DE69701337T2

DE69701337T2 - Führungsrohr für Kernbrennstabbündel

Info

Publication number: DE69701337T2
Application number: DE69701337T
Authority: DE
Inventors: Alain Brosset; Michel Verdier
Original assignee: MATIERES NUCLEAIRES VELIZY VIL; Framatome SA
Current assignee: Areva NP SAS
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1997-06-25
Publication date: 2000-08-24
Anticipated expiration: 2017-06-26
Also published as: FR2750529A1; FR2750529B1; EP0817204B1; ES2143836T3; ES2143836T5; ZA975738B; DE69701337T3; US5852644A; EP0817204B2; DE69701337D1; EP0817204A1

Description

Die Erfindung betrifft Steuerstabführungsrohre, die zum Einbau in das Skelett einer Brennelementkassette bestimmt sind.
Die üblicherweise in Druckwasserreaktoren eingesetzten Brennelementkassetten weisen zwei durch Führungsrohre aus einer Legierung auf Zirkoniumbasis verbundene Ansatzstücke auf, an denen im allgemeinen Brennstabhaltegitter befestigt sind, die einem regelmäßigen Raster folgen. Zumindest einige der in einem Reaktor angeordneten Brennelementführungsrohre sind für die Aufnahme der Steuerstabbündel während des Herunterfahrens der Bündel vorgesehen. Herkömmlicherweise besitzen die Führungsrohre in ihrem unteren Abschnitt einen verengten Bereich, der dazu dient, das Herunterfahren bzw. Fallen des Bündels am Ende von dessen Bewegung durch ein Walzen des Kühlmittelstromes zu bremsen, den der Stab zwischen sich und dem verengten Bereich verdrängt, wodurch nur wenig Spiel zwischen dem Stab und der Wand des Führungsrohrs bleibt.
Wenn die Bündel fallen, wird dieser untere Abschnitt aufgrund des dann auftretenden hydraulischen Überdrucks stark beansprucht. Ebenso wird er im Fall von vorübergehenden Erscheinungen beansprucht, die nacheinander das Anheben des Brennelements und dann sein Zurückfallen verursachen. Während des Zurückfallens besteht die Gefahr, daß die Trägheitskraft des Brennelements zu einer Verformung der ganzen Kassette und/oder zum Abknicken der schwächeren Rohrabschnitte führt, mit dem Ergebnis, daß der freie Durchgang der Steuerstabbündel behindert wird.
Es wurden bereits verschiedene Führungsrohre mit einem verstärkten unteren Abschnitt vorgeschlagen. Beispielsweise beschreibt die Druckschrift US-A-5 068 083 ein Steuerstabführungsrohr für eine Brennelementkassette eines Kern reaktors, das mit einem Stopfen am unteren Ende versehen ist und aus mehreren geschweißten Teilen aus einer Legierung auf Zirkoniumbasis besteht und einen Durchgang festlegt, der im unteren Abschnitt des Rohrs verengt ist. Der untere Abschnitt des Führungsrohrs besitzt einen verminderten Querschnitt, so daß eine Verengung gebildet wird, und er ist von einer angeschweißten Muffe umgeben. Diese Lösung hat insbesondere den Nachteil, daß die Herstellung komplex ist und außerdem eine mechanische Beanspruchung auftreten kann.
Die Druckschrift FR-A-2 539 548 beschreibt ein Führungsrohr mit konstantem Durchmesser und konstanter Dicke, das mit einem unteren Stopfen versehen ist, der ein gewindetes Loch zur Aufnahme einer Befestigungsschraube aufweist.
Die Druckschrift FR-A-2 171 279 beschreibt ein Führungsrohr mit konstantem Durchmesser und konstanter Dicke, das mit Hilfe einer Muffe, die ein Loch von kleinerem Durchmesser als das Rohr aufweist, an einem unteren Ansatzstück befestigt ist.
Die Druckschrift EP-A-0 661 719 wiederum beschreibt ein massives Rohr mit konstantem Außendurchmesser und einer größeren Dicke an seinem unteren Abschnitt. Dieses Rohr besitzt ausgesprochen günstige mechanische und hydraulische Eigenschaften, erfordert aber spezielle Einrichtungen zu seiner Herstellung.
Ziel der Erfindung ist es insbesondere, ein Führungsrohr für eine Brennelementkassette bereitzustellen, das besser als die bisher bekannten den Erfordernissen der Praxis entspricht, das insbesondere einfacher herstellbar ist und bei dem gleichzeitig die Risiken von Schwachstellen verringert sind.
Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung insbesondere ein Führungsrohr mit einem oberen Teilstück vor, das sich über mindestens 70% seiner Länge erstreckt, und mit einem unteren Teilstück, dessen Dicke größer ist als die Dicke des oberen Teilstücks und dessen oberer Abschnitt in einen Endabschnitt des oberen Teilstücks eingefügt und entlang des Endes desselben angeschweißt ist, wobei das untere Teilstück am Stopfen befestigt ist.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsart ist der Durchmesser des Rohrs über den gesamten gewöhnlichen bzw. laufenden Abschnitt konstant. Dies läßt sich auf mehrere Arten erreichen. Eine erste Lösung besteht darin, dem unteren Teilstück einen konstanten Außendurchmesser zu geben, der dem Außendurchmesser des oberen Teilstücks entspricht, mit Ausnahme des oberen Abschnitts, der einen kleineren Außendurchmesser aufweist, welcher dem Innendurchmesser des oberen Teilstücks entspricht. Das untere Teilstück kann aus einem Stück sein. Es kann sich auch aus einem oberen und einem unteren Abschnitt zusammensetzen, wobei sich der obere Abschnitt in das obere Teilstück und auch in den unteren Abschnitt einfügt, an den er entlang eines Absatzes seiner Außenfläche geschweißt ist.
Wenn ein nicht konstanter Außendurchmesser des laufenden Abschnitts des Führungsrohrs akzeptabel ist, ist noch eine andere Lösung möglich. Diese besteht darin, ein unteres Teilstück aus einem Stück mit im wesentlichen konstanter Dicke zu bilden, mit einem unteren Abschnitt, dessen Außendurchmesser dem des oberen Teilstücks entspricht, und mit einem oberen Abschnitt, dessen Durchmesser im wesentlichen dem unteren Durchmesser des oberen Teilstücks entspricht.
Das Führungsrohr ist gewöhnlich von einem unteren Stopfen verschlossen, der auf dem unteren Ansatzstück aufliegt. Dieser Stopfen ist im allgemeinen von einem kalibrierten Kanal durchzogen, durch den das Kühlmittel strömt. Die Wand selbst des Führungsrohrs ist im allgemeinen ebenfalls mit Öffnungen versehen, durch die Kühlmittel strömt, das durch das Herunterfahren eines Stabs verdrängt wird, was einen Druckverlust mit sich bringt, der um so höher ist, desto tiefer die Lage des Stabs ist.
Die Erfindung wird besser verständlich durch die nachfolgende Beschreibung besonderer Ausführungsarten, die als nicht einschränkende Beispiele angegeben sind. Die Beschreibung bezieht sich auf die begleitende Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 den allgemeinen Aufbau eines Führungsrohrs nach einer ersten Ausführungsart sowie die Einrichtungen zur Verbindung des Rohrs mit den Ansatzstücken eines Bündels;
Fig. 2, ähnlich wie Fig. 1, nur ein Führungsrohr gemäß einer anderen Ausführungsart der Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung in großem Maßstab des Bereichs III von Fig. 2, vor Zusammensetzen und Schweißen der Teilstücke;
Fig. 4, ähnlich einem Teil von Fig. 2, eine weitere Ausführungsart, und
Fig. 5 eine Detailansicht einer Variante von Fig. 1 in großem Maßstab.
Das in Fig. 1 gezeigte Führungsrohr 10 weist einen laufenden Abschnitt mit konstantem Durchmesser auf. Dieser laufende Abschnitt wird im dargestellten Fall durch einen geweiteten Endbereich 12 zur Befestigung am oberen Ansatzstück 14 nach oben hin verlängert. Die Befestigung erfolgt durch Verschraubung und Arretierung einer Hülse 16. Das von einem Stab 20, der entlang des Rohrs herunterfährt, ver drängte Kühlmittel erfährt einen Druckverlust, der deutlich ansteigt, wenn der Stab die Verbindungsstelle 18 zwischen einem oberen Teilstück und einem unteren Teilstück mit kleinerem Innendurchmesser passiert.
Der Fuß des Rohrs 10 kann durch eine Schraube 24, die in einen Stopfen 26 am Ende des Stabs greift, an einem unteren Ansatzstück 22 befestigt sein, wobei der Stopfen an den laufenden Abschnitt des Rohrs geschweißt ist. Im allgemeinen ist in der Schraube ein kalibrierter Kanal 28 zum Austritt von Kühlmittel vorgesehen.
Das in Fig. 1 gezeigte Rohr 10 besteht aus zwei aneinandergeschweißten Teilstücken. Das obere, zylindrische Teilstück 30 weist außer im geweiteten Endbereich 12 einen Durchmesser D1 und eine konstante Dicke e1 auf. Es erstreckt sich über mindestens 70% der Höhe und oft ungefähr 80% der Gesamtlänge des Rohrs 10. Das untere Teilstück 32 weist über seine gesamte Länge den gleichen Außendurchmesser D2 auf, der D1 entspricht. Seine Dicke e2 ist deutlich größer als e1, oft ca. doppelt so groß wie e1. So reduziert sich das radiale Spiel zwischen dem Stab 20 und dem Rohr 10, sobald der Stab während seines Herunterfahrens in das Teilstück 32 eintritt.
Das Teilstück 32 ist durch Einfügen und Schweißen am Teilstück 30 befestigt. Hierzu besitzt der obere Abschnitt des unteren Teilstücks 32 einen auf einigen Millimetern Länge um 2e1 verkleinerten Außendurchmesser. Das obere Teilstück 30 stützt sich auf dem auf diese Weise gebildeten Absatz ab und ist in 34 entlang seines Endabschnitts geschweißt. Durch diesen Aufbau wird jede durchgehende Schweißung vermieden.
Als repräsentatives Beispiel läßt sich ein Führungsrohr von 3880 mm angeben, dessen oberes Teilstück ungefähr 85% der Gesamtlänge darstellt und aus einer Zirkonium-Legierung hergestellt ist, mit D1 = D2 = 12,45 mm, e1 = 0,5 mm und e2 = 1,2 mm. Es hat sich erwiesen, daß eine Dicke des Ansatzes des unteren Teilstücks gleich e&sub1; - e&sub2; = 0,7 mm für ein zufriedenstellendes Einfügen ausreicht.
Das Ausführungsbeispiel von Fig. 2 (in der die Elemente, die denen von Fig. 1 entsprechen, die gleichen Bezugszeichen tragen wie dort) unterscheidet sich von demjenigen gemäß Fig. 1 dadurch, daß das untere Teilstück von einem oberen Abschnitt 32a und einem unteren Abschnitt 32b gebildet ist. Der obere Abschnitt 32a ist auf die gleiche Weise wie im Fall von Fig. 1 am oberen Teilstück 12 befestigt. Die Dicke e3 des unteren Abschnitts 32b liegt zwischen e1 und e2. Der untere Abschnitt ist in einem Endbereich derart verkleinert, daß ein innerer Absatz 36 gebildet wird. Der untere Endbereich des oberen Abschnitts 32a wiederum ist derart verkleinert, daß ein äußerer Absatz zur Auflage des unteren Abschnitts 32b gebildet wird. Das Schweißen der Abschnitte 32a und 32b erfolgt auf die gleiche Weise wie zwischen den beiden Teilstücken.
Der untere Abschnitt 32b ist im allgemeinen viel kürzer als der obere Abschnitt 32a. Er erlaubt die Beanspruchungen des Endabschnitts während des Herunterfahrens des Stabs zu verringern, da er ein größeres Spiel läßt als der obere Abschnitt: Beispielsweise kann man e3 = 0,9 mm bei e2 = 1,2 mm wählen.
In dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das untere Teilstück 32 aus einem Stück und besitzt wie im Fall von Fig. 1 eine konstante Dicke. Seine Dicke e4 ist größer als die Dicke e1 des oberen Teilstücks 30. Es setzt sich aus einem unteren Abschnitt mit dem gleichen Außendurchmesser wie das obere Teilstück 30 und aus einem oberen Abschnitt zur Verbindung mit einem Durchmesser D2 zusammen, der im wesentlichen dem Innendurchmesser des oberen Teilstücks entspricht. Der obere Abschnitt kann durch Verengung gebildet sein, unter Verwendung herkömmlicher Herstellungsverfahren. Dank diesem Aufbau entfällt ein Vorgang der lokalen Verdünnung. Er erlaubt jedoch nicht eine Dicke e4 gleich e2 im Fall von Fig. 1, denn die Verengung verringert das radiale Spiel von e4. In der Praxis wird man für ein Führungsrohr, bei dem e2 = 1,2 mm gewählt werden könnte, e4 mindestens in der Größenordnung von 0,7 mm bei einer Dicke e1 = 0,5 mm wählen.
In der Ausführungsvariante von Fig. 5, in der die Elemente, die denjenigen von Fig. 1 entsprechen, die gleichen Bezugszeichen wie dort tragen, weist der obere Abschnitt des unteren Teilstücks 32 eine äußere und eine innere abgeschrägte Kante auf. Die äußere abgeschrägte Kante, die im wesentlichen kegelförmig ist, erstreckt sich über einen Teil des oberen Abschnitts. Sie erleichtert das Einfügen des oberen Abschnitts in das obere Teilstück vor dem Schweißen. Sie besitzt oft eine Schräge b von ungefähr 30º. Die im allgemeinen längere, innere abgeschrägte Kante besitzt eine Schräge a der gleichen Größenordnung wie die des Endabschnitts des Stabes, den sie aufnimmt. In der Praxis ist ein Winkel von ungefähr 15º optimal. Zwischen den beiden abgeschrägten Kanten bleibt ein flaches oder abgerundetes Ende bestehen.

Claims

1. Steuerstabführungsrohr für eine Brennelementkassette eines Kernreaktors aus mehreren geschweißten Teilen aus einer Legierung auf Zirkoniumbasis, das mit einem Stopfen (26) am unteren Ende versehen ist und einen Durchgang festlegt, der in einem unteren Abschnitt des Rohrs verengt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr ein oberes Teilstück (30) aufweist, das sich über mindestens 70% seiner Länge erstreckt, und ein unteres Teilstück, dessen Dicke (e2; e3; e4) größer ist als die Dicke (e1) des oberen Teilstücks und dessen oberer Abschnitt in einen Endabschnitt des oberen Teilstücks (30) eingefügt und entlang des Endes desselben angeschweißt ist, wobei das untere Teilstück am Stopfen befestigt ist.

2. Führungsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des unteren Teilstücks (32) konstant ist und dem Außendurchmesser des oberen Teilstücks entspricht, außer im oberen, dünneren Abschnitt mit verkleinertem Außendurchmesser, welcher dem Innendurchmesser des oberen Teilstücks (30) entspricht.

3. Führungsrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Teilstück aus einem Stück ist.

4. Führungsrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Teilstück aus einem oberen Abschnitt (32a) und einem unteren Abschnitt (32b) gebildet ist, wobei sich der obere Abschnitt in das obere Teilstück und auch in den unteren Abschnitt einfügt, an den er entlang eines Absatzes seiner Außenfläche geschweißt ist.

5. Rohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Abschnitt (32b) einen inneren Absatz zum Abstützen des unteren Endes eines Endabschnittes des oberen Abschnitts mit verringertem Außendurchmesser aufweist.

6. Führungsrohr nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des unteren Abschnitts (32b) zwischen der des oberen Teilstücks und des oberen Abschnitts (32a) liegt.

7. Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Teilstück (32) aus einem Stück ist und eine im wesentlichen konstante Dicke (e4) aufweist, die größer ist als die Dicke (e1) des oberen Teilstücks (12), und sich aus einem unteren Abschnitt vom gleichen Außendurchmesser wie das obere Teilstück und aus einem oberen Abschnitt mit im wesentlichen dem gleichen Durchmesser wie der Innendurchmesser des oberen Teilstücks zusammensetzt.

8. Rohr nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der obere, dünnere Abschnitt eine äußere und eine innere abgeschrägte Kante aufweist.

9. Rohr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die äußere abgeschrägte Kante nur an einem Teil der Länge des oberen, dünneren Abschnitts erstreckt.

10. Rohr nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die innere abgeschrägte Kante länger ist als die äußere abgeschrägte Kante.