DE60103108T2

DE60103108T2 - Steuerstab für einen Siedewasserreaktor und Verfahren zur Herstellung eines Steuerstabes

Info

Publication number: DE60103108T2
Application number: DE60103108T
Authority: DE
Inventors: Yasuyuki Hitachinaka-shi Gotoh; Norio Mito-shi Kawashima; Akira Hitachi-shi Koizumi; Yoshiharu Hitachi-shi Kikuchi
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 2000-08-30
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2021-08-11
Also published as: JP2002071868A; EP1184877B1; JP3779866B2; US20030053581A1; DE60103108D1; EP1184877A1; US6654438B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Steuerstab zur Steuerung der Leistung eines SWR (Siedewasserreaktor) und ein Verfahren, um solche Steuerstäbe herzustellen. Ein Steuerstab gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus EP 0 088 945 A1 bekannt.
Beispiele dieser Art Steuerstäbe für einen SWR, die in etwa kreuzförmig angeordnete Flachstifte aufweisen, sind in JP A 5–2092 und JP A 9–61576 offenbart.
Diese herkömmlichen Steuerstäbe weisen jeweils eine Konstruktion auf, bei der ein Griff auf einem axialen, oberen Abschnitt eines Zugstabs mit in etwa kreuzförmigem Querschnitt befestigt ist und ein unteres Trägerelement (oder einen Fall-Geschwindigkeitsbegrenzer, auf den im Folgenden genauso verwiesen wird) auf einem axialen, unteren Abschnitt des Zugstabs befestigt ist. Elliptische Hafniumrohre, die in etwa überkreuzt angeordnet sind, sind am Griff befestigt. Vier Hüllen, die jeweils das obere und untere Hafnium als reaktivitätssteuerndes Material enthalten, sind am Griff, am unteren Trägerelement und an in etwa kreuzförmigen Endabschnitten des Zugstabs befestigt.
Herstellungsverfahren des oben genannten Steuerstabs sind in der oben genannten Veröffentlichung der japanischen Anmeldungen offenbart, für gewöhnlich wird aber folgendes Verfahren verwendet.
Zuerst wird ein Griff mit einem oberen, sich nach unten erstreckenden, zungenförmigen Abschnitt auf einem axialen, oberen Abschnitt des Zugstabs befestigt. Ein unteres Trägerelement mit einem unteren sich nach oben erstreckenden, zungenförmigen Abschnitt und einem unteren Trägerelementkörper, die in einem Block ausgebildet sind, werden an einem axialen, unteren Abschnitt des Zugstabs befestigt. Dadurch wird der Zusammenbau (auch Rahmen genannt) des Griffs, des Zugstabs und des unteren Trägerelements vervollständigt.
Nachdem der obere, zungenförmige Abschnitt des Griffs in ein oberes, elliptisches Hafniumrohr von einer oberen Seite dieses Rohrs eingeführt wurde, werden der eingeführte zungenförmige Abschnitt und das obere elliptische Hafniumrohr durch Befestigungsstifte befestigt, die beide durchqueren. Weiter wird der untere, zungenförmige Abschnitt ebenfalls wie oben in ein unteres, elliptisches Hafniumrohr von einer unteren Seite dieses Rohrs eingeführt und der untere, zungenförmige Abschnitt und das untere, elliptische Hafniumrohr werden durch einen Befestigungsstift befestigt.
Wie oben erwähnt, werden die oberen und unteren elliptischen Hafniumrohre befestigt und dann werden diese oberen und unteren elliptische Hafniumrohre, je von einer U-förmigen Öffnungsseite einer Edelstahlhülle mit U-förmigem Querschnitt aufgenommen, so dass alle oberen und unteren elliptischen Hafniumrohre im Inneren der Hülle angeordnet und enthalten sind.
Dann wird der Endabschnitt der U-förmigen Öffnungsseite der Hülle geschweißt und an die kreuzförmige Endfläche befestigt, die dem Zugstab kreuzförmigen Querschnitts entspricht (beispielsweise an verschiedenen Stellen in Längsrichtung geschweißt) und schließlich werden die oberen und unteren Endabschnitte der Hülle geschweißt und an einem unteren Abschnitt des Griffs und einem oberen Abschnitt des unteren Trägerelements befestigt.
Im Allgemeinen gibt es wie bei Steuerstäben für Siedewasserreaktoren mit in etwa kreuzförmig angeordneten Flachstiften, mehrere Arten von Steuerstäben entsprechend der Anforderung und Leistung, usw., von Siedewasserreaktoren, und die Steuerstäbe haben unterschiedliche Formen von reaktivitätssteuerndem Material und Befestigungsstrukturen, je nach Art des Steuerstabs. In den oben erwähnten Druckschriften JP A 5-2092 und JP A 9-61576 wird ein elliptisches Hafniumrohr als reaktivitätssteuerndes Material (Neutronenabsorber), wie oben erwähnt, verwendet. Ein im Griff in einem Stück angeordneter, oberer, zungenförmiger Abschnitt ist durch einen Stift mit dem oberen, elliptischen Hafniumrohr verbunden und ein in einem Stück im unteren Trägerelement angeordneter, unterer, zungenförmiger Abschnitt ist durch einen Stift mit dem unteren, elliptischen Hafniumrohr verbunden, wobei die elliptischen Hafniumrohre sowohl an der oberen als auch an der unteren Seite befestigt sind.
Außerdem wird als weiterer Typ eines Steuerstabs beispielsweise eine Konstruktion vorgeschlagen, wie sie in JP A 11-94975 offenbart ist, die einen Neutronen absorbierenden Stab verwendet, bei dem Borcarbid (B₄C) in einer Edelstahlhülle enthalten ist. In diesem Fall sind keinerlei Verriegelungs- oder Befestigungskonstruktionen jedes Neutronen absorbierenden Stabs, des Griffs und des unteren Trägerelementseiten vorgesehen; jeder Neutronen absorbierende Stab ist nur durch das Gewicht des Stabs selbst in der Hülle auf dem unteren Trägerelement befestigt.
Als weiterer Typ eines Steuerstabs wird auch eine Konstruktion vorgeschlagen, in der ein massiver Hafniumstab (in etwa kreisförmiger Stab) als reaktivitätssteuerndes Material verwendet wird und eine konvexe Struktur, die an einem oberen Abschnitt von jedem Hafniumrohr vorgesehen ist und eine konkave Struktur in Form einer Vorhangsstange in Eingriff kommen, um das Hafniumrohr in der Hülle zu stützen. In diesem Fall sind keine Verriegelungs- oder Befestigungskonstruktionen von jedem Neutronen absorbierendem Stab und der unteren Trägerelementseite vorgesehen.
Der elliptische Hafniumrohre verwendende Steuerstab, der in den oben erwähnten Druckschriften JP A 5-2092 und JP A 9-61576 offenbart ist, ist dem B₄C enthaltenden, Neutronen absorbierendem Steuerstab, der in der oben genannten Druckschrift JP A 11-94975 offenbart ist, sehr ähnlich. Ferner unterscheidet sich ein Steuerstab, in dem massive Hafniumstäbe in Eingriff kommen und durch Konstruktionen in Form einer Vorhangsstange an einem Punkt einer Basiskonstruktion gestützt werden, in der ein Griff und ein unteres Trägerelement auf obere und untere Abschnitte eines Zugstabs mit kreuzförmigem Querschnitt montiert sind, wobei eine reaktivitätssteuerndes Material enthaltende Hülle in einem Raum zwischen dem Griff und dem unteren Trägerelement angeordnet ist, von diesem Stab nur in Bezug auf die Reaktivitätssteuerung. Wenn ähnliche Konstruktionen aus üblichen Bauteilen hergestellt werden, können hierfür die üblichen Bauteile für jede der drei oben erwähnten Arten von Steuerstäben verwendet werden.
In den oben erwähnten Druckschriften JP A 5-2092 und JP A 9-61576 wird ein solcher Punkt auf jeden Fall nicht in Betracht gezogen. Wenn der Griff, der Zugstab und das untere Trägerelement bereits als Anordnung zusammengebaut sind, ist der obere, zungenförmige Abschnitt, auf den der obere Teil des elliptischen Hafniumrohrs montiert wird, bereits am unteren Abschnitt des Griffs ausgebildet, und der untere, zungenförmige Abschnitt, auf den der untere Teil des elliptischen Hafniumrohrs montiert wird, ist bereits am oberen Abschnitt des unteren Trägerelements ausgebildet. In diesem Fall war es sowohl unmöglich, den Steuerstab zu verwenden, der den oben erwähnten Neutronen absorbierenden, B₄C enthaltenden Stab verwendet, als auch den Steuerstab, der massive Hafniumstäbe in Eingriff bringt und stützt, da beide Typen keine Befestigungsstrukturen durch solche zungenförmigen Abschnitte verwenden.
Unabhängig vom Vorhandensein vieler Bauteile ähnlicher Struktur, ist es folglich notwendig, eine Ausrüstung zu verwenden und anzubieten, die sich von den beiden oben erwähnten Steuerstabstypen unterscheidet, wodurch die Dauer des Verfahrens länger und die Fertigungsausrüstungen vergrößert und die Produktionsleistung geringer werden. Da Steuerstäbe, die sich nicht wesentlich voneinander unterscheiden, je nach Typ hergestellt, transportiert und gelagert wurden, war ferner zu beobachten, dass die Nachteile in Bezug auf den Transport größer wurden und größere Lagerplätze erforderlich waren.
Die Druckschrift EP 0 088 945 A1 offenbart ein Steuerelement für einen Siedewasserreaktor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Dieser Steuerstab ist durch die Möglichkeit, die Neutronenabsorberelemente zu drehen, um einen lokal gleichmäßigen Verbrauch des Absorbermaterials zu gewährleisten, für ein verbessertes Alterungsverhalten ausgelegt. Es wird nur eine Art von Absorbermaterial erwähnt.
Die Druckschrift US 3,332,850 offenbart einen Absorberstab für kreuzförmige Nuklearreaktoren, die eine Hülle, die Material zur Absorbierung der Neutronen enthält, und obere und untere Endplatten aufweisen. Ihr Hauptinhalt besteht darin, der Absorberhülle eine gewisse Bewegungsfreiheit zu ermöglichen, um zu verhindern, dass sie während ihrer Einführung in den Kern blockiert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, in einem Steuerstab für einen Siedewasserreaktor, der mit in etwa kreuzförmig angeordneten Flachstiften versehen ist, eine Struktur anzugeben, in der Bauteile für mehrere Typen vereinheitlicht wurden, sowie das Herstellungsverfahren und die Fertigungsausrüstungen zu reduzieren, und somit die Produktivität zu verbessern.

(1) In der vorliegenden Erfindung besteht eine erste Einheit aus einem Zugstab, einem Griff, der auf einem axialen, oberen Abschnitt des Zugstabs befestigt ist und einem unteren Trägerelement oder Fall-Geschwindigkeitsbegrenzer, das auf einem axialen, unteren Abschnitt des Zugstabs befestigt ist; und eine zweite, aus einer reaktivitätssteuerndes Material enthaltenden Hülle gebildete Einheit; eine obere Endplatte, die auf einem axialen, oberen Abschnitt der Hülle befestigt ist und eine untere Endplatte, die auf einem axialen, unteren Abschnitt der Hülle befestigt ist, sind vorgesehen und ein oberer Abschnitt der oben erwähnten oberen Endplatte, ist am oben erwähnten Griff befestigt, ein unterer Abschnitt der unteren Endplatte ist am unteren Trägerelement oder Fall-Geschwindigkeitsbegrenzer befestigt, und die vorliegende Erfindung ist als ein Verbindungskörper der oben erwähnten ersten Einheit und der oben erwähnten zweiten Einheit konstruiert. In der vorliegenden Erfindung wird ein unterer Seitenbereichsabschnitt des Griffs, auf dem in einer herkömmlichen Konstruktion reaktivitätssteuerndes Material befestigt wird, als obere Endplatte getrennt, um ein separates Element zu bilden und genauso wird ein oberer Seitenbereichsabschnitt des unteren Trägerelements (oder Fall-Geschwindigkeitsbegrenzer, auf den im Folgenden genauso verwiesen wird) als untere Endplatte getrennt, um ein separates Element zu bilden. Der Griff, dessen unterer Seitenbereichsabschnitt getrennt ist und das untere Trägerelement, dessen oberer Seitenbereichsabschnitt getrennt ist, werden jeweils auf oberen und unteren Abschnitten des Zugstabs montiert, wodurch die erste Einheit gebildet wird, während die obere vom Griff getrennte Endplatte und die untere vom unteren Trägerelement getrennte Endplatte auf die reaktivitätssteuerndes Material enthaltende Hülle, wie oben erwähnt, montiert werden, wodurch die zweite Einheit gebildet wird. Für den Steuerstab, der das obere, elliptische Hafniumrohr und das untere, elliptische Hafniumrohr verwendet, werden die oberen und unteren zungenförmigen Abschnitte jeweils an den oberen und unteren Endplatten befestigt und das obere und untere elliptische Hafniumrohr werden durch Stifte an ihnen befestigt und mit der Hülle bedeckt, wodurch die zweite Einheit für eine spezielle Verwendung fertiggestellt ist; für den Steuerstab, der die B₄C enthaltenden, Neutronen absorbierenden Steuerstäbe verwendet, werden die Neutronen absorbierenden Steuerstäbe auf der unteren Endplatte angeordnet und mit der Hülle bedeckt, wodurch die zweite Einheit für eine spezielle Verwendung fertiggestellt ist; für den Steuerstab, der massive Hafniumstäbe verwendet, wird die zweite Einheit für eine spezielle Verwendung, die dadurch gebildet wird, dass ein konkaver Abschnitt in Form einer Vorhangsstange, der an einem unteren Abschnitt der oberen Endplatte ausgebildet ist, mit einem konvexen Abschnitt in Eingriff kommt, der an einem oberen Abschnitt von jedem Hafniumstab ausgebildet ist und mit der Hülle bedeckt ist, fertiggestellt, wodurch die erste Einheit bestehend aus einer Anordnung des Griffs, des unteren Trägerelements und des Zugstabs im All gemeinen für die drei oben erwähnten Steuerstabstypen (die diese gemeinsam haben) verwendet werden kann. Somit können die Zeit des Verfahrens verkürzt und die Ausrüstungen reduziert werden und die Produktivität kann im Vergleich zu herkömmlichen Zeiten und Ausrüstungen verbessert werden, bei denen für jeden Steuerstabtyp verschiedene Verfahren und Ausrüstungen benötigt wurden. Ferner ist es möglich, die ersten Einheiten, die vereinheitlicht wurden, über den gleichen Transportweg in denselben Plätzen zu lagern. Und nur die zweiten Einheiten, die sich voneinander unterscheiden, müssen an unterschiedlichen Plätzen gelagert werden. Somit hat es hier auch den Effekt, dass Lagerplätze reduziert werden können, ohne dass dadurch Nachteile für den Transport entstehen würden.
(2) In obigem Punkt (1) besteht die oben erwähnte Hülle vorzugsweise aus einem elliptischen Rohr mit in etwa elliptischem Querschnitt. Somit ist es möglich, nur durch die Hülle einen geschlossenen Raum zu bilden, der das reaktivitätssteuernde Material enthält, so dass es unnötig ist, ein U-förmiges offenes Ende der Hülle zu schweißen und an einer kreuzförmigen Endfläche eines Steuerstabs von der Art mit kreuzförmigem Querschnitt zu befestigen, wie es bei herkömmlichen Konstruktionen der Fall ist. Dadurch wird kompliziertes Schweißen an mehreren Stellen in Längsrichtung des Steuerstabs vermieden, der lang ist, von einer Gesamtlänge von mehreren Meter, so dass das Verfahren vereinfacht und zudem die Funktionssicherheit erhöht werden kann.
(3) In den obigen Punkten (1) oder (2) ist oben genanntes reaktivitätssteuerndes Material vorzugsweise ein elliptisches Hafnium rohr mit in etwa elliptischem Querschnitt oder ein Hafniumstab und einem Neutronen absorbierenden, Borcarbid enthaltenden Stab.
(4) Eine Einheit für einen erfindungsgemäßen Steuerstab weist eine Hülle auf, die aus einem elliptischen Rohr mit in etwa kreuzförmigem Querschnitt besteht und reaktivitätssteuerndes Material enthält, eine obere Endplatte, die auf einen axialen, oberen Abschnitt der oben genannten Hülle montiert ist und eine untere Endplatte, die auf einen axialen, unteren Abschnitt der oben genannten Hülle befestigt ist.
(5) Das Herstellungsverfahren eines erfindungsgemäßen Steuerstabs weist folgende Schritte auf: die Befestigung eines Griffs auf einen axialen, oberen Abschnitt eines Zugstabs und eines unteren Trägerelements oder Fall-Geschwindigkeitsbegrenzers auf einen axialen, unteren Abschnitt des Zugstabs, um eine erste Einheit zu bilden; die Befestigung einer oberen Endplatte auf einen axialen, oberen Abschnitt einer Hülle, die das reaktivitätssteuernde Material enthält und einer unteren Endplatte auf einen axialen, unteren Abschnitt der Hülle, um eine zweite Einheit zu bilden, und dann die Befestigung eines oberen Abschnitts der oben genannten oberen Endplatte an den oben genannten Griff und eines unteren Abschnitts der oben genannten unteren Endplatte am oben genannten Trägerelement oder Fall-Geschwindigkeitsbegrenzer, um die erste Einheit mit der zweiten Einheit zu verbinden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht von einer gesamten Konstruktion eines Steuerstabs einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, teilweise auseinander gezogen;
2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II–II der 1;
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Bauteils 1Ba' einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuerstabs der B₄C enthaltende, Neutronen absorbierende Stäbe verwendet, teilweise auseinander gezogen, und
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Bauteils 1Ba" einer dritten Ausführungsform eines Steuerstabs, der massive Hafniumstäbe verwendet, teilweise auseinander gezogen.
Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung
Steuerstäbe gemäß vorliegender Ausführungsformen sind in einer Steuerzelle eines SWR-Kerns angeordnet und in den Kern eingeführt, um während des Reaktorbetriebs die Leistung zu regeln und verwenden elliptische Hafniumrohre als reaktivitätssteuerndes Material.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die die gesamte Konstruktion eines Steuerstabs einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, in der ein Teil auseinandergebaut ist, und 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II–II der 1.
In den 1 und 2 weist der Steuerstab 1 einen in etwa kreuzförmigen Querschnitt auf und hat vier Flachstifte, die sich von einer Achse in vier Richtungen erstrecken. Ein unteres Trägerelement 6 (oder herkömmlicher Fall-Geschwindigkeitsbegrenzer, beispielsweise in 5 in JP A 11-94975 beschrieben, nachfolgend genauso bezeichnet) ist an einem oberen Endabschnitt vorgesehen.
Der Steuerstab 1 wird durch Verbinden der Bauteile (eine erste Einheit) 1A und der Bauteile (eine zweite Einheit) 1B gebildet. Die erste Einheit 1A wird aus einem Zugstab 4 und dem Griff 5 und dem unteren Trägerelement 6 gebildet, wobei alle mit dem Zugstab 4 verbunden sind. Die zweite Einheit 1B wird aus Hüllen 10, wobei jede von ihnen ein elliptisches Rohr mit in etwa elliptischem Querschnitt ist, aus Edelstahl besteht und reaktivitätssteuerndes Material enthält, aus oberen Endplatten 9U und unteren Endplatten 9L gebildet, die auf die Hüllen 10 montiert sind.
Nachfolgend werden ihre Herstellungsverfahren erläutert.
Als erstes wird die erste Einheit 1A zusammengebaut. Das heißt, dass ein unterer Abschnitt des Griffs 5 geschweißt und am oberen Endabschnitt des Zugstabs 4 befestigt wird und das untere Trägerelement 6 wird geschweißt und am unteren Endabschnitt des Zugstabs 4 befestigt, wobei sie als Konstruktion mit kreuzförmigem Querschnitt zusammengebaut werden.
Vier Einheitsbauteile 1B, die die zweite Einheit 1B bilden, werden zusammengebaut. Das heißt, dass eine obere Endplatte 9U an ihrem unteren Abschnitt einen zungenförmigen Abschnitt 7U aufweist, der vorher blockförmig vorgefertigt ist, um sich nach unten zu erstrecken (die obere Endplatte und ihr zungenförmiger Abschnitt 7U können einstöckig ausgebildet sein oder verbunden werden, indem sie zu einem Block geschweißt werden), der zungenförmige Abschnitt 7U wird in einen oberen Abschnitt 2U eines reaktivitätssteuerndes Material enthaltenden, elliptischen Hafniumrohrs 2 eingeführt und mit dem oberen Abschnitt durch Befestigungsstifte 8U befestigt, die sowohl den zungenförmigen Abschnitt als auch das Rohr durchqueren.
Die untere Endplatte 9L weist ebenfalls an ihrer oberen Seite einen zungenförmigen Abschnitt 7L auf, der vorher in einem Block ausgebildet ist, um sich nach unten zu erstrecken. Der zungenförmige Abschnitt 7L wird in einen unteren Abschnitt 2L des reaktivitätssteuerndes Material enthaltenden, elliptischen Hafniumrohrs 2 eingeführt und mit dem unteren Abschnitt durch Befestigungsstifte 8L verbunden, die sowohl den zungenförmigen Abschnitt als auch das Rohr durchqueren.
Das elliptische Hafniumrohr 2, das mit den oberen und unteren Endplatten 9U und 9L durch die Stifte verbunden ist, ist in der Hülle 10 angeordnet, und untere und obere Kantenabschnitte der oberen und unteren Endplatten 9U und 9L werden geschweißt und jeweils an den oberen und unteren Endabschnitten der Hülle 10 befestigt (vgl. die Schweißlinien, dargestellt in fetten und durchgezogenen Linien in 1). Dadurch werden die obere Endplatte 9U, das elliptische Hafniumrohr 2, die Hülle 10 und die untere Endplatte 9L zu einem Block zusammengebaut, wodurch alle Einheitsbauteile 1Ba, die die zweite Einheit 1B bilden, fertiggestellt werden.
Ein oberer Endabschnitt der oberen Endplatte 9U von jedem zweiten Einheitsbauteil 1Ba und ein unterer Endabschnitt der unteren Endplatte 9L werden geschweißt und am unteren Endabschnitt des Griffs 5 und am oberen Endabschnitt des unteren Trägerelements 6 der ersten Einheit 1A befestigt, die eine Anordnung aus dem Griff 5, dem Zugstab 4 und dem unteren Trägerelement 6 ist (vgl. die Schweißlinien, dargestellt in fetten und durchgezogenen Linien in 1). Dafür werden die erste Einheit 1A und die zweite Einheit 1B, die aus vier Bauteilen 1Ba besteht, verbunden, um den Steuerstab 1 zu vervollständigen.
Die Wirkungen des Steuerstabs 1 der vorliegenden, obig beschriebenen Ausführungsform werden noch ausführlich erläutert.
(1) Verbesserung der Produktivität durch die Vereinheitlichung der Teile.
Die größte Wirkung der vorliegenden Ausführungsform ist, dass die Produktivität verbessert wird, indem die erste Einheit 1A vereinheitlicht wird, die eine Anordnung aus dem Griff 5, dem unteren Trägerelement 6, dem Zugstab 4 für verschiedenen Steuerstabstypen ist.
Um diese Wirkung zu erläutern, werden Beispiele anderer Steuerstabstypen, die, wie oben erwähnt, allgemein verwendet werden können, gegeben.
(1–A) B₄C enthaltende Neutronen absorbierende Steuerstäbe
3 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht, die eine teilweise auseinandergebaute Konstruktion einer zweiten Ausführungsform eines Bauteils 1Ba' darstellt, unter Verwendung eines Steuerstabtyps, in dem B₄C enthaltende, Neutronen absorbierende Stäbe verwendet werden. Es werden die gleichen Bezugszeichen für die den in den 1 und 2 entsprechenden Teilen oder Abschnitten verwendet.
In 3 dient das zweite Einheitsbauteil 1B' zur Konstruktion eines Steuerstabs, der in einer Notfallsteuerzelle eines SWR-Kerns angeordnet ist und in den Kern eingeführt ist, um den Nuklearreaktor während seines Betriebs zu stoppen. Ein Neutronen absorbierender Stab 14 mit einer mit Borcarbid B₄C gefüllten Edelstahlhülle wird beispielsweise als reaktivitätssteuerndes, in der Hülle 10 befindliches Material verwendet.
In diesem Fall ist keine Verbindungs- oder Befestigungskonstruktion zwischen jedem Neutronen absorbierenden Stab 14 und der oberen Endplatte 9U auf der Seite des Griffs 5 und der unteren Endplatte 9L auf der Seite des unteren Trägerelements 6 vorgesehen, und jeder Neutronen absorbierende Stab 14 ist durch sein Gewicht auf der unteren Endplatte 9L im Inneren der Hülle 10 angeordnet.
(1–B) Massive Hafniumstäbe verwendende Steuerstäbe
4 ist eine teilweise auseinander gezogene, perspektivische Ansicht, die eine teilweise auseinandergebaute Konstruktion einer dritten Ausführungsform eines Bauteils 1Ba" darstellt, unter Verwendung eines Steuerstabs von dem Typ, in dem massive Hafniumstäbe verwendet werden. Es werden die gleichen Bezugszeichen für die den in 1 bis 3 entsprechenden Teilen oder Abschnitten verwendet.
In 4 ist die zweite Bauteilkomponente 1Ba" ein Steuerstab, der in einer Steuerzelle eines SWR-Kerns angeordnet und in den Kern eingeführt ist, um während des Nuklearreaktorbetriebs die Leistung zu regeln und massive Hafniumstäbe 13 (kreisförmige Stäbe mit Stufen) werden als reaktivitätssteuerndes, in der Hülle 10 befindliches Material verwendet.
Ein konvexer Abschnitt 12 ist an einem oberen Abschnitt von jedem Hafniumstab 13 vorgesehen und der konvexe Abschnitt 12 ist in einen konkaven Abschnitt 11 „in Form einer Vorhangsstange" eingeführt, der auf der oberen Endplatte 9U vorgesehen ist, wobei der Hafniumstab 13 in der Hülle 10 gestützt wird. In diesem Fall wird keine Verbindungs- oder Befestigungskonstruktion zwischen jedem Hafniumstab 13 und der unteren Endplatte 9L verwendet.
(1–C) Vereinheitlichung der ersten Einheit
Bei dem Steuerstab 1 von der vorliegenden Ausführungsform, die bereits in den 1 und 2 dargestellt wurde, wird ein unterer Seitenbereich des Griffs 5, auf dem bei einer herkömmlichen Konstruktion reaktivitätssteuerndes Material montiert ist, als obere Endplatte 9U getrennt, um ein separates Element zu bilden und genauso wird ein oberer Abschnitt des unteren Trägerelements 6 (oder Fall-Geschwindigkeitsbegrenzer, auf den im Folgenden genauso verwiesen wird) als untere Endplatte 9L getrennt, um ein separates Element zu bilden. Der Griff 5, dessen unterer Abschnitt getrennt ist und das untere Trägerelement 6, dessen oberer Abschnitt getrennt ist, werden jeweils auf oberen und unteren Abschnitten des Zugstabs 4 montiert, um die erste Einheit 1A zu bilden, während die reaktivitätssteuerndes Material enthaltende Hülle 10 auf die obere, vom Griff getrennte Endplatte 9U und die untere, vom unteren Trägerelement 6 getrennte Endplatte 9L wie oben erwähnt montiert wird, um das Bauteil 1Ba der zweiten Einheit 1B zu bilden.
Wie in den 1 und 2 dargestellt, sind somit bei dem Steuerstab, der das elliptische Hafniumrohr 2 verwendet, die oberen und unteren zungenförmigen Abschnitte 7U und 7L jeweils an den oberen und unteren Endplatten 9U und 9L befestigt und das elliptische Hafniumrohr 2 wird durch Stifte 8U und 8L mit ihnen verbunden und mit den Hüllen 10 bedeckt, wobei die zweite, aus den Bauteilen 1Ba bestehende Einheit 1B für eine spezielle Verwendung fertiggestellt ist. Bei dem Steuerstab, der B₄C enthaltende, Neutronen absorbierende Stäbe verwendet, wie im obigen Punkt (1–A) erläutert wurde, wird die zweite Einheit für die spezielle Verwendung fertiggestellt, die aus den Bauteilen 1Ba' besteht, die die Neutronen absorbierenden Stäbe 14 auf die unteren Endplatten 9L montieren, wie es in 3 gezeigt ist. Bei dem Steuerstab, der massive Hafniumstäbe 13 verwendet, wie es im obigen Punkt (1–B) erläutert ist, wird die für eine spezielle Verwendung fertiggestellte, zweite Einheit von Bauteilen 1Ba" gebildet, die alle so gebildet sind, dass sie den konkaven Abschnitt „in Form einer Vorhangsstange", der am unteren Abschnitt der oberen Endplatte 9U ausgebildet ist, mit dem konvexen Abschnitt 12 in Eingriff bringen, der am oberen Abschnitt von jedem Hafniumstab 13 ausgebildet ist und mit der Hülle bedeckt wird, wobei die erste Einheit bestehend aus einer Anordnung des Griffs 5, des unteren Trägerelements 6 und des Zugstabs 4 im Allgemeinen für die drei oben erwähnten Steuerstabstypen (die diese gemeinsam haben) verwendet werden kann, wenn die Hauptgrößen des Steuerstabs (die gesamte Länge des Steuerstabs 1, die gesamte Breite des Steuerstabs 1, die Dicke des Flachstiftes und die Länge des Hafniumrohrs 2, etc) standardisiert sind.
Somit kann das Verfahren verkürzt und die Ausrüstungen reduziert werden und die Produktivität kann, verglichen mit herkömmlichen Verfahren und Ausrüstungen, verbessert werden, bei denen für jede Art von Steuerstab verschiedene Verfahren und Ausrüstungen notwendig waren.
Ferner ist es möglich, die ersten Einheiten 1A, die vereinheitlicht wurden, während des gesamten Transportwegs in einem gemeinsamen Platz zu lagern. Und nur die zweiten Einheiten 1Ba, 1Ba' und 1Ba", die sich voneinander unterscheiden, müssen an unterschiedlichen Plätzen gelagert werden, somit hat es hier auch den Effekt, dass Lagerplätze reduziert werden können, ohne dass dadurch Nachteile für den Transport entstehen würden.
Wenn man ferner die gleichen Hauptgrößen wie die von einer herkömmlichen Konstruktion verwendet, ist es bei Austausch der herkömmlichen existierenden Steuerstäbe unnötig, andere Abschnitte um den Steuerstab herum neu aufzubauen (andere Umgebungselemente, -strukturen, usw., einschließlich eines Steuerstabantriebsmechanismus). Dies hat zur Folge, dass ein Teil von herkömmlichen Herstellungsverfahren und Ausrüstungen von den herkömmlichen Steuerstäben hierfür verwendet werden können.
(2) Verarbeitbarkeit, Verbesserung der Arbeitseffizienz und Vereinfachung des Verfahrens beim Zusammenbau
In einer herkömmlichen Konstruktion sind ein Griff, ein Zugstab und ein unteres Trägerelement zu einer Anordnung mit kreuzförmigem Querschnitt zusammengebaut und dann werden die oberen und unteren elliptischen Hafniumrohre durch Stifte an den oberen und unteren zungenförmige Abschnitten befestigt, dies gilt für alle vier Flügel, die für den Zusammenbau kreuzförmig angeordnet wurden, dann werden die oberen und unteren elliptischen Hafniumrohre in einer U-förmigen Hülle angeordnet, dann werden die Hülle und der Zugstab geschweißt und befestigt und schließlich wird die Hülle an den Griff und an das untere Trägerelement geschweißt. Die oben erwähnten Verfahren mussten in der oben erwähnten Reihenfolge durchgeführt werden.
Bei dem Steuerstab 1 gemäß vorliegender Ausführungsform, unabhängig von der Produktion der ersten Einheit 1A, in der der Griff 5, der Zugstab 4 und das untere Trägerelement 6 in einer Anordnung mit kreuzförmigem Querschnitt zusammengebaut sind, kann das folgende Verfahren im Gegenteil dazu für jedes der Bauteile 1Ba, die die zweite Einheit 1B bilden, verwendet werden (entsprechend der oben genannten vier kreuzförmigen Flügel), das heißt, dass das elliptische Hafniumrohr 2 auf den oberen und unteren zungenförmigen Abschnitten 7U und 7L durch Stifte befestigt wird, dann wird das elliptische Hafniumrohr 2 in die Hülle 10 eingeführt und danach werden die Hülle 10 und die oberen und unteren Endplatten 9U und 9L geschweißt und miteinander befestigt.
Da es, wie oben erwähnt, möglich ist, die erste Einheit 1A und die vier zweiten Einheitsbauteile 1Ba unabhängig voneinander herzustellen, und schließlich in einem Schritt die oberen und unteren Endplatten 9U und 9L von jedem zweiten Einheitsbauteil 1Ba an den unteren Abschnitt des Griffs 5 und den oberen Abschnitt der unteren Trägerplatte 6 von der ersten Einheit 1A zu schweißen und zu befestigen, ist es einfach, die Zusammenbauteile zu handhaben und möglich, die Verarbeitbarkeit und Arbeitseffizienz des Zusammenbauvorgangs merklich zu verbessern.
Ferner ist bei dem Steuerstab 1 gemäß vorliegender Ausführungsform wie oben beschrieben, die für die zweite Einheit 1B fertiggestellte Hülle 10 als elliptisches Rohr ausgebildet. Somit ist es möglich, nur durch die Hülle einen geschlossenen Raum zu bilden, der das reaktivitätssteuernde Material enthält, so dass es unnötig ist, ein U-förmiges offenes Ende der Hülle an eine kreuzförmige Endfläche eines Steuerstabstyp mit kreuzförmigem Querschnitt zu schweißen. Das heißt, dass es möglich ist, ein kompliziertes Schweißen an mehreren Stellen in Längsrichtung des Zugstabs 4 zu vermeiden, der lang ist, von einer Gesamtlänge von mehreren Meter, so dass das Verfahren vereinfacht und zudem die Funktionssicherheit erhöht werden kann..

Claims

Steuerstab (1) für einen Siedewasserreaktor mit: einer ersten Einheit (1A), die einen Zugstab (4), einen Griff (5), der auf dem axialen, oberen Abschnitt des Zugstabs (4) befestigt ist und ein unteres Trägerelement (6) oder Fall-Geschwindigkeitsbegrenzer aufweist, das auf einem axialen, unteren Abschnitt des Zugstabs (4) befestigt ist; und eine zweite Einheit (1B), die eine Hülle (10) aufweist, die reaktivitätssteuerndes Material enthält, gekennzeichnet durch eine obere Endplatte (9U), die auf einem axialen, oberen Abschnitt der Hülle (10) befestigt ist, die aus einem elliptischen Rohr mit in etwa elliptischem Querschnitt besteht, und durch eine untere Endplatte (9L), die auf einem axialen, unteren Abschnitt der Hülle (10) befestigt ist, wobei ein oberer Abschnitt der oberen Endplatte (9U) am Griff (5) befestigt ist, ein unterer Abschnitt der unteren Endplatte (9L) am unteren Trägerelement (6) oder Fall-Geschwindigkeitsbegrenzer befestigt ist, und wobei die erste Einheit (1A) und die zweite Einheit (1B) nur an der oberen Endplatte und der unteren Endplatte miteinander verbunden sind, so dass die Hülle nicht am Zugstab befestigt ist, wobei der Steuerstab (1) als Verbindungskörper zwischen der ersten Einheit (1A) und der zweiten Einheit (1B) vorgesehen ist.
Steuerstab (1) für einen Siedewasserreaktor nach Anspruch 1, wobei das reaktivitätssteuernde Material aus mindestens einem Hafniumrohr (2) mit im Wesentlichen parallelen geraden Querschnitten, das an beiden Seitenenden einen U-förmigen oder runden Endquerschnitt aufweist, einem Hafniumstab (13) und einem Neutronen absorbierenden Stab (14) besteht, der Borcarbid enthält.
Steuerstab (1) für einen Siedewasserreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Endplatte (9U) an ihrem unteren Abschnitt einen zungenförmigen Abschnitt (7U) aufweist, der von mindestens einem elliptischen Hafniumstab in einen oberen Abschnitt (2U) eingeführt wird, die untere Endplatte (9L) an ihrem oberen Abschnitt einen zungenförmigen Abschnitt (7L) aufweist, der vom elliptischen Hafniumstab (2) in einen unteren Abschnitt (2L) eingeführt wird, wobei die elliptischen Hafniumstäbe (2U, 2L) in der Hülle (10) befestigt sind. (2)
Steuerstab (1) für einen Siedewasserreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Edelstahl bestehenden, mit Borcarbid (B₄C) gefüllten Steuerstäbe (14) in der Hülle (10) angeordnet sind, die zwischen der oberen Endplatte (9U) und der unteren Endplatte (9L) befestigt ist, ohne dass sie an den Endplatten (9U, 9L) befestigt oder an diese geschweißt ist. (3)
Steuerstab (1) für einen Siedewasserreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass massive Hafniumstäbe (13), die mit einem konvexen Abschnitt (12) an ihrem oberen Ende auf einer an der Unterseite der oberen Endplatte (9U) angeordneten „Vorhangstange" befestigt sind, in der Hülle (10) vorgesehen sind, ohne angeschlossen oder mit der unteren Endplatte (9L) verbunden zu sein. (4)
Steuerstab (1) für einen Siedewasserreaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hafniumstäbe (13) kreisförmige Stäbe mit Stufen sind.
Steuerstab (1) für einen Siedewasserreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hafniumrohre (2) durch Befestigungsstifte (8U, 8L) auf der oberen und unteren Endplatte (9U, 9L) befestigt sind, die sowohl den zungenförmigen Abschnitt (7U, 7L) der Endplatten (9U, 9L) als auch die Hafniumrohre (2) durchqueren.
Steuerstab (1) für einen Siedewasserreaktor nach Anspruch 1, wobei die Hülle (10) aus einem hohlen Rohr mit im Wesentlichen parallelen geraden Querschnitten besteht, das an beiden Seitenenden einen U-förmigen oder runden Endquerschnitt aufweist und wobei das reaktivitätssteuernde Material im hohlen Rohr angeordnet ist.
Steuerstab (1) für einen Siedewasserreaktor nach Anspruch 1, wobei der obere Abschnitt der oberen Endplatte (9U) an den Griff (5) geschweißt ist und der untere Abschnitt der unteren Endplatte (9L) an das untere Trägerelement (6) oder Fall-Geschwindigkeitsbegrenzer geschweißt ist.
Herstellungsverfahren eines Steuerstabs für einen Siedewasserreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das folgende Schritte aufweist: Befestigung eines Griffs (5) auf einen axialen, oberen Abschnitt eines Zugstabs (4) und eines unteren Trägerelements (6) oder Fall-Geschwindigkeitsbegrenzers auf einen axialen, unteren Abschnitt des Zugstabs (4), um eine erste Einheit (1A) zu bilden; Befestigung einer oberen Endplatte (9U) auf einen axialen, oberen Abschnitt einer Hülle (10), die das reaktivitätssteuernde Material enthält und einer unteren Endplatte (9L) auf einen axialen, unteren Abschnitt der Hülle (10), und Befestigung eines oberen Abschnitts der oberen Endplatte (9U) an den Griff (5) und eines unteren Abschnitts der unteren Endplatte (9L) am Trägerelement (6) oder Fall-Geschwindigkeitsbegrenzer, um die erste Einheit (1A) mit der zweiten Einheit (1B) zu verbinden.