DE4422823A1 - Kernreaktorbrennelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kernreaktorbrennelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Kernreaktorbrennelement ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 36 32 153 bekannt. Bei diesem bekannten Kernreaktorbrennelement sind zwei Blattfedern jeweils mit ei­ nem Ende außen an der Endhülse angebracht. Mit dem anderen Ende hintergreift jede Blattfeder den Blechsteg des gitter­ förmigen Abstandhalters, an dem sie anliegt. Auf diese Weise preßt jede Blattfeder den Stab gegen eine starre Anlagenoppe, die sich an diesem Blechsteg an der Masche befindet.

Mit Hilfe der Endhülse kann das Kernreaktorbrennelement wie­ der betriebssicher gemacht werden, wenn es sich bei der Ma­ sche des gitterförmigen Abstandhalters, durch die der Stab geführt ist und in der die Endhülse auf dem gitterförmigen Abstandhalter aufsitzt, um eine Außenmasche handelt. Diese Außenmasche ist von einem Außensteg des Abstandhalters mitge­ bildet, der an der Masche eine Beschädigung, z. B. einen Riß, aufweist.

Die Endhülse wird unter Wasser auf ein Ende des Stabs aufge­ schoben und sodann durch Weiterschieben des Stabs durch die Masche hindurch auf die Masche aufgesetzt, so daß die Blatt­ feder schließlich einen die Masche bildenden Blechsteg hin­ tergreift.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Kern­ reaktorbrennelement weiterzubilden und eine Blattfeder am Stab zu vermeiden, die einen Blechsteg des gitterförmigen Ab­ standhalters hintergreift und deswegen in eine Masche des gitterförmigen Abstandhalters greifen muß, die der Masche mit dem Stab benachbart ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe hat ein Kernreaktorbrennelement der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß die Merkmale des kenn­ zeichnenden Teils des Patentanspruchs 1.

Die beiden Endhülsen mit der Blattfeder können auch nachträg­ lich mit einer Greifzange in die Masche des gitterförmigen Abstandhalters eingesetzt und dort gehalten werden, bis der Stab durch die beiden Endhülsen hindurch in diese Masche hin­ eingeschoben wurde und seine Sollposition in dem Kernreaktor­ brennelement erreicht hat.

Im Kühlmittelstrom eines Kernreaktors wird ein seitliches Schlagen des durch die Masche geführten Stabes gegen die die Masche bildenden Blechstege des gitterförmigen Abstandhalters und damit das unerwünschte sogenannte "fretting" vermieden.

Das Begrenzungsmittel für die beiden Endhülsen können z. B. zwei in Längsrichtung des Stabes gesehen nebeneinander auf der zylindrischen Außenfläche des Stabes angebrachte An­ schlagnoppen sein, zwischen denen sich die beiden Endhülsen mit der Blattfeder auf dem Stab befinden. Günstig ist ein Be­ grenzungsmittel entsprechend Patentanspruch 2, das keinerlei Eingriff auf der zylinderförmigen Außenfläche des Stabes er­ fordert.

Von Vorteil ist die Weiterbildung entsprechend Patentanspruch 3, nach dem die beiden Endhülsen und die Zwischenhülse auch zu einer einzigen Hülse zusammengefaßt sein können, was eine Fertigungserleichterung bedeutet.

Die Weiterbildungen nach Patentanspruch 4 bewirken eine Dreh­ positionierung der Blattfeder und eine Zentrierung des Stabs in der Masche des gitterförmigen Abstandhalters.

Die Weiterbildung nach Patentanspruch 6 vermeidet ein "fretting" des Stabs innerhalb der beiden Endhülsen.

Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt in Seitenansicht und stark schematisiert ein Kernreaktorbrennelement entsprechend der Erfindung für ein Druckwasserkernreaktor.

Fig. 2 zeigt in perspektivischer Ansicht zwei Endhülsen, durch die ein Stab eines Kernreaktorbrennelements ge­ führt ist.

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine Masche des git­ terförmigen Abstandhalters, durch die ein Stab, ins­ besondere Brennstab geführt ist.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf die Masche des gitterförmi­ gen Abstandhalters entsprechend Fig. 3.

Fig. 5 bis 7 zeigen z. T. in perspektivischer Seitenansicht zwei weitere Ausführungsformen der beiden Endhülsen.

Das Kernreaktorbrennelement nach Fig. 1 ist für ein Druckwas­ serkernreaktor bestimmt und weist quadratische Halteplatten 2 und 3 aus Metall auf. Ferner sind zwei zueinander parallele Haltestäbe 4 und 5, z. B. Steuerstabführungsrohre aus Metall, erkennbar, deren Längsachsen die beiden zueinander parallelen Halteplatten 2 und 3 in einem Winkel von 90° durchdringen und die an jedem Ende jeweils an einer der beiden Halteplatten 2 und 3 festgeschraubt sind. Jeder der beiden Haltestäbe 4 und 5 ist durch eine quadratische Masche in quadratischen gitter­ förmigen Abstandhaltern 6 aus Metall geführt, die sich in Längsrichtung der Haltestäbe 4 und 5 gesehen zwischen den beiden Halteplatten 2 und 3 befinden und die an den Haltestä­ ben 4 und 5 fest gehaltert sind. Durch andere Maschen der Ab­ standhalter 6 ist jeweils ein zu den Haltestäben 4 und 5 pa­ ralleler Brennstab 8 geführt, der im wesentlichen aus einem mit Kernbrennstoff gefüllten Hüllrohr aus einer Zirkoniumle­ gierung besteht, das an beiden Enden jeweils mit einem Stop­ fen gasdicht verschlossen ist. Die Brennstäbe 8 sind an kei­ ner der beiden Halteplatten 2 und 3 befestigt, sondern sie sind in den Maschen der Abstandhalter 6 elastisch d. h. kraft­ schlüssig durch nicht erkennbare, an den Abstandhaltern 6 be­ findliche Anlagennoppen und Federn gehaltert und haben zwi­ schen den beiden Halteplatten 2 und 3 in Richtung ihrer Längsachse Spiel. Sie können sich deshalb in ihrer Längsrich­ tung d. h. der Längsrichtung des Kernreaktorbrennelements un­ gehindert ausdehnen.

In den Fig. 2 bis 4 ist ein Stück eines mit Kernbrennstoff gefüllten Brennstabs 8 des Kernreaktorbrennelements nach Fig. 1 erkennbar. Dieser Brennstab 8 ist sowohl durch eine erste, obere Endhülse 10 als auch durch eine zweite, untere Endhülse 11 mit leichtem Spiel geführt. Der Abstand der beiden Endhül­ sen 10 und 11 voneinander auf dem Brennstab 8 ist durch ein starres Verbindungsteil gegeben, das ein hochkant außen an den Endhülsen 10 und 11 festgeschweißter Verbindungssteg 12 und parallel zur Längsachse des Brennstabs 8 angeordnet ist. Ein weiterer, genauso wie der Verbindungssteg 12 ausgebilde­ ter und in Fig. 4 erkennbarer Verbindungssteg 13 ist ebenfalls als starres Verbindungsteil zwischen den beiden Endhülsen 10 und 11 im Winkelabstand von 90° vom Verbindungssteg 12 in be­ zug auf die Längsachse des Brennstabs 8 hochkant außen an den beiden Endhülsen 10 und 11 festgeschweißt.

Im Winkelabstand ebenfalls von 90° vom Verbindungssteg 12 in bezug auf die Längsachse des Brennstabs 8 befindet sich an den beiden Endhülsen 10 und 11 eine Blattfeder 14. Diese Blattfeder 14 ist parallel zur Längsachse des Brennstabs 8. Mit einem Ende greift sie durch eine an der Außenseite der oberen Endhülse 10 herausgeprägte Haltetasche 15. Mit dem an­ deren Ende greift sie durch eine Haltetasche 16, die nach au­ ßen aus der unteren Haltehülse 11 herausgeprägt ist. Die Blattfeder 14 ist in bezug auf den Brennstab 8 radial nach außen gewölbt.

Eine Zusatzblattfeder 17 ist ebenfalls parallel zur Längs­ achse des Brennstabs 8 angeordnet. Sie greift ebenfalls mit einem Ende in die Haltetasche 15 der oberen Endhülse 10 und mit dem anderen Ende in die Haltetasche 16 der unteren End­ hülse 11. In diesen beiden Haltetaschen 15 und 16 ist sie von der Blattfeder 14 überdeckt. Ein Querknick 14a bzw. 14b, der sich jeweils an der Haltetasche 15 bzw. 16 jeweils zwischen diesen beiden Haltetaschen 15 und 16 in der Blattfeder 14 be­ findet, verhindert, daß die Blattfeder 14 aus diesen beiden Haltetaschen 15 und 16 herausrutschen kann. In ähnlicher Weise verhindert ein nicht erkennbarer Querknick in der Zu­ satzblattfeder 17 jeweils an den Enden ein Herausrutschen dieser Zusatzblattfeder 17 aus den Haltetaschen 15 und 16.

Die Zusatzblattfeder 17 weist ferner zwei Querwölbungen 19 auf, die radial auf den Brennstab 8 zu gerichtet sind. Die Zusatzblattfeder 17 wirkt daher auf den Brennstab 8 ein, den sie berührt. Auf diese Weise stellt sie eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Brennstab 8 einerseits und den beiden Endhülsen 10 und 11 her.

Im Winkelabstand von 90° von der Blattfeder 14 in bezug auf die Längsachse des Brennstabs 8 und im Winkelabstand eben­ falls von 90° vom in Fig. 4 erkennbaren Verbindungssteg 13 be­ findet sich eine weitere Blattfeder 18. Diese ist gleich aus­ gebildet wie die Blattfeder 14 d. h. radial nach außen gewölbt und greift jeweils mit einem Ende in eine den Haltetaschen 15 bzw. 16 entsprechende, nicht erkennbare Haltetasche außen an den Endhülsen 10 und 11.

Wie aus den Fig. 3 und 4 erkennbar ist, befindet sich der in Fig. 2 erkennbare Teil des Brennstabs 8 mit den zwischen den beiden Endhülsen 10 und 11 befindlichen Teilen der Ver­ bindungsstege 12 und 13 sowie den Blattfedern 14, 17 und 18 in einer Masche 20 eines der gitterförmigen Abstandhalter 6 des Kernreaktorbrennelements nach Fig. 1. Diese gitterförmigen Abstandhalter 6 sind durch sich hochkant durchsetzende lang­ gestreckte Blechstege 21 und 22 gebildet. Jede der Maschen 20 dieser gitterförmigen Abstandhalter 6 hat quadratischen Quer­ schnitt.

Wie Fig. 2 zeigt, ist die Außenkante der Verbindungsstege 12 und 13 ähnlich wie die Blattfedern 14 und 18 radial nach au­ ßen gewölbt. Wie die Blattfedern 14 und 18 hat auch die Au­ ßenkante der Verbindungsstege 12 und 13 in der Mitte zwischen den Endhülsen 10 und 11 die höchste Erhebung radial nach au­ ßen. Jeder starre Verbindungssteg 12 und 13 und jede Blattfe­ der 14 und 18 greift jeweils in eine Ecke der Masche 20 zwi­ schen zwei dort rechtwinklig aufeinandertreffende Blechstege 21 und 22 des gitterförmigen Abstandhalters 6. Die Blattfe­ dern 14 und 18 stützen sich in diesen Ecken federnd am git­ terförmigen Abstandhalter 6 ab, so daß die Endhülsen 10 und 11 mit den starren Verbindungsstegen 12 und 13 in dem gitter­ förmigen Abstandhalter 6 kraftschlüssig gehalten sind. Ferner sind diese Endhülsen 10 und 11 in der Masche 20 des gitter­ förmigen Abstandhalters 6 unverdrehbar zentriert.

In Fig. 4 sind Noppen 25 und Haltefedern 26 gestrichelt ange­ deutet, wie sie üblicherweise innerhalb einer Masche 20 an den gitterförmigen Abstandhalters 6 jeweils in der Mitte zwi­ schen den Ecken der Masche 20 ausgebildet sind. Da sowohl die Verbindungsstege 12 und 13 als auch die Blattfedern 14 und 18 an den beiden Endhülsen 10 und 11 in die Ecken der Masche 20 greifen und sich dort am Abstandhalter 6 abstützen, können diese Endhülsen 10 und 11 ohne weiteres auch nachträglich in die Masche 20 eingesetzt werden, wenn beispielsweise die Fe­ derkraft einer der Federn 26 nachgelassen hat und der Brenn­ stab 8 zuvor aus der Masche 20 herausgezogen worden ist. Nach dem Einsetzen der beiden Endhülsen 10 und 11 in die Masche 20 können diese mit einem Werkzeug gehalten und der Brennstab 8 in die Endhülsen 10 und 11 und damit auch wieder in die Masche 20 hineingeschoben werden.

In Fig. 5 und 6, in denen gleiche Teile mit den gleichen Be­ zugszeichen wie in den Fig. 1 bis 4 versehen sind, sind auf einem Brennstab 8 befindliche Endhülsen 10 und 11 darge­ stellt, an denen außen zwar ebenfalls zwei starre Verbin­ dungsstege 12 und 13 hochkant angeschweißt sind, die vonein­ ander einen Winkelabstand von 90° haben, es ist aber nur eine einzige radial nach außen gewölbte Blattfeder 30 vorgesehen, deren Winkelabstand von jedem Verbindungssteg 12 bzw. 13 135° in bezug auf die Längsachse des Brennstabs 8 beträgt. Beide Endhülsen 10 und 11 gehen sowohl in die Blattfeder 30 als auch in die neben dieser Blattfeder 30 befindliche Zusatz­ blattfeder 31 über, deren Federkraft radial nach innen wirkt und die kraftschlüssige Verbindung zwischen den Endhülsen 10 und 11 einerseits und dem Brennstab 8 bewirkt.

Wie Fig. 6 zeigt, greifen die Blechstege 12 und 13 der Endhül­ sen 10 und 11 nach Fig. 5 jeweils in eine Ecke der Masche 20 mit quadratischem Querschnitt, wie sie sich am Abstandhalter­ gitter abstützen, die Blattfeder 30 liegt jedoch in der Mitte zwischen zwei Ecken an einer Wand der Masche 20 an, die sich gegenüber den beiden Ecken der Masche 20 befindet, in die die Verbindungsstege 12 und 13 greifen. Es ergibt sich also eine verdrehungssichere Dreipunktlagerung der beiden Endhülsen 10 und 11 in der Masche 20.

Auch in Fig. 7 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 bis 4 versehen. Nach Fig. 7 haben zwei Endhülsen 10 und 11 als starres Verbindungsteil eine Zwi­ schenhülse 32, die an einem Ende in die erste, obere Endhülse 10 und am anderen Ende in die zweite, untere Endhülse 11 übergeht. Zwischenhülse 32 samt den Endhülsen 10 und 11 kön­ nen an einem zylindrisch gewölbten Blech ausgebildet sein. Zwei Längskanten 33 und 34 dieses gewölbten Blechs stoßen an­ einander. Die eine Längskante 33 hintergreift die andere Längskante 34 beispielsweise mit Zungen 33a. Sowohl eine radial nach außen gewölbte Blattfeder 35 und eine nach innen gewölbte Zusatzblattfeder 36 als auch zwei zur Längsachse der beiden Endhülsen 10 und 11 parallele Verbindungsstege 37 und 38 können aus der Zwischenhülse 32 herausgearbeitet sein.

Claims (6)

1. Kernreaktorbrennelement mit einem Stab, insbesondere einem Kernbrennstoff enthaltenden Brennstab (8), der durch eine Ma­ sche (20) eines gitterförmigen Abstandhalters (6) mit sich hochkant durchsetzenden Blechstegen und eine erste Endhülse (10) geführt ist, an der außen ein erstes Ende einer Blattfe­ der (14, 30) angebracht ist, die an einem Blechsteg anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab durch eine zweite Endhülse (11) geführt ist, die Ab­ stand von der ersten Endhülse (10) hat und an der außen das zweite Ende der Blattfeder (14, 18, 30, 35) angebracht ist, und daß ein Begrenzungsmittel vorgesehen ist, das einen Maximal­ abstand der beiden Endhülsen (10) und (11) voneinander in Längsrichtung des Stabs vorgibt.

2. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Begrenzungsmittel ein starres Verbindungsteil zwischen den beiden Endhülsen (10) und (11) ist.

3. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das starre Verbindungsteil eine Zwischenhülse (32) ist, durch die der Stab (8) geführt ist und die an einem Ende in die er­ ste Endhülse (10) und am anderen Ende in die zweite Endhülse (11) übergeht.

4. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Endhülse (10, 11) radial in eine Ecke der Ma­ sche des gitterförmigen Abstandhalters greift.

5. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das starre Verbindungsteil (12, 13) radial in eine Ecke der Masche (20) des gitterförmigen Abstandhalters (6) greift.

6. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zusatzblattfeder mit einem Ende an der ersten Endhülse (10) und mit dem anderen Ende an der zweiten Endhülse (11) angebracht ist und an dem Stab anliegt.