DE3401152A1

DE3401152A1 - Abmontierbare brenngarnitur fuer einen nuklearreaktor

Info

Publication number: DE3401152A1
Application number: DE19843401152
Authority: DE
Inventors: Michel Lyon Bonnamour; Jean-Marie Dubief
Original assignee: FRAMATOME ET COGEMA DITE>>FRAGEMA<< SNC; Framatome Et Cogema Dite "fragema" 92084 Paris SNC; Framatome SA
Current assignee: Areva NP SAS
Priority date: 1983-01-17
Filing date: 1984-01-14
Publication date: 1984-08-30
Also published as: FR2539548B1; BE898698A; FR2539548A1

Description

"Abmontierbare Brenngarnitur für einen Nuklearreaktor"

Die Erfindung betrifft Brenngarnituren für Kernreaktoren des Types, welche einen Satz ummantelter Brennstäbe aufweisen, die von einer Struktur oder einer Folge gehalten werden, die Stücke an ihrer Außenseite aufweist oder Ansatzstücke, die durch Verstrebungsrohre gehalten werden. Diese letzteren tragen Gitter , die auf der Länge der Garnitur verteilt sind und die dazu bestimmt sind, die Brennstäbe und die Strebrohre wie ein regelmäßiges Netz zu befestigen. Bei der speziell vorteilhaften Ausführungsart weisen die verstrebten Rohre Führungen für die Bolzen auf, die zu einer Steuerstange gehören, mit welcher die Garnitur ausgerüstet ist.

Wenn die Brenngarnitur im Kernreaktor in Betrieb ist, unterliegen die Brennstäbe Spannungen, die Risse in den Ummantelungen von einigen unter ihnen hervorrufen können. Wenn diese defekten Brennstäbe entdeckt werden, z.B. bei der Gelegenheit, wenn die Einrichtungen am Reaktorkern gegen eine andere ausgewechselt werden, ist es notwendig, den defekten Stab auszutauschen, der die Quelle der Kontamination ist. Um das Auswechseln eines oder einiger Stäbe zu ermöglichen, die die Leckagen aufweisen, in Anbetracht der Wiederverwendbarkeit der Garnitur, hat man schon vorgeschlagen, die Strebrohre an einer der Ansatzstücke durch eine demontierbare Verbindung zu befestigen. Um einen

Brennstab zu ersetzen, nimmt man eines der Ansatzstücke heraus, zieht den defekten Brennstab heraus, setzt einen neuen ein und stellt das Brennelement wieder her, indem man das Ansatzstück wieder befestigt. Aber die bisherigen Lösungsvorschläge zur Schaffung eines abmontierbaren Ansatzstückes haben sich als wenig zufriedenstellend herausgestellt, da sie die Probleme des Arbeitens in aureichender Entfernung, unter mehreren Metern Wasser, nicht berücksichtigen. Daher erlauben diese Arbeitsbedingungen nicht eine genaue Anordnung der Teile bei der Wiedermontage durchzuführen, noch die Umformungen der Strebrohre beim Einsatz der Garnitur in den Reaktor. Häufig führen die in den verstrebten Rohren auftretenden Spannungen dazu, daß sich diese dann, wenn sie von den Ansätzen entfernt sind, sich defomieren und daß sie daher bei der Wiedermontage nicht mehr an den vorgesehenen Stellen der Ansatzstücke befestigt werden können.

Bei den bisherigen Lösungen kann man vor allem die Verbindungen durch Gewindespindeln angeben, die auf einem der Ansatzstücke festgehalten und am Ende der Schraubhülse des Führungsrohres festgeschraubt werden (FR-A-2 469 777). Selbst in der Befestigung der Gewindespindel der Führungshülse des Endstückes des Strebrohres besteht die Gefahr einer Verkantung, wenn versucht wird, das Ansatzstück wieder an den verstrebten Rohren zu befestigen, wenn schon

ein anderes Ansatzstück befestigt ist. Eine andere Art der

Befestigung besteht aus einer Verlängerung des Strebrohres, welches eine Auflagefläche durchdringt, die dem Ansatzstück zum Einschrauben in die Mutter angehört (FR-A-2 495 3SJ). Auch dabei gibt es noch Montageschwierigkeiten. Schließlich ist vorgeschlagen worden (FR-A-2 341 917), das Endstück des Strebrohres zu verbinden mit einem Ansatzstück durch abnehmbare Mittel, die die Rotation des Rohres unterbinden. Dabei wird das Ende der Schraubhülse mit einer Verlängerung versehen, die mit einem Halter versehen ist, das die Rotation verhindert. Das mit einem Gewinde versehene Endstück der Verlängerung ist vorgesehen als Mutter. Diese letzte Lösung impliziert das Vorhandensein von Unterlegscheiben und Spannfedern und ist daher sehr aufwendig. Außerdem entstehen Schwierigkeiten bei der Wiedermontage des Brennelementes.

Aufgabe der Erfindung ist daher, die geschilderten Nachteile der bisherigen Brennelemente zu beseitigen. Die Erfindung zielt auf die Herstellung von Brennelementen, bei denen die verstrebten Rohre an einem der Ansatzstücke durch eine abmontierbare Verbindung befestigt sind, welche auf jeden Fall eine Führung und Zentrierung der Rohre während der Wiedermontage des Ansatzstückes sichert, welche verhindert, daß Torsionsbeanspruchungen in dem Verbund der Rohre bei Blockierung der Verbindung auftreten, und welche ein einziges bewegliches Stück darstellt.

Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung vor allem ein Brennelement für einen Nuklearreaktor vor, das einen Satz ummantelter Brennstäbe umfaßt, die festgehalten werden durch eine Anordnung, die aus Ansatzstücken bestehen, welche durch verstrebte Rohre verbunden sind, die mit wenigstens einem Ansatzstück befestigt sind, durch eine abmontierbare Schraubenverbindung zwischen einer Schraubenhülse des Rohres und einem kraftschlüssigen Element des Ansatzstükkes, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubhülse an der Stirnseite eine Fläche axial auf dem Ansatzstück besitzt, und daß sie ein kegelförmiges Teil zur Montage und zur Führung, das zusammenpaßt mit der Oberfläche der entsprechenden Form des Ansatzstückes, und die Mittel besitzt, die der Schraubhülse eine Halterung in einer bestimmten Orientierung gegen die Rohrachse ermöglicht.

Damit das kegelförmige Teil nur die Funktion einer Führung bei der Montage hat, werden ihm solche Abmessungen gegeben, daß ein Spiel von einigen Zehntelmillimetern vorhanden ist zwischen dem kegelförmigen Teil und der Oberfläche des Ansatzstückes, das einmal die Schraubenverbindung blockiert. Der Kegelwinkel kann in großen Grenzen variieren, vorzugsweise ungefähr zwischen 20 und 60°. Ein zu geringer Winkel könnte eine Verkeilung, ein zu großer eine Verklemmung hervorrufen.

Die kegelförmige Oberfläche ist in vorteilhafter Weise drehbar. In der ersten Ausführungsart der Erfindung ermöglichen die Mittel deijfechraubhülse eine bestimmte Orientierung und sie bestehen aus einem halbflach abgestumpften, kegelförmigen Teil und passen zusammen mit der entsprechenden Flachstelle des/Ansatzstückes. In einer zweiten Ausführungsart der Erfindung bestehen die Mittel aus einer Exzentrizität des kegelförmigen Teiles und der entsprechenden Oberfläche des Ansatzstückes im Verhältnis zur Achse des Brennstabes.

Die Schraubenverbindung kann auch unterschiedliche Formen annehmen, es wird jedesmal allgemein nützlich sein, eine Verbindung zu gebrauchen, die aus einem kraftschlüssigen Element des Ansatzstückes besteht, das gebildet ist aus einer Schraube, welche das Ansatzstück so durchdringt, daß es von außerhalb demontierbar ist und welche mit dem Gewinde der Schraubhülse übereinstimmt.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 eine Prinzipskizze, die in Seitenansicht ein Brennelement gemäß der Erfindung wiedergibt,

Fig. 2 eine lösbare Schraubverbindung im Vertikalschnitt durch die Achse gemäß einer ersten Ausführungsform

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der Erfindung,

Fig. 3 eine teilweise im Schnitt wiedergegebene Seitenansicht, welche eine Schraubhülse und ein Ansatzstück entsprechend Fig. 2 vor der Montage wiedergibt,

Fig. 4 und 5 jeweils Ansichten in Richtung der Pfeile IV V aus Fig. 3,

Fig. 6 zeigt eine teilweise im Schnitt wiedergegebene Seitenansicht der Schraubhülse und des das Ansatzstück enthaltenden Gehäuses gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung und in

Fig. 7 eine Draufsicht des Ansatzstückes der Fig. 6, welche die Exzentrizität "e" der im Ansatzstück ausgesparten kegelförmigen Oberfläche wiedergibt.

Die Brenngarnitur 10, schematisch gezeigt in Fig. 1, besteht aus einer Anzahl von Einrichtungen, auf die sich die Erfindung bezieht. Sie besteht aus einem Bündel Brennstäbe 11, festgehalten durch Gitterstreben 12, die auf die Länge des Bündels verteilt sind. Die^Gitter 12 sparen diejenigen Stellen aus, durch die die Brennstäbe 11 und die verstrebten Rohre 15 laufen. Die verstrebten Rohre 15 sind an einem unteren Ansatzstück 13 und einem oberen Ansatzstück

14 befestigt, von denen der obere Teil (nicht gezeigt im Detail) es erlaubt, die Brenngarnitur mit Hilfe eines·Ladewerkzeuges zu fassen. Rs ist zu unterstellen, daß die verstrebten Rohre 15 an dem oberen Ansatzstück 14 irgendwie befestigt sind, und daß sie an dem unteren Ansatzstück 13 durch eine abnehmbare Verbindung, von der eine in 17 zu sehen ist, befestigt sind. Diese Anordnung könnte umgekehrt sein, besonders um die Demontage der Brenngarnitur ohne Umkehrung des letzten zu ermöglichen.

Die abnehmbare Verbindung, gezeigt in den Fig. 2-5, besteht aus einer Schraubenverbindung 18, von der der Kopf eine Auflagefläche gegen die ausgesparte Fläche des Ansatzstückes 13 besitzt. Diese Schraube zeigt einen inneren Hohlraum, in welchen ein Werkzeug zur An- und Abschraubung eingesetzt werden kann. Der Schraubenschaft durchquert ein durchbohrtes Loch in der Auflagefläche des Ansatzstückes 13, um in das Muttergewinde der Schraubhülse 19 zu passen, die fest an der Rohrwand des Führungsrohres 15 befestigt ist, normalerweise durch Schweißen.

Das Endstück der Schraubhülse 19 paßt zusammen mit der Fläche des Ansatzstückes 13 durch eine stirnseits ringförmige Gegenfläche 20. Sie ist dazu bestimmt, eine Auflagefläche gegen die Fläche 13 zu erreichen. Diese stirnseits ringförmige Gegenfläche 20 beschließt eine Kegelfläche zur

Umdrehung, die mit der Spitze einen Winkel einschließt,

der in dieser speziell dargestellten Ausführungsform 30 beträgt. Das kegelförmige Teil - so verwirklicht - führt die Schraubhülse 19 bei der Montage zur Auflagefläche des Ansatzstückes 13, in welchem eine kegelförmige Fläche ausgespart ist, entsprechend der Mutterform. Die Abmessungen des kegelförmigen Teiles 21 und jene der kegelförmigen Oberfläche 22 sind so proportioniert, daß ein Spiel von einigen Zehntelmillimetern zwischen ihnen besteht, wenn die Stirnseite der Gegenfläche 20 an der Auflagefläche durch eine Schraubenverbindung festgehalten wird.

Um eine Rotation der Schraubhülse 19 zu blockieren und so die Übertragung eines Torsionsmomentes auf das Rohr 15 zu verhindern, ist das kegelförmige Teil 21 abgestumpft durch wenigstens ein abgeflachtes Teil 23, das mit einer entsprechenden Abflachung 24 der entsp-rechenden Oberfläche der Auflagefläche des Ansatzstückes 13 zusammenpaßt. So beschränkt sich der Effekt des Anziehens der Schraube darauf, eine Mantellinie des kegelförmigen Teiles 21 gegen eine entsprechende Mantellinie der Oberfläche des Gehäuses, ausgespart im Ansatzstück, anzuordnen.

Die Art der Ausführung, die schematisch in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist, oder die entsprechenden Organe in den Fig. 1-5 sind durch dieselben Bezugsnummern gekennzeichnet, sie unterscheiden sich vom Vorhergesagten durch die Tat-

sache, daß die Mittel zur Blockierung der Rotation ausgeführt sind durch eine Exzentrizität "e" des kegelförmigen Teiles 21 in Bezug auf die Achse 25 des Brennstabes. Diese Exzentrizität kann gering sein.

Die zweite Ausführungsform hat den Vorteil, mit herkömmlichen Werkzeugen leicht ausführbar zu sein. Sie erlaubt, die Schraubhülse 19 des Rohres 15 bei der Montage oder Wiedermontage zu führen und eine Verhinderung der Rotation während des Anziehens der Schraube zu verwirklichen, mit wiederum dem Erreichen einer einzigen Mantellinie während des Anziehens. In dieser Ausführungsform wird die letzte Zentrierung der Schraubhülse im wesentlichen verwirklicht durch den zylindrischen Teil der Schraubhülse 19, die mit dem Schacht 26 zusammenpaßt, der in die Auflagefläche des Ansatzstückes 13 eingearbeitet ist, und an dessen Boden ist die kegelförmige Oberfläche 22 ausgespart. Man sieht, daß in diesem Fall die Stirnseite der Gegenfläche im Inneren der kegelförmigen Oberfläche ist, während sie es in der ersten Ausführungsform umgab.

Man sieht, daß, welche Art der Ausführung auch immer angewendet wird, man eine abnehmbare Verbindung verwirklicht, die bei jeder Montage eine Vorzentrierung sichert und die es erlaubt, eine evtl. Beschädigung der verstrebten Rohre 15 nach dem Einsatz im Reaktor zuzulassen, die eine Verhinderung der Rotation der verstrebten Rohre auf dem Ansatz-

stück beim Anziehen der Schraubenverbindung sichert, und die eine Auflagefläche durch die Stirnflächen bewirkt, die senkrecht zur Richtung ist, in der das Anziehen erfolgt.

Die Erfindung ist offensichtlich geeignet für zahlreiche Ausführungsformen und insbesondere geeignet, jedesmal, wenn es nötig ist, zwei Ansatzstücke der Brenngarnitur eines mit dem anderen durch längliche Teile (typischerweise mehrere Meter lang) zu verbinden. Der Ausdruck "Rohr", in der vorliegenden Anmeldung gebraucht, soll im weiteren Sinn interpretiert v/erden und, wie es sich versteht, auf jedes Stück einer langgestreckten Form bestimmt für eine solche Anwendung bezogen werden.

-4t-

- Leerseite -

Claims

PATENTANWÄLTE MEINKE UND DABRINGHAUS

ZUGELASSEN BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT ■ EUROPEAN PATENT ATTORNEYS · MANDATAIRES EN BREVETS EUROF

DIPL-ING. J. MEINKE DIPL-ING. W. DABRINGHAUS

4600 DORTMUND 1, 23. Jan. WESTENHELLWEG 67

TELEFON (02 31) 14 5O 71 TELEGRAMM DOPAT Dortmund TELEX 822 7328 pat d

AKTEN.NR, 5 7/4634

Anmelder : Societe en nom collectif Framatome et Cogema,

dite "Fragema", Tour Fiat 1, Place de la Coupo-Ie Cedex 16, 92084 Paris la Defense / F

Ansprüche ;

Brenngarnitur für einen Nuklearreaktor, bestehend aus einem Satz ummantelter Brennstäbe, festgehalten durch eine Anordnung, die Ansatzstücke (13,14) aufweist, die verbunden sind durch längliche Streben, typischerweise in Form von Rohren, welche an wenigstens einem Ansatzstück (13) durch eine abnehmbare Schraubenverbindung zwischen einer Schraubhülse (19) der Strebe und einem kraftschlüssigen Element (18) des Ansatzstückes befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß

die Schraubhülse (19) eine stirnseitige Gegenfläche (20) axial auf dem Ansatzstück (13), einen kegelförmigen Teil (21) zur Montage und zur Führung, welches mit einer Oberfläche (22) der entsprechenden Form des Ansatzstückes zusammenpaßt, und Mittel, die der Schraubhülse eine bestimmte Orientierung gegen die Rohrachse während der Montage

ermöglichen, umfaßt.
2. Brenngarnitur nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

die Abmessungen des kegelförmigen Teiles (21) und der Oberfläche (22) so proportioniert sind, daß sie ein Spiel zwischen ihnen zulassen, wenn die stirnseitige Gegenfläche (20) sich auf der Auflagefläche befindet.
3. Brenngarnitur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

der kegelförmige Teil drehbar ist mit der Spitze um einen Winkel vorteilsmäßig zwischen 20 und 60 .
4. Rrenngarnitur nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß

das kraftschltissige Element des Ansatzstückes durch eine Schraube (18) gebildet ist, welche das vom Äußeren abmontierbare Ansatzstück durchquert und welche mit dem Innengewinde der Schraubhülse zusammenpaßt.
5. Brenngarnitur nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß

die Mittel, die der Schraubhülse eine bestimmte Orientierung aufzwingen, gebildet werden durch mindestens eine Abflachung (23), angebracht auf dem kugelförmigen Teil und zusammenpassend mit der entsprechenden Abflachung (24) der

Oberfläche des Ansatzstückes.
6. Brenngarnitur nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel der Schraubhülse eine bestimmte Orientierung ermöglichen und gebildet werden durch eine Exzentrizität des besagten kegelförmigen Teiles und der entsprechenden Oberfläche des Ansatzstückes im Verhältnis zum verstrebten Rohr.