DE3245079A1

DE3245079A1 - Mechanisch befestigte lastkonsole fuer brennelementbuendel in fluessigmetall-kernreaktoren

Info

Publication number: DE3245079A1
Application number: DE19823245079
Authority: DE
Inventors: Jeffrey M. Kennewick Wash. Grover; Luanne S. Pleasanton Calif. Williams
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1982-04-08
Filing date: 1982-12-06
Publication date: 1983-10-20
Also published as: GB2119156B; US4543233A; FR2525015A1; JPS58182586A; GB2119156A; FR2525015B1

Description

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Mechanisch befestigte Lastkonsole für Brennelementbündel in Flüssigmetall-Kernreaktoren

Die Erfindung bezieht sich auf die Anordnung von Lastkonsolen an Hüllrohren für Brennelementbündel in flüssigmetallgekühlten Kernreaktoren, insbesondere für Brennelementbündel in natriumgekühlten Kernreaktoren.

Brennelementbündel für Kernreaktoren können in ein Hüllrohr eingeschlossen u/erden, das dazu dient, Kühlflüssigkeit durch das Brennelementbündel zu leiten. Die Brennelementbündel des Reaktors sind üblicherweise in einer als Reaktorkern bezeichneten Anordnung untergebracht; dort können hunderte von Brennelementbündeln zusammengefaßt sein. Die Art und Weise der Anordnung von Brennelementbündeln kann dazu führen, daß benachbarte Brennelement-Hüllrohre einander oder die .Flächen des Kerntraggitters berühren. Das Brennelement-Hüllrohr kann mit .

einer Anordnung von Lastkonsolen versehen sein, die unter Umständen eine speziell gehärtete Oberfläche besitzen, um die Berührung mit benachbarten Hüllrohren oder zwischen Hüllrohren und einem Traggitter schadlos überstehen zu können. Eine derartige Lastkonsole soll Reibung's- und Scheuerbeanspruchungen aushalten und möglicherweise zur Einhaltung eines bestimmten Abstands zwischen Hüllrohren dienen.

Bei bekannten Konstruktionen sind die Lastkonsolen entweder auf die Hüllrohre geschweißt oder sind als Bestandteil

BAD ORIGINAL

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teil der Hüllrohruiände ausgeführt. Die Hüllrohre bestehen normalerweise aus rostfreiem Stahl. Infolge der durch Strahlung hervorgerufenen Ausdehnung ist die Nutzungsdauer eines derartigen Hüllrohrs jedoch auf etwa drei Brennstoffzyklen begrenzt. Um die Lebensdauer der__- Hüllrohre zu verlängern, hat man vorgeschlagen, die Hüllrohre aus ferritischem Stahl herzustellen, u/as aber zur Folge hatte, daß as äußerst schmierig wurde, Lastkonsolen anzuschmeißen oder anzuformen.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zu Grunde, eine Lastkonsole zu entwickeln, die an das Brennelementhüllrohr nicht angeschweißt oder angeformt wird, aber doch leicht an dem Hüllrohr angebracht und mit ihm fest verbunden werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ein Kernbrennelementbündel mit einer Hüllrohrkonstruktion zum Aufbau eines Reaktorkerns aus einer Anzahl nebeneinander angeordneter derartiger Brennelementbündel vor; die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllrohrkonstruktion in ihrer Wand mindestens eine Eintiefung aufweist, die einen Teil einer Lastkonsole mit harter Oberfläche aufnimmt, und daß die Lastkonsole in der Eintiefung mechanisch mit der Hüllrohrkonstruktion verbunden ist.

Um eine hohe Verschleißfestigkeit zu erreichen, erhält die Lastkonsole vorzugsweise eine gehärtete Oberfläche.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachstehend ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben, die folgendes darstellen:

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Fig.1: sin schematisches Bild eines einzelnen Brennelamentbündels in einem Hüllrohr mit Lastkonsole;

Fig.2: eine schematische Draufsicht auf Brennelementbündel mit Lastkonsolen j

Fig.3: ein schematisch gehaltenes Zerlegbild von Lastkonsole und Hüllrohr im Schnitt;

Fig.4: ein schematisches Bild einer eingebauten Lastkonsole im Schnitt;

Fig.5: eine schematische Draufsicht auf ein Werkzeug, das zum Einsetzen und zum Herausnehmen der Lastkonsole dient;

Fig.6s eine schematische Seitenansicht des Werkzeugs nach Fig.5;

Fig.7: eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Lastkonsole;

Fig.8: eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer Lastkonsole;

Fig.9: eine Einzelheit aus Fig.8; Fig.10: eine schematische Draufsieht auf eine Ausführungsform eines Hüllrohrs;

Fig.11: eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Hüllrohrs;

Fig.12: eine Einzelheit aus Fig.11; Fig.13: eine schematische Einzelheit des Werkzeugs nach Fig.6.

Die Gesamtwirkung von Lastkonsolen uiird in den Figuren· 1 und 2 dargestellt. Fig.1 zeigt ein Brennelementbündel 1 mit einem Hüllrohr 2, im vorliegenden Falle ein sechsseitiges Brennelementbündel 1 mit Hüllrohr 2. In einem etwas über dem aktiven Brennelementbereich des Brennelementbündels geführten Querschnitt durch das Brennelementhüllrohr 2 werden mehrere an den Hüllrohrwänden angebrachte Lastkonsolen 3 sichtbar. An jeder Seite des Hüllrohrs 2 befindet sich mindestens eine Lastkonsole, wenn das Brennelementbündel sich nicht gerade in einer

Kernposition ORIGINAL'

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Kernposition befindet, insbesondere am Kernrande, in der die Außenflächen sich nicht gegen benachbarte Brennelementbündel lehnen und Lastkonsolen 3 daher nicht erforderlich sind. Fig.2 läßt erkennen, in welcher Weise Lastkonsolen 3 sictin aneinander abstützen. Man kann die_ Oberseite bei 4 abschrägen (vgl. Fig.3), um die Aufwärts- und Abmärtsbeiuegung der Brennelementbündel 1 beim Einbau in den Reaktor und beim Herausnehmen zu erleichtern. Eine abgeschrägte Seite 4 läßt die Kante 5, durch die sonst Schäden angerichtet werden können, ganz oder fast ganz verschwinden.

Am Umfang eines Schaftes 7 (vgl. Figuren 3 und 4) der Lastkonsole 3 ist eine enge Nut 6 eingearbeitet. Ein spiralig gewundener Haltering 8 ufird in die Nut 6 eingesetzt. Mehrere, vorzugsweise vier ovale Öffnungen 9 sind in dem flachen Teil der Lastkonsole angebrachtj' diese Öffnungen 9 schneiden die Umfangsflache des Schafts 7 gerade an. Die Wand 10 des Hüllrohrs wird von einer Eintiefung 12 fast ganz durchstoßen; der Durchmesser der Eintiefung 12 ist etwas größer als der Durchmesser des Schafts 7 der Lastkonsole. In die Wand der Eintiefung 12 ist eine Nut 11 gefräst, die zum Fluchten mit der Nut 6 in dem Schaft 7 gebracht wird. Ferner sind in der Hüllrohrwand 10 ovale Ausschnitte 13 angebracht, die mit den in die Lastkonsole geschnittenen länglichen Öffnungen 9 fluchten sollen.

Zum Einsetzen der Lastkonsole 3 in die Hüllrohrwand 10 dient ein spezielles Werkzeug (vgl. Figuren 5, 6 und 13). Dieses Werkzeug weist Finger 14 auf, die durch die Öffnungen 9 in der Lastkonsole 3 und um den freiliegenden Ring 8 greifen. Gesteuert durch Nocken werden dann die Finger 14 in Richtung auf die Mitte der Lastkonsole 3 bewegt, wobei der Ring 8 auf einen Durchmesser zusammengedrückt wird, der etwas kleiner ist als derjenige des

Schafts 7.

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Schafts 7. Nun wird die Lastkonsole 3 in die Eintiefung 12 der Hüllrohriuand 10 mit dem den Ring 8 zusammengedrückt haltenden Werkzeug eingesetzt. Dann wird die Nockenwirkung des Werkzeugs aufgehoben, so daß der Ring sich in die Nut 11 der Hüllrohrwand 10 hinein ausdehnsn kann. Anschließend u/ird das Werkzeug abgenommen. Der spiralig gewundene Haltering 8 liegt jetzt sowohl in der i\lutt 11 in der Hüllrohrwand 10 als auch in der Nut 6 in dem Schaft 7 der Lastkonsole und verriegelt die beiden Teile miteinander.

Nach dem Einbau werden die Kräfte, die zwischen den Hüllrohren 2 in dem Reaktor ausgeübt werden, durch die große Oberfläche der Lastkonsole 3 über die Hüllrohrwand 10 verteilt. Der Haltering 8 hat nur die Lastkonsole 3 davor zu bewahren, daß sie von dem Hüllrohr 2 abfällt. Es gibt in dieser Richtung keine merklichen Kräfte, und der Ring 8 ist in der Lage, Kräften von mehr als 450 kg Widerstand zu leisten« Es sind auch keine Kräfte zu erwarten, die den Ring 8 zerbrechen könnten, aber selbst wenn das möglich wäre, müßten mindestens drei Bruchstellen hervorgerufen werden, bevor die Lastkonsole 3 aus der Hüllrohrwand 10 heraustreten könnte, so daß eine Eigenredundanz vorliegt.

Ein Merkmal der Konstruktion ist, daß sie die Überprüfung des Eingreifens des Ringes 8 durch die Öffnungen 9 ermöglicht. Wenn ein Problem auftritt, kann die Lastkonsole 3 mit Hilfe des Werkzeugs abgenommen werden, und die Schwierigkeit kann behoben werden.

Durch das Anbringen der Eintiefung 12 in der Hüllrohrwand 10 wird das Hüllrohr geschwächt, vor allem, wenn die Lastkonsolen 3 an jeder Fläche des Hüllrohrs in der gleichen Höhe angeordnet sind. Um diesen Schwächungseffekt so klein wie möglich zu halten, werden die Lastkonsolen

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konsolen auf den verschiedenen Seiten des Hüllrohrs in unterschiedlichen Höhen vorgesehen. Das erfordert einen möglicherweise komplizierten Kernladeplan, weil die Lastkonsolen auf benachbarten Flächen aneinanderstoßen und daher in übereinstimmender Höhe angebracht sein müssen. _ '.,

Die Ausschnitte 13 in der Hüllrohrujand 10 reichen nach den Zeichnungen nur ein Stück weit in die Hüllrohrujand 10 hinein, so daß kein Kühlmittelausfluß durch diese Öffnungen erfolgen kann. Wird die Lastkonsole oberhalb des Bereichs des aktiven Kernbrennstoffs der Brennelementbündel angebracht, kann es zweckmäßig sein, die Ausschnitte 13 durch die gesamte Dicke der Wand 10 zu führen, so daß das Kühlmittel durch die Ausschnitte 13 und 9 aus dem Hüllrohr austreten kann.

Nach der Anbringung kann die gezeichnete Lastkonsole frei rotieren, wodurch die Ausrichtung zwischen den Ausschnitten 9 und 13 verlorengeht. Eine derartige Drehung läßt ,20 sich auf verschiedene Weise vermeiden, beispielsweise durch eine Anordnung mit Bolzen und Loch zwischen der Hüllrohrwand 10 und der Lastkonsole 3.

Die Figuren 7 bis 10 stellen Konstruktionszeichnungen dar, in die die für eine bevorzugte Ausführungsform vorgesehenen Maße eingetragen sind.

Die Lastkonsole 3 muß nicht unbedingt rund ausgeführt sein sondern kann offensichtlich unterschiedliche geometrische Formen erhalten. Auch der Lastkonsolenschaft 7 und die Eintiefung 12 müssen nicht unbedingt rund sein, wenn auch die Kreisform am ehesten die Verwendung des Ringes 8 ermöglicht. Ersetzt man den Ring 8 durch eine andere mechanische Befestigung, so sind auch andere geometrische Formen möglich.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

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Kernbrennelementbündel mit einer Hüllrohrkonstruktion (2) zum Aufbau eines Reaktorkerns aus einer Anzahl nebeneinander angeordneter derartider Brennelementbündel (1), dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllrohrkonstruktion (2) in ihrer Wand (1O) mindestens eine Eintiefung (12) aufweist, die einen Teil einer Lastkonsole (3) mit harter Oberfläche aufnimmt, und daß die Lastkonsole (3) in der Eintiefung (12) mechanisch mit der Hüllrohrkonstruktion (2) verbunden ist.

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Kernbrennelementbündel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintiefung und der darin aufgenommene Teil der Lastkonsole (3) Zylinderform haben und beide Ringnuten (6,11) aufweisen, die miteinander fluchten, wenn die Lastkonsole (3) in der Hüllrohrwand (1O) angebracht ist, und daß ein Ring (8) in den miteinander fluchtenden Nuten (6,11) angeordnet ist, dar die Lastkonsole (3) an dem Hüllrohr (2) festlegt.
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3. Kernbrennalementbündel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Ring (8) um eine zusammendrückbare Feder handelt, und daß die Lastkonsole (3) mit Öffnungen (9) versehen ist, die dem Ring (8) den Zugang zu den Nuten mit Hilfe eines Werkzeugs zum Zusammendrücken des Ringes (8) mährend der Anbringung und der Abnahme der Lastkonsole (3) ermöglichen.
4. Kernbrennelementbündel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastkonsole (3) mit einem harten Material beschichtet ist.
5. Kernbrannelementbündel nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß die Lastkonsole (3) eine abgeschrägte Oberseite besitzt, die so geformt ist, daß die Lastkonsole stufenlos aus dem Hüllrohr (2) harausragt, so daß keine Kanten vorstehen, an die. andere Hüllrohre (2) während einer Bewegung der Kernbrennelemente anstoßen könnten.
6. Kernbrennelementbündel nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit kantigen Hüllrohren (2), dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Seite mindestens eine Lastkonsole (3) vorgesehen ist, und daß alle Lastkonsolen (3) in einer gewissen axialen Höhe vorgesehen sind.
7. Kernbrennelementbündel nach Anspruch 6, dadurch

gekennzeichnet, daß die Lastkonsolen (3) in unterschiedlicher axialer Höhe angebracht sind.

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8. Kernbrennelementbündel nach einem der Ansprüche bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Gruppe von Lastkonsolen (3) in einer Höhe über dem aktiven Brennelementbereich des Brennelementbündels (1) angeordnet ist.