DE3832910C2 - - Google Patents
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- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
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- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
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- G21C3/32—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
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- G21C3/344—Spacer grids formed of assembled tubular elements
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Kernbrennstoff-Abstandshalters vom Einzelzellentyp nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Verfah
ren ist aus der DE 33 25 777 A1 bekannt.
Aus dieser Druckschrift ist ein als Träger einer Brenn
stoffkassette in einem Kernreaktor verwendbarer Kernbrenn
stoff-Abstandshalter vom Einzelzellentyp bekannt. Dieser
Kernbrennstoff-Abstandshalter besteht aus einer Anzahl von
die Brennstäbe aufnehmenden zylindrischen Bauteilen oder
Einzelzellen. Diese zylindrischen Bauteile sind in einem
quadratischen Schema angeordnet, wobei benachbarte Bautei
le in Verbindungsbereichen miteinander verschweißt sind
und wobei jede solche Gruppe von Bauteilen entlang ihrer
Umfangslinie von Seitenbändern umgeben ist, die im Verbin
dungsbereich der zylindrischen Bauteile ebenfalls mit
diesen verschweißt sind. Jedes der zylindrischen Bauteile
ist mit einer Feder befestigt und mit Vorsprüngen an
seiner inneren Oberfläche ausgebildet, um einen Brennstab
zu halten.
In den Fig. 3A, 3B und 3C ist der in der oben genannten
Anmeldung offenbarte Kernbrennstoff-Abstandshalter ge
zeigt: Die Seitenwand des zylindrischen Bauteils ist mit
einem eine Feder aufnehmenden Schlitz 7 in Form eines ge
drehten U und mit länglichen Schlitzen 9 für die Formung
von Vorsprüngen 5 ausgebildet.
Die Feder für diesen Kernbrennstoff-Abstandshalter ist als
ringförmige Endlosblattfeder mit rhombischem Querschnitt
ausgebildet. Wird die Feder in das zylindrische Bauteil 3
eingepaßt, so wird zunächst die Endlosblattfeder durch den
U-förmigen Schlitz 7 zur Hälfte in das Innere eines
zylindrischen Bauteils 3 eingebracht, anschließend wird
das zylindrische Bauteil in bezug auf die Feder gedreht,
so daß der durch den U-förmigen Schlitz 7 in der Seiten
wand gebildete überhängende Bereich 8 in eine Öffnung der
Endlosfeder 4 eingebracht wird, wodurch der Bereich 8 von
der Blattfeder abgedeckt wird. Anschließend wird ein wei
teres zylindrisches Bauteil 3 so in die Nähe des ersten
zylindrischen Bauteils gebracht, daß sich deren U-förmige
Schlitze 7 einander gegenüberstehen. Dieses zweite
zylindrische Bauteil 3 wird in bezug auf die Feder in der
entgegengesetzten Richtung gedreht, so daß sein überhän
gender Bereich 8 ebenfalls in die andere Öffnung derselben
Endlosfeder eingebracht werden kann. Somit befindet sich
eine Hälfte der Feder im Inneren eines zylindrischen Bau
teils, während die andere Hälfte derselben im Inneren des
anderen, benachbarten Bauteils eingefügt ist. In dieser
Lage der zylindrischen Bauteile und der Feder werden die
benachbarten zylindrischen Bauteile an ihren oberen und
unteren Enden miteinander durch Schweißen verbunden, wo
durch die Feder in den zylindrischen Bauteilen gehalten
wird.
Eine Anzahl von auf diese Weise miteinander verbundenen
Paaren zylindrischer Bauteile sind, wie oben erwähnt, in
einem quadratischen Schema angeordnet; jedes dieser
zylindrischen Bauteile eines Schemas wird in seinen Ver
bindungsbereichen durch Verschweißen mit den benachbarten
zylindrischen Bauteilen verbunden, lediglich die Verbin
dungen zwischen den zur Sicherung der Feder bereits mit
einander verschweißten Bauteilen sind hiervon ausgenommen.
Gleichzeitig werden um die Gruppe der angeordneten
zylindrischen Bauteile Seitenbänder angebracht und mit den
benachbarten zylindrischen Bauteilen in deren Verbindungs
bereichen verschweißt.
Im Hinblick auf die Funktion des Abstandshalters als Trä
ger von Brennstäben werden wegen des Verschweißens beim
Anordnungsverfahren eines solchen oben genannten Kern
brennstoff-Abstandshalters vom Einzelzellentyp hohe An
forderungen an die exakte Positionierung und die exakte
Ausrichtung der zylindrischen Bauteile gestellt, ohne daß
hierfür eine schwierige Arbeit erforderlich wird. Für
diese Aufgabe ist noch kein ausreichender Stand der
Technik bekanntgeworden.
Die DE-PS 34 33 101 beschreibt einen Abstandshalter, der
Öffnungen aufweist, die auf der Mantelfläche eines Körpers
angebracht sind. Eine Blattfeder dringt in diese Öffnungen
ein. Diese Öffnungen sind somit nicht an einer Kante im
Randbereich des zylinderförmigen Körpers angebracht, son
dern auf dessen Mantelfläche um die Blattfedern zu
haltern.
Diese Öffnungen können nicht zum Positionieren der zylin
derförmigen Elemente in einem Montagegerüst dienen, da
diese mit einem solchen nicht in Wechselwirkung treten.
Die DE-PS 34 13 981 beschreibt Abstandshalter mit Schlit
zen, die mit Ausnehmungen zusammenwirken, um Blattfedern
ähnlich wie bei der DE-PS 34 33 101 aufzunehmen. Die DE-PS
26 14 077 betrifft kein Montagegerüst, dessen Grundkörper
eine Anzahl von Positionierungsaussparungen bzw. Vorsprün
gen aufweist, die mit den entsprechenden Gegenstücken an
den zylinderförmigen Körpern zusammenwirken, sondern le
diglich eine Schweißschablone zur Herstellung von Zellen
gittern für Kernreaktorbrennelemente.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungs
verfahren für Kernbrennstoff-Abstandshalter vom Einzelzel
lentyp anzugeben, mit dem ein solcher Halter genau und
leicht und ohne das Risiko einer fehlerhaften Anordnung
durch Verschweißen gefertigt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
Der Unteranspruch ist auf Merkmale einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung gerichtet.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei
spielen unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert;
es zeigt
Fig. 1A eine Draufsicht auf eine zylindrische Einzelzelle;
Fig. 1B die Seitenansicht des in Fig. 1A gezeigten
zylindrischen Bauteils;
Fig. 2A die Draufsicht auf einen Kernbrennstoff-Abstands
halter vom Einzelzellentyp nach dem Stand der
Technik;
Fig. 2B die Seitenansicht, teilweise als Querschnitt ent
lang der Linie IIB-IIB des
Kernbrennstoff-Abstandshalters von Fig. 2A;
Fig. 3A die Draufsicht eines zylindrischen Bauteils nach
dem Stand der Technik;
Fig. 3B einen U-förmigen Schlitz zeigende Seitenan
sicht in Pfeilrichtung im wesentlichen entlang der
Linie IIIB-IIIB von Fig. 3A;
Fig. 3C eine längliche Schlitze für die Ausbildung von
Vorsprüngen zeigende Seitenansicht in Pfeil
richtung im wesentlichen entlang der Linie IIIC-
IIIC von Fig. 3A;
Fig. 4 die perspektivische Ansicht einer für die Zusam
menfügung eines Paares von Einzelzellen verwende
ten erfindungsgemäßen Zellpaarungsschablone;
Fig. 5 die perspektivische Ansicht einer Abstandshalter-
Anordnungsschablone;
Fig. 6 die Seitenansicht eines Kernbrennstoff-Abstands
halters vom Einzelzellentyp gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 7 die Draufsicht eines Kernbrennstoff-Abstandshal
ters vom Einzelzellentyp nach dem Stand der Tech
nik.
Ein Kernbrennstoff-Abstandshalter 1 vom Einzelzellentyp
ist in der Draufsicht der Fig. 2A und in der Seitenansicht
der Fig. 2B gezeigt. Der Kernbrennstoff-Abstandshalter 1
wird aufgebaut, indem eine Anzahl von zylindrischen Bau
teilen (Einzelzellen) 3, die die Brennstäbe 6 aufnehmen,
in einem quadratischen Schema angeordnet wird, wobei be
nachbarte Bauteile durch Verschweißen in ihren Verbin
dungspunkten (Schweißbereiche W₁) miteinander verbunden
werden, indem streifenähnliche Seitenbänder 2 entlang dem
Umfang der Gruppe der zylindrischen Bauteile angeordnet
werden und indem die Seitenbänder 2 mit den benachbarten
zylindrischen Bauteilen in deren Verbindungspunkten
(Schweißbereiche W₂) verbunden werden. Wie in den Fig. 1A
und 1B gezeigt ist, ist jedes der zylindrischen Bauteile
(Einzelzelle) 3 mit zwei Vorsprüngen 5, die durch Ein
schneiden und Ausbuchten erzeugt werden, zum Tragen eines
Brennstabes und mit einem Schlitz 7 in Form eines gedreh
ten U zur Befestigung einer Feder 4 am zylindrischen Bau
teil ausgebildet. Die Feder 4 ist zum Tragen eines Brenn
stabes im zylindrischen Bauteil 4 vorgesehen und ist eine
Endlosblattfeder mit rhombischem Querschnitt. Die Feder 4
ist in dem durch den U-förmigen Schlitz 7 definierten
überhängenden Bereich 8 des zylindrischen Bauteils 3 in
der vorhin beschriebenen Weise befestigt. Die Feder 4 ist
genau gegenüber dem Mittelpunkt zwischen den beiden Vor
sprüngen 5 angebracht.
In der in den Fig. 1A und 1B gezeigten Ausführungsform ist
das zylindrische Bauteil (Einzelzelle) 3 des Kernbrenn
stoff-Abstandshalters vom Einzelzellentyp mit einer Raste
10 im Randbereich der Zylinderwandung ausgebildet. Die Or
te, an denen die Raste 10 im Bauteil 3 ausgebildet sind,
liegen gegenüber den Vorsprüngen 5. Dies hat den folgenden
Grund: Da jedes der zylindrischen Bauteile (Einzelzelle)
3, wie in Fig. 2 gezeigt, in einem quadratischen Schema
eingeordnet ist und da es in Richtung des U-förmigen
Schlitzes 7 und in der dazu senkrechten Richtung insgesamt
vier Schweißbereiche für jedes Bauteil 3 gibt, ist es
schwierig, die Raste 10 um diese Bereiche herum zu bilden.
Außerdem sind die Bereiche der Vorsprünge 5 und deren Um
gebung ungeeignet für die Ausbildung der Raste 10. Folg
lich bleibt auf den Zylinderwandungen als Ort für die Aus
bildung der Raste 10 einer der beiden den Vorsprüngen 5
gegenüberliegenden Bereiche. Da diese Orte in der Mitte
zwischen vier Schweißbereichen des zylindrischen Bauteils
3 liegen und da sie in einer erdbebensicheren Struktur
nicht zu den Bereichen gehören, bei denen sich die Bean
spruchung konzentriert, wenn der Kernbrennstoff-Abstands
halter tatsächlich in einem Kernreaktor Verwendung findet,
sind sie im Hinblick auf die Festigkeit die geeigneten Or
te. Die Form der Raste 10 ist kein einfacher Halbkreis,
sondern vorzugsweise etwas gestreckt, so daß die Tiefe der
Raste etwas größer wird als der Radius des Halbkreises.
Eine solche Form der Raste 10 wird nicht nur im Hinblick
auf die Beziehung zwischen dem Kernbrennstoff-Abstands
halter und den weiter unten erwähnten Anordnungsschablonen
gewählt, sondern auch im Hinblick darauf, daß, wenn die
Positionierungsvorsprünge in der Schablone eine exakt
halbkreisförmige Form aufweisen, eine solche eine größere
Tiefe aufweisende Form der Raste jegliche Ablösung des zy
lindrischen Bauteils von der Schablonenoberfläche zu ver
hindern in der Lage ist, wodurch eine sichere und stabile
Aufstellung der Abstandshalter ermöglicht wird.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer Zellpaarungsschablone, die
für die gegenseitige Verbindung zweier zylindrischer Bau
teile verwendet wird. Diese Schablone ist aus einer unte
ren Schablonenhälfte 11 und einer oberen Schablonenhälfte
12 zusammengesetzt, wobei jede Schablone zwei Rillen mit
dreieckigem Querschnitt zur Aufnahme zweier benachbarter
zylindrischer Bauteile 3 und einen Positionierungsvor
sprung 13 bzw. 14, der mit der Raste 10 des zylindrischen
Bauteils in Eingriff gebracht wird, aufweist. Durch die
Zusammenfügung der zwei Schablonenhälften mit zwei dazwi
schengelegten zylindrischen Bauteilen wird die räumliche
Beziehung zwischen den zwei zylindrischen Bauteilen genau
definiert, wodurch ein leichtes Verschweißen gewährleistet
wird. Es sei festgestellt, daß beim Anordnen und Ver
schweißen zweier zylindrischer Bauteile mittels der oben
genannten Zellpaarungsschablone die vorherige Befestigung
einer Feder 4 an den zwei zylindrischen Bauteilen 3 not
wendig ist.
Fig. 5 zeigt ein Beispiel einer Kernbrennstoff-Ab
standshalter-Anordnungsschablone, die für den Einbau der
oben genannten gepaarten zylindrischen Bauteile (Einzel
zelle) in einen Kernbrennstoff-Abstandshalter verwendet
wird. Diese Schablone ist aus einer Basis 15 und Brenn
stabattrappen 16, die auf der Basis 15 im gleichen Muster
wie wirkliche Brennstäbe befestigt sind, zusammengesetzt.
Die Basis 15 ist mit Positionierungsvorsprüngen 17 ausge
bildet, die einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen
und deren Orte entsprechend den Orten der Rasten 10 der
angeordneten zylindrischen Bauteile bestimmt werden. Paare
solcher durch das oben erwähnte Paarungsverfahren gepaar
ter zylindrischer Bauteile (Einzelzelle) 3 werden an den
Brennstoffattrappen 16 befestigt, wobei deren Rasten 10
mit den Positionierungsvorsprüngen 17 der Basis 15 in Ein
griff gebracht werden, wodurch die richtige Positionierung
der zylindrischen Bauteile, ein leichtes Verschweißen und
leichte Anordnungsarbeiten gewährleistet werden. Da alle
Positionierungsvorsprünge 17 in derselben vorbestimmten
Richtung, wie in Fig. 5 gezeigt, ausgerichtet sind, können
ferner die Vorsprünge 17 leicht und genau auf der Basis
der Abstandshalter-Anordnungsschablone hergestellt werden.
Obwohl das Anordnungsverfahren des oben genannten Kern
brennstoff-Abstandshalters zwei Schritte enthält, d. h.
einen die in Fig. 4 gezeigte Schablone verwendenden
Schritt und einen weiteren die in Fig. 5 gezeigte Schablo
ne verwendenden Schritt, ist es auch möglich, das gesamte
Verfahren in einem einzigen Schritt unter Verwendung der
in Fig. 5 gezeigten Abstandshalter-Anordnungsschablone
durchzuführen, falls kein Problem bei der Schweißarbeit
auftritt.
Wie oben erklärt, wird durch die Ausbildung einer Raste in
jedem zylindrischen Bauteil (Einzelzelle) die Anordnungs
arbeit für den Kernbrennstoff-Abstandshalter erleichtert,
sie wird genauer und vor fehlerhaftem Betrieb geschützt;
dadurch werden eine ausreichende Funktion des Abstandshal
ters in einer den obigen Abstandshalter aufweisenden
Brennstoffkassette gewährleistet und geeignete Abstände
zwischen den Brennstäben aufrechterhalten.
Die Raste 10 im zylindrischen Bauteil hat ferner die wei
tere wichtige Funktion, die sich bei der Positionierung
eines individuellen zylindrischen Bauteils (Einzelzelle) 3
im Herstellungsverfahren vor dem Verschweißtwerden mit
einem weiteren zylindrischen Bauteil auswirkt. Da das
zylindrische Bauteil (Einzelzelle) aus einem dünnen Blech
hergestellt ist, können die Schlitze 7 und 9 und die Raste
10 nicht zugleich in einem einzigen Stanzprozeß unter Ver
wendung eines einzigen Metallstanzwerkzeugsatzes ausge
stanzt werden. Daher erfordert der Stanzprozeß die Unter
teilung in mehrere Schritte, von denen jeder ein speziel
les Stanzwerkzeug verlangt. Sind mehrere Stanzschritte
enthalten, so muß viel Sorgfalt auf die Aufrechterhaltung
der genauen relativen Orte zwischen den Schlitzen, den
Vorsprüngen und der Raste aufgebracht werden. Unter diesen
Umständen wird die Raste 10 wieder wirkungsvoll als Posi
tionierungseinrichtung in jedem Stanzschritt verwendet. In
diesem Fall sollte die Raste 10 im ersten Stanzschritt
ausgestanzt werden. Im darauffolgenden Verfahren ist es
möglich, das zylindrische Bauteil unter Verwendung der
Raste 10 zu positionieren und sowohl das weitere Verfahren
als auch das Verschweißen fortzusetzen.
In Fig. 6 ist gezeigt, daß es möglich ist, die Raste 10
des zylindrischen Bauteils 3 der oben erwähnten Ausfüh
rungsform durch einen am gleichen Ort wie eine der Rasten
10 angebrachten Vorsprung 18 zu ersetzen. Dann sollten die
Positionierungsvorsprünge 13 und 14 der in Fig. 4 gezeig
ten Zellpaarungsschablone und die Positionierungsvorsprün
ge 17 der in Fig. 5 gezeigten Abstandshalter-Anordnungs
schablone durch Positionierungseinrichtungen von der Form
einer Aussparung ersetzt werden. In dieser Ausführungsform
wird dieselbe Positionierungsfunktion erhalten.
In den oben erwähnten Ausführungsformen sind, wie in Fig. 2A
gezeigt, die zylindrischen Bauteile in einem quadrati
schen Schema angeordnet, das keinen freien Raum aufweist.
Die vorliegende Erfindung kann jedoch nicht nur in Ab
standshaltern mit fest angeordneten zylindrischen Bau
teilen verwendet werden, sondern auch in anderen Abstands
haltern, die freie Räume enthalten, beispielsweise den in
Fig. 7 gezeigten Abstandshalter, der aus US 46 86 079 A
bekannt ist. In einer solchen Abstandshalter-Anordnung,
wie sie im US-Patent gezeigt ist, bei der ein Wasserrohr
6, das einen größeren Durchmesser aufweist als das
zylindrische Bauteil, in dem mittigen Bereich des Ab
standshalters angebracht ist, ist das Wasserrohr auf
seiner äußeren Oberfläche mit Vorsprüngen 20 versehen,
während die dem Wasserrohr benachbarten zylindrischen Bau
teile mit Brückenteilen 17, die zwei benachbarte zylindri
sche Bauteile verbinden, versehen sind. Die Vorsprünge 20
des Wasserrohres werden mit den Brückenteilen 17 durch
Drehung des Wasserrohres relativ zum Kernbrennstoff-Ab
standshalter in Eingriff gebracht.
Wenn ein Kernbrennstoff-Abstandshalter vom Einzelzellentyp
durch Verschweißen aufgebaut wird, so ist gemäß der Erfin
dung einerseits eine genaue und leichte Positionierung
eines jeden zylindrischen Bauteils möglich und anderer
seits sind Fehler bei der Aufbauarbeit vermeidbar.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung eines Kernbrennstoff-Ab
standshalters (1) vom Einzelzellentyp, bei dem
- a) ein Paar von zylindrischen Bauteilen (3), die zwei Vorsprünge (5) zum Halten eines Brennstabes und eine an ihrem Rand ausgebildete Positionierungsraste (10) oder einen Positionierungsvorsprung (18) aufweisen, vorgesehen ist,
- b) wobei dieses Paar von zylindrischen Bauteilen (3) in einem Bereich zwischen diesen Bauteilen mit einer den Brennstab haltenden Feder (4) befestigt ist,
gekennzeichnet durch die Schritte
- c) des Vorsehens einer Kernbrennstoff-Abstandshalter- Anordnungsschablone, die einen Grundkörper (15) und einen Stab (16) aufweist, der die zylindrischen Bau teile des Abstandshalters im gleichen Muster wie ei ner der Brennstäbe (6) anordnet, wobei der Grundkör per (15) mit einer Anzahl von Positionierungsvor sprüngen (17) bzw. Positionierungsaussparungen für den Eingriff mit den auf den zylindrischen Bauteilen (3) ausgebildeten Positionierungsrasten (10) bzw. den Positionierungsvorsprüngen (18) versehen ist,
- d) des Anordnens einer Anzahl von Paaren zylindrischer Bauteile (3), um die Stäbe (16) der Abstandshalter- Anordnungsschablone auf die mit den Positionierungs vorsprüngen (17) bzw. den Positionierungsausspa rungen der Abstandshalter-Anordnungsschablone in Eingriff stehenden Positionierungsrasten (10) bzw. Positionierungsvorsprüngen (18) der zylindrischen Bauteile (3) aufzustecken, und
- e) des Verbindens eines jeden der angeordneten zylin drischen Bauteile (3) mit den benachbarten zylin drischen Bauteilen (3) mittels Verschweißen.
2. Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß vor dem Schritt d) der Anordnung
der zylindrischen Bauteile (3) auf der Abstands
halter-Anordnungsschablone die Schritte
- c1) des Vorsehens einer eine obere Schablonenhälfte (12) und eine untere Schablonenhälfte (11) aufweisenden Zellpaarungsschablone, wobei jede Schablonenhälfte mit Rillen zur Aufnahme der gepaarten zylindrischen Bauteile (3) und mit einem Positionierungsvorsprung (13, 14) bzw. mit einer Positionierungsaussparung ausgebildet ist, um mit der Positionierungsraste (10) bzw. mit dem Positionierungsvorsprung (18) eines jeden zylin drischen Bauteils (3) in Eingriff gebracht werden zu können,
- c2) des Positionierens eines jeden Paares von zylindri schen Bauteilen in eine gegenseitige Lage unter Verwendung der Zellpaarungsschablone, und
- c3) des gegenseitigen Verbindens der gepaarten zylin drischen Bauteile durch Verschweißen, wenn diese in der Zellpaarungsschablone gehalten werden, durchgeführt werden.
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