DE3821666A1 - Verfahren und halteelement zur reparatur eines an der peripherie eines abstandshalters beschaedigten kernreaktorbrennelementes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reparatur eines an der Peripherie eines Abstandshalters beschädigten Kernreaktorbrennelementes, das aus einem Bündel längser­ streckter Brennstäbe besteht, die über mehrere gitter­ förmige, axial zueinander beabstandete Abstandshalter in ihrer Position gehalten sind, wobei jeder Brennstab eine von hochkant angeordneten sich kreuzenden Blechstegen gebildete Zelle des Abstandshalters durchsetzt und darin federnd abgestützt ist.

Während der Be- oder Entladung eines Reaktorkerns mit Brennelementen werden gelegentlich periphere Abstands­ halterzellen durch Verhaken mit Nachbarbrennelementen beschädigt.

Zur Behebung solcher Schäden wurde seither nach dem Ab­ trennen bzw. Richten der beschädigten Blechteile des Abstandshalters ein Brennstab oder eine Brennstabattrap­ pe wieder in die Position eingesetzt. Insbesondere wenn zwei oder mehr übereinander angeordnete Abstandshalter­ zellen beschädigt sind und die Blechteile komplett ent­ fernt werden müssen, führt die fehlende Halterung zu Schwingungen des Brennstabes mit nicht auszuschließender Beschädigung desselben oder der Nachbarbrennstäbe.

Will man das Schwingen vermeiden, müssen nach dem Stand der Technik in einer zeitaufwendigen Weise alle Stäbe des Brennelementes gezogen und in ein neues Brennele­ ment-Skelett bestehend aus Abstandshalter, Führungsrohr und Endstücken eingesetzt werden. Neben dem Zeitverlust besteht hier noch die Gefahr, daß die Brennstäbe bei dem Ziehen und Wiedereinsetzen unzulässige Kratzspuren er­ halten und außerdem die Abstandshalter beschädigt wer­ den.

Es stellt sich die Aufgabe ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem ein Aufkommen von Schwingung vermieden wird.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß nach dem Abtrennen der beschädigten Stege ein den Brenn­ stab kontaktendes Halteelement mit dem Abstandshalter verbunden wird.

Mit dieser Maßnahme erfolgt eine Fixierung des Brennsta­ bes relativ zum Abstandshalter, so daß unerwünschte Schwingungsbewegungen vermieden werden.

Wird anstelle eines Brennstabes eine Brennstabattrappe (Dummy) in die Zelle eingesetzt, so wird in bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens das Halteelement in eine Ringnut eingesetzt. Dadurch wird eine Verschiebung des Halteelementes relativ zum Stab, außer dem im Rahmen eines Wärmedehnungsausgleichs erforderlichen Spiels, vermieden.

Das Halteelement zur Durchführung des Verfahrens ist ein den Umfang des Brennstabes bzw. der Brennstabattrappe teilweise umfassendes Blechband, das an seinen freien Enden je einen Vorsprung aufweist, der mit dem Abstands­ halter verbindbar ist.

Damit wird der Stab mit einfachen Mitteln genauso schwingungsfrei gehalten wie in einem intakten Abstands­ halter.

Die Vorsprünge an den freien Enden des Halteelementes sind federnd ausgebildet, so daß neben einer zuverlässi­ gen Anlage des Stabes an die verbleibenden Stege des Abstandshalters eine axiale Verschiebbarkeit des Stabes zum Zwecke eines Wärmedehnungsausgleichs sichergestellt ist.

Eine zum Stab hingerichtete federnd ausgebildete Noppe unterstützt diese Maßnahme und gewährleistet außerdem einen besseren Kontakt des Brennstabes mit dem Kühlmit­ tel.

Ist eine Eckzelle beschädigt, rasten die Vorsprünge vor­ zugsweise in Schlitze der zwei restlichen Stege ein, während bei der Beschädigung einer Nicht-Eckzelle drei Stege erhalten bleiben, so daß dort vorzugsweise eine unmittelbare Einhängung des Halteelementes an den Stegen erfolgt.

Für den Einsatz einer Brennstabattrappe kann eine Aus­ führung eines Halteelementes verwendet werden, die sich dadurch auszeichnet, daß das Halteelement in Form eines Splintes ausgebildet ist, dessen Arme federnd ausgebil­ det sind und an ihren freien Enden Vorsprünge aufweisen, wobei nach dem Durchsetzen einer Bohrung oder eines Schlitzes der Brennstabattrappe die Vorsprünge in den Abstandshalter einzurasten vermögen.

Diese Ausbildung schafft ein unverlierbares Halteele­ ment, da das Durchführen durch eine Aussparung, die eine Bohrung oder ein Schlitz sein kann, bereits mit angefe­ derten Armen erfolgt, die hinter der Bohrung einen grö­ ßeren Durchmesser als die Bohrung einnehmen und dadurch bei einem unbeabsichtigten Lösen aus der Verriegelung mit dem Abstandshalter die Bohrung nicht verlassen kön­ nen. Ein unerwünschter Umlauf des Halteelementes in den Kühlkreislauf der Kernreaktoranlage ist daher nicht mög­ lich.

Zur Montageerleichterung eines Halteelements in Verbin­ dung mit einer Brennstabattrappe ist im Bereich der Ringnut der Brennstabattrappe eine Längsnut vorgesehen um Platz für ein Montagewerkzeug zu schaffen.

Anhand von Ausführungsbeispielen und der schematischen Zeichnungen Fig. 1 bis 13 werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und des Halteelementes zur Durchführung des Verfahrens beschrieben.

Dabei zeigt die

Fig. 1 eine Gesamtansicht eines Brennelementes,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 eine Teilansicht eines Abstandshalters in perspektivischer Darstellung mit einem Brennstab und einem Halteelement,

Fig. 4 bis 8 verschiedene Ausführungen eines Halteele­ mentes,

Fig. 9 ein Teilbereich einer Brennstabattrappe,

Fig. 10 eine andere Ausbildung der Brennstabat­ trappe,

Fig. 11 ein Halteelement für einen "Nicht-Eck­ stab",

Fig. 12 ein Halteelement für einen "Nicht-Eck­ stab" in seiner Einbauposition und

Fig. 13 ein Halteelement für eine Brennstabatrap­ pe.

Die Fig. 1 zeigt ein Kernreaktorbrennelement 1 in einer Gesamtansicht. Es besteht aus einer Vielzahl von Brenn­ stäben 2, die von mehreren axial beabstandeten Abstands­ haltern 3 in ihrer Position gehalten werden. Ein oberes und ein unteres Brennelementendstück 4, 5 wird von nicht dargestellten Führungsrohren zusammengehalten. Die Füh­ rungsrohre oder ein ebenfalls nicht dargestelltes In­ strumentierungsrohr tragen die Abstandshalter und fixie­ ren sie in ihrem axialen Abstand.

Wie aus der Fig. 2, die in einem größeren Maßstab den Teilbereich eines Abstandshalters zeigt, zu ersehen ist, durchsetzt jeder Brennstab 2 eine Zelle 6, so daß er von vier die Zelle bildenden Stegen 7 eingeschlossen ist, deren zum Teil federnd ausgebildete Noppen 8 den Brenn­ stab 2 kontakten. Werden an der Peripherie des Abstands­ halters liegende Stege beschädigt, so werden sie abge­ trennt und ihre Funktion von einem nachfolgend näher beschriebenen Halteelement 9 übernommen.

Aus der Fig. 3 ist das Reparaturverfahren und das zuge­ hörige Halteelement 9 zu erkennen. Die Zelle 6 eines an einer Ecke des Abstandshalters 3 positionierten Brenn­ stabes 2 (Eckstab) besteht nach dem Abtrennen der strichpunktiert angedeuteten beschädigten Stege 7 nur noch als Rumpfzelle. Ein Halteelement 9 weist, wie auch aus den Fig. 4 bis 8 zu erkennen ist, an seinen frei­ en Enden je einen federnd ausgebildeten Vorsprung 10 auf, der in einen Schlitz 11 eines Steges 7 einrastet. Das einen Brennstab 2 über einen Teil seines Umfanges kontaktende Halteelement 9 fixiert dadurch den Brennstab und verhindert ein unerwünschtes Schwingen des Brennsta­ bes. Die federnden Vorsprünge 10 gewährleisten einer­ seits eine präzise Positionierung des Stabes und erlau­ ben andererseits eine vertikale Verschiebung des Brenn­ stabes zum Ausgleich von Wärmedehnungen und bestrah­ lungsbedingten Längenänderungen.

Aus den Fig. 4 bis 8 sind einige Ausführungsbeispiele von Halteelementen 9 zu erkennen. Alle Ausführungen be­ stehen aus einem Blechband, das an seinen freien Enden den Gegebenheiten des jeweiligen Brennstabes angepaßte Ausbildungen des in einen Schlitz 11 des Steges eingrei­ fenden Vorsprunges 10 aufweist. Während die Fig. 4 ein aus einem Blechband bestehendes Halteelement zeigt, ist aus den Fig. 5 und 8 ein Halteelement zu erkennen, das zur Anpassung der Federkraft mit einer Aussparung 12 versehen ist. Eine gegebenenfalls federnd ausgebildete Noppe 13 nach der Fig. 7 reduziert die Kontaktfläche zwischen Brennstab 2 und Halteelement 9 und erleichtert zusätzlich das Durchströmen von Kühlmitteln zwischen dem Brennstab und dem Halteelement. Ein Halteelement 10 nach der Fig. 6 mit leicht angewinkelten federnd ausgebilde­ ten Schenkeln erleichtert das Anbringen des Halteele­ ments in den Schlitzen 11 der Rumpfzelle, falls diesel­ ben in den Kreuzungspunkten zweier Stege 7 angeordnet sind. Das Blechband zur Herstellung eines Halteelements besteht aus einem Material (z. B. Inconel 718 oder 750), welches seine Federeigenschaften auch während der Be­ strahlung behält.

Mit den Fig. 11 und 12 wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das ein Halteelement für einen "Nicht-Eck­ stab" zeigt. Nach dem Abtrennen des Peripherie-Steges 7 verbleibt eine Rumpfzelle mit drei Stegen. Das Halteele­ ment 9 nach der Fig. 11 besteht aus einem der Kontur des Brennstabes angepaßten Blech, von dessen oberer und unterer Kante 14 hakenartigen Vorsprünge 10 a auskragen. Sie sind ebenfalls federnd ausgebildet und werden in die Stege 7 eingehängt.

Das Abtrennen der beschädigten Stege 7 einer Zelle 6 kann bei eingebautem Brennstab erfolgen. Es kann jedoch auch erforderlich sein, den Brennstab auszubauen, und durch einen neuen Brennstab oder eine Brennstabattrappe 15 zu ersetzen. Für die Brennstabattrappe können die bisher beschriebenen Halteelemente eingesetzt werden. Zur Sicherung des Halteelementes gegen axiales Verschieben kann eine Brennstabattrappe 15 eine Ringnut 16 (Fig. 9) und/oder zusätzlich noch eine Längsnut 17 (Fig. 10) aufweisen. Die Ringnut 16 ist dabei der Höhe eines Halteelementes derart angepaßt, daß ein ausrei­ chendes Spiel zur Sicherstellung der Stabbewegung zum Ausgleich von Wärmedehnungen vorhanden ist. Diese Aus­ führungsform bietet den Vorteil, daß keine über die Brennstabattrappe hinausragenden Teile existieren, die eine Angriffsfläche z. B. zum Verhaken mit Nachbarbrenn­ elementen bieten. Die axial verlaufende Längsnut 17 ist dann erforderlich, wenn ein Montagewerkzeug nach innen über dem Halteelement vorstehende Teile aufweist.

Ein anderes speziell auf eine Verwendung bei einer Brennstabattrappe 15 gerichtetes Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. 13. Danach ist die Brennstabattrappe 15 von einer quer zur Achse verlaufenden Bohrung 18 durch­ setzt, die mit einer Senkung 19 versehen ist. Das Hal­ teelement 9 a ist nach Art eines Splintes aufgebaut. Es weist einen Kopf 20 auf, von dem zwei federnd ausgebil­ dete Arme 21 auskragen, die an ihren freien Enden je­ weils einen mit den Halteelementen 9 nach Fig. 4 bis 8 artgleichen Vorsprung 10 aufweisen. Nach dem Durchfahren der Bohrung 18, wobei die Vorsprünge 10 federnd an der Bohrungswandung anliegen, spreizen die Arme 21 weiter auseinander und rasten mit ihren Vorsprüngen 10 in die Schlitze 11 der Stege 7 des Abstandshalters 3 ein. Der Kopf 20 des Halteelementes 9 a kommt dabei an der Schul­ ter der Senkung 19 zur Anlage, so daß die fixierte Posi­ tion der Brennstabattrappe 15 hergestellt ist.

Bezugszeichenliste

 1 Kernreaktorbrennelement
 2 Brennstab
 3 Abstandshalter
 4, 5 Brennelementendstück
 6 Zelle
 7 Steg
 8, 13 Noppen
 9, 9 a Halteelement
10, 10 a Vorsprung
11 Schlitz
12 Aussparung
14 Kante
15 Brennstabattrappe
16 Ringnut
17 Längsnut
18 Bohrung
19 Senkung
20 Kopf
21 Arm

Claims (9)

1. Verfahren zur Reparatur eines an der Peripherie eines Abstandshalters (3) beschädigten Kernreaktorbrenn­ elementes (1), das aus einem Bündel längserstreckter Brennstäbe (2) besteht, die über mehrere gitterförmige, axial zueinander beabstandete Abstandshalter (3) in ih­ rer Positon gehalten sind, wobei jeder Brennstab eine von hochkant angeordneten, sich kreuzenden Blechstegen (7) gebildete Zelle (6) des Abstandshalters durchsetzt und darin federnd abgestützt ist, dadurch gekennzeich­ net, daß nach dem Abtrennen der beschädigten Stege (7) ein den Brennstab (2) kontaktendes Halteelement (9) mit dem Abstandshalter (3) verbunden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Brennstab (2) durch eine Brennstabattrappe (15) ersetzt wird, und daß das Halteelement (9) in eine Ringnut (16) der Brennstabattrappe eingesetzt wird.

3. Halteelement zur Reparatur eines an der Periphe­ rie eines Abstandshalters (3) beschädigten Kernreaktor­ brennelementes (1), das aus einem Bündel längserstreck­ ter Brennstäbe (2) besteht, die über mehrere gitterför­ mige, axial zueinander beabstandete Abstandshalter (3) gehalten sind, wobei jeder Brennstab eine von Stegen (7) gebildete Zelle (6) des Abstandshalter durchsetzt und darin federnd abgestützt ist, zur Durchführung des Ver­ fahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement (9) ein den Umfang des Brennstabes (2) oder der Brennstabattrappe (5) teilweise umfassendes Blechband ist, das an seinen freien Enden mit je einem Vorsprung (10, 10 a) versehen ist, der mit dem Abstands­ halter (3) verbinbar ist.

4. Halteelement zur Reparatur eines an der Periphe­ rie eines Abstandshalters (3) beschädigten Kernreaktor­ brennelementes (1), das aus einem Bündel längserstreck­ ter Brennstäbe (2) besteht, die über mehrere gitterför­ mige, axial zueinander beabstandete Abstandhalter (3) in ihrer Position gehalten sind, wobei jeder Brennstab eine von Stegen (7) gebildete Zelle (6) des Abstandshalter durchsetzt und darin federnd abgestützt ist, zur Durch­ führung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Halteelement (9 a) in Form eines Splin­ tes ausgebildet ist, dessen Arme (21) federn ausgebildet sind und an ihren freien Enden Vorsprünge (10) aufwei­ sen, wobei nach dem Durchsetzen einer Bohrung oder einem Schlitz (18) der Brennstabattrappe (15) die Vorsprünge (10) in den Abstandshalter (3) einzurasten vermögen.

5. Halteelement nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es wenigstens eine zum Brennstab bzw. zur Brennstabattrappe hin gerichtete Noppe (13) aufweist.

6. Halteelement nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Noppe (13) und oder der Vor­ sprung (10) federnd ausgebildet sind.

7. Halteelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement (9) in einen Schlitz (11) des Abstandshalters (3) eingerastet ist.

8. Halteelement nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Halteelement (9) wenigstens einen, den Steg (7) übergreifenden, federnden Vorsprung (10 a) be­ sitzt.

9. Brennstabattrappe zur Reparatur eines an der Pe­ ripherie eines Abstandshalters (3) beschädigten Kernre­ aktorbrennelementes (1), das aus einem Bündel längser­ streckter Brennstäbe (2) besteht, die über mehrere git­ terförmige, axial zueinander beabstandete Abstandhalter (3) in ihrer Position gehalten sind, wobei jeder Brenn­ stab eine von Stegen (7) gebildete Zelle (6) des Ab­ standshalter durchsetzt und darin federnd abgestützt ist, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Ringnut (16) eine in axialer Richtung der Brennstabattrappe verlau­ fende Längsnut (17) eingearbeitet ist.