DE69107438T2

DE69107438T2 - Schlüssel zum Einsetzen von Kernbrennstäben in die Aussenzellen von Abstandshaltern und Methode zur Benützung eines solchen Schlüssels.

Info

Publication number: DE69107438T2
Application number: DE69107438T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey Scott Whitt
Original assignee: B&W Fuel Co
Current assignee: B&W Fuel Co
Priority date: 1991-01-24
Filing date: 1991-12-13
Publication date: 1995-06-14
Anticipated expiration: 2011-12-14
Also published as: EP0496161A1; US5061437A; EP0496161B1; DE69107438D1

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Kernbrennstoffanordnungen und speziell ein Werkzeug und ein Verfahren zum Beladen von Abstandshalter-Außenzellen einer Kernbrennstoffanordnung mit Kernbrennstäben.
Abstandshalter, die in gewerblichen Kernbrennstoffanordnungen verwendet werden, werden mit Anschlägen hergestellt, die Kernbrennstäbe an ihrer Stelle halten, wenn sich die Kernbrennstoffanordnung in ihrem montierten Zustand befindet. Während der Herstellung der Kernbrennstoffanordnung werden die Anschläge von der Mittellinie einer jeden Abstandshalterzelle weggezogen, um den freien Durchgang des Kernbrennstabes in und durch den Abstandshalter zu gestatten. Ein Verkeilen der Anschläge, um zu bewirken, daß sie von der Mittellinie ihrer Abstandshalter weggezogen werden, erfolgt typischerweise unter Verwendung eines rechteckigen Drahtes, der in und durch die Fenster des Abstandshalters eingesetzt wird, wie beispielsweise in der JP-01 181 699/90 erläutert ist. Der Drahtschlüssel erstreckt sich über die volle Breite des Abstandshalters und wird derart gedreht, daß der dickste Querschnitt des Schlüssels den Streifenabschnitt rückwärts festkeilt und so den Anschlag wegzieht. Der Schlüssel wird durch maschinelle Bearbeitung mit Ausschnitten versehen, um eine Störung der Kernbrennstäbe auszuschließen, wenn er in der gedrehten Position ist. Bei einigen Abstandshaltergestaltungen kann der rechteckige Drahtschlüssel nicht verwendet werden, um die auf dem Abstandshalteraußenstreifen angeordneten Anschläge wegzuziehen. Diese Beschränkung wird typischerweise durch eine Abstandshaltereckengestaltung verursacht, die keinen passenden Durchgang des rechteckigen Drahtes durch das Eckfenster erlaubt. In diesen Fällen ist eine andere Schlüsselgestalt oder ein anderes Herstellungsverfahren erforderlich. Eine bekannte Gestaltung verwendet einen maschinell bearbeiteten Stab mit kleinen Schlüsseln, die unter Verwendung von Sprengringen an ihm befestigt sind. Die Stabsitze auf den Außenoberflächen des Abstandshalters und die Schlüssel (zwei gedrehte Durchmesser mit auf dem größeren Durchmesser um 180º entfernt eingefrästen Flachstellen) sind mit den Abstandshalterfensteröffnungen abgeglichen. Eine andere Befestigung wird dann verwendet, um die Abstandshalterstreifen zu einer offenen Position zu spannen, und die Schlüssel werden gedreht, um unter den äußeren Kanten des Abstandshalterstreifens anzugreifen.
Bisherige Vorschläge bezüglich Kernbrennstoffanordnungen und der Beladung mit Kernbrennstäben schließen ein:
die Patentschrift US-A-3 933 583, die eine Abstandshalterkonstruktion mit länglichen Schlitzen zwischen und senkrecht zu den Längskanten jedes der Streifen an jeder Schnittstelle der Streifen beschreibt, wobei die Schlitze Öffnungen in jeder Ecke eines jeden Durchgangs bilden;
die EP-A-0 196 609 entsprechend der Patentschrift US-A-4 651 403 beschreibt die Verwendung mehrerer länglicher Eckpfosten, die sich in Längsrichtung zwischen oberen und unteren Düsen erstrecken und diese starr miteinander verbinden, um ein starres Strukturskelett der Kernbrennstoffanordnung zu bilden;
die Patentschrift US-A-4 489 037, die eine Vorrichtung zur automatischen Einstellung einer Kanalkastenpaßstellung beschreibt, um die Positionseinstellung eines Kanalkastens zum Aufpassen auf eine Kernbrennstoffanordnung zu erleichtern;
die Patentschrift US-A-4 747 997, die eine Kernbrennstabbeladungseinrichtung zum Ziehen von Kernbrennstäben in ein Kernbrennstoffgerüst beschreibt, das eine Stabgreifeinrichtung mit Finger definierenden Schlitzen hat;
die Patentschriften US-A-4 664 874, US-A-4 664 875 und US-A-4 667 547, die Befestigungen bezüglich des Einsetzens und Entfernens oberer Düsen beschreiben; und
die Patentschrift US-A-4 800 061, die die Verwendung eines dünnwandigen Rohrteils beschreibt, welches einen Kernbrennstab während des Einsetzens umhüllt und dann nach dem Einsetzen des Kernbrennstabes in den Abstandshalter entfernt wird.
Solche bisherigen Vorschläge befassen sich nicht mit dem speziellen Problem einer Beladung äußerer Abstandshalterzellen mit Kernbrennstäben. Daher besteht ein Bedarf für ein Verfahren und Werkzeug, die die Einführung von Kernbrennstäben in äußere Abstandshalterzellen vereinfachen.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung bekommt man einen Abstandshalterschlüssel zum Verkeilen äußerer Abstandshalterzellen in einer Kernbrennstoffanordnung mit
a) einem Hauptkörperabschnitt mit ersten und zweiten Enden, wobei der Hauptkörperabschnitt nahe dem ersten Ende in einem Winkel von etwa 45º umgebogen ist, und
b) zwei Zungen, die sich in entgegengesetzten Richtungen von dem ersten Ende aus in einem rechten Winkel zu dem Hauptkörperabschnitt nach außen erstrecken, um an dem ersten Ende eine T-Form zu definieren, wobei die Breite quer zu beiden Zungen etwa 6,7 mm (0,265 Inch) ist und die Dicke der Zungen größer als ihre Länge ist.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung bekommt man ein Verfahren zur Verkeilung äußerer Abstandshalterzellen in einer Kernbrennstoffanordnung mit Abstandshalteranordnungen, die von überlappenden Abstandshalterstreifen gebildet werden, wobei die Abstandshalteranordnungen innere und äußere Abstandshalterzellen bilden, indem man
a) einen Abstandshalterschlüssel mit einem T-förmigen ersten Ende und einem in einem Winkel von etwa 45º umgebogenen Hauptkörperabschnitt in das Fenster des äußeren Abstandshalterstreifens der äußeren Abstandshalterzelle derart einführt, daß die Spitze des T-förmigen ersten Endes in dem Fenster und parallel zu der Längsachse der Abstandshalteranordnung ist,
b) den Hauptkörperabschnitt des Abstandshalterschlüssels um etwa 90º derart dreht, daß die Spitze des T-förmigen ersten Endes senkrecht zu der Längsachse der Abstandshalteranordnung und hinter dem äußeren Abstandshalterstreifen ist,
c) den Hauptkörperabschnitt von dem äußeren Abstandshalterstreifen in einer vertikalen Drehbewegung wegzieht, um ihn um etwa 90º zu einer vertikalen Stellung zu bewegen, wobei die Spitze des T-förmigen ersten Endes den äußeren Abstandshalterstreifen von der Mitte seiner durch die Abstandshaiteranordnung definierten Zellen wegzieht.
Ein solches Werkzeug für die Einführung von Kernbrennstäben in äußere Abstandshalterzellen kann in einem Ansatzverfahren hergestellt werden, kann relativ billig herzustellen sein, erfordert keine Montage und enthält keine sich gegeneinander bewegende Teile. Jeder der Schlüssel arbeitet unabhängig in jedem Abstandshalterfenster und wird in einem offenen Fenster des äußeren Abstandshalters plaziert. Der Schlüssel wird dann in dem Fenster um 90º derart gedreht, daß er senkrecht zu dem Innenstreifen ist, auf dem er aufsitzt. Der Schlüssel wird dann vorwärts in einer Bewegung gezogen, die bewirkt, daß ein breiterer Abschnitt des Schlüssels den äußeren Abstandshalterstreifenabschnitt anhebt, mit dem er in Berührung kommt.
Die Erfindung wird schematisch beispielhalber in der beiliegenden Zeichnung erläutert, worin
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Abstandshalterschlüssel zum Verkeilen äußerer Abstandshalterzellen nach der Erfindung ist,
Fig. 2 eine Seitenansicht entsprechend Fig. 1 ist,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung entsprechend Fig. 1 ist,
Fig. 4 eine Vorderansicht ist, die das Arbeiten des Abstandshalterschlüssels von Fig. 1 mit einem äußeren Abstandshalterstreifen erläutert,
Fig. 5 eine Seitenansicht ist, die den Abstandshalterschlüssel von Fig. 1 in einen äußeren Abstandshalterstreifen vor dem Anheben des äußeren Abstandshalterstreifens eingesetzt erläutert, und
Fig. 6 eine Seitenansicht ist, die die Arbeitsstellung des Abstandshalterschlüssels von Fig. 1 beim Anheben des äußeren Abstandshalterstreifens erläutert.
Bezieht man sich nun auf die Zeichnung, so kann man in den Fig. 1 bis 3 sehen, daß ein Abstandshalterschlüssel 10 in der Form eines rechteckigen Stabes ausgebildet ist, um einen Hauptkärperabschnitt 12 mit ersten und zweiten Enden 14, 16 zu bekommen. Der Körperabschnitt 12 ist nahe dem ersten Ende 14 umgebogen, um in dem Hauptkörperabschnitt 1 2 einen 45º-Winkel zu bilden. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Biegung in dem Hauptkörperabschnitt 12 etwa 4,8 mm (0,19 Inch) von dem ersten Ende 14 aus und hat einen Biegeradius von etwa 2,3 mm (0,09 Inch).
Das erste Ende 14 ist mit zwei rechteckigen Fortsätzen oder Zungen 18 versehen, die sich in entgegengesetzten Richtungen von dem ersten Ende 14 aus in einem rechten Winkel zu dem Hauptkörperabschnitt 12 nach außen erstrecken, um eine T-Form an dem ersten Ende 14 zu definieren. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Zungen 18 einstückig mit dem Hauptkörperabschnitt 12 ausgebildet, um die Herstellung zu erleichtern und die Festigkeit zu verbessern. Aus Gründen der Klarheit werden die folgenden Ausdrücke bei der Bezeichnung der verschiedenen Abmessungen der Zungen 18 und des Hauptkörperabschnittes 12 verwendet. Die Abmessung der Zungen 18 in der Richtung von den ersten Enden 14 zurück zu der Biegung in dem Hauptkörperabschnitt 12 soll als die Länge der Zungen 18 bezeichnet werden. Die Abmessung quer zu beiden Zungen 18 soll als die Breite quer zu den Zungen 18 bezeichnet werden, wobei die entsprechende Abmessung quer zu dem Hauptkörperabschnitt 12 als die Breite des Hauptkörperabschnitts 12 bezeichnet wird. Die Dicke der Zungen 18 und des Hauptkörperabschnittes 12 ist jene Abmessung senkrecht zu der Breite.
Während der Einführung von Kernbrennstäben in äußere Abstandshalterzellen einer Kernbrennstoffanordnung wird der Abstandshalterschlüssel 10 in der folgenden Weise verwendet. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, wird das erste Ende 14 in ein Fenster 20 eines äußeren Abstandshalterstreifens 22 eingeführt. In dieser ersten Stellung sind die Zungen 18 parallel zu der Längsachse der Abstandshalteranordnung 24, dem äußeren Abstandshalterstreifen 22 und einem inneren Abstandshalterstreifen 26. Jede Abstandshalteranordnung 24, die in einer Kernbrennstoffanordnung verwendet wird, um Kernbrennstäbe radial in Bezug zueinander anzuordnen, wird von mehreren Abstandshalterstreifen gebildet, die einander überlappen, um Zellen zwischen den Streifen zu bilden, die die Kernbrennstäbe aufnehmen. Der Hauptkörperabschnitt 12 wird derart angeordnet, daß der Außenradius der Biegung in dem Hauptkörperabschnitt 12, der mit dem Bezugszeichen 28 versehen ist, von dem äußeren Abstandshalterstreifen 22 wegblickt und der Innenradius der Biegung, der mit dem Bezugszeichen 30 versehen ist, zu dem äußeren Abstandshalterstreifen 24 hinblickt. Der Hauptkörperabschnitt 12 wird dann um 90º in eine Position gedreht, in welcher der Hauptkörperabschnitt 12 parallel zu der Längsachse der Abstandshalteranordnung 24 ist, die Zungen 18 senkrecht zu der Längsachse der Abstandshalteranordnung 24 sind und das erste Ende 14 auf der Kante des inneren Abstandshalterstreifens 26 ruht. In dieser Position erstrecken sich die Zungen 18 über die Kante des Fensters 20. Der Hauptkörperabschnitt 12 wird dann von dem äußeren Abstandshalterstreifen 22 weggezogen und um etwa 90º in einer vertikalen Drehbewegung bewegt. Wie aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich ist, bewirkt dies. daß sich der Außenradius 28 gegen den inneren Abstandshalterstreifen 26 abstützt und die Zungen 18 den äußeren Abstandshalterstreifen 22 auswärts ziehen, wenn der Hauptkörperabschnitt 12 bewegt wird. Wenn der Hauptkörperabschnitt 12 bewegt wird, bewirkt dies eine Drehung der Zungen 18 aus ihrer ersten Position, wo ihre Länge zwischen dem äußeren Abstandshalterstreifen 22 und dem inneren Abstandshalterstreifen 26 ist, zu einer zweiten Position, wo die Dicke der Zungen 18 zwischen dem äußeren Abstandshalterstreifen 22 und dem inneren Abstandshalterstreifen 26 ist. Da die Dicke der Zungen 18 größer als ihre Länge ist, gibt es eine Nockenwirkung, die eine Verkeilung oder ein Anheben des äußeren Abstandshalterstreifens 22 bewirkt. Eine Vertiefung 32 auf der Innenseite des äußeren Abstandshalterstreifens 22 wird somit von der Zelle weg bewegt, und ein Kernbrennstab kann dann in die Zelle eingesetzt werden, ohne daß die Vertiefung 32 an dem Kernbrennstab kratzt. Nachdem ein Kernbrennstab eingesetzt wurde, wird der Abstandshalterschlüssel 10 durch Umkehr seiner Bewegungen entfernt, die bewirkt wurden, um das Einsetzen des Kernbrennstabes zu gestatten. Zur Erleichterung einer Erläuterung ist nur ein Teil der Abstandshalteranordnung 24 gezeigt. Der Abstandshalterschlüssel 10 kann aus irgendeinem geeigneten Material bestehen, wie 17 - 4 ph-rostfreiem Stahl oder Nylon oder anderen Kunststoffen, die stark genug für eine solche Verwendung sind und leicht durch ein Formverfahren erzeugt werden. Die Länge und Dicke der Zungen 18 werden je nach der Type der Abstandshalteranordnung und dem Raum zwischen dem inneren Abstandshalterstreifen 26 und dem äußeren Abstandshalterstreifen 22 eingestellt. Beispielsweise war in einem getesteten Zircalloy-Abstandshalter die Abmessung der Zungen 18 von dem ersten Ende 14 rückwärts bis zu der Biegung (die Länge der Zungen 18) vorzugsweise 0,89 mm (0,035 Inch), während in einem Inconel-Abstandshalter die bevorzugte Abmessung 1,7 mm (0,068 Inch) war. Die Breite des Hauptkörperabschnittes 12 für solche Abstandshalter war 2,5 mm (0,100 Inch) bzw. 4,6 mm (0,180 Inch), währenddie Dicke des Hauptkörperabschnittes 12 und der Zungen 18 1,5 mm (0,059 Inch) bzw. 2,0 mm (0,078 Inch) war. Die Breite quer zu beiden Zungen 18 war für jede Abstandshaltertype vorzugsweise 6,7 mm (0,265 Inch). Die bevorzugte Länge des Hauptkörperabschnittes 12 von der Biegung zu dem zweiten Ende war 19,1 mm (0,75 Inch).

Claims

1. Abstandshalterschlüssel (10) zum Verkeilen äußerer Abstandshalterzellen in einer Kernbrennstoffanordnung mit

a) einem Hauptkörperbschnitt (12) mit einem ersten (14) und einem zweiten (16) Ende, wobei der Hauptkörperabschnitt (12) nahe dem ersten Ende (14) in einem Winkel von etwa 45º umgebogen ist, und

b) zwei Zungen (18), die sich in entgegengesetzten Richtungen von dem ersten Ende aus in rechten Winkeln zu dem Hauptkörperabschnitt (12) nach außen erstrecken, um eine T-Form an dem ersten Ende (14) zu ergeben.

2. Abstandshalterschlüssel nach Anspruch 1, bei dem die Dicke der Zungen (18) größer als ihre Länge ist.

3. Abstandshalterschlüssel nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem der Hauptkörperabschnitt (12) etwa 4,8 mm (0,19 Inch) von dem ersten Ende (14) aus umgebogen ist.

4. Abstandshalterschlüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Breite quer zu den beiden Zungen (18) etwa 6,7 mm (0,265 Inch) ist.

5. Abstandshalterschlüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Innenradius der Biegung an dem Hauptkörperabschnitt (12) etwa 2,3 mm (0,09 Inch) ist.

6. Verfahren zur Verkeilung äußerer Abstandshalterzellen in einer Kernbrennstoffanordnung mit Abstandshalteranordnungen, die von überlappenden Abstandshalterstreifen gebildet sind, wobei die Abstandshalteranordnungen innere und äußere Abstandshalterzellen bilden, indem man

a) einen Abstandshalterschlüssel (10) mit einem T-förmigen ersten Ende (14) und einem Hauptkörperabschnitt (12), der in einem Winkel von etwa 45º umgebogen ist, in das Fenster (20) des äußeren Abstandshalterstreifens (22) der äußeren Abstandshalterzelle derart einsetzt, daß die Spitze des T-förmigen ersten Endes (14) in dem Fenster (20) und parallel zu der Längsachse der Abstandshalteranordnung ist,

b) den Hauptkörperabschnitt (12) des Abstandshalterschlüssels (10) um etwa 90º derart dreht, daß die Spitze des T-förmigen ersten Endes (14) senkrecht zu der Längsachse der Abstandshalteranordnung und hinter dem äußeren Abstandshalterstreifen (22) ist,

c) den Hauptkörperabschnitt von dem äußeren Abstandshalterstreifen (22) in einer vertikalen Drehbewegung wegzieht, um ihn um etwa 90º zu einer vertikalen Position zu bewegen, wobei die Spitze des T-förmigen ersten Endes (14) den äußeren Abstandshalterstreifen (22) von der Mitte seiner Zelle, die durch die Abstandshalteranordnung definiert ist, wegzieht.