DE3023992C2

DE3023992C2 - Vorrichtung zur Festlegung vertikal angeordneter neutronenabsorbierender Stäbe

Info

Publication number: DE3023992C2
Application number: DE3023992A
Authority: DE
Inventors: Raymond A. Lychburg Va. King; Lewis A. Forest Va. Walton
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1979-07-02
Filing date: 1980-06-26
Publication date: 1984-04-19
Also published as: JPS6133477B2; DE3023992A1; US4304631A; CA1143874A; JPS5610285A

Description

F i g. 1 zeigt die Einrichtung 75 in der blockierten Lage. Die Nabe 78 erstreckt sich von oberhalb einer Kerngitterplatte oder Rostplatte 69 durch eine Öffnung in dieser, verjüngt sich und verläuft durch das Tragkreuz 70 und den Kragen 76 hindurch in eii^n Riegel 64 hinein, der starr an dem oberen Endstück 50 befestigt ist. Die Nabe 78 wird an dem Riegel 64 über Kugeln 84 arretiert, die gleichzeitig in Kugellöchern 86 der Nabe 78 und in der Nut 80 des Riegels 64 liegen. Die Kugeln 84 werden durch der· federbelasteten Kolben 82 in ihrer Lage gehalten. Wie die Nabe an dem Riegel arretiert bzw. von dem Riegel gelöst wird, ist für die Erfindung nicht von Bedeutung und wird hier nicht näher erläutert

Die Absorberstabeinrichtung 75 ruht auf dem Brennelement 48 und wird durch Schwerkraft niederge- is halten, wobei der Kragen 76 auf dem Riegel 64 in der Ebene 88 aufliegt. Im Betrieb eines Kernreaktors fließt Wasser um die Brennstäbe 56 und die Regelstab-Führungsrohre 58 herum nach oben, durch den Abstandshalterost 54, durch das obere Endstück 50, durch den zwischen den Regelstab-Führungsrohren 58 und den Stäben 72 gebildetem Ring sowie um das Tragkreuz 70 und die Nabe 78 herum. Diese Wasserströmung übt eine aufwärtsgerichtete Kraft auf die Einrichtung 75 aus, die entgegen der Schwerkraft gerichtet ist. Wenn diese Kraft so groß wird, daß sie die Schwerkraft überwindet, hebt sich die Einrichtung 75, bis sie durch Kontakt zwischen der Nabe 78 und den Kugeln 86 an den Stellen 90 sowie zwischen den Kugeln 86 und dem Riegel 64 an den Stellen 92 gehemmt wird, so daß jedes weitere u> Anheben ausgeschlossen wird. Besonders wenn die Schwerkraft gerade von der Kraft der Strömung überwunden wird, vibriert jedoch die Einrichtung 75 in dem angehobenen Zustand, so daß es zu einem Verschleiß des Riegels 64 an den Stellen 92 kommt. ^ Dieser Verschleiß kann letzten Endes nach oben bis zur Ebene 88 verla'ifen, wodurch die Sperre ausfällt und die Einrichtung 75 sogar bis oberhalb der Platte 69 angehoben wird, so daß ein Kernreaktorschaden eintreten kann.

Die Erfindung schafft eine zusätzliche Niederhaltekraft auf die Einrichtung 75 als Ergänzung zur Schwerkraft und sieht eine Konstruktion vor, durch die das Anheben der Einrichtung 75 über die Kerngitterplatte 69 hinaus bei dem oben beschriebenen Ausfall der ·*> Sperre ausgeschlossen wird.

Ein im allgemeinen durch die Bezugsziffer 10 bezeichnete Halter schließt ein Gehäuse 12, eine Spiralfeder 40 und einen Ring 22 ein, die innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet sind und darin durch eine "' obere Platte 16 sowie eine untere Platte 18 gehalten werden. Zwei diametral gegenüberliegende Arme 24, die starr an dem Ring 22 befestigt sind, erstrecken sich radial nach außen durch Schlitze 20 im Gehäuse 12 hindurch, verlaufen weiter nach außen, biegen dann ab, ^5l um in Längsrichtung nach unten zu gehen, und biegen sich schließlich wieder, um radial nach außen in einem fußartigen Vorsprung 26 zu enden.

F i g. 3 zeigt in der Perspektive die Arme 24 und den Ring 22 des Halters 10. Die Arme 24 sind konisch *>o ausgebildet und weisen eine Kerbe 32 auf, um die konstruktive Festigkeit zu maximieren.

Aus F i g. 1 ist zu erkennen, daß die obere Platte 16, der Ring 22, die Feder 40 und die untere Platte 18 mit einer öffnung versehen sind, durch die die Nabe 78 paßt. Die uniere Platte 18 ruht auf dem Tragkreuz 70 in der Ebene 94.

Kerben 37 der unteren Platte 18 passen zu Muttern 74 und nehmen dieselben auf, so daß eine Drehung des Halters 10 gegenüber der Einrichtung 75 ausgeschlossen wird. Der Ring 22 ist innerhalb des Gehäuses 12 gleitbar und wird gegen die untere Räche der oberen Platte 16 durch die Feder 40 gedrückt, die zwischen der unteren Platte 18 und dem Ring 22 angeordnet ist Der Halter 10 wird über die Nabe 78 der Einrichtung 75 bei ausgebauter Rostplatte 69 geschoben. Die Rostplatte 69 wird über den Reaktorkern gebracht, um die Brennelemente 48 auszurichten und zu fixieren. Durch nicht dargestellte Mittel erfaßt die Rostplatte 69 eine Federhalterung 68 und drückt eine Feder 66 zusammen. Nicht dargestellte Teile erstrecken sich nach unten von der Platte 69, und erfassen das Endstück 50 an dessen Außenfläche. Bei der Anordnung nach F i g. 1 treten Unterbrechungen zwischen nicht dargestellten Teilen oberhalb der vier Ecken des quadratischen Brennelements ein. Der Arm 24 wird deshalb entlang der Diagonalen des Brennelements angeordnet, so daß beim Einbau der Rostplatte 69 der Fuß 26 zwischen nicht dargestellten Teilen vorsteht und die untere Fläche der Rostplatte 69 erfaßt.

Schrägkanten 30 und 28 sind vorgesehen, um die Größe der durch die Aufwärtsströmung erzeugten Auftriebskraft auf den Halter 10 zu vermindern. Eine Schrägkante 34 ist als Leitfläche ausgebildet und paßt zwischen nicht dargestellte Teile der Rostplatte 69. Eine Schrägkante 36 der unteren Platte 18 ist ebenfalls als Leitfläche ausgebildet, um dabei behilflich zu sein, wenn die Platte über die Nabe 78 geschoben wird. Eine Lippe 42 dient zur leichteren Handhabung beim Ein- und Ausbau.

Im Betrieb wird eine abwärts gerichtete Kraft auf die Einrichtung 75 durch den Halter 10 ausgeübt; diese Kraft ist gleich dem Gewicht des Halters 10 plus einer Entspannungskraft, die durch die Feder 40 über die untere Platte 18 als Ergebnis dessen ausgeübt wird, daß die Feder 40 durch die Rostplatte 69 über den FuS 26, den Arm 24 und den Ring 22 zusammengedrückt wird. Jedes Anheben der Einrichtung 75 führt dazu, daß eine zusätzliche Niederhaltekraft auf dieselbe dadurch ausgeübt wird, daß die Feder 40 proportional zum Hub und zu ihrer Federkonstante weiter zusammengedrückt wird.

Bei einem Ausfall der Kugelsperre wird beim Anheben der Einrichtung 75 das Gehäuse 12 nach oben über den Ring 22 gleiten, bis die Arme 24 die Fläche 21 des Schlitzes 20 berühren, wodurch ein weiteres Heben der Einrichtung 75 ausgeschlossen wird.

Wie Fig. 2 zeigt, können die Stäbe 72 auch ohne Muttern an dem Tragkreuz 70 befestigt sein. Dementsprechend ist die untere Platte 18 mit Schlitzen 38 versehen, welche die Arme 71 des Tragkreuzes 70 aufnehmen, wodurch eine Drehung oder horizontale Verlagerung des Halters 10 ausgeschlossen wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zur Festlegung vertikal angeordneter neutronenabsorbierender Stäbe innerhalb eines Kernbrennelementes eines Reaktorkerns, wobei die Stäbe mit ihrem oberen Ende in einer gemeinsamen Halterung befestigt sind, die ihrerseits an einer sich vertikal erstreckenden Nabe mit ersten Festlegungsmitteln mit dem Kernbrennelement gekuppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (70, 78) mit zweiten Festlegungsmitteln (22,24, 40) mit einer oberhalb des Reaktorkerns angeordneten Kerngitterplatte (61) gekuppelt ist, daß die zweiten Festlegungsmittel von unten an die Kerngitterplatte (69) andrückende Arme (24) umfassen, die sich radial von einem Ring (22) erstrecken, der die Nah*: (78) der Halterung Koaxial umfaßt, und daß zwischen der Unterseite des Rings (22) und der Oberseite der Halterung eine Druckfeder (40) angeordnet ist.

Vorrichtungen zur Festlegung vertikal angeordneter neutronenabsorbierender Stäbe innerhalb eines Kern-■ brennelementes eines Reaktorkerns sind bekannt, bei denen die Stäbe mit ihrem oberen Ende in einer gemeinsamen Halterung befestigt sind, die ihrerseits an einer sich vertikal erstreckenden Nabe mit ersten Festlegungsmitteln mit dem Kernbrennelement gekuppelt werden. (US-PS 40 30 973). Dabei erfolgt die Festlegung der Nabe im Kernbrennelement durch eine Kugelsperre, wobei die Nabe in einen Riegel im oberen Teil des Kernbrennelementes eingefahren werden kann und Kugeln, die aus Löchern in der Nabenwand hervorragen, in eine Nut treten, die auf der Innenseite des Riegels vorgesehen ist; dadixch kann die Nabe nicht aus dem Riegel ausgefahren werden.

Zwischen einer solchen Kugelsperre und dem Riegel muß jedoch axial und seitlich ein beträchtliches freies Spiel gelassen werden, um Fertigungs-Toleranzen, Verformungen während des Betriebes und Maßnahmen zur Fernbedienung zu berücksichtigen. Dieses freie Spiel führt anderseits dazu, daß Schwingungen einen starken Ausschlag verursachen, falls sie dabei nicht durch eine starke Rückholkraft gehemmt werden. Bei niedrigen Geschwindigkeiten der Kühlmittelströmung besteht kein Anlaß zu besonderen Maßnahmen, da das Gewicht der Stäbe selbst groß genug ist, um die Nabe auf dem Riegel niederzuhalten. Wenn jedoch die Strömungsgeschwindigkeit des Reaktorkühlmittels vergrößert wird, gleichen die nach oben wirkenden Strömungskräfte immer mehr die nach unten gerichtete Schwerkraft aus. Bei einer Durchströmung, die gerade unterhalb der normalen Reaktor-Voll-Leistungsbedingungen liegt, überschreitet schließlich die Strömungskraft die Schwerkraft und hebt dabei die Stäbe mit der Halterung an, bis ihre Abwärtsbewegung begrenzt wird, wenn die Sperrkugeln die abgeschrägte obere Fläche der inneren Sperrnut in dem Riegel berühren. In diesem fast ausgeglichenen Zustand sind die Reibungskräfte, die zur Verfügung stehen, um der Relativbewegung zwischen den Stäben und dem Kernbrennelement Widerstand zu leisten, sehr gering. Die turbulente Hochgeschwindigkeitsströmung des Kühlmittels verleiht den schwebenden Stäben soviel Energie, daß sich diese durch induzierten Schwingungen mit verhältnismäßig großem Ausschlag bewegen. Da die Sperrkugeln nunmehr die Grenze für diese Bewegung bilden, macht sich die Wirkung dieser Schwingung in einem Verschleiß des Materials auf der oberen Schrägkante d*;r Sperrnut bemerkbar.

Aufgrund einer solchen durch die Strömung induzierten Schwingung sind in der Praxis die Riegel von Brennelementen in Kernreaktoren so stark verschlissen worden, daß die Sperre versagt hat, wodurch die Stäbe

ίο aus dem Kernbrennelement ausgestoßen wurden und Schaden an Reaktorkomponenten aufgetreten sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zusätzliche Niederhaltekraft durch zweite Festlegungsmittel zu schaffen, um das Ausstoßen der Stäbe aus dem Reaktorkern auszuschließen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches gelöst.

Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung zur Festlegung vertikal angeordneter neutronenabsorbierender Stäbe geschaffen, durch die deren Ausstoß aus dem Kernbrennelement ausgeschlossen wird. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die zweiten Festlegungsmittel nachträglich an Ort und Stelle in Reaktoren eingebaut werden können.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Festlegung,

F i g. 2 eine teilweise geschnittene Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Festlegung, und

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht, welche die Arme und den Ring der zweiten Festlegungsmittel zeigt.

F i g. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Festlegungsvorrichtung in dem oberen Teil eines Brennelements eines Kernreaktors. In einem Brennelement 48 werden Brennstäbe 56, die Brennstoffpellets aus Spaltstoff (nicht dargestellt) enthalten, und Regelstab-Führungsrohre 58 durch einen Abstandshalterost 54 in ihrer festgelegten Lage zueinander gehalten. Ein oberes Endstück 50 wird starr an dem Abstandshalterost 54 mittels eines Endrost-Tragmantels 52 befestigt, der aus einem flachen Blech gebildet wird, welches an dem Umfang des Abstandshalterost 54 und des Endstücks 50 angeordnet und starr an denselben befestigt wird.

Zahlreiche Regelstab-Führungsrohre 58 sind auf der Länge des Brennelements angeordnet und verlaufen durch den Abstandshalterost 54 sowie durch Hülsen 60 hindurch. Die Hülsen 60 und die darin angeordneten Regelstab-Führungsrohre 58 erstrecken sich durch das obere Endstück 50 hindurch und werden durch Muttern 62 daran befestigt.

Neutronenabsorbierende Stäbe 72 verlaufen in Führungsrohren 58 durch ein Tragkreuz 70 hindurch und werden durch Muttern 74 an demselben befestigt.

feo Das Tragkreuz 70 wird an einer Nabe 78 durch einen Kragen 76 gehalten, der an der Nabe 78 befestigt wird. Die Absorberstabeinrichtung 75 umfaßt die Stäbe 72. das Tragkreuz 70, die Nabe 78, den Kragen 76, einen federbelasteten Kolben 82 und Kugeln 84. Während des

f-"' Betriebs wird die Absorbersiabeinrichtung 75 weder in den Kernreaktor eingefahren noch aus dem Kernreaktor ausgefahren. Sie wird vielmehr in einer voll eingefahrenen Lage durch eine Kugelsperre blockiert.