DE3008455C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abstandshalter-Anordnung für die zu einem länglichen hexagonalen Brennelement in Form eines Rasters zusammengefügten Brennstäbe, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche Abstandshalter-Anordnung ist durch die DE-OS 16 39 406, siehe dort insbesondere Fig. 3, bekannt. Dabei handelt es sich um ein Blechstreifen-Abstandshaltegitter mit im Inneren des Gitterwerks angeordneten, sternförmig vom Zentrum nach außen verlaufenden Versteifungsstegen, welche mit den Teilstücken des Gitterwerkes auf nicht näher beschriebene Weise verbunden sind. Die Versteifungsstege stellen Massenanhäufungen innerhalb des Gitterwerkes dar, die zu unterschiedlichen Wärmedehnungen, insbesondere bei Lastwechseln, führen können.

Bei sogenannten fortschrittlichen Reaktoren, das sind insbeson­ dere der Schnelle Brutreaktor und fortschrittliche Druckwasser­ reaktoren mit einer Konversionsrate dicht unterhalb von 1, werden Abstandshalter-Anordnungen benötigt, bei denen vergrößerte Ge­ nauigkeiten bei der Distanzierung der Brennstäbe erreichbar sind, und zwar vor allem auch dann, wenn die Abmessungen des Abstands­ halters entsprechend dem Brennelementquerschnitt groß sein müs­ sen, z.B. mehr als 20 cm Weite haben. Dies ist im Hinblick auf die relativ große Packungsdichte der Brennstäbe und der in jedem Falle aufrechtzuerhaltenden Zwischenräume von besonderer Bedeutung.

Die vorstehend erwähnte Abstandshalter-Anordnung führt mit ihrer Blechstreifenkonstruktion zu Problemen, wenn es um die präzise Führung der dicht gepackten Brennstäbe geht. Dabei sind die Toleranzen enger, gleichwohl müssen Wärmespannungen vermie­ den werden.

Ähnliche Probleme ergäben sich bei einer anderen bekannten Abstandshalter-Anordnung nach der GB-PS 9 62 266. Hierbei handelt es sich zwar um ein in Teilstücke unterteiltes Gitter­ werk. Dieses ist aber ebenfalls in Blechstreifenkonstruktion aufgebaut, und die einzelnen sektorförmigen Teilstücke werden zu einem ringförmigen Abstandshalter zusammengeschweißt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die gattungsgemäße Abstandshalter- Anordnung so auszubilden, daß die vorstehend aufgezeigten Proble­ me überwunden werden können. Hierzu geht die Erfindung aus von Abstandshaltegitter-Konstruktionen, die durch Bearbeitung eines Vollquerschnittes gewonnen werden.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einer Abstands­ halter-Anordnung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung ist im Anspruch 2 angegeben.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß zwei einander anscheinend widersprechende Anforde­ rungen erfüllt werden, einerseits eine größere Genauigkeit bei der Distanzierung der Brennstäbe zu erreichen, andererseits die Abmessungen bzw. die wirksame Querschnittsfläche des Abstands­ halters nicht zu verringern. Die Unterteilung des Brennelement- Querschnittes ergibt kleinere und deswegen günstiger zu bearbei­ tende Einzelteile mit einer höheren Bearbeitungsgenauigkeit. Außerdem können die Teilstücke ohne Verlust an Stabilität des Brennelements dünner und damit strahlungs- und strömungstechnisch günstiger bemessen werden als eine einstückig über den ganzen Brennelement-Querschnitt reichende Platte. Die Verstärkung des Randbereiches der Teilstücke gemäß Anspruch 2 ergibt eine größere Festigkeit bei einer immer noch günstigen Neutronenökonomie. Als Verstärkung kann der Randbereich für den Fall, daß die Öffnungen für die Brennstäbe einen polygonalen Querschnitt aufweisen, mit Abrundungen des polygonalen Querschnittes versehen sein.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigen in teilweise vereinfachter, schematischer Darstellung:

Fig. 1 in einer Draufsicht,

Fig. 2 in einem vergrößerten Ausschnitt aus der Draufsicht,

Fig. 3 in einem senkrechten Teilschnitt nach der Schnittebene A-B in Fig. 1 und

Fig. 4 in perspektivisch-schematischer Darstellung einen Abstandshalter nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein als Ganzes mit 1 bezeichneter Abstandshalter für das hier nur im Querschnitt ersichtliche hexagonale Brennelement BE eines wassergekühlten Hochkonverterreaktors dargestellt, bei dem wegen des geringen Brennstababstandes eine besonders hohe Genauigkeit der Fixierung der etwa 2 Meter langen Brennstäbe erforderlich ist.

Der plattenförmige Abstandshalter 1 ist aus sechs gleichen Teilstücken 2 zusammengesetzt, deren Positionen in Fig. 1 in Uhrzeigerrichtung aufeinanderfolgend mit I, II, III (Ebene E 1) und I′, II′, III′ (Ebene E 2) bezeichnet sind, vgl. dazu auch Fig. 4. Die Teilstücke 2 haben den Grundriß eines gleichseiti­ gen Dreiecks und weisen dem gewünschten Raster der Brennstäbe entsprechend 112 Öffnungen 3 für die hier nicht dargestellten Brennstäbe auf (vgl. in diesem Zusammenhang Brennstäbe 5 in Fig. 2). Die Öffnungen 3 sind, wie es Fig. 2 deutlich zeigt, ebenfalls hexagonal im Querschnitt. Sie enthalten Vorsprünge 4, die um 120° gleichmäßig versetzt angeordnet sind und zur Führung der strichpunktiert angeordneten Brennstäbe 5 dienen.

Die Teilstücke 2 sind, wie bereits angedeutet, als zwei Teil­ stückgruppen, nämlich jeweils I, II, III und I′, II′, III′ in zwei in Längsrichtung des Brennelements BE versetzten Ebenen E 1, E 2 so angeordnet, daß sich die Teilstücke 2 der einen Teil­ stückgruppe I, II, III mit Teilstücken 2 der anderen Teil­ stückgruppe I′, II′, III′ an den einander zugekehrten, recht­ winklig zur Längsachse des Brennelementes verlaufenden Fläche berühren. Die einzelnen römischen Ziffern bezeichnen die um die Achse m des zentralen Skelettstabes 15 um einen Winkel von jeweils 60° zueinander verdrehten und beabstandeten Positionen der einzelnen Teilstücke 2, die in ihrem zentralen Eckbereich 8 vom Skelettstab 15 durchdrungen sind. In ihrer Ebene E 1 bzw. E 2 sind also die Teilstücke 2 in ihrem zum Raster der Brennelemente gehörenden zentralen Eckbereich 8 durch den Skelett- bzw. Struk­ turstab 15 scharnierartig miteinander verbunden. In den anderen Eckbereichen 6 und 7 besteht eine Verbindung zwischen jeweils einem Teilstück, z.B. dasjenige in Position I, der einen Ebene E 1 und dem entsprechenden Teilstück 2, in diesem Falle in Position I′ der zweiten Ebene E 2 durch einen weiteren Skelettstab 7′.

Aus Fig. 1 und Fig. 4 ergibt sich mithin, daß wenigstens zwei mit Abstand voneinander angeordnete Teilstücke 2 in Form von gleichseitigen Dreiecken des Gitterwerkes der Abstandshalter 1 als je eine Teilstückgruppe I, II, III bzw. I′, II′, III′ axial zueinander versetzt in zwei zueinander benachbarten achsqueren Ebenen E 1 bzw. E 2 und um den zentralen Skelettstab 15 derart gegeneinander verdreht angeordnet sind, daß die beiden Teil­ stückgruppen die Querschnittsfläche des jeweiligen Brennelemen­ tes BE überdecken. Ferner ergibt sich, daß die Teilstückgruppe I, II, III der einen Ebene und die Teilstückgruppe I′, II′, III′ der anderen Ebene im Bereich jeder ihrer äußeren Eckbereiche 6, 7 an gemeinsame Skelettstäbe 6′, 7′ angelenkt sind, wobei - vgl. Fig. 2 - das Gitterwerk der Abstandshalter 1 jeweils aus einer mit den Öffnungen für die Brennstäbe 5 versehenen Platte besteht.

Die als Scharnierteile wirkenden Ringe 10 und 11 der Teilstücke 2 (Fig. 1) erstrecken sich in Längsrichtung des Brennelementes BE über die gesamte Dicke D der Teilstücke, vgl. Fig. 3. Dagegen beträgt die Höhe der Ringe 12 für den zentralen Bereich 8 nur ein Drittel der Dicke D, wie dies Fig. 3 deutlich zeigt. Dort erkennt man auch, daß der zur Zentrierung als Scharnier­ achse vorgesehene Skelettstab 15 Hülsen 16 trägt, die die Lage des Abstandshalters 1 in Längsrichtung des Brennelementes BE bestimmen.

Der vergrößerte Ausschnitt nach Fig. 2 zeigt, daß der Randbereich 18 der Teilstücke 2, dargestellt am Teilstück 2 der Position I, dadurch verstärkt ist, daß die Außenkontur nicht winklig entsprechend den hexagonalen Öffnungen 3 verläuft, sondern durch Radien 20 abgerundet ist. Diese vorteilhafte mechanische Verstärkung ergibt für den dargestellten hexagona­ len Gesamtquerschnitt mit einem Spießkant von 25 cm bei einfa­ cher Herstellung die gewünschte sichere und genaue Fixierung der Brennstäbe 5.

Claims (2)

1. Abstandshalter-Anordnung für die zu einem länglichen hexa­ gonalen Brennelement (BE) in Form eines Rasters zusammengefügten Brennstäbe (S), wobei eine Mehrzahl von über die axiale Länge des Brennelementes verteilten Abstandshaltern (1) jeweils als ein Gitterwerk ausgebildet ist, welches sich über den Querschnitt des Brennelementes erstreckt und den Brennstäben (5) zugeordnete Öffnungen aufweist, wobei das Gitterwerk ferner aus mehreren polygonalen Teilstücken besteht, die mit inneren Eckbereichen an einen zentralen Skelettstab und im Bereich äußerer Ecken an weitere Skelettstäbe angelenkt sind, dadurch gekennzeichnet,

• - daß wenigstens zwei mit Abstand voneinander angeordnete Teil­ stücke (2) in Form von gleichseitigen Dreiecken des Gitterwerkes der Abstandshalter (1) als je eine Teilstückgruppe (I, II, III) bzw. (I′, II′, III′) axial zueinander versetzt in zwei zueinander benachbarten achsqueren Ebenen und um den zentralen Skelettstab (15) derart gegeneinander verdreht angeordnet sind, daß die beiden Teilstückgruppen die Querschnittsfläche des Brennelemen­ tes überdecken,
• - daß die Teilstückgruppe (I, II, III) der einen Ebene und die Teilstückgruppe (I′, II′, III′) der anderen Ebene im Bereich jeder ihrer äußeren Eckpositionen (6, 7) an gemeinsame Skelett­ stäbe (6′, 7′) angelenkt sind,
• - und daß das Gitterwerk der Abstandshalter (1) jeweils aus einer mit den Öffnungen für die Brennstäbe (5) versehenen Platte besteht.

2. Abstandshalter-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich (18) der Teilstücke (2) verstärkt ist.