DE3148458A1

DE3148458A1 - "brennstabbuendel fuer einen siedewasserkernreaktor"

Info

Publication number: DE3148458A1
Application number: DE19813148458
Authority: DE
Inventors: Olov Dipl.-Ing. 72017 Västerås Nylund; Bengt 72241 Västerås Ode
Original assignee: ASEA Atom AB
Current assignee: Westinghouse Electric Sweden AB
Priority date: 1980-12-19
Filing date: 1981-12-08
Publication date: 1982-07-15
Also published as: FI70335B; FI70335C; SE424931B; JPS57128883A; SE8008986L; FI814068L; US4454093A

Description

Aktiebolaget ASEA-ATOM, Västeras/Schweden Brennstabbündel für einen Siedewasserkernreaktor

Die Erfindung betrifft ein Brennstabbündel für einen Siedew.asserkernreaktor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Die
Wandsysteme sind dabei so ausgeführt, daß sie eine horizontale Wasserüberführung zwischen den genannten Brennstabbündeln weitgehend verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennstabbündel
der genannten Art zu entwickeln, bei dem Spritzwasser, welches bei einer Notkühlung dem Brennstabbündel von oben zugeführt
wird, auch dann auf die einzelnen von einem Wandsystem umgebe^ nen Teilbündel verhältnismäßig gleichmäßig verteilt wird, wenn aufgrund der Plazierung des Brennstabbündels im Verhältnis zu den Düsen des Spritzwassersystems die den einzelnen Brennstabbündeln direkt von den Düsen zugeführte Spritzwassermenge von
Brennstabbündel zu Brennstabbündel stark variiert.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Brennstabbündel nach dem
Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten
Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Ein Brennstabbündel nach der Erfindung ist besonders in solchen Fällen vorteilhaft, in denen ein Brennstabbündel der ein^an^;

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genannten Art, d.h. ein Brennstabbündel mit mehreren Teilbündein, in einem solchen Reaktor verwendet werden soll, dessen Spritzwassersystem zur Notkühlung des Kerns für solche Brennstabbündel entworfen wurde, die nicht in Teilbündel aufgeteilt sind.

Anhand der in den Figuren gezeigten beiden Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Figur 1 und 2 vereinfacht in einer Ansicht von oben bzw. in einer Seitenansicht einen Teil eines Reaktorkerns, bei dem zumindest einige der Brennstabbün- *" del gemäß der Erfindung ■■'ausgeführt sind, wobei

zwischen den Spritzdüsen ein so großer Zwischenraum vorhanden ist, daß das Notkühlwasser sehr ungleichmäßig auf die einzelnen Teilbündel in einem Brennstabbündel verteilt werden würde, wenn das Brennstabbündel nicht mit einer Wasserverteilungsvorrichtung versehen wäre,

Figur 3 ein Brennstabbündel gemäß der Erfindung im Vertikalschnitt längs der Linie III - III in Figur 4,

Figur 4 einen Schnitt längs der Linie IV - IV in Figur 3,

Figur 5 dasselbe Brennstabbündel im Schnitt längs einer Linie V - V in Figur 6,

Figur 6 den oberen Teil eines Brennstabbündels im Schnitt längs der Linie VI - VI in Figur 5,

• Figur 7 einen Schnitt längs der Linie VII - VII in Figur 3, Figur 8 einen Schnitt längs der Linie VIII - VIII in Figur 9,

Figur 9 eine Ansicht von Figur 8 von oben in Richtung der Pfeile IX.

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Das in den Figuren gezeigte Brennstabbündel hat eine vertikale Längsachse und enthält 64 Brennstäbe 12, die auf vier Teilbündel verteilt sind. Jedes Teilbündel ist von einem Brennstoffkanal T mit im wesentlichen quadratischen Querschnitt umgeben und mit je einer unteren Gitterplatte 2 versehen, welche die Brennstäbe des Teilbündels trägt. Jeder Brennstoffkanal 1 enthält mehrere in den Figuren nicht dargestellte Abstandshalter. Die unteren Gitterplatten 2 ruhen jeweils auf einem an den Wänden des zugehörigen Brennstoffkanales 1 festgeschweißten Grundrahmen 3, der eine kreiszylindrische innere FJächc hat. Die vier Grundrahmen 3 ruhen auf einem Verteilungsblock 4, der mit vier hohlzylindrischen Ablaufstutzen 5 versehen ist, wobei die vier Grundrahmen 3 je einen Ablaufs'tutzen 5 ohne nennenswertes Spiel umgeben und mittels radial gerichteter Zapfen 6 an den Ablaufstutzen 5 befestigt sind. Jeder Ablaufstutzen 5 ist über einen zugeordneten Drosselkanal 7 hydraulisch mit einem am Verteilungsblock 4 festgeschweißten Einlaufsockel 8 verbunden. Äußere Wandflächen der Brennstoffkanäle 1 grenzen einen vertikalen Wasserkanal 10 mit kreuzförmigem Querschnitt ab, wobei jeder Kanalarm in radialer Richtung in größerem oder kleinerem Maße offen ist. Die vier, jeweils ein Teilbündel umschließenden Brennstoffkanäle 1 sind an ihren oberen Enden und oberhalb des aktiven Teils des Kerns mit einem oberen, eine vertikale Länge H aufweisenden Brennstoffkanalabschnitt 14 verbunden, der sämtliche Brennstäbe des Brennstabbündels umschließt. Ein oberer Abschnitt jedes Brennstoffkanals 1 ist mechanisch mit einem zentral angeordneten, oberen Rohr 11 verbunden.

Der vertikale Kanal 10 ist an seinem unteren Teil hydraulisch mit einem Einlaufrohr 13 verbunden. Der obere Abschnitt 14 der Brennstoffkanalkonstruktion hat einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt und umschließt eine obere Gitterplatte 15 (Figur 5 und 6). Diese enthält einen im wesentlichen quadratischen Rahmen 15', der an der Innenseite des Brennstoffkanalabschnitts 14 anliegt, sowie mehrere horizontale Schienen 16 und 16' enthält, von denen jede mit ihrem einen Kndu am Halmioii 15' und mit ihrem anderen Ende an einem zentralen Hohlzylinder

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19 befestigt ist, der das Zentralrohr 11 umschließt. Zwei horizontale Arme 17 gehen von einer mittleren Stelle jeder Schiene 16 und 16' ab und sind mit ihren äußeren Enden mechanisch starr mit dem Rahmen 15' verbunden. Die Bewegungsfreiheit der Brennstäbe axial nach oben ist durch oberhalb liegende Abschnitte der Schienen 16 und 16' und der Arme 17 sowie durch mehrere horizontale, von diesen Schienen und Armen ausgehende Vorsprünge 18 bzw. 18' begrenzt. Die Schienen 16 haben einen größeren Querschnitt als die Schienen 16' und sind mechanisch

starr mit einem Griff 20 zum Abheben der oberen Gitterplatte versehen.

Jedes der in den Figuren gezeigten ßrennstabbündel wird zusammen mit drei gleichen Brennstabbündeln in einem Modulfeld in der oberen Gitterplatte 2.1 (Figur 1) des' Reaktorkerns angeordnet. Der Steuerstab des Moduls ist mit 27 bezeichnet.

Das in den Figuren 1 bis 6 gezeigte Brennstabbündel ist mit einem Verteilerkanal 22 für Spritzwasser versehen, das dem Brennstabbündel bei Notkühlung des Kerns zugeführt wird. Die •Figuren 1 und 2 veranschaulichen einen Fall, bei dem es von großer Bedeutung ist, daß das Brennstabbündel mit einem solchen Verteilerkanal ausgeführt wird. Es sind mehrere Spritzdüsen 23 angeordnet, die bei einer Notkühlung den ihnen jeweils zugeordneten Kernmodul mit einem Spritzwasserkegel 24 versorgen. Das Spritzsystem ist für ein ungeteiltes Brennstabbündel gedacht, und derart ausgebildet, daß sich der Spritzwasserkegel 24 gleichmäßig über die vier Brennstabbündel des Moduls verteilt. Wenn das Brennstabbündel jedoch vierteilig aufgebaut ist, dann kann die den Teilbündeln direkt zugeführte Spritzwassermenge sehr ungleichmäßig verteilt sein. Bei dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Fall haben einige Teilbündel überhaupt keine Direktzufuhr von Spritzwasser. Bei einem Brennstabbündel nach der Erfindung erhält man in solchen Fällen eine relativ gleichmäßige Verteilung des Wassers des Spritzsystems auf sämtliche Teilbündel, was durch die Verwendung eines Wasserverteilerkanals errreicht wird.

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• Bei dem in den Figuren 1 bis 6 gezeigten Wasserverteilerkanal wird der Boden des Kanals aus einem in der genannten oberen Gitterplatte 15 integrierten Teil, nämlich dem Rahmen 15', gebildet. Der Kanal wird außerdem von einer radial inneren und einer radial äußeren, im wesentlichen vertikalen Wand 25 bzw. 26 begrenzt, die an der Innenkante bzw. der Außenkante des Rahmens 15' befestigt sind. An einer der vier Ecken des BrennstabbündeJs und über eine Länge, die mindestens 10 % des Umfanges des Brennstabbündels beträgt, ist die.radial innere Wand 25 derart nach innen gebogen, daß die Breite k am oberen Rand des Kanals mindestens 15 %, vorzugsweise mindestens 25 % größer ist als die durchschnittliche Rinnenbreite am oberen Rand des Kanals 22. Bei der Anbringung des Brennstabbüridels im Reaktorkern wird dieses räumlich vorzugsweise so orientiert, daß der erweiterte Kanalabschnitt den kleinstmöglichen Abstand von der Vertikalen durch die am nächsten gelegene Spritzdüse hat.

Die radial innere Wand 25 ist an der Kanalecke, die der Kanalecke mit erweiterter Kanalbreite diagonal gegenüberliegt, mit überströmabschnitten versehen, deren Länge in Kanalrichtung mit a bezeichnet ist (Fig.5) und bei denen" die Höhe der Wand 25 mindestens 10 % niedriger ist als im Durchschnitt.

Bei.Notkühlung wird ein Teil des Spritzwassers direkt dem Was- > serverteilerkanal zugeführt, wonach ein wesentlicher Teil des Kanalwassers demjenigen Teilbündel zugeführt wird, das den größten Abstand von der Spritzdüse hat. Auch kann es erforderlich sein, den beiden benachbarten Teilbündeln VJasser aus dem Verteilerkanal zuzuführen, was durch entsprechende überströmabschnitte geschehen kann, die für einen kleineren Gesamtwasserfluß für jedes dieser beiden Teilbündel bemessen sind als die oben genannten überströmabschnitte mit der Länge a. Die radial innere Wand 25 kann zusätzlich zu oder anstelle von den genannten uberströmabschnitten mit durchgehenden Löchern versehen sein. ■

Die Breite k (Figur 5) wird vorzugsweise so gewählt, daß der

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mit relativ großer Breite ausgeführte Kanalabschnitt das ihm am nächsten liegende Teilbündel in solchem Maße gegen direkt zugeführtes Spritzwasser abschirmt, daß dieses Teilbündel höchstens 1/4 des gesamten Spritzwasserflusses erhält, der auf das gesamte Brennstabbündel entfällt. Das von diesem Kanalabschnitt aufgenommene Wasser wird dann über den Verteilerkanal den anderen drei Teilbündeln des Brennstoffbündels, die weniger vom direkten Spritzwasser getroffen werden, in solcher Verteilung zugeführt, daß jedes Teilbündel etwa 1/4 der Gesamtmenge der dem Brennstabbündel zugeführten Spritzwassermenge erhält.

In den Figuren 8 und 9 ist ein 'oberer Abschnitt der Brennstoffkanalkonstruktion des Brennstabbündels mit 34 bezeichnet. Dieser Abschnitt umschließt sämtliche Brennstäbe 31, die mit ihren oberen Endzapfen in je ein durchgehendes Loch in der oberen Gitterplatte 33 des Brennstabbündels eingeführt sind. Die obere Gitterplatte ist mit einer Verteilerrinne 32 mit im wesentlichen vertikalen Wänden 35 und 36 versehen, die im Gegensatz zu den entsprechenden in den Figuren 5 und 6 gezeigten Wänden mittels eines Bodenabschnittes verbunden sind, der nicht in der oberen Gitterplatte des Brennstabbündels integriert ist, wobei dieser Abschnitt zusammen mit den Wänden 35 und 36 einen .Verteilerkanal 37 für Spritzwasser bildet. Die Wand 35 besteht nur aus vertikalen Wandabschnitten, doch kann diese Wand ebenfalls einen nach innen gebogenen Teil enthalten, wie die entsprechende Wand 25 der in Figur 6 gezeigten Ausführungsform der Erfindung. Die Wand 36 liegt ohne nennenswertes.Spiel mit ihrem unteren Teil an der Innenseite des Brennstoffkanalabschnittes 34 an und ist an der Brennstoffkanalvorrichtung mittels mehrerer horizontal gerichteter in der Figur nicht gezeigter Schrauben befestigt. An wenigstens einer der Seiten des Brennstabbündels, die den Spalt für einen Steuerstab 27 begrenzen, hat die Wand 36 eine Auskragung 38 zum Steuerstabspalt hin, wobei die Breite f der Auskragung mindestens 20 %, vorzugsweise mindestens 30 % der durchschnittlichen Breite des Verteilerkanals 37 beträgt. Die Auskragung fängt einen wesentlichen Teil des auf den Steuerstabspalt gerichteten Spritzwassers auf, wobei auch dieses zur Küh-

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lung des,Brennstabbündels benutzt werden kann. Die Projektion der Auskragung 38 in vertikaler Richtung liegt im wesentlichen außerhalb des Abschnittes 34 der Brennstoffkanalkonstruktion und erstreckt sich über mindestens 20 % der Kanallänge. Der Verteilerkanal 37 kann auf ähnliche Weise, wie der vorstehend beschriebene Verteilerkanal 22 mit einem Wasserablauf versehen sein, und die innere kanalwand kann längs eines kleineren Teils der Gesamtlänge des Verteilerkanals nach innen gebogen sein.

Das im Zusammenhang mit den Figuren beschriebene Brennstabbündel stellt nur eine von vielen möglichen Ausführungsformen eines Brennstabbündels nach der Erfindung dar. So braucht der Verteilerkanal nicht als geschlossener Ring ausgebildet zu sein, sondern er kann beispielsweise mit nur drei Ecken und mit zwei vertikalen Endwänden ausgeführt sein. In einigen Fällen ist es möglich, eine gleichmäßige Kühlwasserverteilung auch dann zu erreichen, wenn der Kühlkanal ohne Überlaufstrecken in Form von Schlitzen oder Löchern ausgeführt ist. Die Teilbündel können auch dadurch hergestellt werden, daß eine Brennstoffkanalkonstruktion, welche sämtliche Brennstäbe des Brennstabbündels längs ihrer ganzen Länge umschließt,in mehrere Räume mit Hilfe mehrerer vertikaler Trennwände aufgeteilt ist, die eine horizontale Verbindung zwischen diesen Räumen in größerem oder kleinerem Maße verhindern, so wie es beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung 81 10 1621.1 beschrieben ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Brennstabbündel für einen Siedewasserkernreaktor mit einer Vielzahl vertikaler Brennstäbe (12; 31), welche von einer Brennstoffkanalkonstruktion (1, 14; 34) umschlossen sind und mehrere Teilbündel bilden, die längs einer vertikalen Strecke, die sich über einen überwiegenden Teil der Länge der Rrennstäbe erstreckt, von je einem Wandsystem (1) uintJchlotiücMi sind, dadurch geken-'n zeichnet, daß die genannte Brennstoffkanalkonstruktion (1, 14; 34) einen oberhalb der Brennstäbe befindlichen Brennstoffkanalabschnitt (14; 34) enthält, dessen Projektion in vertikaler Richtung sämtliche Brennstäbe (12; 31) des Brennstabbündels umschlaeßt, und daß der Brennstoffkanalabschnitt (14; 34) mit einem im wesentlichen horizontal längs der Innenseite des genannten Brennstoffkanalabschnittes verlaufenden Wasserverteiler (22; 37) versehen ist, der derart angeordnet ist, daß er imstande ist, dem Brennstabbündel vertikal von oberhalb mindestens eines der Teilbündel zugeführtes Notkühlwasser aufzufangen und dieses an mindestens eines der übrigen Teilbündel abzugeben.
2. Brennstabbündel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffkanalabschnitt (14; 34) einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt hat, daß die Brennstabteilbündel unterhalb ihres jeweiligen Quadranten des genannten Brennstoffkanalabschnittes angeordnet sind und daß der Verteilerkanal (22; 37) längs der Innenseite des genannten Brennstoffkanalabschnittes oberhalb mehrerer Quadranten verläuft, wobei der Verteilerkanal in mindestens einem Quadranten mit mindestens einem Wasserablauf (a) für Wasser für das entsprechende Teilbündel versehen ist.

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3. Brennstabbündel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge· kennzeichnet, daß der Verteilerkanal (22) einen Abschnitt hat, in dem ein Teil einer.radial inneren Känaiwand derart schräg nach innen verläuft, daß die Kanalbreite (k) am oberen Rand der Rinne mindestens 15 % größer als die durchschnittliche Kanalbreite am oberen Rand des Kanals ist.
k. Brennstabbündel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Bodenteils des Verteilerkanals (22) aus einem peripheren Abschnitt (15') einer oberhalb der Brennstäbe angeordneten oberen Gitterplatte (15) besteht.
5. Brennstabbündel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffkanalkonstruktion einen den Steuerstabspalt begrenzenden Wandabschnitt hat, in dessen Bereich der Verteilerkanal mit einer Auskragung (38) versehen ist, deren Projektion in ■ vertikaler Richtung im wesentlichen außerhalb der Brennstoffkanalvorrichtung des Brennstabbündels liegt.