei weitere, starre Stützelemente vorgesehen, die den Noppen-Paaren 24, 25 und 26, 27 (bzw. 31, 32 und 33, 34) der Figuren 2 und 4 entsprechen. Während jedoch die Stützglieder (Noppen) der Figuren 2 und 4 in den Ebenen B-B und C-C (also oberhalb und unterhalb der Ebene A-A, in der das federnde Stützelement 20 bzw. 30 angreift) am Brennstab angreifen, greifen die in Figur 7 vorgesehenen starren Stützglieder 41 zusammen mit dem elastischen Stützglied 40 in der

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gleichen Ebene A-A an. Statt eines Noppen-Paares wird also jeweils nur eine einzelne Noppe 41 verwendet. Von dieser Abweichung abgesehen, sind aber diese Stützglieder nach wie vor über den Umfang des Brennstabs praktisch äquidistant verteilt (Figur 2) oder wenigstens annähernd äquidistant verteilt (Figur 4). Auch die spiegelsymmetrische Anordnung zur Diagonalen D-D der Figuren 3 und 4 .bleibt unverändert.

Es ist nicht erforderlich, gleichzeitig elastische und starre Stützelemente in einer Stützmasche zu verwenden. So zeigt Figur 8, daß das starre Stützelement 41 der Figur 7 durch ein federndes Stützelement 51 ersetzt werden kann. Die Stützmasche enthält dann nur noch federnde Stützglieder 50, 51.

Aus strömungstechnischer Sicht kann es vorteilhaft sein, in den Stützmaschen jeweils nur eine Feder zu verwenden (Figur 4). Im Hinblick auf die bei den Figuren 2 und 4 auftretenden Unterschiede in den Federkräften und Reibungskräften erscheint es vorteilhaft, Figur 4 nur (oder zumindest: wenigstens) in der obersten und/oder untersten Stützmasche anzuwenden. Andererseits erlaubt eine nur in diagonaler Richtung in die Masche ragende Stützmasche, daß der Brennstab bei einer Vibrationsanregung in einer Vorzugsrichtung schwächer gedämpfte Transversalschwingungen ausführt als bei Verwendung von zwei Stützfedern, so daß im Hinblick auf Fretting und Schwingungsdämpfung die Ausbildung nach Figur 2 vorteilhafter sein kann.

In manchen Fällen kann aber auch auf federnde Stützglieder verzichtet werden und die Stützmasche nur mit starren Stützgliedern ausgeführt werden. Ein derartiges Beispiel zeigen die Figuren 9 und 10, die auf den Stützmaschen der US-A-4,312,705 aufbaut. Dabei wird die vom Brennstab 60 durchsetzte Stützmasche 61 von einander kreuzenden Stegen 62, 63 gebildet, wobei jeweils um die Kreuzungen dieser Stege herum Stützringe 64, 65 auf die Kanten dieser Stege aufgesetzt

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sind. Diese Stützringe sind in Nuten der Stege 62, 63 gehalten.

Für den Fachmann wird aus diesen Ausführungen erkennbar, daß als Stützelemente viele Feder- und/oder Noppen-Formen möglich sind, die im Stand der Technik im Hinblick auf Strömungswiderstand, Haltekraft oder andere Gründe vorgeschlagen sind.

Auch für die Gitter und deren Maschen, durch die der Brennstab geführt ist und die zwischen der obersten Stützmasche und der untersten Stützmasche liegen, sind viele Abweichungen möglich. So können zum Beispiel auch Maschen der Zwischengitter 12 in Figur 1 Stützglieder tragen, die Zwischengitter können aber auch ganz entfallen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung müssen auch nicht alle Maschen von Abstandhaltern, die zwischen der obersten und untersten Stützmasche liegen, jeweils Stützmaschen mit mindestens drei äquidistant am Brennstab angreifenden Stützelementen sein.

0 Ebenso ist auch ein quadratischer Querschnitt der Gittermaschen für die Erfindung nicht erforderlich. So zeigt Figur zum Beispiel einen Querschnitt durch ein Gitter, das aus aneinandergeschweißten Hülsen 70, 71 besteht, durch die jeweils die (nicht gezeigten) Brennstäbe geführt sind. Entsprechend ausgebildete Abstandhalter werden häufig verwendet, wobei als Stützelemente jeweils Federn 72 und aus den Hülsen ausgeprägte Noppen 74, 7 5 dienen. Figur 12 zeigt einen Längsschnitt längs der Ebene XII-XII der Figur 11, aus der ersichtlich ist, daß auch in diesem Fall die Noppen 74, 75 und die Feder 72 in einer Ebene A-A angreifen, wenn dieser Abstandhalter als oberster Abstandhalter verwendet wird.

Wird diese Konstruktion jedoch verwendet, um zwischen der obersten Stützmasche und der untersten Stützmasche liegende Stützmaschen zu bilden, so sind die Noppen 74, 75 durch Noppen-Paare ersetzt, die in unterschiedlichen Ebenen {B-B und C-C) angreifende Stützglieder aufweisen, wie die mit durch-

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brochenen Linien gezeigten Noppen 74', 74'' und 75', 75''
zeigen.

Gemäß der Erfindung braucht also bei der Wahl der geeigneten Stützglieder zunächst auf eine besondere Verbiegungs-Armut
des Brennelements oder e-ine besondere Fretting-Sicherheit am untersten Abstandhalter nicht besonders Rücksicht genommen zu werden, vielmehr können diese Eigenschaften bereits weitgehend
berücksichtigt werden, wenn die jeweiligen Stützglieder einer Masche in einer einzigen Ebene angeordnet werden.

Claims (10)

GR 94 G 3587 DE 15 Schutzansprüche

1. Brennelement für einen Druckwasserreaktor mit folgenden Merkmalen:
5

a) eine Bodenplatte (6) und eine Deckplatte (4) sind miteinander durch Führungsrohre (7) zu einer seitlich offenen Tragstruktur verbunden,

b) an den Führungsrohren sind mehrere ungefähr senkrecht dazu verlaufende Gitter (8, 9, 10) in axialem Abstand voneinander gehalten,

c) zwischen der Bodenplatte (6) und der Deckplatte (4) ist ein Bündel zu den Führungsrohren ungefähr paralleler Brennstäbe (8) angeordnet, deren obere Enden nicht oder jedenfalls nicht starr an der Deckplatte gehalten sind und die jeweils übereinanderliegende Maschen der Gitter (8, 9, 10) durchsetzen,

d) mehrere der jeweils gemeinsam von einem Brennstab durchsetzten Gittermaschen sind als Stützmaschen ausgebildet, die mindestens drei ungefähr äquidistant über den Umfang des Brennstabs verteilte Stützelemente zum seitlichen Abstützen des Brennstabs aufweisen,

dadurch gekennzeichnet, daß die oberste und/oder unterste Stützmasche eines Brennstabs nur Stützelemente (40, 41, Fig. 7) enthält, die praktisch in einer Ebene (A_A) am Brennstab angreifen.

2. Brennelement nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der in einer Ebene angreifenden Stützelemente ein federndes Stützelement (40) ist.

3. Brennelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei der in einer Ebene angreifenden Stützelemente starre Stützelemente (41) sind.

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IS· ·

4. Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer Ebene angreifenden Stützelemente (20, 24, 26) spiegelsymmetrisch zu einer Diagonalen (D-D) der Masche ausgebildet und am Umfang des Brennstabs verteilt sind.

5. Brennelement nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der obersten und der untersten Stützmasche wenigstens eine mittlere Stützmasche liegt, deren Stützelemente (20, 24, 25) in mehreren Ebenen (A-A, B-B, C-C) am Brennstab angreifen.

6. Brennelement nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Stützmasche mindestens ein federndes Stützelement (20) und zwei starre Stützelemente enthält, daß jedes starre Stützelement aus einem Paar von praktisch übereinander angeordneten Stützgliedern (24, 25; 26, 27) besteht und jeweils die oberen Stützglieder der beiden Paare oberhalb und die beiden unteren Stützglieder der beiden Paare unterhalb der Ebene (A-A), in der das federnde Stützelement liegt, am Brennstab angreift.

7. Brennelement nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die beiden starren Stützglieder (31, 32) jedes Paares übereinander angeordnet sind.

8. Brennelement nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß jeweils einem federnden Stützelement (21) ein Paar starrer Stützglieder (26, 27) gegenüberliegt.

9. Brennelement nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß jeweils

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einem federnden Stützelement (21) zwei Paare starrer Stützglieder {33, 34; 31, 32} schräg gegenüberliegen.

10. Brennelement nach Anspruch 6 oder einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Stützelement eine Feder, die starren Stützglieder starre Noppen sind.