DE3443047A1

DE3443047A1 - Brennelementbuendel fuer einen kernreaktor

Info

Publication number: DE3443047A1
Application number: DE19843443047
Authority: DE
Inventors: Arne Broberg; Ragnar Västeraas Månsson
Original assignee: ASEA Atom AB
Current assignee: Westinghouse Electric Sweden AB
Priority date: 1983-11-30
Filing date: 1984-11-26
Publication date: 1985-06-05
Also published as: JPH0432998B2; US4671926A; SE8306599D0; SE440290B; SE8306599L; JPS60135789A

Description

NACI-KaEREICHT : :.

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AB ASEA-ATOM Västeras/Schweden

Brennelementbündel für einen Kernreaktor

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennelementbündel für einen Kernreaktor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennelementbündel der vorgenannten Art zu entwickeln, bei welchem die Wahrscheinlichkeit eines Bruches des im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Bolzens im Vergleich zu den bekannten Brennelementbündeln erheblich reduziert ist.

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

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen genannt.

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

Figur 1A ein erstes Ausführungsbeispiel eines Brennelementbündels gemäß der Erfindung im Vertikalschnitt längs der Linie A-A in Figur 1B,
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Figur 1B einen horizontalen Schnitt längs der Linie B-B in Figur 1A,

Figur 1C eine Ansicht des Brennelementbündels gemäß Figur 1A von oben,

Figur 2 einen partiellen Vertikalschnitt längs der Linie II-II in Figur 1C,

Figur 3 einen partiellen Vertikalschnitt längs der Linie III-III in Figur 1C,

Figur 4 eine gleiche Schnittdarstellung wie in Figur 3 durch eine zweite Ausführungsform, die sich von der Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 3 dadurch unterscheidet, daß der Bolzen eine etwas abweichende Form hat,

Figur 5 eine den Bolzen umschließende in Figur 4 dargestellte Hülse teils in Seitenansicht und teils im Vertikalschnitt,

Figur 6 die in Figur 5 gezeigte Hülse in Ansicht von oben,

Figur 7 bis 13 sieben verschiedene Ausführungsmöglichkeiten der in Figur 4 gezeigten Anordnung im Vertikalschnitt.

In den Figuren bezeichnet 1 einen Brennstoffkanal mit nahezu quadratischem Querschnitt. Der Brennstoffkanal 1 besteht aus einer Zirkoniumlegierung, zum Beispiel der unter dem Handelsnamen Zircalby II bekannten Legierung, und umschließt ein Bodenteil 23, eine obere Gitterplatte 19 und eine Vielzahl vertikaler Brennstäbe 20 und 24, die zusammen mit 5 den vorgenannten Bauteilen zu einen Brennelementbündel für

NACHGEREICHT ί ' " ^:

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einen Siedewasserreaktor gehören. Einige der Brennstäbe sind als tragende Stäbe 2 4 ausgeführt, die obere Endzapfen 24', unter Endzapfen 2 4" haben, welche mit entsprechenden Muttern 25'bzw. 25" versehen sind. Die Brennstäbe 21 haben obere Endzapfen 21' und untere Endzapfen 21". Die obere Gitterplatte 19, die untere Gitterplatte 23 und die Brennstäbe sind zu einem Bündel verbunden, das mittels eines an der oberen Gitterplatte befestigten Hebebügels (22) hochgehoben werden kann. Der Brennstoffkanal ist mittels einer Fixieran-Ordnung an diesem Bündel befestigt und kann somit mit demselben Hebevorgang wie die übrigen Bauteile des Brennelementbündels hochgehoben werden. Die Fixieranordnung enthält einen Fixierkörper 2, der aus rostfreiem Stahl gegossen ist und einen oberen, im wesentlichen mit L-förmigem Querschnitt ausgeführten Abschnitt hat, der auf der oberen Kante des Brennstoffkanals ruht und an diesem mittels mehrerer Schnappverbindungen befestigt ist. Die obere Gitterplatte hat vier nach oben gerichtete Vorsprünge, die an entsprechenden Ecken des Brennstoffkanals angeordnet sind und die, wie die übrigen Teile der oberen Gitterplatte, aus dem gleichen Material wie der Fixierkörper 2 bestehen. Einer dieser Vorsprünge ist mit 3 bezeichnet, während die übrigen mit 18 bezeichnet sind. Der Fixierkörper 2 ist an dem Vorsprung 3 mittels eines zugkraftübertragenden Bolzens 4 fixiert, der mit seinem Gewindeabschnitt 5 in einer mit Gewinde versehenen, vertikalen Bohrung 6 des Vorsprungs 3 festgeschraubt ist. Der Gewindeabschnitt 5 hat einen größeren Durchmesser als der zugkraftbelastete, oberhalb des Abschnitts 5 befindliche Teil des Bolzens 4. Der Bolzen 4 hat einen mit variierendem Kreisquerschnitt geformten Bolzenkopf 7, an dem eine Feder 8 aufgehängt ist. Ein unterer Abschnitt des Bolzenkopfes 7 ist mit Spiel in einer durchgehenden, vertikalen Bohrung 9 des Fixierkörpers 2 angeordnet, wobei in der Bohrung 9 auch eine den Bolzen 4 umschließende kreiszylindrische Hülse 10 und eine zwischen dem Bolzenkopf 7 und der Hülse 10 festgeklemmte Federscheibe

I NACHeEDACHT

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11 angeordnet ist, die aus dem gleichen Material wie der Bolzen 4 besteht. Ein in einer ringförmigen Nut in der Bohrung 9 liegender Metallring 12 verhindert, daß der Bolzen 4 bei demontiertem Brennstoffkanal aus dem Fixierkörper 2 herausgleiten kann. Die Bohrung 9 hat einen oberen kreiszylindrischen Teil, dessen Durchmesser etwas größer als der Durchmesser eines unmittelbar darunterliegenden, unteren kreiszylindrischen Teils ist, wobei eine ringförmige, nach oben gerichtete, in einer Horizontalebene liegende Anlagefläche gebildet wird. Die Hülse 10 liegt an dieser mit einer entsprechenden, nach unten gerichteten Anlagefläche an. Die Hülse 10 hat an dem oberen und unteren Ende mehrere radiale Kanäle 13 bzw. 14. Bei Raumtemperatur und angezogenem Bolzen überträgt die Hülse 10 eine Druckkraft auf den Vorsprung 3 über eine im wesentlichen dreieckige Scheibe 15, die aus dem gleichen Material wie der Brennstoffkanal besteht und an diesem festgeschweißt ist. Der Bolzen 4 wird dabei mit einer genau so großen Zugkraft belastet. Der Bolzen 4 ist aus einer Stahllegierung mit einem sehr hohen Nickelgehalt gefertigt und hat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der erheblich kleiner ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials des Fixierkörper 2 und des Vorsprungs 3, und zwar normalerweise mindestens 20 % kleiner. Die Hülse 10 besteht aus dem gleichen Material wie der Bolzen 4 oder 5 alternativ aus einem Material mit kleinerem Wärmeausdehnungskoeffizient. Die Hülse 10 hat eine vertikale Länge, die mindestens 40 %, vorzugsweise mindestens 60 %, der vertikalen Länge des mit konstanter Zugkraft belastenden Teils des Bolzens 4 beträgt. Bei Erwärmung des Brennelementbündeis auf Betriebstemperatur wird das Spiel C folglich bedeutend kleiner, ohne jedoch den Wert Null zu erreichen.

Würde die Hülse 10 aus dem gleichen Material wie der Fixierkörper 2 bestehen, so würde der Unterschied hinsichtlich der 5 Wärmedehnung zu einer gefährlichen Erhöhung der auf den Bolzen 4 wirkenden Zugkraft führen. Dadurch, daß der Wärme-

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ausdehnungskoeffizient der Hülse 10 ebenso groß wie oder kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Bolzenmaterials ist, wird sichergestellt, daß die auf den Bolzen 4 wirkende Zugkraft eine tolerierbare oder überhaupt keine Erhöhung erfährt.

Zwischen dem Bolzen 4 und der Hülse 10 ist ein zylinderringförmiger Spalt 16 vorhanden, dem über die Kanäle 14 Wasser zugeführt wird, welches über die Kanäle 13 abfließt, die mit mehreren durch den Fixierkörper 2 verlaufende horizontale Abflußkanäle 17 in Verbindung stehen. Dadurch wird das im Spalt 16 befindliche Wasser ständig erneuert. Da nach allgemeiner Ansicht stehendes Wasser eine notwendige Voraussetzung für Spannungskorrosion ist, wird somit die Wahrscheinlichkeit einer Spannungskorrosion am Bolzen 4 reduziert.

Die in den Figuren 4 bis 6 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der nach Figur 3 dadurch, daß der Bolzenkopf 7'eine herkömmliche Form hat, die Hülse 10'die gleiche vertikale Länge wie die Ausbohrung hat, in der sie angeordnet ist, und daß die Abflußkanäle 17 durch nach oben gerichtete Öffnungen ersetzt sind.

Bei den in den Figuren 7 bis 12 gezeigten Ausführungsformen bestehen die Bolzen 74, 84, 94, 104, 114, 124 und die Hülsen 107, 108, 109, 1010, 1011 und 1012 aus dem gleichen Material wie der oben beschriebene Bolzen 4. Die Hülsen 107, 108, 1011 und 1012 sind mit Preßpassung längs einer Strecke A eingepaßt, während die Hülse 109 mit Preßpassung und die Hülse 1010 mit Spiel längs der ganzen Hülsenlänge angeordnet ist.

Bei einigen der gezeigten Ausführungsbeispiele hat die obere Gitterplatte einen Vorsprung 3', der sich von dem Vorsprung

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3 dadurch unterscheidet, daß der oberste Abschnitt in anderer Weise ausgebildet ist.

Bei dem in Figur 13 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht der Bolzen 1 34 aus dem gleichen Material wie der oben beschriebene Bolzen 4, während der Wärmeausdehnungskoeffizient des von der oberen Gitterplatte ausgehenden Vorsprunges 3 dieselbe Größe hat, wie der des Fixierkörpers 2. Wenn die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Teile 1013, 134 und 2 mit k...,, ^i-3 4 bzw. k„ bezeichnet werden, so ist k.. _.. ^ erheblich kleiner als k.. -.,. Genauer gesagt ist die Differenz k₂-k₁ kleiner als die Differenz ^i 34~^k-] q1 3"

Claims

: :: " 31.10.1934

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Patentanspriiche 3 4 4 3 0 4

My Brennelementbündel für einen Kernreaktor mit mehreren vertikalen Brennstäben, mit einer oberen Gitterplatte (19), die an den oberen Enden der Brennstäbe angeordnet ist, mit einem einen nahezu quadratischen Querschnitt aufweisenden Brennstoffkanal (1), der die Brennstäbe und die obere Gitterplatte umschließt, mit einem an dem Brennstoffkanal befestigten Fixierkörper (2) aus rostfreiem Stahl und mit einem an der obere Gitterplatte vorhandenen vertikalen nach oben gerichteten, eine einem Eckabschnitt des Brennstoffkanals angeordneten Vorsprung (3, 3'), der über einen vertikalen Bolzen (4, 4') in zugkraftübertragender mechanischer Verbindung mit dem Fixierkörper steht, wobei der Bolzen (4, 4') durch ein in dem Fixierkörper angebrachtes durchgehendes Loch geführt ist und aus einem Material besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner als der des genannten rostfreien Stahls ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (4,4') von einer metallischen Hülse (10, 10') umschlossen ist, die durch Aufnahme eines überwiegenden Teils der auf den Bolzen wirkenden Zugkraft druckkraftbelastet wird und die aus einem metallischen Material besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner als der des genannten rostfreien Stahls ist.
2. Brennelementbündel nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß die genannte Hülse und der genannte Bolzen aus dem gleichen Material bestehen.
3. Brennelementbündel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Hülse in dem im Fixierkörper vorhandenen durchgehenden Loch angeordnet ist.
4. Brennelementbündel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Hülse eine

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vertikale Länge hat, die mindestens 40 % der vertikalen Länge des mit konstanter Zugkraft belasteten Teils des genannten Bolzens beträgt.