DE69102492T2

DE69102492T2 - Innere Anlage eines Stabbündelführungskernreaktors.

Info

Publication number: DE69102492T2
Application number: DE69102492T
Authority: DE
Inventors: Jacques Baujat; Gerard Chevereau
Original assignee: Framatome SA
Current assignee: Areva NP SAS
Priority date: 1990-05-07
Filing date: 1991-05-03
Publication date: 1994-10-27
Anticipated expiration: 2011-05-04
Also published as: JPH0792290A; CN1057357A; CN1027109C; ATE107430T1; FR2661771A1; JP3001667B2; ZA913267B; US5183628A; DE69102492D1; KR910020747A; KR100236996B1; EP0456562A1; FR2661771B1; EP0456562B1

Description

Diese Erfindung betrifft die obere innere Anlage eines Kernreaktors und findet eine besonders wichtige Anwendung bei wassergekühlten und -moderierten Reaktoren.
Sie betrifft insbesondere die innere Anlage oberhalb des Reaktorkerns eines Kernreaktors, die aus einer mit Öffnungen für das Austreten des Kühlmittels aus dem Kern versehenen unteren Platte, aus einer oberen Platte, aus Trägersäulen, die die Platten miteinander verbinden, aus Führungen für Steuerstabbündel, die senkrecht zwischen einer in den Kern eingefahrenen Stellung und einer aus letzterem ausgefahrenen Stellung verschiebbar sind, besteht, wobei jede dieser Führungen einen an der oberen Platte befestigten oberen Abschnitt und einen sich zwischen der oberen und der unteren Platte erstreckenden unteren Abschnitt aufweist.
Die Steuerstabbündel-Führungen haben zur Aufgabe, die Stäbe des Bündels zu führen, deren Verformung zu verhindern und diese Stäbe zu schützen, welche Stellung sie bei normalem Betrieb und bei Störungen auch einnehmen.
Häufig bestehen sie im oberen Bereich aus einem Rohr, über dessen Länge verteilt querliegende Platten angeordnet sind, die die Stäbe einzeln führen, sowie im unteren Bereich aus geschlitzten Rohren, die jeweils einem Stab zugeordnet sind
Es sind ebenfalls Stabbündel-Führungen bekannt, bei denen das Rohr durch senkrechte Träger ersetzt ist.
Die Führungen sind jeweils mit einer Vorrichtung zur Führung und Zentrierung ihres unteren Teils auf der die obere Platte des Reaktorkerns bildenden unteren Platte versehen. Es sind bei der innere Anlage verschiedene Führungs- und Zentriervorrichtungen der Führung zu der unteren Platte bekannt. Sie sind im allgemeinen dergestalt aufgebaut, daß die Führungen die Möglichkeit, sich axial zu bewegen, beibehalten, insbesondere um deren freie Dehnung in Betrieb zu ermöglichen oder um ggf deren Ein- oder Ausbau zu erleichtern, wobei zugleich das Führungsspiel überall so verringert wird, daß die Führungen unter der Einwirkung der von der Kühlungsflüssigkeit erzeugten Wirbel nicht vibrieren, und wobei zugleich die Möglichkeiten des seitlichen Ablenkungen der Führungen im Falle eines Erdbebens oder eines unvorhergesehenen Druck abfalls des Kernreaktors durch einen Rohrbruch in dem Kühlungsflüssigkeits-Sammelleitungssystem beim Austritt aus dem Reaktorkern eingeschränkt werden, dadurch können die Führungen eine korrekte Ausrichtung zu den Brennelementbündeln bewahren und können die Steuerstabbündel sich frei bewegen.
Diese Führungsvorrichtungen bestehen häufig aus elastischen Organen, die den Nachteil haben, daß sie alle vorgenannten Funktionen zugleich gewährleisten. Damit erweist sich ihre Konstruktion als schwierig, da sie ausreichend biegsam sein müssen, um sich beim Einbau an ungenaue Fluchtlinien anzupassen, die sich aus Herstellungstoleranzen der Führungen und der unteren und oberen Platte der oberen inneren Anlage ergeben, und zugleich ausreichend steif sein müssen, um das Vibrieren der Führungen zu verhindern, ohne daß dadurch beim Einbau in den elastischen Organen zu starke Spannungen erzeugt werden.
Die Schrift FR-A-2 591018 beschreibt eine Stabbündelführung, die, um die Zentrierfunktion von der Funktion der Beschränkung der Amplitude der seitlichen Ablenkungen abzutrennen, eine Führungs- und Zentriervorrichtung umfaßt, die aus einem Satz von mehreren steifen Plättchen mit radialem Spiel in einer Öffnung der unteren Platte sowie aus einem Satz von mehreren biegsamen Plättchen besteht, die in Ruhestellung eine derartige Form haben, daß sie federnd auf dem Rand der Öffnung in der unteren Platte aufliegen. Diese Lösung stellt einen Fortschritt gegenüber den zuvor bekannten Lösungen dar. Jedoch trennt sie die Zentrierfunktion nicht vollkommen von der Funktion der Vibrationsbegrenzung ab, da die Auflage der biegsamen Plättchen an der einen und an der anderen teilhat.
Diese Erfindung hat zur Aufgabe, eine innere Anlage auszuführen, die Führungsvorrichtungen mit expliziter Trennung der verschiedenen Funktionen aufweist. Zu diesem Zweck wird in dieser Erfindung eine Anlage der oben definierten Art vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der untere Abschnitt einen Sockel zur Auflage auf einer kegelstumpfförmigen Sitzfläche aufweist, die mit der unteren Platte fest verbunden ist, und daß er der Einwirkung elastischer Organe ausgesetzt ist, die eine Kraft ausüben, die den Sockel auf den Sitz drückt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsart ist der obere Abschnitt an der oberen Platte befestigt und befindet sich oberhalb dieser, und sind die elastischen Organe zwischen dem Ende des oberen Abschnitts und einem Element wie zum Beispiel einer beweglichen Platte, die in dem oberen Abschnitt gleiten kann und mit dem unteren Abschnitt fest verbunden ist, zusammengedrückt. Der untere Abschnitt wird im allgemeinen durch gleitende Schubkeile in einer bestimmten Ausrichtung zur oberen Platte und/oder zur unteren Platte gehalten.
Der untere Abschnitt kann mehrere senkrechte Träger aufweisen, zum Beispiel vier an der Zahl, die die gleichmäßig beabstandeten Führungsquerplatten, in denen Öffnungen mit geeigneter Form zur Verteilung der Stäbe in dem Steuerstabbündel ausgeführt sind, miteinander verbinden. Die oberen Enden der Träger können durch einen Flansch zusammengehalten werden, der mit dem Element verbunden ist, das über Schubstangen der Krafteinwirkung elastischer Organe ausgesetzt ist. Die Träger können nach unten bis zum Sockel verlaufen oder an der letzten Querplatte enden, die dann durch einzelnne geschlitzte Führungsrohre mit dem Sockel verbunden ist.
Die Trägersäulen, die die obere und die untere Platte miteinander verbinden, sind vorteilhafterweise um die jeweiligen unteren Führungsabschnitte herum angeordnet. Diese Säulen können aus Rohren ohne Öffnung bestehen, wenn die untere Platte mit Auslaßbohrungen für die zwischen den Säulen austretende Kühlflüssigkeit versehen ist und wenn die Brennelementbündel dergestalt vorgesehen sind, daß die Kühlflüssigkeit, die sie überspült hat, zu diesen Auslaßbohrungen gelangen kann. Andernfalls sind Auslaßbohrungen für die Kühlflüssigkeit im unteren Teil der Säulen vorgesehen, wo die Stäbe der Steuerstabbündel einzeln durch geschlitzte Rohre oder ähnliche Teile vor der Einwirkung der Kühlflüssigkeit geschützt sind.
Bei jeder beliebigen Ausführungsart ist die Funktion der Zentrierung und Absorption des Montagespiels überall, die durch den Kontakt zwischen dem Sockel und dem Sitz gewährleistet wird, von der Funktion der Vibrationsbegrenzung abgetrennt, die durch die elastischen Mittel gewährleistet wird.
Die Erfindung geht näher aus der folgenden Beschreibung besonderer Ausführungsarten hervor, die als nicht einschränkende Beispiele gelten. In der Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, wobei
Fig. 1 eine vereinfachte Ansicht in senkrechtem Schnitt von dem oberen Teil eines Reaktors zeigt, bei dem die Erfindung angewendet werden kann,
Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II der Figuren 3 bis 6 zeigt die eine bei dem Reaktor von Fig. 1 anwendbare erfindungsgemäße Führungsvorrichtung in Vergrößerung darstellt,
die Figuren 3 bis 6 Schnittansichen entlang der Linien III- III, IV-IV, V-V und VI-VI von Fig. 2 zeigen,
die Figuren 5 und 6 wie Fig. 4 Ausführungsvarianten zeigen.
Die Erfindung wird als Beispiel für ihre Anwendung bei einem Druckwasserreaktor der in Fig. 1 gezeigten Art beschrieben. Der in Fig. 1 gezeigte Kernreaktor weist ein Druckgefäß 10 auf, das dem Druck des Wassers standhält, das Kühlmittel und Moderator bildet. Das Gefäß ist durch einen Deckel 12 verschlossen, der die Mechanismen 14 zum Verschieben der Steuerstabbündel hält, von denen nur eines 16 dargestellt ist. Das Gefäß 10 enthält den Reaktorkern 18, der durch Aneinanderfügen von Brennelementbündeln gebildet wird, die jeweils ein Kerngerüst und ein Bündel von Brennelementen aufweisen, die in einem viereckigen oder dreieckigen Netz gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Das Kerngerüst der Brennelementbündel besteht aus Führungsrohren (nicht dargestellt), in denen Absorberstäbe gleiten können, die zu den Steuerstabbündeln (oder ggf. zu den Stabbündeln zum Variieren des Energiespektrums der Neutronen) gehören.
Oberhalb des Reaktorkerns befindet sich eine im allgemeinen mechanisch-geschweißte Anordnung, die mit dem Begriff obere innere Anlage bezeichnet wird. Diese Anordnung erfüllt mehrere Funktionen. Sie sammelt das aus dem Reaktorkern austretende Hochtemperaturwasser und leitet es zu der Auslaßverrohrung oder den -verrohrungen 22 des Getäßes 10. Sie hält und gewährleistet die Zentrierung der Brennelementbündel 18 zueinander. Und schließlich führt sie die Steuerstabbündel 16, mit denen zumindest manche der Brennelementbündel bestückt sind, bei deren senkrechtem Verschieben.
Die in Fig. 1 gezeigte obere innere Anlage umfaßt eine untere Platte 24, die den Schub der Brennelementbündel aufnimmt, die dem austretenden Druckwasser ausgesetzt sind, und eine obere Platte 26, die die Resultierende der Kräfte, die auf die gesamte obere innere Anlage ausgeübt werden, an das Gefäß 10 und dessen Deckel 12 überträgt. Die Platten 24 und 26 sind durch rohrförmige Verstrebungssäulen 28 miteinander verbunden.
Und schließlich sind Stabbündelführungen an der Senkrechten jedes Mechanismus 14 vorgesehen. Jede Stabbündelführung besteht dabei aus einem oberen Abschnitt 30 und einem unteren Abschnitt 32. Jeder der oberen Abschnitte ist starr an der oberen Platte 26 befestigt. Er besteht aus einem rohrförmigen Körper, der an seinem unteren Ende mit einem Flansch abschließt der auf der Oberseite der Platte 26 aufliegt und ist an seinem oberen Ende durch ein Ende 33 verschlossen, das eine zentrale Bohrung 34 für den Durchgang der Steuerstange des Stabbündels aufweist. Der Flansch ist an der oberen Platte 26 durch abmontierbare Mittel von beliebiger Art wie z. B. Schrauben 36 befestigt.
Der untere Abschnitt 32 besteht bei der dargestellten Ausführungsart aus einem Kerngerüst, das unten mit einem Sockel 40 endet, der dazu gedacht ist, auf einem mit der unteren Platte 24 fest verbundenen Sitz 42 aufzuliegen. Das Kerngerüst umfaßt auch senkrechte Träger 38 zur Verbindung von
- mehreren in regelmäßigen Abständen angeordneten Querplatten 44 mit einem Ausschnitt, der der verteilten Anordnung der Absorberstäbe bei dem Steuerstabbündel entspricht (Figuren 4 und 5)
- einem oberen Flansch 46, dessen Verschieben nach unten durch einen Absatz begrenzt wird, der an der unteren Platte 26 ausgeführt ist, wobei die Länge des Kerngerüsts dergestalt beschaffen ist, daß ein Spiel zwischen dem Flansch und dem Absatz bleibt, wenn der Sockel 40 auf dem Sitz 42 aufliegt.
Bei der dargestellten Ausführungsart sind die unterste Querplatte 44 und der Sockel 40 durch durchgehende, geschlitzte Führungsrohre 52 der Stäbe des Stabbündels verbunden, die diese Stäbe vor dem Auslaufen von Kühlmittel schützen und die Träger ersetzen.
Der Sitz 42 wird im allgemeinen von einem Teil gebildet, das an der unteren Platte 24 angebracht ist und sich in Anlage an einem Absatz befindet, der um eine Öffnung 48 herum ausgeführt ist, die in Ausrichtung mit einem Brennelementbündel des Reaktorkerns durch die Platte 24 gebohrt ist.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsart der Erfindung wird die obere Platte 26 von einem Kasten mit einer eigentlichen Platte und einer Trennwand 50 gebildet, die mit der Platte 26 durch nicht dargestellte Mittel fest verbunden ist und einen Raum abgrenzt der mit Kühlmittel gefüllt ist. Die Trägersäulen 28 sind alle um einen unteren Abschnitt 32 herum angeordnet und schließen jeweils mit Flanschen ab, von denen der eine an der Trennwand 50 und der andere, beispielsweise mit Schrauben, an der unteren Platte 24 befestigt ist.
Wenn der Reaktor dergestalt vorgesehen ist, daß der Ausfluß aus den Brennelementbündeln durch die Auslaßöffnungen 48 und die Sockel 40 erfolgt, sind große Öffnungen 54 (Fig. 1) am unteren Ende der Säulen ausgeführt. Wenn jedoch die Durchgangsöffnungen für den Auslaß der Kühlflüssigkeit aus dem Reaktorkern in der unteren Platte 24 zwischen den Säulen 28 vorgesehen sind, sind diese großen Öffnungen nicht mehr nötig.
Jede erfindungsgemäße Stabbündelführung umfaßt elastische Mittel, um den Sockel 40 an eine in dem Sitz 42 ausgeführte Fläche anzudrücken. In dem dargestellten Fall ist die in dem Sitz ausgeführte Fläche kegelstumpfförmig und die Anlagefläche des Sockels ist ebenfalls kegelstumpfförmig, wodurch eine gute Zentrierung des Sockels und damit des unteren Teils der Stabbündelführung auf den Sitz 42 gewährleistet ist. Das gleiche Ergebnis könnte mit einer kegelstumpfförmigen Lagerfläche und einer Anlagefläche mit der Form einer Kugelkappe erreicht werden.
Die in den Figuren 2 bis 4 dargestellten elastischen Mittel bestehen aus Federn 56, drei an der Zahl, die jeweils zwischen dem Ende 33 des oberen Abschnitts 30 und einer beweglichen Platte 58 zusammengedrückt sind, die senkrecht in dem Körper des oberen Abschnitts gleiten kann. Die bewegliche Platte 58 ist mit dem Flansch 46 durch Schubstangen 60 verbunden, die in Platten 62 geführt werden, die an dem Körper des oberen Abschnitts befestigt sind und die Gefahr einer Verbiegung verringern.
Die aus dem unteren Abschnitt 32, den Stangen 60 und der Platte 58 bestehende bewegliche Einrichtung wird mit einer bestimmten Ausrichtung durch Mittel geführt und gehalten, die in dem dargestellten Fall
- einen gleitenden Schubkeil des Sockels 40 an der Säule 28, der beispielsweise aus einem Teil 64 besteht, das in eine senkrechte Rille des Sockels 40 eingreift,
- Stifte 66, die an dem Flansch 46 befestigt sind und in Blindlöchern gleiten, die an dem oberen Abschnitt 30 ausgeführt sind,
umfassen
Die Federn 56 werden allgemein durch Schrauben 68 geführt, die durch sie hindurch verlaufen und deren Kopf in dem Ende 33 gleitet. Schließlich können Haltestangen 70 an der beweglichen Platte 58 befestigt sein, um den unteren Abschnitt 32 bei dem Einbau der Führung in die innere Anlage zu halten.
Die Federn 56 können in der Senkrechten einen geringen Raumbedarf haben, da sie sehr steif sein können und die Längenänderungen der Federn beim Andrücken der Sockel 40 an die jeweiligen Sitze 42 nicht mehr als ein paar Millimeter betragen. In der Praxis werden diese Federn und ihre Zusammendrückung dergestalt vorgesehen, daß die Andruckkraft des Sockels an seinem Sitz ca. 1200 N beträgt. Ferner befinden sie sich in einem Bereich mit einer relativ schwachen Strahlungsdosis, wodurch ihre Langlebigkeit gewährleistet ist. Die Lagerfläche des Sitzes hat häufig eine Konizität zwischen 25º und 45º.

Claims

1. Innere Anlage eines Kernreaktors oberhalb des Reaktorkerns mit einer unteren Platte (24), die mit Ausgangsöffnungen versehen ist für den Austritt des Kühlmittels aus dem Reaktorkern und einer oberen Platte (26) mit Trägersäulen (28), die die Platten verbinden und Führungen für senkrecht verschiebbare Steuerstabbündel (16), wobei jede dieser Führungen einen oberen Abschnitt (30) aufweist, der an der oberen Platte (26) befestigt ist, und einen unteren Abschnitt (32), der sich zwischen der oberen (26) und der unteren Platte (24) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Abschnitt (32) einen Sockel (40) zur Auflage auf einer kegelstumpfförmigen Lagerfläche (42) aufweist, die mit der unteren Platte (24) fest verbunden ist und wobei der untere Abschnitt einer Kraft elastischer Organe (56) ausgesetzt ist, die eine Andruckkraft des Sockels auf den Sitz erzeugen.

2. Innere Anlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Abschnitt (30) an der oberen Platte (26) oberhalb der Platte befestigt ist und dadurch, daß die elastischen Organe (56) zwischen dem Ende (33) des oberen Abschnitts und einem Element (58), das mit dem unteren Abschnitt (32) fest verbunden ist, komprimiert sind.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem unteren Abschnitt fest verbundene Element (58) aus einer beweglichen Platte besteht, die über die Führungsorgane (62) im oberen Abschnitt durchquerende Schiebestäbe (60) mit dem unteren Abschnitt (32) Abschnitt verbunden ist.

4. Anlage nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Abschnitt mehrere senkrechte Träger aufweist, die einen oberen Flansch (46), der der Kraft der elastischen Organe ausgesetzt ist, mit Querplatten (44) zur Führung der Stäbe des in der Führung und dem Sockel (40) enthaltenen Bündels gegebenenfalls über geschlitzte Rohre (52) zur Führung der Stäbe im unteren Teil des unteren Abschnitts (32) verbinden.

5. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Halterungsmittel für den Sockel (40) in einer vorbestimmten Relativlage zu der unteren Platte (24)

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Halterung in einer vorbestimmten Relativlage aus gleitenden Schubkeilen des Sockels (42) bestehen.

7. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägersäulen (28) um die jeweiligen unteren Abschnitte (32) herum angeordnet sind.