DE69605920T2

DE69605920T2 - Abstandhaltergitter für ein kernreaktorbrennstabbündel und brennstabbündel

Info

Publication number: DE69605920T2
Application number: DE69605920T
Authority: DE
Inventors: Bernard Petit
Original assignee: Areva NC SA; Framatome SA; Compagnie Generale des Matieres Nucleaires SA
Current assignee: Areva NP SAS
Priority date: 1995-06-29
Filing date: 1996-06-24
Publication date: 2000-05-04
Anticipated expiration: 2016-06-25
Also published as: KR19990028654A; DE69605920D1; EP0835510A1; ES2143212T3; EP0835510B1; FR2736190A1; KR100473438B1; FR2736190B1; CN1136584C; US5966419A; ZA965457B; CN1189236A; WO1997001849A1; TW307013B; JPH11508681A

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstabbündel für einen Kernreaktor, dessen Gestell strukturelle Abstandhaltergitter und zusätzliche Mischgitter für das Kühlmittelfluid des Reaktors umfaßt, die durch gekreuzt angeordnete Metallplättchen gebildet sind, welche Zellen begrenzen, die bevorzugt als quadratisches Maschengitter angeordnet sind.
Die Brennstabbündel für Kernreaktoren, insbesondere für Leichtwasser-Kernreaktoren, bestehen üblicherweise aus einem Bündel von Brennstäben, d. h. aus Rohren aus Material, welches die Neutronen in geringem Umfang absorbiert, die durch Tabletten aus spaltbarem Material geliefert werden. Das Brennstabbündel, welches eine Brenneinheit bildet, wird durch ein steifes bzw. starres Gerüst gehaltert, das Abstandhaltergitter umfaßt, die entlang der Länge des Bündels beabstandet sind, Führungsrohre, die in Längsrichtung eingeführt und im Innern bestimmter Zellen der Abstandhaltergitter festgesetzt sind, und Endansätze, welche das Verschließen des Gestells und die Halterung der Stäbe an jedem Ende des Brennstabbündels sicherstellen. Die strukturellen Abstandhaltergitter, die durch gekreuzte Plättchen gebildet sind und Zellen begrenzen, die entlang einem Netz aus üblicherweise quadratischen Maschen begrenzen, stellen die Querhalterung der Brennstäbe in dem Netz sicher, wobei die Brennstäbe sich in das Innere der Zellen der Gitter erstrecken. Auf diese Weise besitzen die Stäbe eine regelmäßige Anordnung in den Querrichtungen, bereitgestellt durch die Gitter. Bestimmte Zellen sind durch die Führungsrohre eingenommen, die an ihren Enden mit den Verschlußansätzen des Bündels bzw. der Einheit verbunden sind. Jede Zelle eines Abstandhaltergitters nimmt entweder einen Brennstab oder ein Führungsrohr auf.
Um die Halterung der Brennstäbe im Innern der Zellen der Abstandhaltergitter in Querrichtung und/oder axialer Richtung sicherzustellen, ist es erforderlich, auf die Stäbe quer gerichtete Kräfte auszuüben, zu welchem Zweck Halterungsvorrichtungen vorgesehen sind, welche durch die Wände des Gitters getragen sind und sich im Innern der Zelle erstrecken.
Jede der Zellen hat eine Abmessung derart, daß ein merkliches Spiel zwischen dem Stab und den Wänden der Zelle bereitgestellt ist. Dieses Spiel ist erforderlich, um das Strömen des Kühlmittels zu ermöglichen, und um die Montage der Stäbe im Bündel bzw. der Einheit zu erleichtern.
Die Halterungsvorrichtungen für die Stäbe im Innern der Zellen des Gitters müssen eine ausreichende Halterung der Stäbe in den Zellen sicherstellen, um Verschiebungen und Verformungen der Stäbe mit zu großen Amplituden ebenso zu vermeiden wie ein übermäßiges Verbiegen unter Einwirkung von Verformungen, die von Wärme und Strahlung herrühren.
Außerdem ist es erforderlich, zu vermeiden, daß auf die rohrförmige Hülle des Stabs eine übermäßige Einspannkraft ausgeübt wird, die eine Verbiegung der Hülle erzeugt. Es ist außerdem erforderlich, eine Befestigungsart bzw. eine Fixierungsart zu vermeiden, welche die Gefahr birgt, eine übermäßige Abnutzung der Hülle des Stabs hervorzurufen.
Es sind deshalb Halterungsvorrichtungen für die Brennstäbe in den Zellen von Abstandhaltergittern vorgeschlagen worden, welche einen akzeptablen Kompromiß zwischen diesen Forderungen sicherzustellen, die sich als gegenläufig herausstellen können. Außerdem ist es erforderlich, zur Bildung der strukturellen Gitter und der Halterungselemente für die Brennstäbe Materialien zu verwenden, die mechanische Eigenschaften haben, die bei der Nutzungstemperatur des Kernreaktors zufriedenstellend sind und eine gute Beständigkeit unter den Bedingungen aufweisen, die im Reaktorkern bei Anwesenheit von Kühlflüssigkeit des Reaktors und Strahlung herrschen.
Beispielsweise ist vorgeschlagen worden, Abstandhaltergitter aus einer Legierung hoher Elastizitätsgrenze zu verwirklichen, wie etwa aus Nickellegierung, wobei Federn und starre Anschläge zur Halterung der Stäbe durch Freischneiden und Heraustreiben bestimmter Abschnitte der das Gitter bildenden Plättchen gewonnen werden. Eine derartige Lösung hat jedoch den Nachteil, daß in die Einheit bzw. das Bündel ein relativ großes Volumen an die Neutronen absorbierendem Material eingeführt wird.
Außerdem ist vorgeschlagen worden, die Zellen des Gitters bildende Plättchen aus einem Material herzustellen, welches die Neutronen in geringem Umfang absorbiert, wie etwa eine Zirkonlegierung, wobei die Halterungselemente für die Brennstäbe auf diesen Plättchen aus Zirkonlegierung aufgebracht sind. Die Halterungselemente können durch Federn gebildet sein, die aus einer Legierung großer Elastizität und durch starre Anschläge aufgebracht sind, die auf den Plättchen gebildet sind, welche die verschiedenen Wände der Zellen des Gitters bilden, und zwar derart, daß in jeder Zelle die Federn auf Wänden in Gegenüberlage zu Wänden angeordnet, sind, auf welchen die starren Anschläge gebildet sind. Die Federn können beispielsweise durch ein Blatt aus elastischem Material gebildet sein, das zumindest teilweise das Plättchen umgibt und in sich geschlossen ist.
In der FR-A-2 474 229 (EP-0 033 263) ist es vorgeschlagen, doppelte Federn zu verwenden, d. h. Federn mit zwei aktiven Teilen, die dazu bestimmt sind, in Kontakt mit einem Brennstab zu gelangen, und zwar in zwei Zellen, die beiderseits des Plättchens angeordnet sind, auf welchen die Feder befestigt ist, auf dem größten Teil der mit Federn versehenen Wände, und einfache Federn, welche einen einfachen aktiven Teil umfassen, auf den anderen mit Federn versehenen Wänden.
Die Abstandhaltergitter bestehen aus gekreuzten Plättchen aus Zirkonlegierung, welche das regelmäßige Netz bzw. Gitter aus den Zellen begrenzen, in welche die Brennstäbe eingeführt werden. Die durch die Plättchen begrenzten Zellen haben üblicherweise Quaderform mit quadratischem Querschnitt und umfassen parallele Kanten untereinander, gebildet jeweils durch die Schnittlinie von zwei Plättchen, welche ein Kreuz bilden, das aus vier Zweiflachen besteht, deren Winkel üblicherweise 90º beträgt, und die eine Kante gemeinsam für vier Zellen des Gitters aufweisen.
In bestimmten Brennstabbündeln bzw. -Einheiten sind die Abstandhaltergitter insgesamt identisch und bestehen aus gekreuzten Plättchen aus Zirkonlegierung, die in bezug aufeinander zusammengebaut bzw. zusammengesetzt sind, auf welchen die Federn aufgesetzt sind.
Außerdem sind Brennstabbündel bekannt, die mehrere Typen von Abstandhaltergittern mit unterschiedlichen Funktionen umfassen.
Insbesondere ist ein Brennstabbündel bekannt, welches an jedem seiner Enden ein Gitter zur Halterung der Brennstäbe umfaßt, das vollständig aus martensitischem Stahl hergestellt ist, wobei die Zwischengitter zwischen den Endgittern die strukturellen Gitter bilden, welche gekreuzte Plättchen aus Zirkonlegierung und aufgesetzten Federn umfassen, und zwischen den strukturellen Gittern im oberen Teil des Brennstabbündels, Mischgitter für das Kühlfluid des Kernreaktors.
Im Fall von Brennstabbündeln, bei deren Gitter es sich durchgehend um strukturelle Gitter aus Zirkonlegierung handelt, die aufgesetzte Federn umfassen, bilden die Federn die einzigen Halterungselemente, die in jeder der Zellen zwischen dem Brennstab, der in der Zelle untergebracht ist, und der Wand des Gitters angeordnet sind, auf welchem die Feder befestigt ist. In dem Fall, daß der Brennstab einer Beanspruchung unterliegt, die ihn in Richtung auf eine Wand der Zelle verschiebt, auf welcher eine Feder angebracht ist, vermag sich die Feder unter Zusammendrücken derart zu verformen, daß der Stab sich in das Innere der Zelle in einer Querrichtung verschiebt.
Im Fall von zu den strukturellen Gittern unterschiedlichen Gittern gelangen die Federn in Anlage auf den Stäben und unterliegen der Gefahr, ebenfalls durch äußere Kräfte verformt zu werden, die auf das Brennstabbündel einwirken.
Im Fall von außenliegenden Zellen des Gitters und insbesondere im Fall von Eckenzellen des Gitters können die Brennstäbe aufgrund von beispielsweise einem Stoß oder einer Verhakung des Brennstabbündels mit einem zweiten Brennstabbündel oder mit einem Hindernis während eines Transports des Bündels starken Verschiebungen unterliegen.
Daraus können eine Beeinträchtigung des Abstandhaltergitters des Bündels und Gefahren einer Verhakung der Gitter der Bündel während ihres Transports resultieren.
Im Fall der innenliegenden Zellen eines strukturellen Gitters können die auf den Wänden der Zelle aufgesetzten Federn während des Transports des Brennstabbündels oder während des Betriebs des Kernreaktors ebenfalls großen Kräften ausgesetzt sein.
In der WO-A-9205566 und der FR-A-2 168 059 ist ein Abstandhaltergitter für ein Brennstabbündel eines Kernreaktors erläutert, der durch heißes Wasser gekühlt ist, wobei das Gitter durch rohrförmige Wände gebildet ist, die in bezug aufeinander starr in benachbarten Positionen verbunden bzw. zusammengebaut sind. Die Federn zur Halterung der Brennstäbe sind so angeordnet, daß sie die Teile in Gegenüberlage zu zwei benachbarten Wänden umgeben. Die Teile in Gegenüberlage zu den benachbarten Wänden sind derart herausgetrieben, daß sie Vorsprünge in Form von Kugelkalotten in Gegenüberlage zu Armen der Feder bilden.
In einem Brennstabbündel für einen Heißwasserreaktor mit derartigen Gittern, die benachbarte rohrförmige Wände aufweisen, unterscheidet sich das mechanische Verhalten der Brennstäbe und der durch die Wände getragenen Federn deutlich vom mechanischen Verhalten von Stäben in einem Brennstabbündel für einen Kernreaktor mit Kühlung durch unter Druck stehendem Wasser, dessen Gitter durch ebene Plättchen gebildet sind.
Die bezüglich der Probleme einer Verformung der Federn und Verschiebung der Stäbe vorgeschlagenen Lösungen können deshalb nicht auf den Fall von Brennstabbündeln für einen Heißwasserreaktor oder einen Druckwasserreaktor übertragen werden.
Im Fall von strukturellen Gittern befinden sich die üblicherweise aus der Zirkonlegierung bestehenden Plättchen paarweise im Eingriff auf Höhe ihrer Schnittlinien unter Zwischenanordnung eines Verbindungsschlitzes; andererseits müssen diese Plättchen verschweißt werden, um eine ausreichende Haftung und Festigkeit für das Abstandhaltergitter sicherzustellen.
Da die Plättchen eine geringe Stärke aufweisen, ist es erforderlich, bestimmte Vorkehrungen bei der Durchführung der Verschweißung zu treffen, um eine Verformung oder ein Oxidieren der Plättchen zu vermeiden. Es wird deshalb angestrebt, die Erwärmung der Plättchen während des Schweißvorgangs zu begrenzen und zumindest die thermischen Spannungen aufgrund des Verschweißens des Gitters zu verteilen.
Beispielsweise ist es in der EP-A-0 088 021 vorgeschlagen, eine Verschweißung der Plättchen mittels Laser zu verwirklichen. Die Verschweißung jedes der Kreuze, die durch einander schneidende zwei Plättchen gebildet sind, wird unter zwei dem Kreuz gegenüberliegenden Zweiflach-Winkeln und ausschließlich unter zwei Winkel durchgeführt. Die Verschweißungen der Kreuze werden nacheinander einer festgelegten Abfolge folgend durchgeführt, indem das zusammengebaute Gitter verschoben wird, welches durch einen Montagerahmen gehalten ist, und zwar unter die Schweißanlage.
Der Nachteil einer derartigen Befestigungsart besteht darin, daß die Plättchen auf Höhe von jedem der Kreuze ausschließlich durch eine Schweißlinie zusammengebaut werden, die üblicherweise in einer Halbierungsebene von zwei gegenüberliegenden Zweiflachen angeordnet ist. Daraus können ein Mangel an Festigkeit und geringe Positionierungsfehler der Plättchen in bezug aufeinander resultieren.
Die Abstandhaltergitter mit aufgesetzten Federn können außerdem weitere Nachteile bzw. Fehler aufweisen, die in der Ausbildung und Verwirklichung des Abstandhaltergitters, der Montage der Federn, der Ausbildung der Anlagevorsprünge für die Brennstäbe und der Montage der Führungsrohre und außerdem aus der Verwirklichung von Misch- oder Führungsflügeln, Freischneiden bzw. Zuschneiden der Ränder der Plättchen und der Einfassung innewohnen, welche das Abstandhaltergitter umgibt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Abstandhaltergitter für ein Kernkraft-Brennstabbündel zu schaffen, das aus gekreuzten Metallplättchen besteht, welche ein regelmäßiges Netz von Zellen prismatischer Form begrenzen, von denen ein Teil für jede Zelle zumindest eine Feder zur Halterung eines Brennstabs umfaßt, der in der Zelle untergebracht werden soll, wobei die Feder auf einer Wand der Zelle angeordnet ist, die durch einen Teil eines Metallplättchens gebildet ist und einen aktiven, in das Innere der Zelle in bezug auf die Wand vorspringenden Teil aufweist, wobei dieses Abstandgitter merkliche Verschiebungen der Brennstäbe verhindern, auf welchen die Federn anliegen, und zwar in dem Fall, daß die Brennstäbe unbeabsichtigt großen Kräften ausgesetzt sind.
Zu diesem Zweck weist zumindest für einen Teil der Zellen des Abstandhaltergitters zumindest eine ebene Wand, auf welcher eine Feder befestigt ist, zumindest einen Anschlag auf, der einen im wesentlichen ebenen Teil parallel zu derjenigen Wand der Zelle aufweist, auf welcher die Feder befestigt ist, und zwar vorspringend in das Innere der Zelle derart, daß der Durchfederungsweg eines Brennstabs begrenzt wird, der in der Zelle untergebracht ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird vorteilhafterweise gelöst durch Freischneiden und Heraustreiben der Wand der Zelle.
Bei einem Abstandhaltergitter in polygonaler Form mit Eckenzellen, die in jeder Ecke des Gitters angeordnet sind und zwei aufeinanderfolgende Wände aufweisen, die durch im Winkel angeordnete Teile einer Umfangseinfassung des Gitters angeordnet sind, und zwei Wände in Gegenüberlage zu der Einfassung, die jeweils eine Feder tragen, ist bevorzugt vorgesehen, daß jede in Gegenüberlage zu der Einfassung angeordnete Wand zumindest einen Anschlag aufweist, der in das Innere der Zelle vor springt, und daß ausschließlich die Eckenzellen Anschläge zur Begrenzung des Durchfederungswegs eines Brennstabs aufweisen, der in einer Eckenzelle untergebracht ist.
Die Einheit der außenliegenden Zellen, die jeweils zumindest eine Außenwand aufweisen, die durch einen Teil einer Umfangseinfassung des Gitters gebildet ist, und eine Innenwand in Gegenüberlage zu der Einfassung, ist bevorzugt vorgesehen, daß die Innenwand von jeder aus der außenliegenden Zellen, angeordnet in Gegenüberlage zu der Einfassung zumindest einen Anschlag ins Innere der Zelle vorspringend, umfaßt, und daß ausschließlich die außenliegenden Zellen des Abstandhaltergitters Anschläge zur Begrenzung des Durchfederungswegs der Brennstäbe aufweisen, die in den außenliegenden Zellen angeordnet sind.
Das Abstandhaltergitter gemäß der Erfindung, dessen Kanten der Zellen parallel jeweils durch die Schnittlinie von zwei Plättchen gebildet sind, die ein Kreuz bilden, das durch vier Zweiflache gebildet ist, welche eine Kante gemeinsam für vier Zellen aufweisen, ist bevorzugt vorgesehen, daß die Plättchen untereinander paarweise auf Höhe von jeder der Kanten entlang einer ersten Halbierungsebenen von zwei gegenüberliegenden Zweiflachen geschweißt sind, und zwar in einer ersten Endzone der Kante sowie entlang einer zweiten Halbierungsebene von zwei weiteren gegenüberliegenden Zweiflachen, und zwar in einer zweiten Endzone der Kante des Kreuzes in Gegenüberlage zu dem ersten.
Ebenfalls bevorzugt umfaßt jedes der Plättchen ebenfalls auf Höhe von jeder der Kanten der Kreuze Halterungszungen, die es erlauben, ihren Zusammenbau mit einem zweiten Plättchen auf Höhe des Kreuzes zu verfestigen bzw. versteifen. Die die Führungsrohre aufnehmenden Zellen umfassen tiefgezogene Teile in Form von Zylinderabschnitten, die dazu bestimmt sind, die Unterbringung und gegebenenfalls Fixierung des Führungsrohrs zu realisieren. Die Mischflügel für die Kühlflüssigkeit des Brennstabbündels und die Vorsprünge zur Halterung der Stäbe sind so ausgebildet, daß die Flügel nicht über den durch die Vorsprünge eingenommenen Raum hinaustreten. Schließlich können die auf der Umfangseinfassung des Abstandhaltergitters angeordneten Führungsflügel durch Schweißen auf einen vorspringenden Teil fixiert werden, der in einem Plättchen des Abstandhaltergitters freigeschnitten ist.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Kernreaktor-Brennstabbündel mit einem Gerüst, das gebildet ist durch zueinander parallel verlaufenden Führungsrohren, Abstandhaltergittern, die entlang der Länge der Führungsrohre verteilt sind, und Endansätzen, die am Ende der Führungsrohre befestigt sind, wobei zumindest ein Teil der Abstandhaltergitter für die Bündel Abstandhaltergitter nach einem der Ansprüche 1 bis 22 sind.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nunmehr in nichtbeschränkender Weise beispielhaft unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren ein perfektioniertes Abstandhaltergitter für ein Brennstabbündel und ein Brennstabbündel gemäß der Erfindung erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Seitenaufrißansicht eines Kernreaktorbrennstabbündels, das durch unter Druck stehendes Wasser gekühlt wird, und ein Abstandhaltergitter gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht eines Teils eines Abstandhaltergitters, insbesondere unter Darstellung der Anordnung der Federn und Anschläge der Federn in den Zellen des Gitters sowie die Schweißverbindungen von Plättchen.
Fig. 3 zeigt eine Aufrißansicht einer Wand einer außenliegenden Zelle des in Fig. 2 gezeigten Abstandhaltergitters.
Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 der in Fig. 3 gezeigten Wand, auf bzw. an welcher eine Feder angebracht ist.
Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht und eine Aufrißansicht einer außenliegenden Zelle eines Abstandhaltergitters gemäß der Erfindung und gemäß einer Ausführungsvariante.
Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht in einer vertikalen Ebene einer außenliegenden Zelle und einer innenliegenden Zelle eines Abstandhaltergitters gemäß der Erfindung und gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie 7-7 von Fig. 2.
Fig. 8 zeigt eine Draufsicht eines Teils eines Plättchens eines Abstandhaltergitters gemäß der Erfindung mit zwei Befestigungszungen entsprechend zwei Kanten einer Zelle.
Fig. 9 zeigt eine Draufsicht eines Teils eines Plättchens, welches die Wand einer Zelle bildet, zur Befestigung eines Führungsrohrs.
Fig. 10 zeigt eine Querschnittsansicht von Fig. 8.
Fig. 11 zeigt eine Draufsicht eines Teils eines Plättchens, welches die Wand einer Befestigungszelle eines Führungsrohrs bildet, gemäß einer Variante von Fig. 9.
Fig. 12 zeigt eine Querschnittsansicht von Fig. 11.
Fig. 13 zeigt eine Axialschnittansicht eines Teils eines Abstandhaltergitters gemäß der Erfindung und eines Führungsrohrs, die in einer Zelle des Abstandhaltergitters befestigt ist.
Fig. 14 zeigt eine Draufsicht eines Teils eines Abstandhaltergitters gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 15 zeigt eine Draufsicht eines Abstandhaltergitters gemäß der Erfindung mit Mischstegen großer Bauform und Vorsprüngen kleiner Bauform.
Fig. 16 zeigt eine Längsschnittansicht einer außenliegenden Zelle eines Abstandhaltergitters gemäß der Erfindung.
Fig. 17 zeigt eine Längsschnittansicht eines Plättchens eines Abstandhaltergitters, auf welchem eine einfache Feder in Übereinstimmung mit einer Ausführungsvariante der Erfindung befestigt ist.
Fig. 18 zeigt eine Aufrißansicht und eine Schnittansicht des inneren Teils der Einfassung eines Abstandhaltergitters eines ersten Brennstabbündels und des oberen Teils der Einfassung eines Abstandhaltergitters eines zweiten Brennstabbündels in einer relativen Annäherungsposition während des Transports von Brennstabbündeln, welche die erfindungsgemäßen Abstandhaltergitter umfassen.
Fig. 19 zeigt eine Ansicht entlang des Pfeils 19 von Fig. 18.
Fig. 20 zeigt eine Schnittansicht einer Zelle eines Umrührgitters eines erfindungsgemäßen Bündels unter Darstellung einer Wand, die an zwei Stellen mit Vorsprüngen versehen ist.
Fig. 21 zeigt eine Schnittansicht entlang dem Pfeil 21 von Fig. 20.
Fig. 22 zeigt eine Vorderaufrißansicht einer Wand eines zusätzlichen Mischgitters eines Brennstabbündels gemäß der Erfindung.
Fig. 23 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie 23-23 von Fig. 22.
In Fig. 1 ist ein Brennstabbündel eines Druckwasser-Kernreaktors gezeigt, das allgemein mit der Bezugsziffer 100 bezeichnet ist, und ein durch Führungsrohre 102 gebildetes Gerüst, strukturierte Abstandhaltergitter 101, die regelmäßig entlang der Führungsrohre beabstandet sind, ein Endgitter 106 an jedem der Enden der Führungsrohre und zusätzliche Mischgitter 105 umfaßt, von denen jeweils eines zwischen zwei strukturellen Gittern 101 im oberen Teil des Brennstoffbündels angeordnet sind. Die Enden der Führungsrohre 102 sind auf bzw. an den Endansätzen 103 befestigt, welche das Verschließen der Enden der Brennstabbündel sicherstellen. Die Brennstäbe 104, deren Länge geringer ist als die Länge der Führungsrohre 102, werden in das Gerüst derart eingeführt, daß sie sich in Anlage gegen die Abstandhaltergitter befinden. Die Abstandhaltergitter umfassen Zellen, die in Übereinstimmung mit einem regelmäßigen Netz angeordnet sind, in denen jeweils ein Brennstab 104 oder ein Führungsrohr 102 eingeführt wird.
Die Endgitter 106 des Gerüsts des Brennstabbündels sind vollständig aus martensitischem Stahl hergestellt, der wenig empfindlich auf die Relaxation unter Strahlung ist und Vorsprünge und Federn umfaßt, die in Plättchen gebildet sind, welche das Gitter aus martensitischem Stahl bilden. Die Federn üben auf die Brennstäbe Kräfte aus, die es erlauben, die Brennstäbe in den Quer- und Axialrichtungen im Innern des Gerüsts zu halten.
Die Führungsrohre 102 sind auf bzw. an dem inneren Endgitter 106 befestigt.
Das obere Endgitter 106 kann gegebenenfalls gleitend auf den Führungsrohren 102 angebracht sein.
Die strukturellen Abstandhaltergitter 101, die in Übereinstimmung mit der Länge des Brennstoffbündels zwischen den Endgittern 106 verteilt sind, bestehen aus Plättchen aus Zirkonlegierung, die gekreuzt zueinander verlaufen und miteinander verschweißt sind, und auf ihnen sind Halterungs- bzw. Rückhaltefedern für die Brennstäbe aufgesetzt bzw. aufgesteckt, die üblicherweise aus einer Nickellegierung bestehen.
Die Vorsprünge sind ebenfalls auf den Plättchen durch Freischneiden bzw. Heraustreiben gebildet. Im Innern jeder der Zellen des Gitters mit allgemein quadratischem Querschnitt gelangt jeder der Brennstäbe 104 in Anlage auf zwei Sätze von zwei Vorsprüngen, die in Gegenüberlage zu einer aufgesetzten Feder angeordnet sind.
Die strukturellen Gitter, deren Federn einen sanften Druck gegen die Stäbe des Brennstabbündels ausüben, stellen prinzipiell das Halten bzw. Haltern der Stäbe in den Querrichtungen derart sicher, daß die Stäbe ein regelmäßiges Gitter bilden, welches durch das Gitter der Zellen der Abstandhaltergitter gebildet ist. Die Federn der strukturellen Gitter 101 gewährleisten nicht das Halten der Stäbe in der axialen Richtung, welches Halten bzw. Haltern ausschließlich durch die Endgitter bzw. am Ende der Stäbe angeordneten Gitter sichergestellt wird.
Die Umrührgitter 105, die zwischen den strukturellen Gittern 101 angeordnet sind, welche im oberen Teil des Brennstoffbündels und zwischen dem strukturellen oberen Gitter 101 und dem oberen Endgitter 106 angeordnet sind, weisen ausschließlich Anschläge zur Begrenzung des Durchfederungswegs der Stäbe in den Querrichtungen auf.
Die in den strukturellen Gittern aufgesetzten Federn üben nur sanfte Kräfte gegen die Brennstäbe auf, welche es erlauben, die Stäbe im Gerüst des Brennstabbündels durch Längsgleitverstellung der Stäbe zu plazieren. Die Federn, welche die sanften Kräfte auf die Stäbe ausüben, besitzen lediglich eine schwache Zusammendrückbeständigkeit in dem Fall, daß die Stäbe externen Kräften in Querrichtung ausgesetzt sind.
In dem Fall, daß die Stäbe außerhalb des Bündels angeordnet und im Innern der außenliegenden Zellen der Abstandhaltergitter des Bündels angeordnet sind, können Kräfte auf diese außenliegenden Stäbe beim Transport des Brennstabbündels ausgeübt werden. In diesem Fall besteht die Gefahr, daß die außenliegenden Stäbe sich in das Innere der Zellen verschieben und dadurch die Halterungsfedern zusammendrücken, so daß die Gitter der Brennstabbündel über ihre Einfassung sich ineinander verhaken können, und daß bestimmte Bestandteile des Brennstabbündels beschädigt werden können.
Die in den Eckenzellen der Abstandhaltergitter des Bündels gehaltenen Stäbe können während des Transports des Brennstabbündels deshalb Kräften ausgesetzt sein, weil sie sich in den Längskanten des Brennstabbündels angeordnet befinden.
Üblicherweise können die im Innern der inneren Zellen der Abstandhaltergitter der Struktur aufgenommenen Stäbe im Brennstabbündel vibrieren und sich verschieben, wenn dieses durch das Kühlfluid des Kernreaktors durchlaufen bzw. durchströmt wird, das mit großer Geschwindigkeit im Kern zirkuliert.
In Fig. 2 ist eine Draufsicht eines Teils eines strukturellen Abstandhaltergitters 1 gemäß der Erfindung benachbart zu einer Ecke des Gitters allgemein quadratischer Form gezeigt.
Das strukturelle Abstandhaltergitter 1 gemäß der Erfindung besteht aus Plättchen 2, 2', 3, 3' aus Zirkonoxid, die gekreuzt angeordnet und aneinander durch Schweißen gehalten sind, und zwar entsprechend einer gemeinsamen Kante von vier Zellen des Gitters.
Das Abstandhaltergitter 1 besteht aus gekreuzt angeordneten Metallplättchen 2, 2', 3, 3', die entlang von zwei Richtungen unter 90º zueinander derart angeordnet sind, daß sie ein Zellennetz mit quadratischen Maschen begrenzen.
Der in Fig. 2 gezeigte Teil des Abstandhaltergitters, der benachbart zu einer Ecke des Abstandhaltergitters angeordnet ist, umfaßt eine außenliegende Platte 4, welche einen Teil der Außeneinfassung des Abstandhaltergitters 1 mit quadratischem Querschnitt bildet. Die äußere Einfassung 4 des Gitters begrenzt mit den innenliegenden Plättchen 2, 2', 3, 3' das gekreuzt angeordnete Gitter, wobei die außenliegenden Zellen 6 jeweils eine Wand aufweisen, die durch einen Teil der äußeren Einfassung gebildet ist.
Die Eckenzelle 6a, die in Fig. 2 gezeigt ist, ist auf ihren beiden Seiten durch die äußere Einfassung 4 begrenzt.
Jede der Zellen, wie 6 oder 6a, des Abstandhaltergitters ist dazu bestimmt, einen Brennstab aufzunehmen, dessen Durchmesser zur Seite einer Zelle oder eines Führungsrohrs deutlich kleiner ist, dessen Durchmesser geringfügig kleiner zur Seite einer Zelle des Abstandhaltergitters ist.
Im Innern einer Zelle, wie etwa der Zelle 5, wird die Halterung eines Brennstabs durch vier Vorsprünge, wie etwa die Vorsprünge 9a, 9b und 10a und 10b (siehe Fig. 2 und 7), und durch zwei Federn sichergestellt, wie etwa die Federn 11 und 12, die zum Innern der Zelle 5 vorspringen. Die Feder 11, welche in die Zelle 5 vorspringt, befindet sich in Gegenüberlage zu den Vorsprüngen 9a und 9b, und die Feder 12 befindet sich in Gegenüberlage zu zwei Vorsprüngen, wie etwa die Vorsprünge 10a und 10b.
Die Vorsprünge, wie etwa die Vorsprünge 9a, 9b und 10a und 10b, werden ausgebildet durch Freischneiden oder Heraustreiben des Metalls der Plättchen, wie etwa der Plättchen 2 und 3', und die Federn, wie etwa die Federn 11 und 12, sind auf den Plättchen, wie etwa den Plättchen 2' und 3, aufgesetzt und befestigt.
Bei den Federn 11 und 12 handelt es sich um doppelte Federn, d. h. um Federn, welche zwei aktive gebogene oder ebene Platten umfassen, die in zwei benachbarten Zellen angeordnet sind, wie etwa in den Zellen 5 und 6, was die Feder 12 betrifft. Jeder der Federn, wie etwa die Feder 12, ist, wie aus Fig. 7 hervorgeht, durch ein flexibles Blatt, beispielsweise aus einer Nickellegierung, wie etwa Inconel, gebildet, welches Blatt nadelförmig gefaltet ist und zwei gebogene Teile umfaßt, welche in die benachbarten Zellen, wie etwa die Zellen 5 und 6, vorspringen und dazu bestimmt sind, in Kontakt mit einem Brennstab zu gelangen, um dessen Anlage gegen einen Satz von Vorsprüngen in Gegenüberlage zum aktiven Teil der Feder zu bewirken.
Wie nachfolgend näher erläutert, werden die Federn, wie etwa die Federn 11 und 12, in zwei Öffnungen eingeführt, welche an Plättchen queren, wie etwa das Plättchen 3 oder das Plättchen 2', und zwar derart, daß das Plättchen auf einem Teil seiner Länge übergriffen bzw. überlappt wird. Die Plättchen sind außerdem üblicherweise um das Plättchen herum angeordnet und durch Schweißpunkte befestigt, welche ihre zwei Arme verbinden, und zwar beiderseits des Plättchens.
Im Innern bestimmter Zellen sind einfache Federn angeordnet, wie etwa die Feder 13, welche keinen aktiven gebogenen Teil im Innern einer einzigen Zelle umfaßt. Diese einfachen Federn und ihre Art der Befestigung sind nachfolgend näher erläutert.
Wenn die Brennstäbe des Bündels externen Kräften in Querrichtung ausgesetzt werden, können sich die Halterungsfedern für diese Stäbe durch Druckeinwirkung verformen, und zwar derart, daß der Stab sich im Innern der Zelle verschiebt. Insbesondere unterliegen die Brennstäbe, die im Innern der außengelegenen Zellen 6 der Abstandhaltergitter angeordnet sind, großen von außen einwirkenden Kräften im Falle eines Stoßes oder eines Verhakens während des Transports eines Brennstabbündels. Diese Gefahren sind noch größer für diejenigen Stäbe, die in den Eckenzellen der Abstandhaltergitter angeordnet sind, wie etwa die Zelle 6a, die in Fig. 2 gezeigt ist.
Eines der Ziele der Erfindung besteht darin, Mittel zur Halterung der Stäbe und insbesondere der außenliegenden Stäbe und derjenigen Stäbe, die in den Ecken der Brennstabbündel angeordnet sind, zu schaffen, welche Mittel es erlauben, eine Beschädigung oder ein Verhaken des Brennstabbündels zu verhindern.
In Fig. 3 ist ein Teil eines Plättchens 22 eines Abstandhaltergitters gezeigt, das in Gegenüberlage zu der Einfassung des Abstandhaltergitters angeordnet ist und eine Wand einer außen liegenden Zelle, wie etwa der in Fig. 2 gezeigten Zelle 6, bildet.
Das Plättchen 22 bildet eine Wand der Zelle in Gegenüberlage zur Einfassung des Abstandhaltergitters.
In Fig. 4 ist eine Wand 22 der Zelle nach Montage einer doppelten Feder 23 gezeigt, welche das Halten bzw. Haltern eines Brennstabs in der außenliegenden Zelle des Gitters gewährleistet. Das eine Wand der Zelle in Gegenüberlage zu der Einfassung bildende Plättchen 22 ist durch zwei Öffnungen 24 im oberen Teil des Plättchens und 24' im unteren Teil durchsetzt, wodurch die doppelte Feder 23 eingeführt und montiert werden kann.
Das Plättchen 22 ist außerdem durch einen Schlitz 25 in Längsrichtung in der Verlängerung der Öffnung 24 und durch einen Längsschlitz 25' in der Verlängerung der Öffnung 24' durchsetzt. Außerdem quert ein zweiter Schlitz 25" parallel zum Schlitz 25 das Plättchen 22 im oberen Teil. Wie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, ist durch Heraustreiben des Metalls des Plättchens 22 zwischen den Schlitzen 25 und 25' ein erster Anschlag 26 gebildet und durch Heraustreiben des Metalls zwischen dem Schlitz 25' und dem unteren Rand des Plättchens 22 ist ein zweiter Anschlag 26' gebildet.
Das Heraustreiben und das Falten bzw. Umbiegen des Metalls des Plättchens zur Bildung der Anschläge werden derart vorgenommen, daß der Anschlag einen zentralen Teil, wie etwa der Teil 26a, im wesentlichen parallel zu der Ebene des Plättchens 22 und zwei seitliche Teile, wie etwa die Teile 26b und 26c aufweist, die relativ zur Ebene des Plättchens 22 geneigt sind.
Die Anschläge 26 und 26' sind derart vorgenommen, daß der zentrale Teil, wie etwa der Teil 26a, der den Anlagteil des Anschlags bildet, unter einer Distanz von der Ebene des unteren Plättchens 22 auf der Durchbiegung des aktiven gekrümmten Teils der Feder 23 angeordnet ist.
Auf diese Weise sind bei einem Stoß oder bei einem Verhaken des Brennstoffbündels während des Transports, die sich fortsetzen, in einen Stoß auf den Stab, der in der außenliegenden Zelle angeordnet und durch die Feder 23 gehalten ist, werden die Verschiebung des Stabs und die Verformung der Feder durch die Tatsache begrenzt, daß der Stab in Anlage an bzw. auf den Anschlägen 26 und 26' gelangt. Dadurch werden die Gefahren eines Verhakens der Abstandhaltergitter der Brennstoffbündel verhindert.
In Fig. 5 ist eine Ausführungsvariante eines Mittels zur Begrenzung des Durchfederungswegs eines Brennstabs 30 im Innern einer außenliegenden Zelle 31 des Abstandhaltergitters gezeigt, das begrenzt ist durch einen Teil der Einfassung 32 des Abstandhaltergitters, und die Plättchen, wie etwa das Plättchen 33, die, welches die Wand der Zelle 31 bildet, die in Gegenüberlage zu der Einfassung 32 angeordnet ist.
Das Plättchen 33 ist durch die Öffnungen 34, 34' durchsetzt, welche die Montage einer Feder 35 erlauben, die einen aktiven gekrümmten Teil umfaßt, der in das Innere der Zelle 31 vorspringt und auf welchen der Brennstab 30 zur Anlage gelangt.
Das Plättchen 33 ist außerdem freigeschnitten und herausgetrieben (gebildet), um einen Anschlag 36 zu bilden, der einen Anlageteil parallel zur Oberfläche des Plättchens 33 bildet, und dessen Distanz bzw. Abstand von Plättchen 33 kleiner ist in der Durchbiegung des aktiven gekrümmten Teils der Feder 35. Wenn die Feder 35 auf dem Plättchen 33 angeordnet wird, befindet sich der Anschlag 36 untergebracht im Innern der Austiefung des aktiv gekrümmten Teils der Feder 35.
Die Einfassung 32 umfaßt auf Höhe der Zelle 31 zwei Anlagevorsprünge 37 und 37', die durch Heraustreiben des Metalls der Einfassung gebildet und in Gegenüberlage zu dem aktiven Teil der Feder 35 angeordnet sind.
Wenn er in die Zelle 31 eingeführt wird, wird der Brennstab 30 durch die Feder 35 gegen die Anschläge 37 und 37' in Anlage gebracht.
In dem Fall, daß eine Kraft auf den Brennstab 30 in Querrichtung (Pfeil 38) ausgeübt wird, beispielsweise bei einem Stoß oder einem Verhaken des Brennstabbündels, während seines Transports, kann der Brennstab 30 sich in einer Richtung quer zum Innern bzw. in das Innere der Zelle 31 in Richtung des Abstandhaltergitters verschieben. Der aktive Teil der Feder 35 befindet sich im zusammengedrückten Zustand und der Brennstab 30 befindet sich nicht weiterhin in Kontakt mit dem Vorsprung 37 und 37', wie in Fig. 5 gezeigt, wobei die Querverschiebung des Brennstabs 30 durch den Anschlag 36 begrenzt ist, wobei die konkave Innenseite des aktiven Teils der Feder 35 in Kontakt mit dem Anschlag 36 nach einer bestimmten Verschiebung des Brennstabs 30 gelangt.
In Fig. 6 ist eine Ausführungsvariante einer doppelten Feder gezeigt, die auf der Platte eines Gitters angebracht ist, das in Gegenüberlage zur Einfassung des Gitters und des Anschlags zur Begrenzung der Auslenkung der Feder angeordnet ist, der in das Plättchen eingearbeitet ist, auf welchem die Feder angebracht ist.
Die entsprechenden Elemente in den Fig. 5 und 6 sind mit denselben Bezugsziffern versehen.
Die Einfassung 32 des Gitters umfaßt die Anschläge 37 und 37' für einen außengelegenen Stab 30, der gegen die Anschläge 37 und 37' gehalten ist, und zwar im Innern der außenliegenden Zelle 31 unter Zwischenschaltung der Feder 35', die auf dem Plättchen 33 des Gitters angebracht ist, das in Gegenüberlage zu der Einfassung 32 angeordnet ist und einen Teil einer Wand der Zelle 31 bildet.
Zum Unterschied der Feder 36, die in Fig. 5 gezeigt ist und konvexe Teile aufweist, die in Anlage auf bzw. an den Brennstäben gelangen, umfaßt die Anschlagfeder 35', die in Fig. 6 gezeigt ist, zwei ebene Anschlagteile, die in Kontakt mit zwei Stäben 30 und 30' gelangen, die in den benachbarten Zellen 31 und 31' angeordnet sind, und zwar entlang von zwei Zonen einer bestimmten Länge, die einer Erzeugenden der Stäbe 31 und 31' folgend angeordnet sind. Dadurch wird die Kontaktfläche zwischen der Feder 35' und den Stäben 30 und 30' vergrößert, wodurch die Übertragung von Anlagekräften zwischen der Feder und den Stäben verbessert wird.
Außerdem werden die Spannungen in den verschiedenen Teilen der Feder verringert und die Korrosion unter den Spannungen der Legierungen der Federn werden begrenzt, aus denen es sich um Legierungen zur strukturellen Verstärkung handelt.
Ein Anschlag aus zwei Teilen 36a und 36b ist für die zwei Arme der Feder in dem Teil des Plättchens 33 bereitgestellt worden, der lotrecht zu den Armen der Feder 35' angeordnet ist.
Die zwei Teile 36a und 36b des Anlageanschlags für die Feder 35' mit einer geringeren Höhe in der Durchbiegung der Blätter der Feder 35' haben eine allgemein halbkugelförmige Gestalt und eine abgeflachte Anlagefläche.
Wie aus Fig. 6 hervorgeht, sind die zwei Anschläge aus den zwei Teilen 36a und 36b dazu ausgelegt, die Begrenzung der Auslenkung der Feder und der Verschiebung eines Brennstabs sowohl in einer außenliegenden Zelle, wie der außenliegenden Zelle 31 zu gewährleisten, wie in der innenliegenden Zelle, wie der Zelle 31'. Offensichtlich ist es möglich, die Auslenkung der Federn und die Verschiebung der Brennstäbe ausschließlich in den Eckenzellen der strukturellen Abstandhaltergitter bzw. der Struktur-Abstandhaltergitter in sämtlichen außenliegenden Zellen der Abstandhaltergitter oder auch in sämtlichen oder einem Teil der innenliegenden Zellen des Abstandhaltergitters zu begrenzen.
Die Mittel zum Begrenzen des Durchfederungswegs der Brennstäbe unter Auslenkung der Federn können von dem in Fig. 3 und 4 gezeigten Typ oder auch von dem in Fig. 5 und 6 gezeigten Typ sein.
In Fig. 2 sind die Mittel zur Begrenzung des Durchfederungswegs der Brennstäbe sehr schematisch in Form von Vorsprüngen 36, 36a oder 36b gezeigt, die lotrecht zu den Federn angeordnet sind, und zwar in den außenliegenden Zellen, wie etwa den Zellen 6 des Abstandhaltergitters 1, wie in der Figur gezeigt, oder auch der innenliegenden Zelle, wie der Zelle 5, oder schließlich einer Eckenzelle, wie der Zelle 6a.
In dem Fall, daß die Mittel zur Begrenzung des Durchfederungswegs im Innern einer Zelle, wie etwa der Eckenzelle 6a, verwendet werden, können diese Mittel 36 zur Begrenzung des Durchfederungswegs, beispielsweise gebildet durch lotrecht zu den Federn angeordneten Vorsprüngen, für jede der Federn 35 vorge sehen sein, die von der Eckenzelle 6a vorstehen und auf einer Wand der Zelle angeordnet sein, die zu der Einfassung 4 weist, welche die Zelle 6a auf den beiden aufeinanderfolgenden Seiten begrenzt.
Die Mittel zur Begrenzung des Durchfederungswegs können auch au schließlich in den Eckenzellen des Abstandhaltergitters, in sämtlichen außenliegenden Zellen oder auch in sämtlichen oder einem Teil der innenliegenden Zellen des Gitters vorgesehen sein.
In dem Fall, daß eine Feder verwendet wird, welche ebene Teile zur Anlage auf den Brennstäben aufweist, wie etwa die in Fig. 6 gezeigte Feder 35', werden in diesem Fall die Spannungen in denjenigen Zonen der Feder beschränkt bzw. begrenzt, die in dem Fall belastet werden, in welchem Kräfte auf den Brennstab ausgeübt werden, der auf der Feder anliegt ebenso wie die Spannungen im Innern der Feder.
Wie aus Fig. 2 und 7 hervorgeht, sind die Plättchen, wie etwa die Plättchen 2, 2' und 3, 3' in bezug aufeinander rechtwinklig angeordnet bzw. zusammengebaut. Die Zelle, wie etwa die Zelle 5, in Quaderform mit quadratischer Basis umfaßt vier zueinander parallele Anschläge, folgend denjenigen der Plättchen 2, 2' und 3, 3', die zusammengebaut sind, um vier Kreuze 7a, 7b, 7c und 7d zu bilden.
Das Kreuz 7a ist gebildet durch die Plättchen 2 und 3, die in bezug aufeinander zusammengebaut sind, folgend einem ersten Längsanschlag 8a der Zelle 5, und die Plättchen 2 und 3' sind folgend dem Anschlag 8b zusammengebaut, um das Kreuz 7b zu bilden.
Die Plättchen, wie beispielsweise die Platte 2, umfassend folgend bzw. entsprechend den Verbindungskanten 8a und 8b sowie über die Hälfte ihrer Länge einem Verbindungsschlitz, der dazu bestimmt ist, das entsprechende Plättchen 3 bzw. 3' aufzunehmen, welches denselben Verbindungsschlitz über die Hälfte seiner Länge aufweist, um das Einfügen von Plättchen, wie etwa der Plättchen 2, 2', 3 und 3' für ihren rechtwinkligen Zusammenbau zu erlauben.
Wie nachfolgend erläutert, wird die Festlegung bzw. Fixierung der Plättchen sichergestellt durch Verschweißung entlang einer Verbindungslinie, die entlang einer Kante, wie etwa der Kante 8a und 8b, angeordnet ist.
Die Plättchen sind außerdem durch Schweißen an jedem ihrer Enden auf einer Außenplatte der Einfassung des Abstandhaltergitters fest verbunden, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt.
Um den Zusammenbau des Abstandhaltergitters zu verwirklichen, werden die Plättchen, wie etwa die Plättchen 2, 2', 3, 3' in bezug aufeinander durch Einfügen auf Höhe ihrer entsprechenden Verbindungsschlitze zusammengebaut, und die Einfassung 4 des Abstandhaltergitters wird um das vorab zusammengebaute Abstandhaltergitter angeordnet.
Eine vorausgehende Punktschweißung der Kreuze auf der Oberseite des Gitters wird durchgeführt, um die Verbindung zwischen den Plättchen vor der (eigentlichen) Verschweißung sicherzustellen.
Die Verschweißung der Plättchen, wie etwa der Plättchen 2, 2', 3 und 3', erfolgt entlang den Kanten, wie etwa den Kanten 8a und 8b, und die Enden der Plättchen werden auf die Einfassung 4 geschweißt. Die Plättchen und die Einfassung werden vor der Verschweißung durch Zusammenbau bzw. -montagemittel vom Zapfen- und Zapfenloch-Typ zusammengebaut.
Die Verschweißung der Plättchen untereinander entlang den Kanten der Kreuze und die Verschweißung der Enden der Plättchen auf bzw. an der Einfassung können durch einen Laserschweißbrenneroder Elektronenstrahl-Schweißbrenner erfolgen.
Die Verschweißung für jedes der Kreuze wird in den Halbierungsebenen der vier Zweiflache des Kreuzes durchgeführt.
Nunmehr erfolgt eine Erläuterung der Verschweißung des Kreuzes 7a, welches durch die Plättchen 2 und 3 gebildet ist, die rechtwinklig zusammengebaut sind.
Die Verschweißung wird entlang der Kante 8a bewirkt und erfolgt zunächst benachbart zu der Oberseite des Abstandhaltergitters 1 und in einer ersten Ebene diametral zu den zwei Zweiflachen des Kreuzes 7a, wie durch die Pfeile 14 und 14' gezeigt, welche die Richtung der Laserstrahlen während des Schweißvorgangs bezeichnen.
Beiderseits der Kante 8a wird dadurch in der ersten Ebene diametral zu den zwei außengelegenen Zweiflachen der Zelle 5 eine erste Schweißlinie 16, die aus Fig. 7 hervorgeht, erzielt, folgend bzw. entlang einem Teil der Länge des Rands bzw. der Kante 8a im Außenteil der Kante, benachbart zur Oberseite des Abstandhaltergitters 1.
Die Schweißlinie bzw. -naht 16 kann sich über eine mehr oder weniger ausgedehnte Länge der Kante 8a ausgehend von der Oberseite des Abstandhaltergitters erstrecken.
Außerdem wird die Verschweißung der Plättchen 2 und 3 entlang der Kante 8a in einer zweiten Diametralebene, die gemeinsam ist für die zwei Zweiflache des Kreuzes 7a, durchgeführt, umfassend das innere Zweiflache der Zelle 5, wie durch die strichlierten Pfeile 15 und 15' in Fig. 2 gezeigt. Die Verschweißung in der zweiten Diametralebene, welche durch die Richtungen 15 und 15' der Schweißlaserstrahlen dargestellt ist, erfolgt entlang der Kante 8a, benachbart zum unteren Teil des Abstandhaltergitters 1. Dadurch wird eine Schweißnaht 16' (sichtbar zu erkennen in Fig. 7) erhalten, die sich ausgehend von der Unterseite des Abstandhaltergitters entlang der Kante 8a über eine bestimmte Länge erstreckt.
Das abwechselnde Schweißen oben und unten in den Diametralebenen der zwei gegenüberliegenden Zweiflache des Kreuzes, wie etwa des Kreuzes 7a, erlaubt es, die Erwärmung und Verformung der Plättchen zu begrenzen, indem eine beständige und feste bzw. starre Fixierung der Platten verwirklicht wird, welche eine sehr präzise geometrische Form der Zellen gewährleistet.
In einer Zelle, wie etwa der Zelle 5, wird die Verschweißung aufeinanderfolgender Kreuze 7a, 7b, 7c und 7d derart durchgeführt, daß in jedem der oberen und unteren Bereiche bzw. Teile der Verbindungskanten benachbarter Kreuze die Verschweißungen entlang den Halbierungsebenen senkrecht zueinander bewegt werden.
Dadurch werden die Kreuze 7b und 7d benachbart zum Kreuz 7a im oberen Bereich bzw. Teil des Abstandhaltergitters entlang zwei Halbierungsebenen von zwei außenliegenden Zweiflachen mit der Zelle 5 senkrecht zu der Ebene verschweißt, entlang welchen die Schweißnaht 16 verwirklicht ist, wobei diese Ebene durch die Richtungen 14 und 14' in Fig. 2 festgelegt sind. Die Richtungen der Verschweißung auf Höhe des oberen Teils des Gitters sind mit durchgezogenen Linien gezeigt.
Außerdem ist der untere Teil der Schweißnähte der Kreuze 7b und 7d benachbart zum Kreuz 7a entlang der Richtung einer Halbierungsebene senkrecht zu einer Halbierungsebene verwirklicht, entlang welcher die Schweißnaht des unteren Teils des Kreuzes 7a verwirklicht ist. Die Schweißnähte des unteren Teils bzw. Bereichs des Gitters sind punktiert gezeigt.
In Fig. 2 sind diejenigen Richtungen, welche die Halbierungsebenen festlegen, in welchen die Verschweißung mit dem oberen Teil des Abstandhaltergitters durchgeführt ist, wie die Richtungen 14 und 14', mit durchgezogenen Linien gezeigt, während die Richtungen, welche die Halbierungsebenen festlegen, entlang welchen die Verschweißung mit dem unteren Teil des Abstandhaltergitters verwirklicht ist, wie etwa die Richtungen 15 und 15' punktiert dargestellt sind.
Aus Fig. 2 gehen die Anordnung und Verteilung der Halbierungsebenen hervor, in welchen die Verschweißung mit dem oberen und dem unteren Bereich des Abstandhaltergitters erfolgt.
Nach der Verschweißung und Verteilung werden vollständig symmetrische Wärmespannungen aus jedem der Plättchen, welche das Gitter bilden, derart erzielt, daß die Verformungen des Abstandhaltergitters aufgrund der Verschweißung minimal sind.
Damit können einerseits die Einheit der oberen Verschweißungen des Abstandhaltergitters in den Halbierungsebenen mit den abwechselnden Positionen für die benachbarten Kreuze des Gitters und andererseits die Einheit der Schweißnähte benachbart zur Innenseite des Abstandhaltergitters realisiert werden. Die Bezeichnung von zwei Seiten des Abstandhalterplättchens in Gestalt von Oberseite und Unterseite erfolgt ausschließlich zugunsten der Beschreibbarkeit und das Abstandplättchen kann auch umgedreht sein, um zwischen den Schweißvorgängen über Kopf angeordnet zu sein.
In Fig. 8 ist ein Plättchen eines Abstandhaltergitters gemäß der Erfindung und mit der Bezugsziffer 18 bezeichnet gezeigt, welches entlang zweier Querlinien 18a und 18b, entlang welchen die Plättchen rechtwinklig zusammengebaut sind, zwei Verbindungs- bzw. Zusammenbauschlitze 19a und 19b aufweist, welche das Plättchen über seine gesamte Stärke durchsetzen und sich ungefähr über die Hälfte der Länge des Plättchens zwischen einem der Ränder des Plättchens und dem mittleren Teil desselben erstrecken.
Entlang den Kanten 18a und 18b sind in Verlängerungen der Schlitze 19a und 19b zwei Halterungs- bzw. Befestigungsmittel 20a, 20'a und 20b, 20'b angeordnet, die verwendet werden, die provisorische Befestigung der zwei Plättchen senkrecht zu dem Plättchen 18 entlang den Kantenlinien 18a und 18b vor dem Schweißvorgang sowie die Verstärkung der Verbindung der Plättchen sicherzustellen, die durch Verschweißung auf der Platte 18 festgelegt sind, und zwar entlang den Kantenlinien 18a und 18b. Die Befestigungsmittel 20a und 20'a und 20b und 20'b sind in Form von Vertiefungen realisiert, die zu beiden Seiten der zwei Durchbrüche herausgetrieben sein können, welche das Plättchen durchsetzen, und zwar derart, daß sie relativ zu jeder Seite des Plättchens vorstehen.
Bei der Vormontage gelangen die zwei Plättchen, die mit dem Plättchen 18 entlang den Linien 18a und 18b zusammengebaut werden, in Eingriff zwischen die vorspringenden Teile der Befestigungsmittel 20a, 20'a, 20b, 20'b, wodurch ihre Halterung sichergestellt wird. Die Vertiefungen 20, 20'a, 20b, 20'b können nicht nur zur vorläufigen Halterung der Plättchen des Gitters vor der Verschweißung beitragen, sondern auch Querkräfte auf die bzw. auf den Plättchen aufnehmen, wenn das Gitter sich im Einsatz befindet, wodurch die Spannungen zusätzlich verringert werden, die auf die Schweißstellen ausgeübt werden.
Um die Kreuze zusätzlich zu versteifen, und um den Widerstand gegen die Druckverformung des Abstandhaltergitters zu erhöhen, sind entlang jeder der Zusammenbau- bzw. Verbindungskanten 18a und 18b zwischen dem entsprechenden Verbindungsschlitz 19a oder 19b und der Befestigungseinheit 20a, 20'a und 20b, 20'b zwei Zungeneinheiten 21a und 21b vorgesehen, welche jede vier Zungen umfaßt, die aus der Dicke des Plättchens freigeschnitten und paarweise beiderseits der Verbindungskanten 18a und 18b angeordnet und derart ausgetrieben sind, daß sie beiderseits der Flächen des Plättchens 18 vorstehen.
Je nach vorhandendem Platz auf den Plättchen kann ein einziges Paar von Zungen in Positionen in Gegenüberlage zu beiden Seiten des Rands 18a oder 18b zusätzlich zu den zwei Paaren von Vertiefungen vorgesehen sein.
In Fig. 9 und 10 ist ein Teil eines Plättchens 40 eines erfindungsgemäßen Abstandhaltergitters in einer Zone 41 gezeigt, welche eine Wand einer Zelle bildet, die dazu bestimmt ist, ein Führungsrohr für das Einbringen eines Brennstabs aufzunehmen.
In der Zone 41 ist das Metall des Plättchens 40 derart ausgetrieben, daß es geringfügig von der Seite der Zelle vor Aufnahme des Führungsrohrs vorsteht. Der ausgetriebene Bereich der Wand ist so geformt, daß er eine zylindrische rückspringende Oberfläche 42 bildet, die dazu bestimmt ist, das Führungsrohr aufzunehmen.
Die Zylinderoberfläche 42 kann einen großen Durchmesser aufweisen, der im wesentlichen an der Seite der Zelle gleich ist, in welche das Führungsrohr eingeführt wird. Auf diese Weise ist es möglich, in der Zelle des Abstandhaltergitters ein Führungsrohr anzuordnen, das einen größeren Durchmesser aufweist. Die Verwendung von Führungsrohren größeren Durchmessers erlaubt die Montage bzw. den Zusammenbau eines Gerüsts, das extrem steif und widerstandsfähig ist.
Außerdem wird in derjenigen Zone, in welcher die zylindrische Oberfläche 42 realisiert ist, ein Freischnitt und ein Heraustreiben des Plättchens 40 durchgeführt, um zwei Vorsprünge 43 und 43' einer Größe zu bilden, die kleiner ist als die Größe der zylindrischen Oberfläche 42 zur Aufnahme des Führungsrohrs, welches in das Innere einer Zelle, benachbart zu derjenigen Zelle vorsteht, welches die Zelle des Führungsrohrs aufnimmt. Die Vorsprünge 43 und 43' bilden Anlageanschläge für den Brennstab, der in der Zelle benachbart zu derjenigen Zelle untergebracht ist, welche das Führungsrohr aufnimmt.
In Fig. 11 und 12 ist eine Ausführungsvariante einer Wand 40' eines erfindungsgemäßen Abstandhaltergitters in einer Zone 41' gezeigt, in welcher das Plättchen 40' eine Wand zur Trennung zwischen einer Zelle, die dazu bestimmt ist, ein Führungsrohr großen Durchmessers und einer benachbarten Zelle zu bilden, die dazu bestimmt ist, einen Brennstab aufzunehmen.
Die Wand 40' wird in Richtung derjenigen Zelle ausgetrieben, die dazu bestimmt ist, einen Brennstab aufzunehmen, um eine konkave bzw. eingetiefte zylindrische Oberfläche 42' zu bilden, deren Durchmesser geringfügig größer auf der Seite des Abstandhaltergitters ist, das dazu bestimmt ist, ein Führungsrohr aufzunehmen.
Außerdem ist das Plättchen 40' in einer Richtung derjenigen Zelle ausgetrieben, die dazu bestimmt ist, den Führungsstab aufzunehmen, um einen Vorsprung 43' in Form einer halbkugelförmigen Kalotte zu bilden, welche einen abgeflachten zentralen Bereich bzw. Teil 43' umfaßt, der dazu bestimmt ist, in Kontakt mit einem Brennstab zu gelangen.
Die in Fig. 11 und 12 gezeigte Ausführungsform erlaubt es, gleichzeitig ein Führungsrohr großen Durchmessers in einer Zelle des Abstandhaltergitters aufzunehmen und Vorsprünge, wie die Vorsprünge 43', zu erhalten, die eine hohe Steifigkeit besitzen.
In Fig. 13 ist ein Führungsrohr 44 gezeigt, das in eine Zelle eines erfindungsgemäßen Abstandhaltergitters 45 eingeführt ist, das Mittel zur Aufnahme des Führungsrohrs in Form zylindrischer Oberflächen, wie etwa der Oberfläche 42', aufweist, die in den Fig. 11 und 12 gezeigt ist.
Die vier Wände, welche die Zelle 46 begrenzen, in welcher das Rohr 44 angeordnet ist, umfassen jeweils eine zylindrische Aufnahmefläche. Die vier Aufnahmeflächen des Führungsrohrs 44 umfassen eine gemeinsame Achse, bei welcher es sich um die Achse der Zelle 46 handelt, entlang welcher die Achse des Führungsrohrs 44 verschiebbar ist.
Die Befestigung des Führungsrohrs 44 wird durch Schweißpunkte 47 gewährleistet, die quer zur Wand der Plättchen vorgenommen sind, welche die Zelle 46 begrenzen, und zwar in der Zone dieser Plättchen, welche die Aufnahmefläche des Führungsrohrs 44 umfassen.
Die benachbarten Zellen der Zelle 46 umfassen Vorsprünge 48 in Form von halbkugelförmigen Kalotten, welche durch Heraustreiben ausgebildet sind und in das Innere der Zelle und einer benachbarten Zelle vorspringen, welche ebenfalls einen Brennstab aufnimmt.
Dadurch wird eine Stütz- bzw. Tragestruktur für ein Brennstoffbündel geschaffen, die äußerst beständig und starr bzw. steif ist.
Die Befestigung der Führungsrohre durch Schweißen kann außerdem auf einer Zunge vorgesehen sein, die über das obere oder untere Ende eines Plättchens derart vorsteht, wie die Zunge 49, die in Fig. 9 gezeigt ist.
Die Plättchen der Einfassung, welche die Struktur des Abstandhaltergitters bilden, umfassen entlang ihren Rändern entsprechend der Oberseite des Abstandhaltergitters am Ort eines Brennstabbündels Mischflügel für Kühlfluid, welches in Kontakt mit den Brennstäben des Bündels gelangt.
In Fig. 14 bzw. 15 ist die Oberseite eines Abstandhaltergitters gemäß dem Stand der Technik und ein Abstandhaltergitter gemäß der Erfindung gezeigt. Die Mischflügel und die Anlagevorsprünge für die Brennstäbe in den Zellen des Abstandhaltergitters sind im Fall des Bündels gemäß der Erfindung modifiziert worden.
In Fig. 14 sind mehrere Zellen benachbart zu einem Abstandhaltergitter gezeigt, wobei eine dieser Zellen dazu bestimmt ist, ein Führungsrohr aufzunehmen, während die anderen Zellen dazu bestimmt sind, die Brennstäbe aufzunehmen.
Die Zelle 50, welche bestimmt ist, einen Brennstab aufzunehmen, ist durch vier Plättchen 51, 51', 52 und 52' begrenzt, die gekreuzt paarweise parallel verlaufen und zusammengebaut sind, um die rechtwinkligen Kreuze zu bilden.
Jedes der Plättchen 51, 51', 52 und 52' umfaßt an seinem oberen Rand in einem eine Wand der Zelle 50 bildenden Teil einen Führungs- und einen Mischflügel für Kühlfluid.
Ein mit dem oberen Rand des Plättchens 51 fest verbundener Flügel 53 sowie ein Flügel 53', der mit dem oberen Rand des Plättchens 51' fest verbunden ist, sind in Richtung auf die Zelle 50 umgebogen, um die Führung des Kühlfluids am Auslaß der Zelle 50 sicherzustellen.
Die Vorsprünge zur Anlage eines Brennstabs, die ins der Zelle 50 vorspringen, sind durch Freischneiden und. Heraustreiben der Plättchen 52 und 51' in ihrem Teil realisiert, welcher die Wände der Zelle 50 bildet. Zwei Vorsprünge, wie die Vorsprünge 54, sind auf dem Plättchen 52 gebildet, und zwei weitere Vorsprünge, wie die Vorsprünge 54', sind auf demjenigen Teil des Plättchens 51' gebildet, der die Wand der Zelle 50 bildet.
Die Federn sind in Gegenüberlage zu den Einheiten aus Vorsprüngen 54 und 54' auf den Plättchen 52' und 51 angeordnet.
Bei der Montage der Abstandhaltergitter durch Zusammenbau der Plättchen, wie der Plättchen 51, 51', 52 und 52' ist es erforderlich, die entsprechenden Schlitze der Plättchen ineinander zu schieben bzw. miteinander in Eingriff zu bringen und die Plättchen in bezug aufeinander zu verschieben, bis zu einem vollständigen Eingriff der Plättchen zur Ausbildung eines Kreuzes.
Es ist erforderlich, die Führungsflügel und die Vorsprünge derart zu verwirklichen, daß der Zusammenbau der Plättchen durch gegenseitiges Gleitverschieben verwirklicht werden kann.
Aufgrund der Tatsache, daß der Flügel 53 auf dem oberen Rand des Plättchens 51 in Richtung auf den Anschlag 54 gerichtet wird, der auf dem Plättchen 52 gebildet ist, ist es beispielsweise erforderlich, einen ausreichend kurzen Flügel 53 derart vorzusehen, daß er nicht auf den Querschnitt des Anschlags 54 einschert, um den Zusammenbau der zwei Plättchen zu ermöglichen.
Die Flügel, wie etwa die Flügel 53, die auf einem Plättchen gebildet sind, müssen dabei ausreichend kurz sein, um nicht auf bzw. in den Raum überzustehen, der durch die Anlagevorsprünge des Plättchens eingenommen ist, das benachbart rechtwinklig zu liegen kommt.
In Fig. 15 sind Flügel und Vorsprünge eines Abstandhaltergitters gemäß der Erfindung gezeigt.
Im Fall eines erfindungsgemäßen Abstandhaltergitters haben die Flügel 55 eine deutlich größere Abmessung als die Flügel 53 und 53' bei der Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik, die in Fig. 13 gezeigt ist, und die Vorsprünge 53 haben eine verringerte Abmessung derart, daß ein störender bzw. gegenseitiger Eingriff der Flügel und der Vorsprünge bei der Montage des Abstandhaltergitters vermieden wird.
In einer in Fig. 15 gezeigten Ausführungsform können Vorsprünge 56 verwendet werden, welche die Form von kugelförmigen Kalottenteilen aufweisen und eine Anlagefläche aufweisen, die im wesentlichen eben ist und in das Innere einer Zelle des Abstandhaltergitters vorsteht.
Die Einfassung der Abstandhaltergitter umfaßt außerdem Mischflügel, die mit ihrem oberen Rand verbunden sind.
In Fig. 16 ist eine außenliegende Zelle 57 eines Abstandhaltergitters gezeigt, von welchem eine Wand durch einen Teil der Erfassung 58 des Abstandhaltergitters gebildet ist.
Die Einfassung 58 des Abstandhaltergitters umfaßt entlang ihrem oberen Rand einen Führungsflügel 59, der in Richtung auf das Innere der Zelle 57 umgebogen ist.
Die Einfassung 58 wird durch Schweißen an ein Plättchen 60 an- bzw. zusammengebaut, welches eine Seitenwand der Zelle 57 bildet, die benachbart und rechtwinklig relativ zu demjenigen Teil der Einfassung 58 angeordnet ist, der die Außenwand der Zelle 57 bildet.
Das Plättchen 60 umfaßt entlang seinem oberen Rand einen vorspringenden Teil 61, entlang welchem der Führungsflügel 59 der Einfassung 58 auf Höhe der Zelle 57 umgelegt ist.
Um die Führungsflügel, wie etwa die Führungsflügel 59, starr zu machen und zu verfestigen, kann durch Schweißung zwischen dem Führungsflügel 59 und dem vorspringenden Teil 61 eine Verbindung sichergestellt werden. Diese Schweißverbindung kann in Form einer Punktschweißung 62 ausgeführt sein, welche das Ende des Flügels 59 mit dem benachbarten vorspringenden Teil 61 verbindet. Diese Schweißverbindung kann auch entlang den Rändern in Kontakt mit dem Flügel 59 ausgeführt sein, der zum Inneren des benachbarten vorspringenden Teils 61 umgelegt ist.
Die Abstandhaltergitter, die zum Technik gehören und mit aufgesteckten Federn versehen sind, umfassen üblicherweise eine große Anzahl doppelter Federn, d. h. von Federn, welche zwei aktive Teile umfassen und in zwei benachbarten Zellen beiderseits derjenigen Wand angeordnet sind, auf welcher die Feder befestigt ist. Die Verwendung von doppelten Federn hat den Nachteil, daß die Verformung eines aktiven Teils der Feder eine Verformung mit sich bringt, welche vom zweiten aktiven Teil der Feder eingeführt wird.
Außerdem erlaubt die Verwendung von doppelten Federn nicht stets die Erzielung eines perfekt regelmäßigen Netzes von Brennstäben und damit Wasserdurchlaßräumen um die Stäbe herum mit perfekt identischen Querschnitten.
Um diese Nachteile zu überwinden, vermag das erfindungsgemäße Abstandhaltergitter in bestimmten Fällen ausschließlich einfache Federn zu umfassen, deren Montage und Befestigung auf den Plättchen des Gitters bewirkt werden, wie in Fig. 17 gezeigt.
Das Plättchen 65 des Gitters, auf welchem die einfache Feder 64 angebracht ist, umfaßt zwei querverlaufende Öffnungen 66 und 67, in welchen die einfache Feder 64 eingreift und festgelegt ist.
Die Feder 64 ist in Form eines Reiters ausgebildet, der zwei Schenkel umfaßt, von welchem einer den aktiven gekrümmten oder abgeflachten Teil der Feder 64a und der andere zwei Vorsprünge 68 und 68' zur Positionierung der Feder im Innern der jeweiligen Fenster 69 und 69' umfaßt, welcher das Plättchen 65 durchsetzen.
Die Öffnung 66 des Plättchens 65 erlaubt es, die Unterbringungen des oberen Teils der Feder 64 sicherzustellen, welcher den gebogenen Teil der Nadel umfaßt und, für jeden der Schenkel, einen oberen ebenen Teil. Die zwei oberen ebenen Teile der Schenkel der Feder 64 sind aneinander durch eine Punktschweißung 70 nach Eingriff der Feder 64 auf bzw. an dem Plättchen 65 fixiert.
Die Feder 64 umfaßt außerdem auf jedem ihrer Schenkel zwei untere ebene Teile, die aneinander durch eine Punktschweißung 71 im Innern der unteren Öffnung 67 fixiert sind.
Die einfache Feder kann anstelle des konvex gekrümmten Schenkels bzw. Arms 64a einen ebenen aktiven Schenkel bzw. Arm aufweisen.
In den Fig. 18 und 19 ist ein Teil einer Einfassung 72 eines ersten Kernstabbündels A gezeigt, der den unteren Rand der Einfassung und einen Teil der Einfassung 72' eines zweiten Brennstabbündels B umfaßt, der den oberen Rand der Einfassung umfaßt. Die Einfassung der ersten und zweiten Bündel sind in einer Andockstellung im Verlauf des Transports von einem der Brennstabbündel gezeigt. In dieser Stellung gelangt der untere Teil der Einfassung 72, welcher die durch halbmondförmige Ausdehnungen 74 getrennten Führungsflügel 73 umfaßt, in Gegenüberlage zu dem oberen Teil der Einfassung 72', der Führungsflügel, wie etwa die Führungsflügel 75 umfaßt, die in Fig. 18 punktiert gezeigt sind. Im Fall eines erfindungsgemäßen Bündels weist jeder Flügel 75, der in den oberen Rand einer Einfassung eines Abstandhaltergitters eingeschnitten bzw. aus diesem ausgeschnitten ist, größer Abmessungen auf als diejenigen einer halbmondförmigen Ausnehmung 74 zwischen zwei Flügeln 73 am unteren Rand des Abstandhaltergitters. Beim Andocken von Einfassungen von zwei Bündeln beim Transport gelangt auf diese Weise der Flügel 75 durch seine Ränder in Anlage auf zwei benachbarten Flügeln 73 der Einfassung eines Abstandhaltergitters. Dadurch wird jegliche Gefahr einer Verhakung zwischen den Abstandhaltergittern der Brennstabbündel vermieden.
Im Fall von Bündeln gemäß dem Stand der Technik weisen die Flügel und die halbmondförmigen Ausnehmungen im wesentlichen identische Abmessungen derart auf, daß die Flügel während des Transports der Brennstabbündel in die halbmondförmigen Ausnehmungen eindringen können, was die Verhakungen zur Folge hat.
In Fig. 20 und 21 ist eine Zelle eines, zusätzlichen Mischgitters gezeigt, das zwischen zwei strukturellen Gittern angeordnet ist, wie das Gitter 105, das in Fig. 1 gezeigt ist.
In den Fig. 20 und 21 entsprechend den Fig. 3 und 4 der EP-A- 0 468 871 ist das Gitter 105 in Übereinstimmung mit der Lehre dieses europäischen Patents verwirklicht.
Im Umfang der vorliegenden Erfindung sind die Gitter, wie etwa die Gitter 105, mit den Mitteln zum Mischen des Kühlmittels als zusätzliche Mischgitter verwendet.
Das zusätzliche Gitter 105 ist durch zwei Sätze von rechtwinklig gekreuzten Plättchen 107, 107' gebildet, um die Zellen zu bilden, wie etwa die Zelle 108, die dazu bestimmt ist, einen Brennstab aufzunehmen. Die oberen Ränder der Plättchen sind derart ein- bzw. freigeschnitten, daß Mischflügel 111 gebildet sind, die dazu bestimmt sind, Turbulenzen und Querströmungen für den Kreislauf des Kühlmittels des Kernreaktors zu erzeugen.
Die Mischflügel 111 erstrecken sich jeweils auf Höhe einer einzigen Zelle und sind jeweils zum Innern einer Zelle umgebogen. Die innenliegenden Zellen des Gitters, die dazu bestimmt sind, einen Brennstab aufzunehmen, und die zu Zellen benachbart sind, welche ebenfalls einen Brennstab aufnehmen, wie etwa die Zelle 108, umfassen auf ihren vier Seiten Anschlagmittel, die zum Innern der Zelle vorspringen, die einen Durchlaß einer Abmes sung größer als die Abmessung eines Stabs begrenzt. Die Anschlagmittel sind auf jeder Seite (wie etwa des Plättchens 107) unter Trennung von Zellen, wie etwa den Zellen 108, gebildet, die jeweils einen Brennstab aufnehmen, und zwar durch zwei Abschnitte 109 und 110, in Form freigeschnittener und tiefgezogener Schöpfkellen; die zwei Abschnitte 109 und 110 haben eine konvexe bzw. ausgebauchte Fläche in Form eines halben Druckknopfs, dessen Basis ungefähr halbkreisförmig ist, und diese Abschnitte sind in bezug aufeinander in Umwälzrichtung des Kühlmittels für den Reaktor ausgerichtet. Die Wandabschnitte 109 und 110 in Form einer Schöpfkelle erlauben es zum einen, den Durchfederungsweg der Stäbe zu begrenzen, um einen Kontakt der Stäbe mit den Mischflügeln zu verhindern, und zum andern, das Kühlmittelfluid einer Zelle zu einer benachbarten Zelle hindurchtreten zu lassen.
Wenn die Brennstäbe im Innern der Zellen der Mischgitter 105 durch Vorsprünge in Kugelkalottenform oder durch diejenigen rückgehalten sind, die in Fig. 20 und 21 gezeigt sind, ist es erforderlich, ein geringes radiales Spiel zwischen den Brennstäben und den Haltestäben vorzusehen, um die Brennstäbe in den Gittern bei der Montage oder beim erneuten Laden des Brennstabbündels in Eingriff bringen zu können. Die Stäbe können deshalb im Innern der Zellen der Mischgitter in dem Reaktor im Betrieb vibrieren bzw. schwingen.
Wie in Fig. 22 und 23 gezeigt, umfassen die Wände 112 der Zellen der Mischgitter 105 des benachbart zur Wand angeordneten Bündels starre Vorsprünge, die vorteilhafterweise elastische Vorsprünge 114 umfassen, die durch Freischneiden der Wand 112 verwirklicht sind, um zwei zueinander parallele Schlitze 113 und 113' zu erzeugen, und durch Heraustreiben des Metalls der Wand zwischen den zwei Schlitzen 113 und 113', um einen vorspringenden Teil in Brückenform auszubilden.
Aufgrund der verringerten Größe der Zone der Wand 112, die zwischen den Schlitzen 113 und 113' angeordnet ist, zeigen die "Brücken"-Vorsprünge eine gute Elastizität. Üblicherweise werden zwei elastische "Brücken"-Vorsprünge auf der Wand 112 der Zelle vorgesehen, eine benachbart zum oberen Teil und der andere benachbart zum unteren Teil des Gitters in Gegenüberlage zu zwei starren Vorsprüngen, die auf einer gegenüberliegenden Wand der Zelle vorgesehen sind. Zwischen den "Brücken"-Vorsprüngen und den starren Vorsprüngen mit einem Durchmesser geringfügig kleiner als derjenige des Brennstabs ist ein Raum vorgesehen, so daß ein in die Zelle des Mischgitters eingeführter Brennstab, der durch die "Brücken"-Vorsprünge gegen die starren Vorsprünge gespannt wird, unbeweglich gemacht ist und damit Vibrationen aufgrund des Hindurchtritts des Kühlfluids nicht unterworfen ist. Dadurch wird die Abwesenheit von Halterungsfedern auf den Mischgittern ausgeglichen.
Wie in Fig. 22 und 23 gezeigt, kann der "Brücken"-Vorsprung einen Freischnitt 115 umfassen, so daß das Ende 114' des Vorsprungs von der Wand 112, in welcher er freigeschnitten ist, abgelöst ist bzw. freikommt.
Dadurch wird die Elastizität des "Brücken"-Vorsprungs 114 erhöht. Der zentrale Teil 114a des "Brücken"-Vorsprungs 114 kann vorteilhafterweise derart abgeflacht sein, daß er in Kontakt mit dem Brennstab in einer größeren Oberflächenzone gelangt.
Die Wand 112 ist außerdem über (oder unter) den elastischen Vorsprung 114 auf der Seite in Gegenüberlage zum Vorsprung 114 herausgetrieben, um einen starren Vorsprung 117 in einer Zelle benachbart zu derjenigen Zelle zu bilden, in welcher der elastische Vorsprung 114 vorspringt.
Die erfindungsgemäßen Brennstabbündel mit den optimierten Abstandhaltergittern zeichnen sich durch eine erhöhte Lebensdauer bei verbesserter Brennausbeute ohne die Gefahr aus, die Sicherheit des Kernreaktors zu beeinträchtigen.
Außerdem können die erfindungsgemäßen Abstandhaltergitter einfacher mit einer überlegenen geometrischen und abmessungsmäßigen Ausführungsqualität realisiert sein.
Die erfindungsgemäßen Abstandhaltergitter vermögen außerdem Transporten des Brennstabbündels besser zu widerstehen.
Die Erfindung ist nicht auf die erläuterten Ausführungsformen beschränkt.
Demnach körnen die Plättchen, die durch Freischneiden und Heraustreiben realisiert sind, eine andere Form aufweisen, als diejenige, die erläutert wurde. Die genannten Federn können außerdem andere als die erläuterten und gezeigten Formen aufweisen.
Das Verschweißen der Plättchen des Abstandhaltergitters kann in Endzonen der Kanten der Kreuze mit einer mehr oder weniger ausgeprägten Länge erfolgen.
Die erfindungsgemäßen Brennstoffbündel mit den Gittern unterschiedlicher Typen können Gitter zum ausschließlichen Haltern und strukturelle Gitter unter Weglassung der Mischgitter aufweisen.
Die Erfindung bezieht sich auch auf Brennstoffbündel, die ausschließlich erfindungsgemäße strukturelle Abstandhaltergitter aufweisen sowie auf Brennstabbündel, welche erfindungsgemäße strukturelle Abstandhaltergitter aufweisen und Gitter eines anderen Typs, beispielsweise zusätzliche Lötgitter und Gitter zur Halterung der Brennstäbe.
Schließlich betrifft die Erfindung nicht nur Brennstabbündel mit Gittern aus quadratischen Maschennetzen mit einer beliebigen Anzahl von Zellen, sondern auch Brennstabbündel mit Gittern, die ein Netz anderer Form festlegen.

Claims

1. Abstandhaltergitter für ein Kernreaktor-Brennstabbündel, bestehend aus gekreuzten Metallplättchen (2, 2', 3, 3'), die ein regelmäßiges Zellennetz (5, 6, 6a) prismatischer Form begrenzen, von dem ein Teil in jeder Zelle zumindest eine Feder (12, 13, 23, 35, 35') zur Halterung eines Brennstabs (30, 30') umfaßt, die dazu bestimmt ist, in der Zelle untergebracht zu werden, wobei die Feder auf einer Wand der Zelle angeordnet ist, die durch einen Teil eines Metallplättchens gebildet ist und einen aktiven Teil zum Innern der Zelle in bezug auf die Wand vorspringend aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest für einen Teil der Zellen des Abstandhaltergitters (1) zumindest eine ebene Wand, auf welcher eine Feder (23, 35, 35') befestigt ist, zumindest einen Anschlag (26, 26', 36, 36a, 36b) aufweist, der einen zumindest im wesentlichen ebenen Teil parallel zu der Wand der Zelle aufweist, auf welcher die Feder (23, 25, 25') zum Innern der Zelle vorspringend befestigt ist, um den Durchfederungsweg eines Brennstabs (30, 30') zu begrenzen, der in der Zelle untergebracht ist.

2. Abstandhaltergitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (26, 26', 36, 36a, 36b) durch Freischneiden und Heraustreiben der Wand der Zelle gebildet ist.

3. Abstandhaltergitter nach Anspruch 1 oder 2 in mehreckiger Form mit Eckenzellen (6a), die in jeder Ecke des Gitters (1) angeordnet sind und zwei aufeinanderfolgende Wände aufweisen, die durch im Winkel angeordnete Teile einer Umfangseinfassung (4) des Gitters (1) angeordnet sind, und zwei Wände in Gegenüberlage zu der Einfassung (4), die jeweils eine Feder (35) tragen, dadurch gekennzeichnet, daß jede der in Gegenüberlage zu der Einfassung (4) angeordnete Wand zumindest einen Anschlag (36) aufweist, der in das Innere der Zelle (6a) vorspringt, und daß ausschließlich die Eckenzellen (6a) Anschläge (36) zur Begrenzung des Durchfederungswegs eines Brennstabs aufweisen, der in einer Eckenzelle (6a) untergebracht ist.

4. Abstandhaltergitter nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Einheit aus außenliegenden Zellen (6), die jeweils zumindest eine Außenwand aufweisen, die durch einen Teil einer Umfangseinfassung (4) des Gitters (1) gebildet ist, und eine Innenwand in Gegenüberlage zu der Einfassung (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand jeder außenliegenden Zelle, angeordnet in Gegenüberlage zu der Einfassung (4) zumindest einen Anschlag (26, 36, 36a) ins Innere der Zelle (6) vorspringend, umfaßt, und daß ausschließlich die außenliegenden Zellen des Abstandhaltergitters Anschläge (26, 36, 36a) zur Begrenzung des Durchfederungswegs der Brennstäbe aufweisen, die in den außenliegenden Zellen (6) angeordnet sind.

5. Abstandhaltergitter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Plättchen (22), auf welchem die Feder (23) angeordnet ist, in zwei Zonen (26, 26') freigeschnitten und herausgetrieben ist, welche die Anschläge für jedes der Enden der Feder (23) bilden, wobei die Anlageflächen der Anschläge (26, 26') mit einem Abstand zu der Innenseite der Wand der unteren außenliegenden Zelle (31) bei Durchbiegung eines aktiven Teils der Feder (23) liegen.

6. Abstandhaltergitter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (33), auf welcher die Feder (35) angeordnet ist, freigeschnitten und herausgetrieben ist, um einen Anschlag (36) in einer Zone zu bilden, die zwischen einem aktiven Teil der Feder (35) und der Wand der Zelle (31) angeordnet ist, auf der die Feder (35) angeordnet ist.

7. Abstandhaltergitter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (33) der Zelle (31, 31'), auf welcher die Feder (35') angeordnet ist, freigeschnitten und herausgetrieben ist, um zwei Anschläge (36a, 36b) in Form abgeflachten halbkugelförmigen Kalotten vorspringend in zwei benachbarte Zellen (31, 31'), die durch das Plättchen (33) getrennt sind, in den Zonen zu bilden, die jeweils zwischen einem aktiven Teil der Feder (35') und der Wand (33) der Zellen (31, 31') angeordnet sind.

8. Abstandhaltergitter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (35') eine abgeflachte Anlagezone zur Anlage an einem Brennstab (30, 30') in ihrem aktiven Teil vorspringend in das Innere der Zelle (31, 31') des Gitters umfaßt.

9. Abstandhaltergitter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, aufweisend eine Einheit von Zellen, die dazu bestimmt sind, jeweils ein Führungsrohr für das Brennstabbündel aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen der Abstand haltergitter, die dazu bestimmt sind, ein Führungsrohr (44, 102) aufzunehmen, auf jeder ihrer Wände, die durch einen Teil eines Plättchens (40, 40') gebildet sind, eine Zone aufweisen, die in bezug auf die durch das Plättchen (40, 40') herausgetrieben ist und eine konkave bzw. erhabene zylindrische Oberfläche (42, 42') aufweist, die zum Innern der Zelle gerichtet ist, welche das Führungsrohr (44, 102) aufnimmt.

10. Abstandhaltergitter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand der Zelle, gebildet durch das Plättchen (40) in Richtung auf das Innere der Zelle herausgetrieben ist, welche das Führungsrohr aufnimmt, um eine Zylinderfläche (42) zu bilden, und irr eine Richtung in Gegenüberlage zum Innern einer Zelle benachbart zu derjenigen Zelle, die dazu bestimmt ist, das Führungsrohr (44, 102) aufzunehmen, um einen Vorsprung (43) zur Anlage eines Brennstabs in Gegenüberlage zu einem Teil der Zylinderfläche (42) zu bilden.

11. Abstandhaltergitter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand der Zelle, die durch einen Teil des Plättchens (40) gebildet ist, in Richtung auf die Außenseite der Zelle herausgetrieben ist, die dazu bestimmt ist, das Führungsrohr aufzunehmen, um eine Zylinderfläche (42') zu bilden, und einen Vorsprung (43') zur Anlage eines Brennstabs in Form eines Kugelkalottenteils vorspringend zum Innern der Zelle benachbart zu derjenigen Zelle umfaßt, die dazu bestimmt ist, ein Führungsrohr aufzunehmen.

12. Abstandhaltergitter nach einem der Ansprüche 9, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Zelle, die dazu bestimmt ist, ein Führungsrohr (44) aufzunehmen, das Führungsrohr (44) durch Schweißpunkte auf den Plättchen fixiert ist, die die Wände der Zelle bilden, und zwar in herausgetriebenen Zonen (42, 42') zylindrischer Form, oder auf einem vorspringenden Teil (49) am oberen Teil oder unteren Teil des Abstandhaltergitters.

13. Abstandhaltergitter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dessen Plättchen (51, 52, 51', 52') auf Höhe jeder Zelle (50) des Gitters und entlang einem ihrer Längsränder einen Flügel (53, 53') zur Mischung von Kühlfluid für das Brennstabbündel umfassen, der zum Innern der Zelle (50) umgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Innern der Zelle umgelegten Mischflügel (53, 53', 55) derart verwirklicht sind, daß sie in Längsrichtung der Zelle (50) bei zum Innern der Zelle vorspringenden Anlagevorsprüngen (54, 54', 56) nicht übereinander angeordnet werden können.

14. Abstandhaltergitter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (56) eine verringerte Größe und die Mischflügel eine vergrößerte Größe aufweisen.

15. Abstandhaltergitter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, aufweisend eine Umfangseinfassung (4), die auf zumindest einem ihrer Ränder Führungsflügel (59) für das Brennstabbündel benachbart zu einem Plättchen (60) des Abstandhaltergitters aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Plättchen (60) einen Teil (61) umfaßt, der in bezug auf einen seiner Ränder benachbart zu dem Führungsflügel (59) vorspringt, und daß der Führungsflügel (59) durch Schwei ßen an seinem Ende auf den vorspringenden Teil (61) des Plättchens (60) befestigt ist.

16. Abstandhaltergitter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, aufweisend auf dem oberen Rand und dem unteren Rand seiner Einfassung (72, 72') Führungsflügel (73, 75), die in Richtung auf das Innere des Abstandhaltergitters umgelegt und durch halbmondförmige Ausnehmungen (74) des Rands der Einfassung getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsflügel (75) eines Rands der Einfassung (72) größere Abmessungen aufweisen als diejenigen der halbmondförmigen Ausnehmungen (74) des anderen Rands der Einfassung (72).

17. Abstandhaltergitter nach einem der Ansprüche 1 bis 16, aufweisend zumindest eine Feder (64) mit einem aktiven Teil (64a) im Innern jeder der Zellen, um das Haltern eines Brennstabs sicherzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Federn (64) jeder der Zellen des Abstandhaltergitters einen einzigen aktiven Teil (64a) vorspringend zum Innern einer Zelle des Abstandhaltergitters umfaßt.

18. Abstandhaltergitter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Federn (64) auf einem Plättchen (65) des Abstandhaltergitters befestigt ist, in das zwei Fenster (66, 67) für den Eingriff und die Befestigung durch Schweißen von übereinander angeordneten zwei Federarmen (64) in Nadelform eingebracht bzw. geschnitten sind, die so angeordnet sind, das sie auf einem Teil des Plättchens (65) reiten, und zwei Fenster (69, 69') zum Eingriff für die zwei Vorsprünge (68, 68') eines Federarms (64), der sich in Gegenüberlage zu der Feder befindet, die den aktiven Teil (64a) aufweist.

19. Abstandhaltergitter nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dessen Kanten (8a, 8b) der zueinander parallelen Zellen jeweils durch die Schnittlinie von zwei Plättchen gebildet sind, die ein Kreuz (7a, 7b, 7c, 7d) bilden, das durch vier Zweiflache gebildet ist, welche eine Kante gemeinsam für vier Zellen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Plättchen (2, 2', 3, 3') untereinander paarweise auf Höhe von jeder der Kanten (8a, 8b) entlang einer ersten Halbierungsebene (14, 14') von zwei gegenüberliegenden Zweiflachen geschweißt sind, und zwar in einer ersten Endzone der Kante (8a, 8b) sowie entlang einer zweiten Halbierungsebene (15, 15') von zwei weiteren gegenüberliegenden Zweiflachen, und zwar in einer zweiten Endzone der Kante (8a, 8b) des Kreuzes in Gegenüberlage zu dem ersten.

20. Abstandhaltergitter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß für jede der Zellen des Abstandhaltergitters (1, 101) die Plättchen (2, 2', 3, 3'), welche zwei Kreuze (7b, 7c) benachbart in bezug auf ein erstes Kreuz (7a) bildeten, untereinander entlang einer Ebene parallel zu der zweiten Halbierungsebene (15, 15') in einer ersten Endzone ihrer Kante (8a, 8b) in Gegenüberlage zu der ersten Endzone der Kante (8ä) des ersten Kreuzes (7a) und entlang einer Ebene parallel zu der ersten Halbierungsebene (14, 14') in einer zweiten Endzone geschweißt sind, die in Gegenüberlage zu der zweiten Endzone der Kante (8a) des ersten Kreuzes (7a) angeordnet ist.

21. Abstandhaltergitter nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Plättchen (2, 2', 3, 3') der Abstandhaltergitter (1, 101) miteinander gemäß einer der folgenden Techniken verschweißt sind: Laserstrahlschweißen, Elektronenstrahlschweißen.

22. Abstandhaltergitter nach einem der Ansprüche 19, 20 und 21, deren Plättchen entlang den Kanten (18a, 18b) der Kreuze, die gebildet sind durch den Zusammenbau von zwei Plättchen eines Eingriffschlitzes (19a, 19b) über eine Länge entsprechend im wesentlichen der halben Länge der Plättchen (18) und Halterungsmittel (20a, 20'a, 20b, 20'b) für die Plättchen (18) umfassen, die ein Kreuz in Form von Vertiefungen bilden, die gewonnen sind durch Freischneiden und Heraustreiben des Metalls des Plättchens (18), dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Plättchen außerdem zwischen dem Eingriffschlitz (29a, 19b) und den Halterungsmitteln (20, 20'a, 20b, 20'b) Einheiten (21a, 21b) von freigeschnittenen und über die Ebenen der Seiten der Plättchen (18) herausgetriebenen Zungen bilden.

23. Kernreaktor-Brennstabbündel mit einem Gerüst, das gebildet ist durch zueinander parallel verlaufenden Führungsrohren (44, 102), Abstandhaltergittern (1, 101), die entlang der Länge der Führungsrohre (44, 102) verteilt sind, und Endansätzen (103), die am Ende, der Führungsrohre (44, 102) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Abstandhaltergitter (1, 101) für die Bündel (1, 101) Abstandhaltergitter nach einem der Ansprüche 1 bis 22 sind.

24. Brennstabbündel nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß es Endgitter (106) zur axialen Halterung von Brennstäben des Bündels umfaßt.

25. Brennstabbündel nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem zusätzliche Mischgitter (105) aufweist, die jeweils zwischen zwei Abstandhaltergittern (101) oder einem Abstandhaltergitter (101) und einem Endgitter (106) angeordnet sind, und zwar für das Brennstabbündel, welches den oberen Teil des Gitters in der Betriebsstellung des Brennstabbündels im Kernreaktor bildet.

26. Brennstabbündel nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Mischgitter (105) zumindest zwei Sätze von gekreuzten Plättchen (107, 107') umfassen, welche die Zellen (108) begrenzen, welche entweder einen Brennstab oder ein Führungsrohr aufnehmen und mit Anschlagmitteln versehen sind, die zum Innern der Zellen vorspringen, die dazu bestimmt sind, Brennstäbe aufzunehmen, wobei die Anschlagmittel auf jeder Wand unter Trennung von zwei innenliegenden Zellen, welche durch die Brennstäbe besetzt sind, zwei Abschnitte (109, 110) von Plättchen aufweisen, die in Form von Schöpfkellen freigeschnitten und verformt sowie in der Umwälzrichtung des Reaktorkühlmittelfluids quer zum Brennstabbündel versetzt angeordnet sind, wobei die Schöpfkellenwölbungen in entgegengesetzter Richtung vorspringen und ausschließlich auf einer axialen Seite offen sind, um den Durchfederungsweg der Brennstäbe zu begrenzen und um das Kühlfluid von einer Zelle zur anderen hindurchtreten zu lassen.

27. Brennstabbündel nach einem der Ansprüche 25 und 26, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Mischgitter (105) Wände (112) aufweisen, welche die Zellen für die Brennstäbe begrenzen, auf denen durch Freischneiden und Heraustreiben von Metall der Wand elastische Vorsprünge (114) in Form von Brücken verwirklicht sind, die in Gegenüberlage zu starren Vorsprüngen (117) angeordnet sind, die auf den Wänden in Gegenüberlage zu den Zellen des Gitters vorgesehen sind.

28. Brennstabbündel nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen "Brücken"-Vorsprünge von der Wand (112) an einem ihrer Enden durch einen Freischnitt (115) abgetrennt sind.

29. Brennstabbündel nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungsendgitter (106) vollständig aus martensitischem Stahl hergestellt sind und Federn aufweisen, die im bzw. aus dem Metall des Abstandhaltergitters gebildet sind.

30. Brennstabbündel nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Endgitter (106) des Brennstabbündels gleitend auf den Führungsrohren angebracht ist.