DE3035857A1

DE3035857A1 - Steuerstab fuer einen kernreaktor

Info

Publication number: DE3035857A1
Application number: DE19803035857
Authority: DE
Inventors: Tatsuyoshi Aisaka; Suteto Yokohama Kanagawa Hasegawa; Mituo Kawai; Takeo Kokubunji Tokyo Nawai
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-09-29
Filing date: 1980-09-23
Publication date: 1981-04-02
Also published as: JPS6226437B2; JPS5648586A; US4400346A; SE455655B; SE8006722L

Description

Firma TOKYO SHIBAURA DENKI KABÜSHIKI KAISHA, 72, Horikawa-Cho, Saiwai-Ku, Kawasaki-Shi, Kanagawa-Ken, Japan

Steuerstab für einen Kernreaktor

Die Erfindung betrifft Steuerstäbe für die Anordnung in einem Kernreaktor, wobei jeder Steuerstab mit Haltestäben für die Halterung bzw. Lagerung von Führungsrollen für den Steuerstab versehen sind, und wobei Befestigungselemente vorgesehen sind, die an dem Steuerstab befestigt sind und die Haltestifte bzw. Lagerstifte angreifen und dabei deren Drehung verhindern.

In dem Kern eines Kernreaktors sind Steuerstäbe für die Regulierung und Aufteilung der in dem Reaktor erzeugten Leistung vorgesehen, wie es in Figur 1 gezeigt ist. Jeder Steuerstab 3 ist allgemein mit 4 Steuerstab-Führungsrollen 1 versehen, die von Haltestiften 2 jeweils an oberen und unteren Teilen des Steuerstabes 3 gehalten sind, so daß der Steuerstab exakt und ruhig in den Reaktorkern eingesetzt oder aus diesem herausgezogen werden kann.

Allgemein bestehen die die Steuerstab-Führungsrollen tragenden Stifte 2 aus einer auf Kobalt basierenden Legierung, die durch Kaltbearbeitung und Alterungsbehandlung gehärtet ist, und sie

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sind unmittelbar am Steuerstab 3 angeschweißt, wie es in den Figuren 2a bis 2d gezeigt und durch das Bezugszeichen 4 angedeutet ist. Die Haltestifte 2 sind gleitend in die Steuerstab-Führungsrollen 1 unter Reibung eingesetzt.

Da aber in einem Fall, wie er oben beschrieben ist, der Haltestift 2 unmittelbar am Steuerstab 3 angeschweißt ist, gelangt Wärme in den zentralen Teil des Stiftes 2, wodurch dieser Stift selbst weich wird, wodurch die Qualität des Materials selbst verschlechtert wird, und wodurch außerdem die Möglichkeit von Rissen oder Brüchen durch Korossion oder Beanspruchung erhöht wird. Die genaue Steuerung der Schweißwärme ist bei der Bearbeitung sehr schwierig.

Ziel der Erfindung ist die Vermeidung der obenbeschriebenen Nachteile und die Schaffung eines Steuerstabes mit Befestigungselementen, die am Steuerstab befestigt sind, und mit Steuerstab-Führungsrollen tragenden Stiften, welche die Befestigungselemente mit Spiel angreifen.

Gemäß der Erfindung ist ein Steuerstab für die Anordnung in einem Kernreaktor-Kern vorgesehen, der gekennzeichnet ist durch einen Steuerstabkörper, durch andern Steuerstabkörper angebrachte Führungsrollen, durch die Führungsrollen gleitend lagernde Stifte und durch Befestigungselemente, die am Steuerstabkörper befestigt und so ausgebildet sind, daß sie die Stifte jeweils mit Spiel angreifen.

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Weitere Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Ansicht eines Steuerstabes für die Anwendung in einem Kernreaktor-Kern,

Fig. 2a schematische Ansichten einer Ausführung bei welcher der die Steuerstab-Führungsrollen tragende Stift unmittelbar am Steuerstabkörper befestigt ist,

Fig. 3 Ausführungsbeispiele der Steuerstäbe gemäß der Erfin-

bis 8 ,

dung,

Fig. 9a einen mit einem Haltestift bekannter Art versehenen

Steuerstab,
Fig. 9b einen Steuerstab, der mit einem Haltestift und einem

Befestigungselement nach der Erfindung versehen ist, Fig. 9c eine graphische Darstellung der Härteverteilung des gemäß Fig. 9a am Steuerstab befestigten Haltestiftes

und
Fig. 9d eine graphische Darstellung der Härteverteilung des gemäß Fig. 9b am Steuerstab befestigten Haltestiftes.

Die Figuren 3 bis 8 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung, bei denen ein Stift 2 für die Halterung bzw. Lagerung einer Steuerstab-Führungsrolle 1 nicht unmittelbar an einem Steuerstab 3 angeschweißt ist, und bei denen der Stift mit einem Befestigungselement 5 mit einem kleinen Spiel 6 in Verbindung steht, das am Steuerstab 3 angeschweißt ist,

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wie es mit dem Bezugszeichen 4 angedeutet ist, so daß eine Drehung des Halte- bzw. LagerStiftes 2 verhindert wird.

Wenn gemäß diesen Ausführungsbeispielen das Befestigungselement 5 am Steuerstab angeschweißt wird, wird die zugeführte Schweißwärme nicht unmittelbar auf den Haltestift 2 übertragen, und zwar mit Rücksicht auf das geringe Spiel 6, wodurch eine Verschlechterung der Materialqualität des Stiftes beträchtlich verringert wird. Obwohl in den Figuren 3 bis 8 verschiedene Beispiele der Eingriffe des Stiftes 2 in das Befestigungselement 5 am obeefren Teil des Steuerstabes 3 gezeigt sind, kann im wesentlichen die gleiche Art und Weise des Eingriffes auf den Stift 2 und das Befestigungselement am unteren Teil des SteuerStabes angewendet werden. Vorzugsweise sollte der Haltestift 2 beispielsweise aus einem der folgenden Materialien hergestellt werden:

eine auf Nickel basierende Legierung, die durch Abschaltung shärtung erhalten worden ist;

eine auf Nickel basierende Legierung, die durch Kaltbearbeitung oder Warmbearbeitung gehärtet worden ist oder

ein nicht rostender Stahl, der durch Kaltbearbeitung oder Warmbearbeitung gehärtet worden ist.

Die Verwendung dieser Materialien ist zweckmäßig, weil sie eine ausgezeichnete Korrosionsfestigkeit besitzen, und zwar auch in Wasser mit hoher Temperatur während der Benutzung, und auch wegen einer guten Abnutzungsfestigkeit, und weil die Festigkei-

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ten und die Dehnungen durch Kontrolle eines Materialbearbeitungsprozesses leicht auf die am besten geeigneten Werte eingestellt werden können. Obgleich es ferner allgemein gefordert wird, für die Herstellung des Haltestiftes 2 und die Steuerstab-Führungsrolle 1 verschiedene Materialien zu wählen, um ein Fressen der Berührungsflächen zwischen diesen Teilen zu vermeiden, können verschiedene Kombinationen geeigneter Materialien aus den obengenannten Materialien gewählt werden, und zwar im Hinblick auf die Probleme bezüglich Reibung und Abnutzung.

Außerdem enthalten die Haltestifte 2, die aus den oben beschriebenen Materialien hergestellt sind, eine beträchtlich geringere Menge an Kobalt als ein üblicher Haltestift, der aus einer auf Kobalt basierenden Legierung hergestellt ist, so daß die Ausstrahlung von Kobalt, d.h. radioaktives Kobalt 60 in einer n~ -y Reaktion im Reaktorkern stark unterdrückt wird.

Obwohl das erfindungsgemäße Befestigungselement 5 aus einem nichtrostenden Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt oder aus einer auf Nickel basierenden Legierung, die nicht durch Abschaltungshärtung beeinflußt wurde, hergestellt ist, weisen diese Materialien eine ausgezeichnete Korrosionsfestigkeit auf. Infolgedessen wird die Schweißstelle zwischen dem Befestigungselement 5 und dem Steuerstab 3 kaum durch Risse aufgrund von Korrosion oder Beanspruchung oder aufgrund der Schweißung beeinflußt.

Erfindungsgemäß kann das Befestigungselement 5 am Steuerstab 3 durch Schrauben, durch Einstemmen und deren Kombination anstel-

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le durch Schweißen befestigt werden.

Beispiele eines mit Haltestiften und Befestigungselementen gemäß der Erfindung versehenen Steuerstabes Weiden im folgenden

mit einem Steuerstab nach dem Stand der Technik verglichen.

In einem Ausführungsbeispiel wurde ein Haltestab aus einem kaltbearbeiteten, nichtrostenden Stahl hergestellt, der im Handel unter dem Namen Nitronic 60 (Warenzeichen der Firma Armco Steel Corporation) erhältlich ist und der 0,1 % oder weniger Kohlenstoff, 16 bis 18% Chrom, 7-9% Mangan, 8-9% Nickel, 3,5 - 4,5% Silicium und 0.08 - 0,18% Stickstoff enthält. Wenn der so hergestellte Haltestift unmittelbar am Steuerstab, und zwar an seiner Umfangskante angeschweißt wurde, wie es in Fig. 9a gezeigt ist, indem ein Schweißstrom von Ampere während 15 Sekunden fließt, wurde eine Härteverteilung an verschiedenen Stellen des Querschnittsbereiches des Haltestiftes in Bezug auf den Abstand vom Umfang des zentralen Teiles erhalten, wie sie in Fig. 9c gezeigt ist.

Wenn dagegen der aus dem gleichen Material (Nitronic 60) hergestellte Haltestift über ein geringes Spiel mit einem Befestigungselement in Eingriff stand, das aus einem im Handel erhältlichen Material SUS 304L hergestellt wurde und gemäß' Fig. 9b an den Steuerstab angeschweißt wurde, indem ein Schweißstrom von 50 Ampere während 15 Sekunden zum Fließen ge-

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bracht wurde, war die Härteverteilung an verschiedenen Teilen des Querschnittsbereiches des Haltestiftes in Bezug auf den Abstand vom Umfang zum Mittelteil, wie es in Fig. 9d gezeigt ist.

Wie sich aus den Fig. 9c und 9d ergibt, wurde festgestellt, daß in dem Falle, in dem der Haltestab unmittelbar am Steuerstab angescheißt wurde, die Materialerweichung des Haltestiftes bis zu dessen Mittelteil reichte und die Qualität des Materials beträchtlich verringert wurde, während in dem Falle, in dem das Befestigungselement am Steuerstab angeschweißt wurde, der Haltestab fast nicht erweicht wurde und in seiner Qualität fast nicht verschlechtert wurde, und zwar aufgrund des Spieles zwischen dem Befestigungselement und dem Haltestift.

Bei anderen Beispielen, bei denen der Haltestift aus einem Material bestand, das im Handel unter der Bezeichnung Inconel (Warenzeichen der International Nickel Company Ine.) angeboten wird, in Verbindung mit einem aus einem im Handel unter der Bezeichnung SUS 316L angebotenen Material hergestelltes Befestigungselement und unter Verwendung eines Haltestiftes aus kaltbearbeitetem Material, das im Handel unter der Bezeichnung Hastelloy C (Warenzeichen der Firma Cobalt Corporation) angeboten wird, in Kombination mit einem aus Inconel hergestellten Befestigungselements, wurde eine Erweichung der Haltestifte nicht festgestellt, und es wurden vorteilhafte Ergebnisse festgestellt, wie es bei dem vorbeschriebenen Beispiel der Fall war.

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Wie oben beschrieben, ist der erfindungsgemäße Steuerstab mit Haltestäben für die Steuerstab-Führungsrollen versehen, die durch Beanspruchung oder Korrosion kaum beschädigt werden, und es wird das Material der Stifte kaum durch die Übertragung der Schweißwärme beeinträchtigt.

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Claims

DIPL.-PHYS. ROBERT MÜNZHUBER

PATENTANWÄLTE

WIDENMAYERSTRASSE 6 D 8000 MÜNCHEN 22 TEL- (039) 222530 295192

BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT ZUGELASSENE VERTRETER

A 14680 B/le 23.9.1980

PATENTANSPRÜCHE

"I/ Steuer stab für einen Kernreaktor, gekennzeichnet durch einen Steuerstabkörper (3), durch an dem Steuerstabkörper angebrachte Führungsrollen (1), durch die Führungsrollen (1) gleitend lagernde Stifte (2) und durch Befestigungselemente (5), die am Steuerstabkörper (3) befestigt und so ausgebildet sind, daß sie die Stifte jeweils mit Spiel angreifen.
2. Steuerstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungselemente (5) an dem Steuerstabkörper angeschweißt sind.
3. Steuerstab nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Haltestift (2) aus wenigstens einer der folgenden Legierungen besteht:

eine' auf Nickel basierende Legierung, die durch Ausscheidungshärtung erhalten ist,

eine auf Nickel basierende Legierung, die durch Kalt- oder Warmbearbeitung gehärtet ist; 1300 14/1338

Bankhaus Merck. Finck & Co.. München Bankhaus H. Aufhäuser. München Postscheck: München

(BLZ 70030400) Konto-Nr. 254649 (BLZ 7003G600) Knnto-TMr 261300 (BLZ 70010080) Konto-Nr. 20904

TELEGR./CABLE: PATENTSENIOR

ORIGINAL INSPECTED

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ein nicht rostender Stahl, der durch Kalt-- oder Warmbearbeitung gehärtet ist

und daß jedes Befestigungselement (5) aus einem nicht rostenden Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt oder einer auf Nickel basierenden, durch Ausscheidungshärtung nicht beeinflußten Legierung hergestellt ist.

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