DE69702700T2

DE69702700T2 - Kernbrennstabbündel mit kopfstück

Info

Publication number: DE69702700T2
Application number: DE69702700T
Authority: DE
Inventors: Pascal Burfin; Roland Mayet
Original assignee: Framatome SA
Current assignee: Areva NP SAS
Priority date: 1996-02-02
Filing date: 1997-02-03
Publication date: 2001-03-29
Anticipated expiration: 2017-02-04
Also published as: CN1125470C; DE69702700D1; EP0878009B1; EP0878009A1; JP2000504108A; WO1997028534A1; KR100451271B1; CN1210611A; ES2148932T3; US6049581A; JP3859016B2; FR2744556B1; KR19990082164A; FR2744556A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kernbrennstoftkassette mit einem verbesserten Kopfstück.
Die Kernbrennstoffkassetten und insbesondere die Brennstoffkassetten für Druckwasserkernreaktoren umfassen ein Brennstabbündel, das in parallelen und in regelmäßig voneinander beabstandeten Einrichtungen durch ein steifes Gestell festgehalten wird.
Das Gestell der Brennstoffkassette besteht insbesondere aus Gitterstreben, die längs der Brennstoffkassette verteilt sind und die Zellen abgrenzen, um die Brennstäbe des Bündels aufzunehmen und zu halten.
Führungsrohre, die bestimmte Brennstäbe im Inneren des Bündels ersetzen, gehen durch bestimmte Zellen des Gitters und sind möglicherweise an den Gittern befestigt, die längs der Brennstoffkassette den Halt und die Verteilung der Führungsrohre sichern.
Die Führungsrohre sind länger als die Brennstäbe und ragen über den Enden der Brennstabbündel heraus und befinden sich an den Enden der Brennstoffkassette. Das Gestell der Brennstoffkassette ist durch Endstücke geschlossen, die auf den herausragenden Endbereichen der Führungsrohre des Gestells befestigt sind.
In Wartungsstellung sind die Brennstoffkassetten, die eine gerade Prismenform mit im allgemeinen quadratischen Querschnitt aufweisen, im Inneren des Herzens des Kernreaktors angeordnet, so daß ihre Längsachse vertikal ist.
Das Endstück der Brennstoftkassette, das sich an seinem unteren Bereich befindet, wird als Ansatzstück bezeichnet, auf dem die Brennstoffkassette ruht und Stützfüße und eine Adapterplatte umfaßt, in der Befestigungsöffnungen für Führungsrohre und Wasserdurchgangsöffnungen eingelassen sind.
Das Kopfstück der Brennstoftkassette befindet sich am zweiten Ende über der Kassette und umfaßt insbesondere eine querverlaufende Adapterplatte, in die Aufnah meöffnungen und Befestigungsöffnungen für Führungsrohre und in die Wasserdurchgangsöffnungen eingelassen sind.
Um die Leistungen der Kernbrennstoffkassette zu verbessern, wird versucht, die Brennrate des Brennstoffs, der in den Kassetten enthalten ist, so weit wie möglich zu erhöhen und die hydraulischen Betriebsbedingungen zu verbessern, wobei der Fluß des Kühlwassers im Inneren des Herzens des Reaktors von oben nach unten verläuft.
Insbesondere, um die hydraulischen Leistungen der Brennstoffkassette zu verbessern, wird versucht, den Kühlwasserverlust so weit wie möglich zu minimieren, wenn das Kühlwasser durch die zu den Endstücken querverlaufende Adapterplatten fließt, indem nach einer größtmöglichen Durchlässigkeit gesucht wird, d. h. einen Bezug zwischen der Öffnungsfläche und der geschlossenen Fläche der Adapterplatte.
Die Form und die Verteilung der Wasserdurchgangsöffnung durch die Adapterplatte der Endstücke wird derart bestimmt, daß die Führungsrohre der Kassette (beispielsweise vierundzwanzig Führungsrohre) auf der Adapterplatte der Endstücke befestigt werden können, um das axiale Verschieben der Brennstäbe der Kassetten zu begrenzen (beispielsweise 264 Stäbe), indem eine Verteilung der Öffnungen und Bänder angenommen wird, um die Öffnung derart zu begrenzen, daß sich jeder Stab der Kassette gegenüber einem Band befindet.
Insbesondere, was die Adapterplatte des Kopfstücks der Brennstoffkassette betrifft, sind die Wasserdurchgangsöffnungen länglich und zwischen den Durchgangsöffnungen der Führungsrohre angeordnet. Diese länglichen Öffnungen weisen Längen auf, die an den Abmessungen der Adapterplatte angepaßt sind, die zwischen den Führungsrohren eingeschoben sind.
Ein solches Netz an länglichen Öffnungen mit verschiedenen Abmessungen ermöglicht es nicht, eine Adapterplatte mit hoher Durchlässigkeit und eine homogene Verteilung der Öffnungen zu erhalten, die den Durchfluß des Kühlwassers sichern.
In der Druckschrift FR 2 171 279 wird ein Ansatzstück einer Brennstoffkassette beschrieben, dessen Adapterplatte quadratische Öffnungen aufweist, die entsprechend eines regelmäßigen Netzes über die gesamte Fläche der Adapterplatte verteilt sind. Um die auf der Adapterplatte befestigten Führungsrohre herum sind die abgestumpften quadratförmigen Öffnungen angeordnet, damit eine kreisförmige Befestigungszone für Führungsrohre eingerichtet wird und sind im wesentlichen dreieckförmig mit abgerundeten Ecken. Diese Form des Ansatzstückes ermöglicht es nicht, die die Wasserströmung am Ausgang des Kopfstückes und die Arbeitsweise der Bedienstange betreffenden Probleme mit Hilfe eines Kopfstückes zu lösen, das in der Druckschrift FR 2 171 279 beschrieben ist, wobei das Kopfstück große Öffnungen mit unregelmäßigen Formen aufweist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kernbrennstoffkassette vorzustellen, die umfaßt: ein Brennstabbündel, das durch ein Gestell gehalten wird, das durch Gitterstreben gebildet ist, die längs der Bündel verteilt sind, wobei Zellen für den Durchgang der Stäbe begrenzt sind, Führungsrohre, die bestimmte Stäbe des Bündels ersetzen, dessen Länge größer ist als die Länge der Stäbe, ein unteres Ansatzstück, das an einem Ende der Führungsrohre befestigt ist und ein Kopfstück, das am anderen Ende der Führungsrohre befestigt ist und eine querverlaufende Adapterplatte, in die Durchgangsöffnungen der Führungsrohre und Wasserdurchgangsöffnungen eingelassen sind, wobei es die Kernbrennstoffkassette ermöglicht, den Verlust des Kühlwassers des Kernreaktors, das die Kassette umströmt, zu minimieren, indem die Durchlässigkeit der Adapterplatte des Kopfstückes erhöht und das Entstehen von Störströmungen um die Führungsrohre am Ausgang der Brennstoffkassette verhindert wird.
Dabei weisen die Wasserdurchgangsöffnungen der Adapterplatte des Kopfstücks eine dreieckige Form mit abgerundeten Ecken auf und sind regelmäßig um einen Teil der Durchgangsöffnungen der Führungsrohre verteilt, wobei die Durchgangsöffnungen in einem Hauptbereich der Adapterplatte angeordnet sind.
Nun wird im folgenden beispielhaft und nicht einschränkend eine erfindungsgemäße Kernbrennstoffkassette im Vergleich mit der Adapterplatte des Kopfstückes einer Brennstoffkassette nach dem Stand der Technik beschrieben, um die Erfindung besser zu verstehen. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Kernbrennstoffkassette für Druckwasserkernreaktoren;
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Achse des Kopfstückes der Kernbrennstoffkassette;
Fig. 3A eine Draufsicht auf einen Schnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 2 einer Adapterplatte eines Kopfstückes einer Brennkassette entsprechend dem Stand der Technik;
Fig. 3B eine Draufsicht auf einen analogen Schnitt nach Fig. 3, einer erfindungsgemäßen Adapterplatte einer Brennstoffkassette.
In Fig. 1 sieht man eine Brennstoffkassette eines Druckwasserkernreaktors, die mit 1 bezeichnet ist.
Die Brennstoffkassette umfaßt ein Bündel von Brennstäben 2, die in den Einrichtungen parallel zueinander plaziert sind und durch regelmäßige Abstandsstücke in den Querbereichen des Bündels durch Gitterstreben 3 gehalten werden, die längs des Bündels verteilt sind.
Einige definierte Positionen der Zellen der Gitterstreben 3 sind durch Führungsrohre 4 belegt, dessen Länge größer ist als die Länge der Brennstäbe 2.
Die Endbereiche der Führungsrohre 4 ragen über den Enden der Brennstoffbündel 2 hervor.
Die Gitterstreben 3 der Brennstoffkassette weisen verschiedene Arten auf, wobei die Endgitter 3a und 3b derart ausgeführt sind, um auf den Führungsrohren befestigt werden zu können. Die Zwischengitter bilden Mischgitter für die Kühlflüssigkeit.
Das Gestell der Brennstoffkassette, das durch die Führungsrohre 4 und die Gitterstreben 3, 3a und 3b gebildet wird, ist an seinen Enden durch Endstücke 5 und 6 geschlossen. Die Endstücke 5 oder das Ansatzstück, das im unteren Bereich der Brennstoffkassette in seiner Wartungsstellung angeordnet ist, umfaßt Stützfüße für die Brennstoffkassette und eine querverlaufende Adapterplatte 5a.
Das Kopfstück 6 umfaßt eine Adapterplatte 6a und einen oberen Sockel, auf der insbesondere die Haltefedern 7 der Brennstoffkassette unter der oberen Platte des Herzens des Kernreaktors befestigt sind.
Wie es aus Fig. 2 zu sehen ist, umfaßt das Kopfstück der Brennstoffkassette 6 eine querverlaufende Platte 6a, Adapterplatte genannt, in die Öffnungen eingelassen sind, einen Sockel 6b und einen Kragen 6c, die die Verbindung zwischen der Adapterplatte 6a und dem Sockel 6b sichern.
Die Adapterplatte 6a, der Kragen 6c und der Sockel 6b weisen einen quadratischen Querschnitt auf, der dem Querschnitt der Brennstoffkassette entspricht, der eine quadratische Prismenform aufweist.
Der Sockel 6b des Kopfstückes 6 umfaßt Befestigungskontakte der Haltefedern der Brennstoffkassette sowie Öffnung und Positionsstifte, um das Anlegen und das Halten der Brennstoffkassette durch Transportanlagen zu ermöglichen.
In Fig. 3A ist eine Draufsicht einer Adapterplatte 6'a eines Kopfstücks 6' einer Brennstoffkassette nach dem Stand der Technik abgebildet.
Die Adapterplatte 6'a, auf der der Kragen 6'c befestigt ist, ist durch ein Netz an kreisförmigen Öffnungen 8' durchbohrt, in der jeweils der Endbereich eines Führungsrohres 4' befestigt ist. Die Endbereiche der Führungsrohre 4' können befestigt und unbeweglich in den Öffnungen 8' durch festgeschraubte Hülsen sein, die somit gegenüber der Adapterplatte durch Falzen der Versätze drehblockiert sind, die die Öffnungen 8' durchstoßen.
Die Adapterplatte 6'a weist eine quadratische Form auf und die Befestigungsöffnung 8' der vierundzwanzig Führungsrohre der Brennstoffkassette sind entlang mehrerer paralleler Reihen seitlich der Adapterplatte verteilt. Ferner ist eine Öffnung, die das Ende des Geräterohres aufnehmen kann, im mittleren Bereich der Adapterplatte 6'a angeordnet.
Es wird ein Netz an kreisförmigen und länglichen Wasserdurchgangsöffnungen vorgesehen, die zwischen den Befestigungsöffnungen der Führungsrohre 4' angeordnet sind, um einen Durchgang der Kühlflüssigkeit der Brennstoffkassette durch die Adapterplatte 6'a mit einem möglichst kleinen Flußverlust zu sichern.
Es ist notwendig, längliche Wasserdurchgangsöffnungen 9' vorzusehen, die parallel zu einer der Seiten der Adapterplatte ausgerichtet sind und vier verschiedene Längen aufweisen. Die Anordnung und die Länge der Längsöffnungen 9' des Durchgangswassers sind so gewählt, daß die Durchlässigkeit der Adapterplatte 6'a erhöht wird, d. h. das Verhältnis zwischen der Gesamtfläche der Wasserdurchgangsöffnung 9' und der Fläche der Adapterplatte.
Das Durchbohren der Adapterplatte 6'a, die Öffnungen mit vier verschiedenen Abmessungen und eine komplexe Verteilung aufweist, ist ein schwieriger Vorgang und dauert lang.
Außerdem bleibt die Durchlässigkeit der Adapterplatte relativ schlecht im Bereich, in dem viele Zonen um die Befestigungsöffnungen der Führungsrohre nicht durchbohrt werden können und wegen der Notwendigkeit, das axiale Verschieben der Kassettenstäbe zu begrenzen, indem eine Einrichtung von Öffnungen der Adapterplatte vorgesehen wird, so daß sich jeder Stab gegenüber einem Band befindet. Um eine ausreichende mechanische Steifigkeit der Adapterplatte zu erhalten, ist es außerdem nicht möglich, daß deren Dicke einen bestimmten Wert unterschreitet.
In der Fig. 3B ist die Adapterplatte 6a des Kopfstückes 6 einer erfindungsgemäßen Brennstoffkassette abgebildet.
Die Adapterplatte 6a, die eine quadratische Form aufweist, ist auf dem Kragen 6c des Sockels befestigt.
Die vierundzwanzig Befestigungsöffnungen 8 der Endbereiche der Führungsrohre 4 haben eine analoge Anordnung zur Anordnung der vierundzwanzig Befestigungsöffnungen 8' der Führungsrohre 4' der Kassette nach dem Stand der Technik.
Die Wasserdurchgangsöffnungen 9, die durch die Adapterplatte 6a gehen, weisen variable Formen auf.
In einem zentralen Bereich der Adapterplatte 6a sind alle Wasserdurchgangsöffnungen 9a identisch und weisen eine dreieckige Form mit abgerundeten Ecken auf. Die dreieckförmigen Öffnungen 9a mit abgerundeten Ecken sind regelmäßig um die Befestigungsöffnungen der acht Führungsrohre 4 der Brennstoffkassette und des Gerätehauptrohrs verteilt.
Die acht Positionen der Befestigungsöffnungen der Führungsrohre 4 im zentralen Bereich der Adapterplatte 6a und die zentrale Position des Gerätehauptrohrs der Brennstoffkassette sind durch eine vollständige Reihe an dreieckförmigen Öffnungen mit abgerundeten Ecken 9a umschlossen.
Die anderen sechzehn Befestigungsöffnungen 8 der Führungsrohre der Brennstoffkassette, die in der Nähe des äußeren Randes der Adapterplatte 6a angeordnet sind, sind nur zum Teil durch dreieckförmige Öffnungen mit abgerundeten Ecken umgeben.
Der Umfangsbereich der Adapterplatte 6a entlang der vier äußeren Ränder, an denen der Gürtel 6c befestigt ist, wird durch Längslöcher 9b und 9c mit unterschiedlichen Längen durchstoßen.
Das Bohren der Adapterplatte 6a wird durch runde Öffnungen 9d und 9e, die ebenfalls Wasserdurchgangsöffnungen bilden, die in jedem Eck der Adapterplatte angeordnet sind, vervollständigt.
Das Bohren der Adapterplatte 6a mit einem Großteil von dreieckförmigen Öffnungen mit abgerundeten Ecken 9a, die im mittleren Bereich der Adapterplatte und den komplementären Längsöffnungen 9b und 9c und den runden Öffnungen 9d und 9e angeordnet sind, ermöglicht, eine Durchlässigkeit der Adapterplatte für Kühlwasser zu erhalten, die im Vergleich zur Durchlässigkeit einer Platte nach dem Stand der Technik verbessert ist, wobei die Adapterplatte nach dem Stand der Technik einzig längliche Wasserdurchgangsöffnungen aufweist.
Das Bohren der Adapterplatte wird derart durchgeführt, daß der bestmögliche Kompromiß zwischen dem Verlust der Kühlflüssigkeitsmenge beim Durchspülen der Adapterplatte und eine ausreichende mechanische Steifigkeit der Adapterplatte erreicht wird.
Insbesondere ist das Netz an Öffnungen der Adapterplatte vollständig symmetrisch in bezug zu den Diagonalen der quadratischen Platte, so daß eine homogene Verteilung der Kräfte gegeben ist.
Damit ist es möglich, die Durchlässigkeit der Platte zu erhöhen, d. h. die Gesamtfläche des Wasserdurchgangs und die Dicke der Platte zu vermindern, indem eine ausreichende mechanische Steifigkeit beibehalten wird.
Damit war es möglich, die Gesamtfläche des Wasserdurchgangs der Adapterplatte um 5% zu erhöhen und die Dicke der Adapterplatte zu minimieren, um den Mengenverlust zu verringern.
Aufgrund der besseren Verteilung, einer besser angepaßten Form der Wasserdurchgangsöffnungen und der Verringerung der Dicke der Adapterplatte konnte der hydraulische Widerstand am Durchgang des Kühlwassers wegen der Adapterplatte 6a um 7% verringert werden.
Wie aus den Fig. 2 und 3B ersichtlich ist, sind im Zentrum der Adapterplatte 6a ein Hohlraum oder im gesamten Bereich der Adapterplatte eine Versenkung 10 vorgesehen, wobei die Adapterplatte durch das Gerätehauptrohr belegt wird, und die Öffnungen 9a dieses Rohr umgeben. Somit kann man ein wenig die Höhe des Endstückes verringern, indem die Aufnahme eines in der Kassette eingeführten Hakens gewährleistet wird.
Die erfindungsgemäße Brennstoffkassette weist somit einen besseren hydraulischen Betrieb auf als die Brennstoffkassetten nach dem Stand der Technik und können die Verbrennungsrate im Laufe der Betriebsdauer erhöhen.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die eben beschriebenen Ausführungsformen.
Somit kann man in Betracht ziehen, daß die Öffnung im Umfangsbereich der Adapterplatte des Kopfstücks der Brennstoffkassette eine Form und Verteilung aufweisen könnte, die zu den schon beschriebenen Formen und Verteilungen verschieden ist.
Die Größe der dreieckförmigen Öffnungen mit abgerundeten Ecken ist in Abhängigkeit der Abmessung der Bereiche der Adapterplatte optimiert, die um die Befestigungsöffnungen der Führungsrohre angeordnet sind, um eine maximale Durchlässigkeit zu gewährleisten.
In der beschriebenen und abgebildeten Ausführungsform ist jede der Befestigungsöffnungen eines Führungsrohres, die im zentralen Bereich der Adapterplatte angeordnet sind, durch acht dreieckförmige Wasserdurchgangsöffnungen mit abgerundeten Ecken umgeben. Es ist selbstverständlich möglich, eine andere Anzahl oder Verteilung der dreieckförmigen Öffnungen in Betracht zu ziehen.
Ferner ist es möglich, die Vorteile, die durch das neue Bohren der Adapterplatte des Kopfstücks erhalten werden, mit anderen Vorteilen, die durch eine Verringerung der Dicke der Adapterplatte und einer neuen Abmessung des Endstücks erhalten werden, zu kombinieren.
Die Erfindung läßt sich auf alle Kernbrennstoffkassetten mit einem geschlossenen Gestell durch ein Kopfstück mit einer Adapterplatte anwenden, in die Wasserdurchgangslöcher eingebohrt sind.

Claims

1. Kernbrennstoffkassette die umfaßt:

- ein Brennstabbündel (2), das durch ein Gestell gehalten wird, das durch Gitterstreben (3, 3a, 3b) gebildet ist, die längs der Bündel verteilt sind, wobei Zellen für den Durchgang der Stäbe (2) begrenzt sind,

- Führungsrohre (4), die bestimmte Stäbe (2) des Bündels ersetzen, dessen Länge größer ist als die Länge der Stäbe,

- ein unteres Ansatzstück (5), das an einem Ende der Führungsrohre (4) befestigt ist, und

- ein Kopfstück (6), das am anderen Ende der Führungsrohre (4) befestigt ist, und

- eine querverlaufende Adapterplatte (6a), in die Befestigungsöffnungen (8) der Führungsrohre (4) und in die Wasserdurchgangsöffnungen (9) eingelassen sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Wasserdurchgangsöffnungen (9a) der Adapterplatte (6a) des Kopfstücks (6) eine dreieckige Form mit abgerundeten Ecken aufweisen und regelmäßig um einen Teil der Befestigungsöffnungen (8) der Führungsrohre (4) verteilt sind, wobei die Durchgangsöffnungen (9a) in einem Hauptbereich der Adapterplatte (6a) verteilt sind.

2. Brennstoffkassette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserdurchgangsöffnungen (9b, 9c) im Umfangsbereich der Adapterplatte (6a) angeordnet sind, eine längliche Form und zwei unterschiedliche Längen aufweisen.

3. Brennstoffkassette nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserdurchgangsöffnungen (9) ferner runde Öffnungen (9d, 9e) aufweisen, die in der Nähe der Ecken der quadratischen Adapterplatte (6a) des Kopfstücks (6) angeordnet sind.

4. Brennstoffkassette nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch vierundzwanzig Führungsstäbe (4), deren Befestigungsöffnungen (8) im Abschnitt der Adapterplatte (6a) des Kopfstücks (6) verteilt sind und ein Hauptrohr für Geräte aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die dreieckförmigen Wasserdurchgangsöffnungen (9a) mit abgerundeten Ecken regelmäßig um die acht Befestigungsöffnungen (8) der Führungsrohre angeordnet sind, die im Hauptbereich der Adapterplatte (6a) um das Hauptrohr für Geräte angeordnet sind.

5. Brennstoffkassette nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß um jede Befestigungsöffnung (8) eines im Hauptbereich der Adapterplatte (6a) des Kopfstücks (6) befindlichen Führungsrohres und um ein Hauptrohr für Geräte acht dreieckförmige Wasserdurchgangsöffnungen (9a) regelmäßig verteilt und angeordnet sind.

6. Brennstoftkassette nach einem der Ansprüche 1 bis S. dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Adapterplatte (6a) des Kopfstücks (6) kleiner ist als die Dicke der Adapterplatte (6'a) eines Kopfstücks einer bekannten Brennstoffkassette.