DE3128652C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hüllkasten mit Distanzhaltern für schnelle Brutreaktoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Hüllkästen, die in der Regel einen sechseckigen Querschnitt haben, werden nebeneinander in den Kernreaktor eingesetzt und durch Distanzhalter in einem bestimmten Abstand gehalten. Im Reaktorbetrieb bei einem schnellen Brüter ist das Verhalten der Kernelemente durch das Werkstoffverhalten unter Neutronenbestrahlung und hohen Betriebstemperaturen bestimmt. Der Neutronenfluß ist etwa in der Kernmitte maximal und fällt zum Element-Fuß und -Kopf und radial nach außen ab. Dabei zeigen die Werkstoffe unter Bestrahlung im schnellen Neutronenfluß signifikante Volumenaufweitungen, die abhängig sind von der Neutronendosis, der Temperatur und vom Werkstoffzustand. Aufgrund dieser Abhängigkeiten treten in Kombination mit den im Kernelement vorliegenden Temperaturfeldern unterschiedliche Dehnungen auf, die bei Behinderung zu Spannungen in den Strukturteilen des Elements führen. Diese Spannungen können durch neutroneninduziertes und thermisches Kriechen relaxieren oder begrenzt werden.

In Folge der Druckdifferenz zwischen Innen- und Außenseite des Hüllkastens beult sich der ursprünglich hexagonale Kastenquerschnitt aufgrund des neutroneninduzierten Kriechens in den Flanken auf. Der Aufweitung durch Kriechen überlagert sich eine durch Volumenschwellen bedingte Vergrößerung des Kastenquerschnitts. Entsprechend dem obenerwähnten Neutronenflußprofil mit seinem Maximum nahe der Kernmitte entsteht eine im Kastenlängsschnitt verdickte Kastenform. Um für diese Kriech- und Schwellaufweitungen der Hüllkästen genügend Freiraum zwischen den Kästen bereitzustellen und um definierte Kontaktstellen zur Übertragung der Kernverbandskräfte zwischen den Hüllkästen zu erreichen, werden die Hüllkästen durch Distanzhalter separiert und versteift. Diese Distanzhalter sind in verschiedenen Distanzhalterebenen angeordnet.

Bisher verwirklichte oder geplante Ausführungsformen dieser Distanzhalter zeigen aufgeschweißte, aufgeschraubte oder geprägte Vorsprünge auf den Flanken der Hüllkästen. Diese Vorsprünge berühren sich bei nebeneinander angeordneten Hüllkästen und bewirken so einen konstanten Abstand zwischen ihnen. Auch aufgeschweißte hexagonale Ringe als Distanzhalter sind bekannt. Für solche Ringe werden gelegentlich zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit Stellitbleche an den Kanten der Hüllkästen aufgeschweißt.

In den DE-OS 26 56 441 und 23 64 847 werden Hüllkästen für schnelle Brutreaktoren beschrieben, bei denen die Distanzhalter aus in den Distanzhalterebenen an den Hüllkasten angebrachten Vorsprüngen bestehen. In der 26 56 441 werden aus Gründen verbesserter Reibeigenschaften auf die Außenfläche jeder Seite des Brennelementkastens zwei nebeneinanderliegende Distanzstücke verschiedener Werkstoffe aufgebracht, wobei sich die Werkstoffe, im Umlauf um den Brennelementkasten herum gesehen, nacheinander abwechseln. In der 23 64 847 werden Brennelemente mit ineinander greifenden Lagerpolstern beschrieben, derart, daß einer relativen Seitwärtsbewegung von zwei benachbarten Brennelementen entgegengewirkt wird. Diese Lagerpolster haben keilnutartige Rippen und Nuten, die sich parallel zur Längsachse des Brennelementes erstrecken, wobei die Keile oder Rippen in die Nuten benachbarter Brennelemente eingreifen.

Die bisher bekannten Ausführungsformen haben verschiedene Nachteile:

Bei den aufgeschweißten Ringen oder Vorsprüngen ist die Hüllkastenwand in den Distanzhalterebenen dicker als beim übrigen Hüllkasten, was aus Gründen der Neutronenökonomie und wegen Komplikation der Auslegungsberechnung unerwünscht ist. Darüber hinaus sind die Schweißstellen kritisch und nur mit erheblichem Aufwand herstellbar. Ein weiterer ent­ scheidender Nachteil besteht darin, daß Hüllkästen mit den Distanzhaltern an den Flanken nicht problemlos einzeln herausgezogen werden können, da die Distanzhalter unter Umständen im Bereich der Kernmitte nicht an den aufgewei­ teten, insbesondere an den Flanken vergrößerten benach­ barten Hüllkästen vorbeigezogen werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Hüllkasten auf möglichst einfache Weise mit Distanzhaltern zu versehen, die eine große Steifigkeit des Hüllkastens gewährleisten, die Übertragung großer Kernverbandskräfte ermöglichen, aber dennoch problemlos einzeln herausgezogen werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Hüllkasten gemäß dem Hauptanspruch vorgeschlagen. Bei diesem Hüllkasten sind die Vorsprünge, die als Distanzhalter dienen, aus dem Hüllkasten herausgedrückt, und zwar im Bereich der Hüll­ kastenkanten. Bei diesem Verfahren bleibt die Wandstärke des Hüllkastens auch im Bereich der Vorsprünge etwa konstant. Die Form der Vorsprünge ist so, daß die Außenflächen ungefähr parallel zu den Flanken des Hüllkastens laufen, wo­ durch auf jeder Seite des Hüllkastens in der Distanzhalter­ ebene zwei Anlageflächen für ähnlich gebaute benachbarte Hüllkästen bestehen. Dabei ragen die Vorsprünge nicht weit in die Flanken des Hüllkastens hinein, so daß diese Flanken weniger ausgeweitet sind als der Bereich der Kanten. Der Vor­ teil dieser Art von Distanzhaltern ist einmal die einfache Herstellung und zum anderen die erheblich verbesserte Statik, d. h. die größere Steifigkeit des Hüllkastens im Distanzhal­ terbereich. Die Kräfte zwischen den einzelnen Hüllkästen wer­ den nunmehr nicht mehr auf die Flanken, sondern auf den Kantenbe­ reich übertragen. Ein mit solchen Distanzhaltern versehener Hüllkasten läßt sich auch problemlos einzeln ziehen, da die Vorsprünge im Kantenbereich an den Verdickungen benachbar­ ter Hüllkästen nicht anstoßen können.

Zweckmäßigerweise sollten die Vorsprünge nicht scharfkantig aus dem Hüllkasten herausgedrückt, sondern mit abge­ schrägten, gerundeten Übergängen versehen sein. Dadurch wird ebenfalls ein Verhaken der Hüllkästen untereinander vermieden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung und zur Anpassung an besondere Aufgabenstellungen sieht der Anspruch 2 zwischen den Vorsprüngen und den nicht aufgeweiteten Teilen der Flanken im Bereich der Distanzhalterebenen Übergangs­ abschnitte vor. Dadurch besteht jede Flanke des Hüll­ kastens im Bereich einer Distanzhalterebene aus fünf Abschnitten: einem mittleren nicht oder nur wenig aufge­ weiteten Abschnitt, zwei dazu ungefähr parallel verlaufenden vorspringenden Abschnitten und zwei dazwischen liegenden Übergangsabschnitten. Durch statische Berechnungen und in Anpassung an verschiedene Parameter, wie Temperatur, Neu­ tronenbestrahlung, Wandstärke, Kernverbandskräfte, Hand­ habung usw. lassen sich optimale Größenverhältnisse dieser verschiedenen Abschnitte untereinander und ihre Winkel zu­ einander festlegen. Je nach den Anforderungen an die Steifig­ keit und die Einfachheit der Herstellung ergeben sich da­ bei verschiedene Möglichkeiten, die in den Ausführungsbei­ spielen erläutert sind. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung behandelt der 3. Anspruch, wonach der mittlere Abschnitt jeder Flanke sehr kurz ist oder sogar völlig feh­ len kann. In diesem Fall ist die ganze Flanke im Bereich der Distanzhalterebene mehr oder weniger mit aufgeweitet und geht kontinuierlich in den Vorsprung an der Kante über. Die­ se Ausführungsform ist leicht herstellbar und von großer Steifigkeit.

Im Anspruch 4 wird vorgeschlagen, im Bereich der Distanz­ halterebene mehrere Gruppen von axial versetzten herausge­ drückten Vorsprüngen vorzusehen. Dies hat eine weitere Steigerung der Steifigkeit zur Folge und ist bei der Her­ stellung oder dem Handhaben der Hüllkästen von Vorteil. Auf diese Weise entstehen im Bereich der Distanzhalterebenen nicht nur zwei Anlagenflächen für jeden be­ nachbarten Hüllkasten, sondern mehr.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und zwar zeigt die

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines axial und in einer Distanzhalterebene aufgeschnittenen Hüllkastens,

Fig. 2 den Querschnitt eines Hüllkastens in der Distanzhal­ terebene,

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2, nämlich den Bereich eine Hüllkastenflanke in der Distanzhalter­ ebene,

Fig. 4 die Seitenansicht eines Hüllkastens in der Distanz­ halterebene bei einer speziellen Ausführung der Distanz­ halter,

Fig. 5 den zu Fig. 4 gehörenden Querschnitt durch den Hüllkasten entlang der Linie V-V,

Fig. 6 die Seitenansicht eines Hüllkastens im Bereich der Distanzhalterebene mit einer anderen Ausführungsform der Distanzhalter und

Fig. 7 einen Querschnitt durch Fig. 6 entlang der Linie VII-VII.

In den Figuren ist der Hüllkasten mit 1 bezeichnet. Es hat einen sechseckigen Querschnitt so daß der Hüllkasten aus sechs Flanken 2 und sechs Kanten 3 besteht. In der Distanz­ halterebene sind aus dem Hüllkasten Vorsprünge 4 herausge­ drückt, ohne daß dabei jedoch die Wandstärke des Hüllkastens in größerem Maße verändert wird. Die Vorsprünge befinden sich im Bereich der Kanten 3 und führen um diese herum je­ weils ein kleines Stück in den Bereich der Flanken 2. Die Flanken 2 selbst sind, zumindest in ihrer Mitte, nicht stark aufgeweitet, wodurch sich ein Spielraum für Ausbauchung unter schneller Neutronenbestrahlung ergibt. Die in Fig. 1 und 2 gezeigten relativ scharfen Kanten der Vorsprünge 4 können, wie in Fig. 3 gezeigt, durch Übergangsabschnitte 22 gemildert werden. Die Fig. 3 zeigt den Querschnitt ei­ ner Flanke im Bereich einer Distanzhalterebene, eingeteilt in fünf Abschnitte: in der Mitte der nicht aufgeweitete Bereich der Flanke 23, außen die zu den Vorsprüngen gehören­ den Abschnitte 21 und dazwischen die Übergangsabschnitte 22. Die Größenverhältnisse und Winkel dieser verschiedenen Ab­ schnitte untereinander können je nach Aufgabenstellung und Toleranzgrenzen verschieden gewählt werden. In den folgen­ den Figuren werden weitere Ausführungsbeispiele der Distanz­ halter gezeigt. Dabei ist in Fig. 4 eine Form zu sehen, bei der der Abschnitt 23 in der Flanke nicht vollständig ausgebildet ist, so daß am oberen und unteren Rand 41 des Distanzhalters auch die Flanken etwas herausgedrückt sind. Die eigentlichen Distanzhaltervorsprünge 40 liegen aber wiederum im Bereich der Kanten 3. Die Fig. 6 zeigt dage­ gen ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Abschnitt 23 ganz weggelassen wurde, so daß die Flanken in der Distanzhalter­ ebene etwas herausgedrückt sind. Wie aber der Querschnitt der Fig. 7 zeigt, befinden sich die eigentlichen Distanz­ haltervorsprünge 42 im Bereich der Kanten 3. Diese Ausfüh­ rungsform zeichnet sich durch besondere Steifigkeit aus, bietet jedoch nicht so viel Spielraum für Ausbauchungen der benachbarten Hüllkästen.

Claims (5)

1. Hüllkasten mit Distanzhaltern für schnelle Brutreaktoren,

• a) bei dem die Distanzhalter aus in den Distanzhalterebenen an den Hüllkästen (1) angebrachten Vorsprüngen (4) bestehen,
• b) wobei die Außenflächen der Vorsprünge (4) etwa parallel zu den Flanken (2) des Hüllkastens (1) verlaufen und so auf jeder Seite des Hüllkastens in der Distanzhalterebene zwei Anlageflächen für benachbarte Hüllkasten bilden,
• c) und die Vorsprünge (4) im Bereich der Distanzhalterebene an den Kanten (3) weiter vorspringen als an den Flanken,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• d) die Vorsprünge (4) sind im Bereich der Hüllkastenkanten (3) aus dem Hüllkasten (1) herausgedrückt,
• e) die Wandstärke des Hüllkastens ist im Bereich der Distanzhalterebenen und der Vorsprünge etwa gleich der im übrigen Bereich.

2. Hüllkasten nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

• f) jede Flanke (2) des Hüllkastens (1) besteht im Bereich einer Distanzhalterebene aus fünf Abschnitten: einem mittleren nicht oder wenig aufgeweiteten Abschnitt (23), zwei dazu ungefähr parallel verlaufenden, vorspringenden Abschnitten (21) und zwei Übergangsabschnitten (22).

3. Hüllkasten nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

• g) der mittlere Abschnitt (23) ist sehr kurz oder fehlt völlig.

4. Hüllkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

• h) im Bereich der Distanzhalterebenen ist der Hüllkasten mit mehreren axial versetzten Gruppen von herausgedrückten Vorsprüngen versehen.